Konvekční elektrické vytápění
Systémy elektrického vytápění lze dělit podle několika kritérií. Jedním z nich je způsob přenosu tepla. Šíření tepelné energie z jednoho místa na druhé může probíhat prouděním (konvekcí), sáláním (radiací) nebo vedením (kondukcí). V tomto článku se zaměříme na přenos tepla konvekcí.
Principem konvekčního šíření tepla je neustálý pohyb částic vedoucí k proudění hmoty o různé teplotě, přičemž teplejší částice obvykle stoupají vzhůru, protože hustota kapalin a plynů s teplotou zpravidla klesá. Pohyb částic doprovázený vzájemným předáváním kinetické energie trvá tak dlouho, dokud nedojde k vyrovnání teplot.
Konvekční systémy jsou založeny na ohřevu a cirkulaci vzduchu. Cirkulace může být jak přirozená (např. u nástěnných konvektorů), tak nucená (např. u podlahových konvektorů nebo teplovzdušného vytápění). Chladnější vzduch nasávaný z vytápěné místnosti prochází přes výměník tepla, ohřívá se a proudí zpět do vytápěného prostoru, kde se od něj ohřívají stěny a pevné předměty. Ty tedy v případě konvekčních systémů mívají nižší teplotu, než má vzduch v místnosti. Aby docházelo k rovnoměrnému ohřevu vzduchu v interiéru, je nutné umístit otopná tělesa nebo výdechy teplovzdušného vytápění k nejvíce ochlazovaným stěnám, zpravidla pod okna. Teplo potom stoupá z otopného tělesa nebo z výdechů přes chladnou plochu směrem ke stropu a šíří se dál do prostoru. Zde se vzduch vlivem tepelných ztrát ochlazuje, klesá k podlaze a dostává se zpátky k otopnému tělesu. U teplovzdušného vytápění je odpadní vzduch nasáván vzduchotechnikou, aby se po úpravě vrátil zpět do vytápěných prostor prostřednictvím výdechových mřížek. Prouděním teplého vzduchu se navíc vytvářejí tepelné clony, které oddělují prostor interiéru od chladnějších okenních ploch, což přispívá k zajištění požadovaného komfortu vnitřního prostředí. Zásluhou cirkulace vzduchu mají otopné systémy založené na principu konvekčního šíření tepla specifické rozložení teplot ve vytápěném prostoru, které sice není zcela v souladu s ideálním stavem, ale relativně se mu blíží.
Výhody konvekčních systémů se liší podle použité varianty. Zatímco u nástěnných elektrických konvektorů je největší předností bezesporu nízká pořizovací cena otopného systému, u podlahových elektrických konvektorů možnost bez omezení aplikovat celoplošného prosklení místností, u teplovzdušného vytápění jí bude kombinace systémů vytápění a větrání umožňující efektivně využívat principu zpětného získávání tepla z odpadního vzduchu. Na rozdíl od sálavých systémů vyžadujících volný prostor pro dobrý rozptyl sálání, nejsme také u konvekce výrazně omezováni při umísťování nábytku ve vytápěných prostorách.
Mezi konvekční elektrické vytápění řadíme systémy, u kterých k přenosu tepla dochází buďto výhradně konvekcí, anebo kombinací konvekce a sálání, ale konvekční složka je převažující.
