Reklama

Vytápění průmyslových hal a velkých objektů

Základní faktory ovlivňující návrh vytápění velkoprostorových objektů

21.12.2009

Ing. Miroslav Kotrbatý, Ing. Zuzana Kovářová, Ph.D., Ing. Ondřej Hojer, Ph.D.

Návrh vytápění velkoprostorových objektů ovlivňuje celá řada důležitých faktorů. Záleží jak na způsobu vytápění, rozměrech objektu, vlivu technologie i rozmístění energetických zařízení. Klíčové je přitom, jakým způsobem tyto faktory působí na tepelnou pohodu člověka.

Reklama

1. Úvod

Jak by mělo vypadat ideální vytápění velkoprostorového objektu?

Kromě dosažení odpovídajících mikroklimatických podmínek v pracovní oblasti (nikoliv jen vytápění) přicházejí v úvahu i podmínky technologické, a to jak v samotném výrobním procesu, tak i při realizaci energetických soustav a následně i v náročnosti obsluhy a údržby. To vše s minimálními spotřebami všech energonositelů zpracovaných v jakémkoliv zdroji. Z tohoto pohledu by mělo být obsahem návrhu stavby všech zúčastněných profesí zaměření na:

dosažení optimálních mikroklimatických podmínek v zóně pobytu člověka,
dispoziční a konstrukční provedení objektu,
snižování spotřeb tepla na vytápění a větrání,
minimální nároky na obsluhu a údržbu zařízení.

2 Dosažení optimálních mikroklimatických podmínek v zóně pobytu člověka

Pro vytápění průmyslových hal se z hlediska způsobu dodávky tepla do vytápěného prostoru používají dva principy. Je to jednak vytápění teplovzdušné, kde je nositelem tepelné energie vzduch a pak sálavé, které využívá záření. Výhodnost jednoho či druhého principu ukáží příklady.

2.1 Teplovzdušné vs. sálavé vytápění

Obr. 1 Teplotní podmínky v hale vytápěné nástěnnými teplovzdušnými soupravami
Levá část obrázku – přechodné období, pravá část – zimní špička

Při teplovzdušném vytápění (obr. 1) cirkuluje vzduch přes teplovzdušnou soupravu, kde se ohřeje, je vháněn ventilátorem umístěným v jednotce do vytápěného prostoru, projde zónou pobytu člověka a následně stoupá vzhůru pod střešní plášť, kde se vytváří „teplý polštář“. Tento provozní režim se uskutečňuje v období přechodném, kdy se venkovní teploty pohybují v rozmezí θ_e = 12 °C ÷ −3 °C. Potom se pod střešním pláštěm dosahuje hodnot θ_i = 22 °C ÷ 24 °C. Teplota podlahy se pohybuje v rozmezí θ_p = 10 °C ÷ 12 °C. Grafické vyjádření je uvedeno na obr. 1 v levé polovině haly.

Při nižších venkovních teplotách θ_e = −3 °C ÷ −15 °C, kdy jsou tepelné ztráty větší a je zapotřebí dodávat do vytápěného prostoru větší množství tepla, se vzduch v soupravě ohřívá na vyšší teplotu. Otáčky ventilátoru přitom většinou zůstávají stejné. Proto vztlaková energie rychle překoná energii kinetickou a mnohem intenzívněji ihned po výstupu z jednotky stoupá ohřátý vzduch vzhůru a mnohem méně se dostane do zóny pobytu člověka. Dochází k nedotápění a pod střešním pláštěm se tvoří abnormálně „teplý polštář vzduchu“. Tepelné ztráty pláštěm budovy, zejména střechou, rapidně stoupají. Teplotní parametry jsou vyjádřeny v pravé polovině obrázku, kde θ_i = 27 °C ÷ 30 °C. Teploty podlahy se pohybují v rozmezí θ_p = 10 °C ÷ 12 °C.

