Historie elektrického vytápění
Od objevu prvního použitelného zdroje elektřiny, Voltova článku, se začala psát nejen historie žárovky, ale i mnoha dalších elektrických zařízení. V době rozvoje průmyslu a rostoucí životní úrovně netrvalo dlouho, než došlo na využití tepelných účinků proudu. Podívejme se tedy, kde má současnost své kořeny.
Počátek praktického využití elektřiny se spojuje s rokem 1800, kdy byl objeven první použitelný zdroj stálého elektrického proudu Voltův článek. Poměrně záhy, již ve druhé polovině 19. století, nastává překotný vývoj řady technických aplikací a elektrických zařízení, a jejich postupné zavádění do výroby a prodeje. V první fázi především pro oblast průmyslu ve formě náhrady parních strojů stejnosměrnými dynamy a generátory střídavého elektrického proudu a elektrického elektromotory. Skutečně masový rozvoj oboru z pohledu obyvatelstva byl odstartován výstavbou elektráren a elektrifikací obcí s primárním účelem „rozsvítit“ domovy lidem na přelomu 19. a 20. století. S rozvojem výroby elektřiny a jejího dostatku se postupně domácnosti vybavují i dalšími elektrickými spotřebiči, mezi nimi i různé konstrukce elektrických otopných těles.
Obr. 2 Kniha Elektřina a její užití, díl II., vydání rok 1909.
Profesor Dr. Jaroslav Jeništa v knize Elektřina a její užití, díl II. z roku 1909 hovoří v kapitole „Jiné tepelné účinky proudu elektrického“ o možnostech využití elektřiny k vytápění slovy: „Tepla vzniklého proudem elektrickým lze užiti též k vytápění místností, vaření, atd., krátce ke všemu tomu, k čemu se užívá tepla způsobeného hořením uhlí nebo plynu; hned však budiž připomenuto, že všude tam, kde není cena elektrické energie hodně malá, je toto elektrické topení málo ekonomické“.
Obr. 3 Stejnosměrný motor použitelný i jako dynamo (generátor) elektrického proudu (Zdroj: Jeništa, Elektřina a její užití, díl II., vydání 1909)
Obr. 4 Vzorec pro výpočet tepelné energie vznikající průchodem elektrického proudu vodičem. (Zdroj: Jeništa, Elektřina a její užití, díl II., vydání 1909)
Doplnění legendy ke vzorci ve vyobrazené citace v obr. 4. „V“ je elektrické napětí, „i“ je elektrický proud a „t“ je čas, po který proud protéká vodičem. Jde-li o čistě odporový vodič, veškerá práce se mění na tepelnou energii, která zvyšuje teplotu vodiče a je z něj vyzařována nebo jinak předávána do okolí.
Pokud se elektrický proud zvyšuje, roste teplota vodiče, vhodně materiálově a konstrukčně řešený vodič se „rožhavuje“, od temně červené přes jasně červenou až po světle žlutou, tím více i svítí, nebo-li vyzařuje viditelné záření. Tohoto jevu se využilo ke konstrukci svítidel „žárovek“, což je odvozenina od pojmu elektrické světlo žárové, s vysokou teplotou, jak o něm píše prof. Jeništa. Příklad využití principu velkého podílu vyzařované tepelné energie žárovým zdrojem světla pro konstrukci otopného tělesa je na obr. 1. Paradoxem „podivnosti“ současné doby je, že žárové světelné zdroje, žárovky, byly v EU pro jejich malou účinnost přeměny elektrické energie na světlo vyřazeny z trhu zdrojů světla, ale lze je koupit na trhu zdrojů tepla.
Stavu, kdy protékající elektrický proud rozžhaví vodič do temně až jasné červené barvy, se využilo ke konstrukci prvních sálavých otopných těles. A již tehdy byly ověřovány a postupně zaváděny do výroby sálavá otopná tělesa kombinující kovový vodič s keramickým tělesem, případně místo vodiče byl použit speciální keramický materiál.
Obr. Jedno z řešení konstrukce celosvětově, i v Československu, masově vyráběných elektrických sálavých otopných těles založených na vodiči stočeném do spirály a takto navinutém na teplotně odolné konstrukci. (Zdroj: Archiv Panasonic, třicátá léta dvacátého století)
Poznatku, že elektrický proud protékající vodičem vodič ohřívá, bylo velmi záhy, s rozvojem výroby a rozvodných elektrických sítí, využito i pro ohřev vody. Počátky lze datovat do období na přelomu 19. a 20. století. K velkému rozmachu využití elektrických bojlerů došlo po ukončení 2. světové války.
Rozvoj teplovodního vytápění založeného na využití elektrokotlů je spojen s obdobím, kdy byla cena elektřiny vzhledem k příjmům obyvatelstva relativně příznivá. Je to spojeno i s dříve obvyklým velkým rozdílem mezi spotřebou elektřiny během dne a noci. Toto působilo velké problémy výrobcům elektřiny vzhledem k obtížné a pomalé regulaci výkonu elektráren, a proto začali podporovat odběr elektřiny v noci výrazně nižší cenou. V současnosti vzhledem k masovému využití nejrůznějších elektrospotřebičů se rozdíly mezi spotřebou elektřiny v noci a ve dne natolik vyrovnaly, že zásadní cenové zvýhodnění noční spotřeby mizí.
Pokud hovoříme o vytápění založeném na využití elektrické energie, mohli bychom zmínit i tepelná čerpadla s kompresorem poháněná elektromotorem. Jedná se o využití původně chladicího stroje v opačném směru, tedy nikoliv k chlazení určitého prostoru, ale k jeho vytápění, případně k přípravě teplé vody. Tento způsob vytápění u nás prochází přibližně od roku 2010 velkým rozmachem založeným na legislativě vyžadující zvyšovat podíl využití obnovitelných přírodních zdrojů energie (vzduch, země, voda) při vytápění a rostoucími cenami paliv. Z pohledu programů na výměnu neekologických kotlů se však tepelná čerpadla za elektrické vytápění nepovažují, neboť většina jimi dodávané tepelné energie pochází z přírody případně z nějaké formy odpadního tepla.
Od vydání knihy dr. Jeništy se mnoho věcí změnilo. Elektřina se stala neodmyslitelnou součástí našeho života, vyrábíme ji novými efektivnějšími procesy a stále více ji získáváme bez spalování fosilních paliv. Vzhledem k její ušlechtilé formě umožňující rozvod energie jen za pomocí kabelů a již zahájenému trendu vlastní výroby elektřiny malými střešními fotovoltaickými elektrárnami na budovách je stále více oblíbená i v oblasti vytápění.