Obr. č. 1 – vnitřní jednotka tepelného čerpadla vzduch-vzduch Daikin Comfort RX 5,8 kW (zdroj: www.daikin.cz)
Tepelné čerpadlo vzduch–vzduch
- teplo pro ohřev vzduchu uvnitř budovy je tepelným čerpadlem získáváno z venkovního vzduchu, tento druh tepelného čerpadla ohřívá vzduch v místnosti přímo, bez potřeby topného systému
- teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku tepelného čerpadla předává kapalnému chladivu, které se po zahřátí odpařuje, páry stlačené v kompresoru na vysoký tlak jsou přiváděny do kondenzátoru, kde předávají teplo topné vodě, aby se nakonec tlak chladiva expanzním ventilem snížil na původní hodnotu, čímž se cyklus uzavírá
- vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru nemalé množství elektrické energie, lze tepelná čerpadla zařadit na hranici mezi alternativními a elektrickými zdroji tepla, o tom, kterému se blíží více, rozhoduje hodnota topného faktoru
Nástěnný elektrický konvektor
- základním typem topidel pro elektrické vytápění předávajícím veškeré teplo konvekcí je nástěnný přímotopný konvektor
- topidlo nasává chladný vzduch ve své dolní částí, ten proudí kolem topného tělesa a ohřátý samovolně vystupuje mřížkou v horní části topidla, přenosná topidla mohou být vybavena ventilátorem pro rychlejší přenos tepla
- konvektory, jakožto přímotopné zdroje, předávají teplo vyrobené topným tělesem do místnosti ve stejný okamžik, kdy v místnosti nastává teplotní deficit, dodávku tepla řídí vestavěný termostat reagující na aktuální vnitřní teplotu vytápěného prostoru
Akumulační kamna
- akumulační kamna sestávají z tepelně izolovaného pláště naplněného vysoce výhřevným jádrem např. z magnezitových cihel, mezi kterými jsou uloženy topné tyče
- energie dodávaná topnými tyčemi se v době nízkého tarifu ukládá v akumulačních cihlách, aby se následně v době energetické špičky využila k vytápění, přičemž k vybíjení dochází buďto přirozeným prouděním vzduchu kolem cihel (statická akumulační kamna), nebo proháněním vzduchu za pomoci ventilátoru (dynamická akumulační kamna), v obou případech je přenos tepla konvekční
- nabíjení kamen, tedy nahřívání cihel je řízeno pomocí HDO dodavatelem elektrické energie, vybíjení v případě statických kamen nelze regulovat, u dynamických se reguluje spínáním ventilátoru, případně regulací otáček
Podlahový elektrický konvektor
- speciálním typem přímotopného konvektoru je podlahový konvektor pracující na shodném principu jako nástěnná varianta, ale umístěný v podlahovém žlabu s krycí mřížkou
- topidlo je vybaveno ventilátorem pro nasávání chladného vzduchu, který je hnán kolem topného tělesa, aby následně ohřátý proudil mřížkou ven do místnosti
- konvektory, jakožto přímotopné zdroje, předávají teplo vyrobené topným tělesem do místnosti ve stejný okamžik, kdy v místnosti nastává teplotní deficit, dodávku tepla řídí vestavěný termostat reagující na aktuální vnitřní teplotu vytápěného prostoru
Teplovzdušné vytápění + přímotop
- tepelná energie se v systému teplovzdušného vytápění šíří výhradně proudícím teplým vzduchem (konvekcí), k jehož částečnému ohřevu se v rekuperačním výměníku využívá teplo vzduchu odváděného z objektu
- k dosažení požadované vnitřní teploty je třeba systém osadit doplňkovým zdrojem tepla, kterým je v tomto případě přímotopný elektrický ohřívač dohřívající vzduch proudící v potrubí kolem topného tělesa
- elektrický ohřívač slouží jako doplňkový (bivalentní) zdroj k rekuperačnímu výměníku, zapínán bývá v době, kdy je provoz hlavního zdroje kapacitně nedostatečný
Teplovodní konvektor + elektrokotel
- konvektor je tepelný výměník, který předává teplo distribuované teplovodní otopnou soustavou do vytápěné místnosti pouze konvekcí, topidlo nasává chladný vzduch ve své dolní částí, ten proudí (přirozeně nebo nuceně pomocí ventilátoru) kolem topného tělesa a ohřátý samovolně vystupuje mřížkou v horní části topidla
- k ohřevu teplonosného média slouží topné patrony uložené v izolovaném výměníku, voda kolem nich proudí a přijímá produkované teplo
- elektrokotel se převážně užívá jako doplňkový (bivalentní) zdroj k jinému zdroji, zapínán bývá v době, kdy je provoz hlavního zdroje kapacitně nedostatečný nebo neefektivní
- monovalentní provoz je teoreticky možný u domů s nízkou spotřebou tepla, v současné době však toto řešení naráží na legislativní překážku
- konvektor je tepelný výměník, který předává teplo distribuované teplovodní otopnou soustavou do vytápěné místnosti pouze konvekcí, topidlo nasává chladný vzduch ve své dolní částí, ten proudí (přirozeně nebo nuceně pomocí ventilátoru) kolem topného tělesa a ohřátý samovolně vystupuje mřížkou v horní části topidla
- teplo vyrobené v tepelném zdroji s obtížně regulovatelným výkonem (solární panely, krbová kamna) je výhodné distribuovat s pomocí akumulačního teplovodního zásobníku, který umožňuje efektivně využívat vyrobené teplo v době jeho aktuální potřeby
