JAK LEVNĚ VYTÁPĚT (I) - Volba otopného systému

Otopné teplovodní soustavy lze rozdělit na teplovodní otopné systémy s otopnými tělesy a velkoplošné otopné soustavy, do kterých patří podlahové teplovodní systémy, případně v poslední době řadou výrobců nabízené stěnové teplovodní systémy a v současné době skoro nepoužívané stropní teplovodní systémy.
Dále se budeme zabývat jen podlahovým vytápěním a otopnou soustavou s tělesy. Každá z těchto soustav má své specifické provozní vlastnosti přispívající k ekonomické spotřebě energie nebo paliva na vstupu do otopné soustavy při zajištění požadované tepelné pohody.

Pro člověka je fyziologicky důležitý pocit tepla od nohou. To ideálně splňuje podlahové vytápění. Máme-li nainstalována jen otopná tělesa, musíme ke stejnému efektu dodávat do systému víc energie, která se spotřebuje z větší části na přetápění místnosti (u stropu jsou vyšší teploty než u podlahy). Podlahový systém spotřebu energie snižuje.

Na druhé straně má podlahový systém vysokou tepelnou setrvačnost a tedy dlouhou zátopovou dobu. Problém si lépe vysvětlíme na příkladu. Provozujeme-li místnost s přerušovaným vytápěním nebo s poklesem na útlumovou teplotu, potřebujeme na dosažení požadované teploty mnohonásobně delší dobu ve srovnání s místností vytápěné jen otopnými tělesy. Chceme-li mít v místnosti vytápěné jen podlahou požadovanou teplotu například již v 16 hodin, musíme zahájit vytápění (dodávku energie do místnosti) o několik hodin dříve. Časový posun zahájení dodávky tepla před počátkem užívání místnosti závisí na podlahové krytině. Bude-li nášlapová vrstva podlahy řešena dlažbou je tato doba kratší, než když bude v místnosti koberec. Časový posun mezi dlažbou a kobercem může obnášet několik hodin! Se setrvačností musíme počítat i na konci otopného intervalu a vytápění (dodávku energie do místnosti) ukončit dříve. To se velice špatně v praxi odhaduje. Skutečná doba vytápění (tepelné pohody) je delší než potřebujeme, což zvyšuje spotřebu energie. Moderní fuzzy regulátory dokáží dobu zbytečného vytápění optimalizovat. Bude popsáno v dalších částech, které se budou zabývat regulací.
Podlahový otopný systém má vysoký samoregulační efekt. Zvyšuje-li se teplota vzduchu v místnosti například vlivem slunečního záření, snižuje se výkon předávaný podlahou do místnosti. Zde lze uvažovat s poklesem výkonu přibližně o 11 % na každý °C ohřátí vzduchu v místnosti. V praxi to znamená, že se otopná voda, která proudí v podlahovém systému, méně ochladí a energie do ní vložená při ohřevu na provozní teplotu se vrací zpět ke zdroji. Samoregulační schopnost podlahového systému šetří energii, a to výrazně.

Otopný systém s teplovodními tělesy umožní podstatně rychleji dosáhnout požadované teploty v místnosti. Reakce systému na ohřátí vzduchu o 1 °C je mnohonásobně nižší než u podlahového systému. Systém nemá prakticky žádnou samoregulační schopnost.

Optimální otopný systém je kombinace podlahového systému s otopnými tělesy, kdy zhruba 60 % vypočítaných tepelných ztrát místnosti kryje podlahový systém a 40 % otopná tělesa. Takovýto systém umožňuje dosáhnout požadované tepelné pohody při nejnižší spotřebě energie.
Je to ovšem investičně nejdražší varianta otopného systému. Náklady na tento systém jsou vyšší, než náklady na samostatné podlahové vytápění nebo náklady na systém s otopnými tělesy. Jak tedy snížit náklady na takovýto systém?
Stalo se bohužel běžnou praxí, že jsou instalovány otopné systémy ať již podlahové nebo s tělesy, ke kterým nebyla vypracována žádná projektová dokumentace. Montážní firmy "šetří" investorovi peníze za projektovou dokumentaci. Porovnáme-li náklady na takto navržený otopný systém s náklady na výše popsaný optimální systém navržený a spočítaný projektantem, zjistíme, že cenový rozdíl není až tak vysoký. Tato skutečnost je dána tím, že topenářští mistři počítají tepelné ztráty místností přes objem místnosti a na toto hausnumero pak navrhnou otopná tělesa, pro jistotu ještě s přirážkou. Pak sečtou výkony těchto otopných těles a dostanou, z jejich pohledu, nejmenší výkon kotle, který je nutno nainstalovat. Svědomitě vyberou ten nejlepší kotel, vybavený super regulací. Cena pak bývá také super. O ekonomii provozu takovéhoto systému si můžeme nechat jenom zdát.

