Elektrické převážně sálavé vytápění (II)

1.2 Stěnové velkoplošné vytápění

U stěnového vytápění jde o uložení topného kabelu na stěnu pod omítku. Na rozdíl od podlahového vytápění má stěnové vytápění svá specifika, ale i mnoho společného. Povrchová teplota může být podstatně vyšší, než je u podlahy a otopná plocha se neprovádí jako akumulační.

U stěnové otopné plochy je na stěnu nejdříve upevněna tepelná izolace. Dostatečnou tloušťku tepelné izolace vyžadují především zdi obvodového pláště objektu. Na tepelnou izolaci jsou upevněny topné kabely či rohože, které jsou zakryty omítkou. Otopná plocha, a zejména ta, která tvoří pouze část stěny, by měla být oddělena od zbytku stěny stále pružnou dilatační spárou. Pouze tak zaručíme, že nedojde k pozdějšímu popraskání omítky stěny.

Stěnové vytápění topnými kabely a rohožemi není příliš obvyklé a přednost se dává použití sálavých panelů, které se umísťují na stěnu v sadě alespoň tři, aby se optimalizovala regulace výkonu ve stupních vypínáním jednotlivých panelů prostorovým termostatem.

2. Sálavé panely

Elektrické sálavé panely mají podobu plochých desek vyrobených z ocelového nebo hliníkového plechu. Zadní strana je tepelně izolována a přední deska je rovnoměrně zahřívána odporově topnou fólií. Na vnitřní účinné straně s topnou fólií je povrch plechu upraven izolačním elektrickým nátěrem.

Elektrické sálavé panely se používají jako stropní či jako nástěnné. U stropních panelů, které jsou součástí stropní konstrukce, se na zadní straně panelu sdílí cca 10 % tepla, které pro vytápění místnosti nevyužijeme. U nástěnných panelů je to cca 15 %, avšak těchto 15 % rovněž využijeme v podobě konvekční složky.

Výkon účinné přední strany sálavého panelu je dán:

[W]

kde

α	součinitel přestupu tepla [W/m2.K]
Sp	účinná plocha panelu [m2]
tp	povrchová teplota panelu [°C]
ti	teplota okolního vzduchu [°C]
q	měrný tepelný výkon účinné přední strany [W/m2]

2.1 Stropní sálavé panely

Pro návrh stropních sálavých panelů je rozhodující součinitel přestupu tepla u panelu a povrchová teplota panelu. Za předpokladu, že plocha stropních panelů je menší než plocha nevytápěných osálaných stěn je součinitel přestupu tepla sáláním dán vztahem:

Součinitel sálání elektrických panelů opatřených standardní povrchovou úpravou je C_p= 5,4 [W/m².K⁴]

Pro sdílení tepla je však potřebný celkový součinitel přestupu tepla, který je složen ze součinitele přestupu tepla sáláním α_sp a konvekcí α_kp podle následujícího vztahu:

Součinitel přestupu tepla konvekcí lze určit podle kriteriální rovnice [3] pro úzké stropní plochy

Tab. 2 udává vypočtené součinitele přestupu tepla konvekcí a sáláním při teplotě vzduchu a okolních stěn 20 °C v závislosti na povrchové teplotě sálavého panelu. Výpočtovou teplotu již nesnižujeme jako dříve na 18 °C, ale tepelné ztráty pro sálavé vytápění počítáme bez přirážky na vyrovnání vlivu chladných stěn. Stejným způsobem počítáme tepelné ztráty i pro místnosti s podlahovým vytápěním.

tp [°C]	50	55	60	65	70	75	80	85	90
αsp [W/m2.K]	6,3	6,5	6,7	6,8	7,0	7,2	7,3	7,5	7,7
αkp [W/m2.K]	3,0	3,1	3,2	3,3	3,4	3,5	3,6	3,6	3,7
α   [W/m2.K]	9,3	9,6	9,9	10,1	10,4	10,7	10,9	11,1	11,4

Tab.2 - Součinitelé přestupu tepla konvekcí a sáláním u stropních panelů při teplotě vzduchu
a okolních stěn 20 °C v závislosti na povrchové teplotě sálavého panelu

Při určování celkového výkonu sálavého panelu musíme mít na paměti, že bude větší než tepelný výkon dodávaný přímo do vytápěného prostoru a pokrývající tepelnou ztrátu o tepelný výkon sdílený zadní stranou. Tepelný tok sdílený na zadní izolované straně panelu je cca 10 až 15 % celkového tepelného výkonu.