Obr. 2 Teplotní podmínky v hale vytápěné závěsnými sálavými panely
Levá část obrázku – přechodné období, pravá část – zimní špička

Při sálavém vytápění (obr. 2) dopadá tepelná energie ve formě záření na podlahu, případně předměty na ní umístěné, které ohřívá. Jejich teplota se zvyšuje a od nich se teprve ohřívá vzduch, který stoupá vzhůru. V provozním režimu při θ_e = 12 °C ÷ −3 °C se dosahuje teplota vzduchu pod střechou v rozmezí θ_i = 20 °C ÷ 22 °C, teplota podlahy θ_p = 18 °C. V zimních špičkách θ_e = −3 °C ÷ 15 °C pak teplota vzduchu pod střechou stoupne na hodnoty θ_i = 22 °C ÷ 24 °C. Stoupá i teplota podlahy θ_p = 20 °C.

Z porovnání obou principů dodávky tepla do vytápěného prostoru jednoznačně vyplývá, že sálavé vytápění vytváří podstatně lepší podmínky v pobytové zóně člověka, nehledě na menší spotřebu tepelné energie. Rozdíl v principu dodávky tepla se pohybuje v rozmezí 20 až 25 %. Při využívání všech poznatků získaných vývojovými pracemi v tomto oboru 30 až 40 %.

2.2 Zónování objektu

S ohledem na abnormální rozměry halového objektu, a to jak ve vertikálním, tak i v horizontálním směru, se vytvářejí pásma (zóny), která jak z hlediska dosažení optimálních mikroklimatických podmínek, tak i energetické náročnosti vyžadují individuální řešení. Na rozdíl od místností s malou výškou jsou vysoké objekty charakteristické, vlivem fyzikálních zákonů, rozdílnými teplotami vzduchu po výšce objektu. Fyzikální parametr, který tento efekt popisuje, je výškový teplotní gradient. Také v horizontálním směru existují pásma, která jsou výrazněji ovlivňována venkovními ochlazovanými plochami stěn, oken, střechy a světlíků. Vnitřek haly je pak ochlazován minimálně. Vzniká tím požadavek na otopnou soustavu, aby dodávala do jednoho prostoru rozdílné množství tepelné energie do vnějšími podmínkami vytvořených ploch. Při volbě otopné soustavy musí být tudíž hlavním kritériem její schopnost zajistit dodávku odpovídajícího množství tepla do každé části objektu.

2.2.1 Vertikální zónování objektu

Obr. 3 Vertikální zónování objektu výrobní haly
A – zóna pobytu člověka, B – neutrální zóna, C – zóna energetické náročnosti

Ve směru vertikálním (po výšce objektu) lze celý prostor rozdělit na tři zóny (obr. 3). Je to jednak zóna pobytu člověka (poz. A), kde je zapotřebí dosáhnout požadované mikroklimatické podmínky pro realizaci zadané pracovní činnosti. Počítá se s prostorem do výše cca 2,00 metrů nad podlahu. Pro vytváření optimálních podmínek má kromě teploty vzduchu i tzv. střední radiační teplota. Zde hraje podstatnou roli teplota podlahy, která je při sálavém způsobu vytápění vyšší, než při vytápění teplovzdušném. S teplotou vzduchu je to právě naopak, teplota vzduchu je při sálavém vytápění nižší. Tento stav upřednostňuje sálavé vytápění ze dvou důvodů: nižší teplota vzduchu v pracovní zóně → lépe se dýchá, nižší teplota vzduchu a následně nižší teplotní gradient → menší tepelné ztráty střechou.

Nad touto zónou je tzv. neutrální zóna (poz. B). V ní dosahované teploty vzduchu přímo neovlivňují mikroklimatické podmínky v zóně pobytu člověka, avšak stoupání teploty vzduchu po výšce (výškový teplotní gradient g) v této části má vliv na výši teploty vzduchu pod střešním pláštěm a tím na výši tepelných ztrát objektu. Teplotní gradient při sálavém vytápění se pohybuje v rozmezí g = 0,3 ÷ 0,5 K/m. Při klasickém teplovzdušném vytápění dosahuje g = 1,0 K/m.

