Elektrické vytápění ohřívající vzduch
Jedny z variant elektrického vytápění jsou založeny na ohřevu vzduchu. A to buď ve zdroji tepla mimo vytápěný prostor s nutností instalovat rozvody vzduchu, což se většinou propojuje s činností řízeného větrání prostoru nebo přímo ve vytápěném prostoru bez potřeby instalovat rozvody ohřátého vzduchu.
Vedle možnosti dopravovat teplo získané prostřednictvím elektrické energie do vytápěného prostoru prostřednictvím otopné vody existuje i možnost teplo dopravovat prostřednictvím ohřátého vzduchu – teplovzdušné vytápění, anebo ohřívat vzduch přímo ve vytápěném prostoru. Rozdíl mezi variantami založenými na ohřevu vzduchu spočívá v umístění zdroje tepla a ve skutečnosti, že jedna z nich potřebuje ke svému provozu řešit distribuční cesty pro rozvod teplonosného média, zatímco druhá nikoliv.
Systémy teplovzdušného vytápění sestávají z centrálního tepelného zdroje a rozvodu ohřátého vzduchu do vytápěných prostor v podobě vzduchových tras tvořených VZT potrubím. Tento systém v sobě spojuje jak vytápění, tak větrání vnitřních prostor, což přináší výhodu v možnosti využití tepla odpadního vzduchu k předehřevu vzduchu čerstvého. Děje se tak ve větracích jednotkách vybavených rekuperačním výměníkem, přičemž nejkvalitnější z nich pracují s cca 80–90% účinností při zpětném získávání tepla. Z výše uvedeného vyplývá, že zdroj tepla zde plní funkci doplňkového zdroje, který pokrývá rozdíl mezi aktuální potřebou tepla a množstvím tepla, které v daném čase dokáže z odpadního vzduchu odebrat rekuperační větrací jednotka. Zpětné získávání tepla představuje vysoce ekonomický způsob ohřevu vnitřního vzduchu, nicméně výkon jednotky závisí na rozdílu teplot vzduchu odváděného z interiéru a čerstvého vzduchu z exteriéru, takže v období, kdy je tento rozdíl větší, se bez doplňkového zdroje neobejdeme. V úvahu tak přicházejí následující možnosti. Do VZT rozvodu je včleněn prvek, prostřednictvím kterého se dohřívá na požadovanou teplotu potrubím proudící větrací vzduch, přičemž dohřev může být zajišťován buďto elektrickým přímotopným tělesem, výměníkem tepelného čerpadla vzduch/vzduch, anebo zde může být vložen tepelný výměník, ve kterém se k ohřevu vzduchu využívá teplo z akumulačního zásobníku nabíjeného levným, ale časově nestabilním zdrojem tepla, případně elektrickými topnými patronami v době, kde není levný zdroj dostatečně kapacitní.
Systémů elektrického vytápění fungujících na principu přímého ohřevu vzduchu v temperovaném prostoru je celá řada. Patří mezi ně topná tělesa instalovaná na stavebních konstrukcích (sálavé panely, infrazářiče, akumulační kamna nebo konvektory) nebo tělesa integrovaná do stavebních konstrukcí (topné kabely, rohože nebo folie v podlaze, ve stropě, či ve stěnách vytápěných místností). Společným rysem těchto systémů je absence centrálního zdroje tepla.
Jaké jsou výhody a nevýhody uvedených variant elektrického vytápění? U teplovzdušného vytápění jistě oceníme vysokou efektivitu výroby tepla díky využití zpětného získávání tepla z odpadního vzduchu. Výhodou, zejména potom u domů v nízkoenergetickém a pasivním standardu je rovněž to, že kromě vytápění je zde současně vyřešeno i větrání objektu. Nevýhodou bude konvekční přenos tepla, který neposkytuje ideální rozložení teploty ve vytápěných prostorách, a prostorově náročnější distribuce tepla pomocí VZT rozvodů umístěných v podlaze, stěnách nebo v podhledu. Hlavní předností systémů ohřívajících elektřinou vzduch přímo ve vytápěném prostoru je jejich jednoduchá aplikace bez nutnosti řešit rozvody topného média od centrálního zdroje tepla, což se projevuje v příznivých investičních nákladech na pořízení otopné soustavy. Jednotlivé varianty mají i další výhody, a přirozeně i nevýhody, ty ale nevycházejí z využitého principu distribuce tepla, takže je nelze zobecnit.