U stropního vytápění je důležité ohlídat povrchovou teplotu otopné plochy, neboť vysoká teplota by způsobila nadměrné osálání temene hlavy a tak výraznou tepelnou nepohodu. Přípustnou povrchovou teplotu stropní otopné plochy - panelu pro různé výšky stropu a velikosti otopné plochy udává obr. 6.

Určující rovnice, uplatněná rovněž na obr. 6, tepelně-fyziologicky určující povrchovou teplotu stropu nabývá tvar

[°C]

kde
φ je poměr osálání [-].

Obr. 6 - Přípustná povrchová teplota stropu při teplotě vzduchu 20 °C podle Kollmara.

Podle předpisů se kontroluje operativní teplota a intenzita sálání v místě hlavy, která nemá překročit 200 W/m².

2.2 Stěnové sálavé panely

Stěnové sálavé panely lze použít jako běžná otopná tělesa. Zavěšují se s odstupem od stěny, čímž se využije i teplo sdílené ze zadní strany panelu v podobě konvekce. Stěnové sálavé panely bychom však neměli instalovat proti oknu, neboť sáláním proti okenní ploše zvyšujeme tepelnou ztrátu a zároveň zmenšujeme množství tepla dodávané vytápěné místnosti.

Pro přestup tepla u stěnových panelů platí rovněž, že celkový součinitel přestupu tepla je složen ze součinitele přestupu tepla sáláním a konvekcí. Součinitel přestupu tepla sáláním bude definován stejně jako u stropních panelů, avšak součinitel přestupu tepla konvekcí bude jiný. Uvažujme pro přestup tepla konvekcí kriteriální rovnici podle [1] danou vztahem:

kde
t_p povrchová teplota panelu [°C]
t_i teplota okolního vzduchu [°C]

Podíváme-li se na tab. 3 vidíme, že u stěnových panelů nejde o výrazně sálavé vytápění, protože přestup tepla sáláním je pouze o něco větší než přestup tepla konvekcí. Rovněž je možné uvažovat, že se zadní stranou panelu sdílí nejméně 15 % celkového tepelného toku. Tento tepelný tok připočítáváme k tepelnému toku sdílenému přední stranou a tak stěnové panely využívají celý elektrický příkon pro vytápění místnosti.

tp [°C]	50	55	60	65	70	75	80	85	90
αsp [W/m2.K]	6,3	6,5	6,7	6,8	7,0	7,2	7,3	7,5	7,7
αkp [W/m2.K]	4,4	4,7	4,8	5,0	5,2	5,3	5,5	5,6	5,7
α    [W/m2.K]	10,7	11,2	11,5	11,8	12,2	12,5	12,8	13,1	13,4

Tab. 3 - Součinitelé přestupu tepla konvekcí a sáláním u stěnových panelů při teplotě vzduchu
a okolních stěn 20 °C v závislosti na povrchové teplotě sálavého panelu

Literatura:

[1] Bašta, J.: Otopné plochy. Praha 2001: Ediční středisko ČVUT - kniha. 328 s. ISBN 80-01-02365-6.
[2] Petráš, D., Koudelková, D.: Teplovodní a elektrické podlahové vytápění. Bratislava 2004. Jaga group, s.r.o. 189 s. ISBN 80-88905-97-4.
[3] Kollmar, A.: Die Wärmeabgabe der Rohrdeckenheizung. Ges.-Ing. 80, 1959, 4.1, s. 1-11.
[4] Cihelka, J.: Praktický výpočet stropního sálavého vytápění. Zdravotní technika a vzduchotechnika 4, 1961, č. 2, s. 70-78.
[5] Firemní podklady