Následuje zóna energetické náročnosti (poz. C) pod střešním pláštěm, která přímo ovlivňuje výši tepelných ztrát. Z fyzikálních principů vychází jednoznačně, že ve všech soustavách vytápění velkoprostorových objektů se právě pod střechou dosahuje nejvyšších teplot vzduchu. Je proto nezbytné věnovat této zóně největší pozornost. Přednost by měly dostat takové soustavy vytápění, které ve svém principu dodávky tepla do vytápěného prostoru dosahují pod střechou nejnižší teploty vzduchu, případně využívat tepelnou kapacitu vzduchu této zóny pro jiné účely (zpětné získávání tepla).

2.2.2 Horizontální zónování objektu

Na obr. 4 je uvedena dispozice zón v trojlodní hale, která rozděluje podlahovou plochu na části s rozličnými vnějšími vlivy, přičemž tyto části nejsou odděleny stěnami. Výška haly pod vazník H = 6 m. Úkolem otopné soustavy je zajistit v každé zóně předepsané mikroklimatické podmínky s minimálními nároky na spotřebu energie.

Obr. 4 Trojlodní halový objekt – rozmístění energetických zón

K tomuto účelu jsou vhodné sálavé soustavy jako např. závěsné sálavé panely ohřívané vodou nebo parou a plynové zářiče tmavé nebo světlé, které umožňují dodávat teplo na vymezenou plochu. Proto pro další hlubší rozbor je voleno jako příklad sálavé vytápění závěsnými sálavými panely (pásy). Volba zón závisí jednak na teplotě okolních ploch, jako jsou venkovní stěny, okna, podlaha, střecha, světlíky a dále pak na poměru osálání podlahové plochy sálavými panely. Na obr. 5 a obr. 6 jsou znázorněny poměry osálání φ pro rovnoměrně rozmístěné sálavé panely pro úzké a široké haly [1]. Je zřejmé, že u okrajů budov je dodávka tepla sáláním a takto navrženého vytápění menší.

Obr. 5 Poměr osálání při různých výškách zavěšení sálavých panelů – úzké haly

Obr. 6 Poměr osálání při různých výškách zavěšení sálavých panelů – široké haly

Pro určení šířek pásem se použijí dvě kritéria. Je to jednak právě zmíněný vliv poměru osálání a dále pak technické řešení otopné soustavy.

Z hlediska poměru osálání je vhodné volit šířku pásma přibližně ve zlomu křivky – viz obr. 4. Vezme-li se v úvahu požadavek rovnoměrnosti vytápění v příčném řezu – šířka jedné výrobní lodě B₁ = 18 m a výšce zavěšení panelů h = 6 m (l ≤ h), pak je optimální rozteč zavěšení l = 3 m – 6 m – 6 m – 3 m, z čehož vyplývá použití tří sálavých pásů. Čím je menší rozteč zavěšení, tím je menší počet širších pásů, které mají větší sálavou účinnost. Takový návrh v daném příkladu podle druhého kritéria neumožňuje vhodné zapojení (příliš dlouhé připojovací potrubí a nerovnoměrnost vytápění v příčném směru) – obr. 7.

Obr. 7 Teplotní podmínky sálavé soustavy při lichém počtu pásů

Střední teplota otopné vody tří pásů v příčném řezu při vstupu do soustavy činí (130 + 90 + 90) / 3 = 103,3 °C. Výkon 600 mm širokého panelu q_o = 577,25 W/m, θ_i = 18 °C. V příčném řezu při výstupu ze soustavy (110 + 110 + 70) / 3 = 96,6 °C, výkon 600 mm širokého panelu q_o = 523,66 W/m. Podíl ve výkonu Δq_o = 523,66 / 577,25 = 0,90.