- akumulační zásobník s dobře izolovaným pláštěm je nabíjen z hlavního zdroje tepla prostřednictvím výměníku ve formě topného hadu, jako doplňkový (bivalentní) zdroj využívaný v době, kdy se nedostává energie z hlavního zdroje, slouží elektrické topné patrony uložené uvnitř zásobníku
Teplovodní konvektor + tepelné čerpadlo vzduch/země–voda
- konvektor je tepelný výměník, který předává teplo distribuované teplovodní otopnou soustavou do vytápěné místnosti pouze konvekcí, topidlo nasává chladný vzduch ve své dolní částí, ten proudí (přirozeně nebo nuceně pomocí ventilátoru) kolem topného tělesa a ohřátý samovolně vystupuje mřížkou v horní části topidla
- energie pro ohřev vody v topném systému je tepelným čerpadlem získávána buďto z venkovního vzduchu, nebo ze země s využitím vrtu nebo plošného kolektoru
- teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku tepelného čerpadla předává kapalnému chladivu, které se po zahřátí odpařuje, páry stlačené v kompresoru na vysoký tlak jsou přiváděny do kondenzátoru, kde předávají teplo topné vodě, aby se nakonec tlak chladiva expanzním ventilem snížil na původní hodnotu, čímž se cyklus uzavírá
- vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru nemalé množství elektrické energie, lze tepelná čerpadla zařadit na hranici mezi alternativními a elektrickými zdroji tepla, o tom, kterému se blíží více, rozhoduje hodnota topného faktoru
Teplovzdušné vytápění + elektrokotel
- tepelná energie se v systému teplovzdušného vytápění šíří výhradně proudícím teplým vzduchem (konvekcí), k jehož částečnému ohřevu se v rekuperačním výměníku využívá teplo odváděného vzduchu, k dosažení požadované vnitřní teploty je třeba systém osadit doplňkovým zdrojem, v tomto případě elektrokotlem dohřívajícím vzduch pomocí vloženého teplovodního výměníku
- k ohřevu teplonosného média slouží topné patrony uložené v izolovaném výměníku, voda kolem nich proudí a přijímá produkované teplo
- elektrokotel se převážně užívá jako doplňkový (bivalentní) zdroj k jinému zdroji, zapínán bývá v době, kdy je provoz hlavního zdroje kapacitně nedostatečný nebo neefektivní
- monovalentní provoz je teoreticky možný u domů s nízkou spotřebou tepla, v současné době však toto řešení naráží na legislativní překážku
Teplovzdušné vytápění + akumulační zásobník
- tepelná energie se v systému teplovzdušného vytápění šíří výhradně proudícím teplým vzduchem (konvekcí), k jehož částečnému ohřevu se v rekuperačním výměníku využívá teplo odváděného vzduchu, k dosažení požadované vnitřní teploty je třeba systém osadit doplňkovým zdrojem, v tomto případě akumulačním zásobníkem dohřívajícím vzduch pomocí vloženého teplovodního výměníku
- teplo vyrobené v tepelném zdroji s obtížně regulovatelným výkonem (solární panely, krbová kamna) je výhodné distribuovat s pomocí akumulačního teplovodního zásobníku, který umožňuje efektivně využívat vyrobené teplo v době jeho aktuální potřeby
- akumulační zásobník s dobře izolovaným pláštěm je nabíjen z hlavního zdroje tepla prostřednictvím výměníku ve formě topného hadu, jako doplňkový (bivalentní) zdroj využívaný v době, kdy se nedostává energie z hlavního zdroje, slouží elektrické topné patrony uložené uvnitř zásobníku
Teplovzdušné vytápění + tepelné čerpadlo vzduch/země–voda
- tepelná energie se v systému teplovzdušného vytápění šíří výhradně proudícím teplým vzduchem (konvekcí), k jehož částečnému ohřevu se v rekuperačním výměníku využívá teplo odváděného vzduchu, k dosažení požadované vnitřní teploty je třeba systém osadit doplňkovým zdrojem, v tomto případě tepelným čerpadlem dohřívajícím vzduch pomocí vloženého teplovodního výměníku
- energie pro ohřev vody v topném systému je tepelným čerpadlem získávána buďto z venkovního vzduchu, nebo ze země s využitím vrtu nebo plošného kolektoru
- teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku tepelného čerpadla předává kapalnému chladivu, které se po zahřátí odpařuje, páry stlačené v kompresoru na vysoký tlak jsou přiváděny do kondenzátoru, kde předávají teplo topné vodě, aby se nakonec tlak chladiva expanzním ventilem snížil na původní hodnotu, čímž se cyklus uzavírá
- vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru nemalé množství elektrické energie, lze tepelná čerpadla zařadit na hranici mezi alternativními a elektrickými zdroji tepla, o tom, kterému se blíží více, rozhoduje hodnota topného faktoru
Electric heating systems can be divided according to several criteria. One of them is way of heat transfer. The distribution of thermal energy from one place to another may occur through convection, radiation or conduction. In this article we will focus on the convection heat transfer.