U podlahových systémů takto navrhovaných je tendence pokládat trubky s malou roztečí. Přitom z hygienických hledisek by podlahový otopný systém neměl mít tepelný výkon větší než 100 W/m² topné plochy. Výjimkou jsou koupelny, v kterých se vzhledem ke krátkodobému pobytu připouští hodnota vyšší.
Teorie návrhu podlahových systémů je postavena na hygienickém požadavku, že střední povrchová teplota podlahové plochy nesmí překročit hodnotu 29 °C. Vyšší teplotu začíná statisticky nezanedbatelná část populace při dlouhodobém pobytu vnímat nepříznivě a u některých jedinců se mohou objevit i zdravotní potíže. Z teorie návrhu podlahových systémů i z podkladů výrobců vyplývá, že výkonu 100 W/m² lze při dodržení povrchové teploty 29 °C dosáhnout při rozteči trubek asi 50 mm, kdy na 1 m² podlahové plochy připadá přibližně 20 m trubek. Všimněme si, jak se hodnota měrného tepelného výkonu mění s roztečí. Jestliže má typický podlahový systém při rozteči 50 mm výkon 100 W/m², má při rozteči 100 mm výkon 97 W/m² a při rozteči 200 mm ještě pořád výkon 91 W/m². Uvážíme-li, že cena kvalitní podlahové trubky se pohybuje v rozmezí 50 až 70 Kč/m, znamená to, že zvětšení rozteče z 50 mm na 200 mm sice zmenší o 10 % měrný výkon, ale uspoří u každého m² podlahy jen na trubkách asi 1000 Kč. Z těchto čísel vyplývá závěr, že použijí menší rozteče než 200 mm je tahání peněz z kapsy investora. Pro zvětšení otopného výkonu to má minimální přínos. Tato úvaha platí obecně, i když je výkon jednoho metru čtverečního podlahové plochy výrazně závislý na povrchové krytině podlahy.Výjimkou jsou již zmíněné koupelny, kde lze akceptovat rozteče 150 až 100 mm. Řada výrobců uvádí ve svých podkladech i výkony větší než 100 W/m² a neupozorňuje na skutečnost, že střední povrchová teplota podlahové plochy překročí při tomto výkonu hygienicky definovanou teplotu 29 °C.
Pokud nelze dosáhnout požadovaného pokrytí tepelných ztrát místnosti podlahovým systémem, je třeba nainstalovat otopná tělesa. Dle předchozí části by měla být otopná tělesa nainstalována vždy.

Pokud by bylo někdy třeba instalovat stěnové vytápění, pak zásadně jen na vnitřní stěny. V současné době je často stěnové vytápění používáno v případech, kdy podlahový otopný systém nestačí pokrýt tepelné ztráty místnosti, v které je instalován. Musím konstatovat, že to je zase jen tahání peněz z kapsy investora. Instalování otopného tělesa by bylo často levnější a z provozních hledisek pro investora výhodnější.

Tento trend podporují sami investoři, kteří často nechtějí ve svých interiérech mít "ošklivá" otopná tělesa. Přitom je tak rozsáhlá nabídka různých otopných těles.

Myslím si, že instalovat podlahový otopný systém v místnostech určených jen ke spaní je zbytečné. Zde můžeme ušetřit. U obývacího pokoje, dětského pokoje a kuchyně není třeba o vhodnosti podlahového systému pochybovat.
Realizace takovéhoto otopného systému zajistí úsporu energie na vytápění v rozsahu 20 až 30 % ve srovnání s nějakým otopným systémem napojeným na třeba i velmi kvalitní a tím také drahý kotel.

Za další nezbytnou součást moderního otopného systému považuji akumulační nádrž. U rodinných domků s tepelnou ztrátou do 12 kW plně postačuje objem nádrže 1,5 m³. Pokud by provozovatel uvažoval s nabíjením nádrže jen levnějším nočním proudem, je velikost akumulační nádrže odvislá od tepelných ztrát a pro uvedený domek s tepelnou ztrátou 12 kW je třeba počítat s objemem asi 2,2 m³.
Akumulátor musí být v objektu situován tak, aby tepelné ztráty nádrže byly využívány pro temperování vytápěných místností. Nádrž nemá nikdy přiléhat k venkovní zdi.

Máme-li zajištěnou ekonomickou spotřebu tepla, můžeme se zabývat otázkou jakým způsobem budeme dodávat energii do akumulátoru.
Máme-li k dispozici akumulátor, můžeme uvažovat o všech zdrojích - tepelným čerpadlem počínaje a klasickým kotlem na uhlí konče. Akumulátor umožňuje oddělit výrobu tepla od její spotřeby. Je to důležité, zejména je-li zdrojem tepla kotel na pevná paliva. Další velmi důležitou předností je, že při nabíjení akumulátoru provozujeme kotel po dobu nabíjení s optimálním výkonem, tedy s nejlepší účinností a tudíž i kvalitním spalování. Po dobu 80 % otopné sezóny je výkon kotle předimenzovaný minimálně o 50 %. U kotlů na pevná paliva, tedy se stálým provozem, má regulace výkonu za následek zhoršením podmínek pro spalování. Komínem nejen že odchází nespálené palivo v plynném stavu, ale navíc zamořuje okolí. U kotlů na spalování plynu a topných olejů je sice situace lepší, ale provoz těchto kotlů pracujících v režimu zapnuto/vypnuto není též z hlediska účinnosti a spalování optimální, zejména při každém zapálení hořáku a náběhu kotle na pracovní teplotu. Ale na kotli můžeme výrazně ušetřit. Nepotřebujeme kotel se super regulací. Stačí nám obyčejný kotel s dobrou účinností při jmenovitém výkonu kotle. Kotel bude během dne provozován jen na jmenovitý výkon nepřetržitě po dobu několika hodin, kdy bude nabíjet akumulátor. A to je pro všechny parametry kotle to nejlepší.