Mezi elektrické vytápění se zdroji ohřívajícími přímo vzduch můžeme řadit následující systémy:
Sálavý stropní panel
- principu tzv. infračerveného vytápění se využívá v obytných i komerčních prostorách při ohřevu interiéru pomocí na stropě umístěných nízkoteplotních panelů, u kterých vysoce převažuje sálavá složka přenosu tepla nad složkou konvekční
- materiálově se jedná buďto o desky z ocelového pozinkovaného plechu v ideálním případě se speciální povrchovou úpravou pro zvýšení absorpce tepla ze zdroje tepla na vnitřní straně a emise tepla do vytápěného prostoru na vnější straně, nebo o desky skleněné
- topným prvkem těchto přímotopných panelů bývá tkaná topná folie na bázi grafitu, oddělená od pohledové části dielektrickou izolační deskou
Stropní topná folie
- velkoplošné stropní vytápění interiéru ve formě topné folie v kombinaci se sádrokartonem se využívá především tam, kde preferujeme sálavou složku přenosu tepla a nemůžeme si dovolit příliš vysoké povrchové teploty sálavých ploch
- jedná se o tenkou folii o tloušťce pouhých 0,4 mm, pomocí které se sádrokartonový podhled zahřívá v celé ploše, což má pozitivní vliv na rovnoměrné rozložení vnitřní teploty interiéru
- vzhledem k tomu, že topná folie nepředává teplo napřímo, ale prostřednictvím zahřáté SDK desky, která ho následně vyzařuje, hovoříme v tomto případě o akumulačním zdroji tepla
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 sálavý panel
- ačkoliv prvky sálavého vytápění instalované na stěnách místností disponují při ohřevu interiéru o něco nižší hodnotou sálavé složky přenosu tepla, než v případě jejich umístění na stropě, nijak to nesnižuje výhody tohoto druhu tepelného přenosu (energetická úspornost, omezená cirkulace a vysušování vzduchu)
- nástěnné sálavé panely plní nejen funkci topného tělesa, ale s ohledem na své materiálové řešení (tvrzené sklo nebo ušlechtilá kamenná deska) přispívají i k estetické kvalitě interiéru
- topným prvkem těchto přímotopných panelů bývá tkaná topná folie na bázi grafitu, oddělená od pohledové části dielektrickou izolační deskou
Infrazářič
- principem infrazářiče (nebo také quartzového topidla) je využití vlastností infračerveného záření, kdy sálavé teplo směřující na přítomné osoby zajišťuje dostatečný teplotní komfort i při nižší teplotě okolního vzduchu
- v bytových objektech slouží například pro dodatečný ohřev v koupelnách, v průmyslových objektech se využívají zejména pro místní ohřev v rozlehlých skladových a dílenských prostorách
- topným prvkem je infražárovka ve tvaru tenké trubice, kterých bývá v topidlech tohoto typu několik
Nástěnný sálavý přímotop
- absenci sálavé složky představující hlavní nevýhodu klasického přímotopného konvektoru řeší tzv. sálavý (infra) přímotop, u kterého je díky speciální konstrukci téměř 50 % tepla předáváno sáláním
- jedná se o hybrid mezi konvektorem a infračerveným topným panelem, který současně ohřívá vzduch proudící topidlem a rovněž vyzařuje teplo absorbované v plášti topidla
- sálavý přímotop stejně jako klasický konvektor patří mezi přímotopná zařízení
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
Stěnová topná folie
- velkoplošné stěnové vytápění není příliš rozšířené, využívá se zejména v případech, kdy není možné velkoplošný zdroj tepla umístit do podlahy nebo stropu; princip je shodný se stropním vytápěním, topná folie ohřívá sádrokartonovou desku a ta formou sálání předává teplo do interiéru
- jedná se o tenkou folii o tloušťce pouhých 0,4 mm, pomocí které se sádrokartonová deska zahřívá v celé ploše, což s ohledem na rozměrnější aplikace znamená, že se mohou k dosažení požadovaného tepelného výkonu využívat folie o nízkých příkonech
- topná folie nepředává teplo napřímo, ale prostřednictvím SDK desky, proto se v tomto případě jedná o akumulační zdroj tepla
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
Podlahová topná folie
- při tzv. suché skladbě podlahové konstrukce se velkoplošné podlahové vytápění realizuje formou topné folie umístěné pod finální vrstvou podlahy
- jedná se o tenkou folii o tloušťce pouhých 0,4 mm, pomocí které se finální vrstva podlahová konstrukce zahřívá v celé ploše, což má pozitivní vliv na rovnoměrné rozložení vnitřní teploty interiéru
- vzhledem k tomu, že pohledová plocha (plovoucí podlaha, PVC, koberec) nemívá dostatečnou akumulační schopnost, funguje v tomto případě topná folie jako přímotopný zdroj tepla
- sálavá složka přenosu tepla nebývá při těchto aplikacích tak dominantní, přesto se stále jedná o druh sálavého vytápění
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
Obr. – odporový (dvoužilový) topný kabel (typ TO-2L) na separační fólii – řez podlahou. Nástěnný termostat. (zdroj: www.v-system.cz)
Topný kabel a rohože
- při tzv. mokré skladbě podlahové konstrukce se velkoplošné podlahové vytápění realizuje formou topných kabelů zalitých tenkou vrstvou (4–6 cm) betonu nebo anhydridu, která zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty v podlahové ploše
- topným prvkem je elektrický odporový kabel aplikovaný buďto jako topný okruh (volná pokládka, vhodný pro menší a členité plochy), nebo jako topná rohož (kabel zafixovaný na tkanině, vhodný pro větší a pravidelné plochy)
- tento systém se s ohledem na svoji konstrukci nazývá akumulačním (nebo poloakumulačním), ačkoliv akumulační schopnost tenké desky není zdaleka taková, jak jsme zvyklí u podlahových teplovodních systémů
- sálavá složka přenosu tepla nebývá při těchto aplikacích tak dominantní, přesto se stále jedná o druh sálavého vytápění
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