Málokdo si uvědomuje, že veškeré super regulace, kterými jsou moderní kotle vybavovány, mají zajistit jakž takž přijatelnou účinnost spalování v provozním režimu, kterému jsou po 99 % otopné sezóny vystaveny. Kotel je navržen na venkovní výpočtovou teplotu danou ČSN, což je dle místa buď -12°C, -15°C nebo -18°C. Kolik hodin za rok je využit na jmenovitý výkon?
Zbývajících několik tisíc hodin za rok se snaží regulace udržet kotel v přijatelných provozních podmínkách.

Zde bych chtěl znovu upozornit na správné umístění akumulátoru. Ideální by bylo, kdyby místnost s akumulátorem byla ze všech stran obklopena vytápěnými místnostmi. To je v praxi dost často nereálné. Vždy lze ale akumulátor umístit tak, aby alespoň dvě strany sousedily s vytápěnými místnostmi. Stavební dispozice tomu musí být přizpůsobena. Akumulátor musí být dobře zaizolován. V nádrži je udržována poměrně vysoká teplota vody a tepelné ztráty pláštěm nádrže by mohly snadno částečně znehodnotit výhody akumulace. Při instalaci teplovodního akumulátoru by měla být otopná tělesa navržena na maximální teplotu otopné vody 60 °C.

Shrneme-li úvahu o vhodnosti instalace akumulační nádrže, vyplývá, že je nezbytná v případě instalace tepelného čerpadla, při solárním ohřevu teplé užitkové vody a skoro nezbytná při provozu klasických kotlů na uhlí a dřevo. Samozřejmě je nutná u akumulačního elektrického vytápění a všech kombinovaných (vícepalivových) systémů. U moderních kotlů vybavených regulací je efekt z instalace akumulační nádrže nižší.

V současné době se často při rekonstrukci nebo výstavbě nového domku uvažuje o instalaci krbových kamen nebo krbové vložky. Je účelné volit typ s teplovodním výměníkem, který pak připojíme na akumulační nádrž. Získáme-li od rozvodných závodů povolení k akumulačnímu vytápění levnějším nočním proudem, stačí do akumulátoru o objemu 1,5 m³ umístit dvě topné tyče o výkonu po 7,5 kW.
Pokud v krbu nebo kamnech skutečně pravidelně topíme k zajištění pohody u rodinného krbu, získáváme v kombinaci s akumulačním elektrickým vytápěním nejlevnější způsob vytápění. Elektrická energie zajišťuje vytápění a temperování objektu v době, kdy se netopí v krbových kamnech a kamna zase šetří relativně drahou elektrickou energii.
Takovýto systém lze kdykoliv snadno rozšířit o další zdroj pro nabíjení nádrže.

Pokud chceme optimalizovat náklady na otopný systém, nesmíme šetřit na projektové dokumentaci. Výpočet tepelných ztrát na základě objemu místnosti, který "topenářští mistři" rádi používají, aby investorovi ušetřili peníze za projekt, má daleko k určení skutečných tepelných ztrát! Systém jako celek bývá pak v praxi značně předimenzovaný (tělesa, trubky, a tím i kotel), často pak nelze systém vyregulovat (někde to topí více, jinde méně) a o jeho ekonomickém provozu si můžete nechat jenom zdát. A náklad na realizaci takového systému je vyšší. Pokud realizujeme podlahové vytápění, měli bychom věnovat pozornost tomu, kolik metrů trubek navrhl projektant a kolik metrů trubek se chystá položit montážní firma.
Osobně si myslím, že odborné znalosti řady montážních firem jsou z pohledu "požadavku doby" dost špatné.

K zajištění minimálních provozních nákladů na vytápění požadovaného objektu je třeba, aby měl objekt optimální tepelně technické vlastnosti (tepelné izolace, akumulace, výměna vzduchu), aby byl instalován optimální zdroj tepla a optimální otopný systém doplněný optimální regulací.
V mnoha případech platí pravidlo, že zvýšení investice na realizaci popsaného otopného systému má větší návratnost, než investice do tepelných izolací objektu. Ale to je již další kapitola problematiky související s otázkou jak levně vytápět.