Z uvedeného výsledku vyplývá nerovnoměrnost dodávky tepla po celé délce pásů. Doporučuje se proto instalace sudého počtu pásů s menší roztečí (l = 2,25 m – 4,50 m – 4,50 m – 4,50 m – 2,25 m) a tím umožnit vytvoření v příčném řezu dvou „otopných těles“, která zajistí rovnoměrnost dodávky po celé jejich délce, neboť jejich střední teplota je v každém příčném profilu stejná. Při respektování obou kritérií se ukazuje vhodné rozdělit výrobní loď na dvě poloviny a tím určit šířku pásma v příčném směru na B_1.1 = 9 m (obr. 8). V obou příkladech byla jako teplonosná látka volena voda 130 / 70 °C.

Obr. 8 Teplotní podmínky sálavé soustavy při sudém počtu pásů

Ve směru podélném je kritérium osálání totožné s předchozím příkladem. Šířku pásma více ovlivňují konstrukční možnosti tvorby sálavých pásů. Pásy se sestavují z šestimetrových panelů. Aby bylo možné zajistit zvýšený výkon pásů v okrajových pásmech, je zapotřebí umožnit jejich rozšíření. Proto se určuje šířka pásma ve směru podélném v místě spojení dvou panelů v pásu.

V daném příkladu vzdálenost pásů od čelní stěny l₁ = 1,5 m + (2 × 6 m) = 13,5 m. Uvedeným způsobem se určí zóna 1 a vypočítají její tepelné ztráty. Ochlazované plochy jsou podélná (13,5 m) i čelní (9,0 m) venkovní stěna, okna, střešní plášť, polovina světlíku, polovina vrat a podlaha (9,0 m × 13,5 m). Obdobným způsobem se stanoví i ostatní pásma. Zónování a následné rozmístění sálavé otopné plochy podle místního požadavku na dodávku tepla umožňuje dodávat u velkoprostorových objektů odpovídající množství tepelné energie a tím maximálně hospodárný provoz. Zabraňuje nedotápění, nebo naopak přetápění některých částí objektu.

3 Vliv dispozičního a konstrukčního řešení haly

3.1 Výška haly

Mezi mnohými projektanty převládá názor, že se zvyšující se výškou haly podstatně narůstají náklady na vytápění. Toto tvrzení není zcela správné. Jako doklad byly vypočítány tepelné ztráty jedno, dvou, troj a čtyřlodní haly o délce L = 72 m s čelním přístavkem a šířkou jedné lodě B₁ = 18 m. Výšky hal 5,4 m, 6,0 m, 7,2 m, 9,0 m a 10,8 m.

Výchozí parametry: venkovní výpočtová teplota θ_e = −15 °C, vnitřní výsledná teplota θ_v = 18 °C, teplota pod podlahou θ_p = 10 °C*

* Pozn. Pro výpočty tepelných ztrát byla v tomto článku použita původní ČSN 060210, kde se používala místo venkovní výpočtová teplota v teplotním rozdílu normovaná teplota pod podlahou θ_p. Této normě v době vzniku tohoto článku zrovna končila platnost. Výpočetní postup nové ČSN EN 12831-1 uvažuje i prostup tepla podlahou matematicky stejně jako kteroukoli jinou stěnou. Jediný rozdíl je, že se součinitel prostupu tepla U koriguje dalšími koeficienty a vzniká U_equiv,k. Pro získání celkového tepelného toku podlahou je následně násoben stejným rozdílem teplot, jako kterákoli jiná obvodová konstrukce. Tento rozdíl však nesnižuje vypovídající schopnost výsledků publikovaných v tomto článku.

Varianta A – Velmi špatný stav

Stavební prvky se standardními hodnotami tepelně technických vlastností používané v dřívějším období – součinitel prostupu tepla U venkovní stěny 1,5 W/(m².K), oken 3,2 W/(m².K), střechy 2,2 W/(m².K), světlíku 7,0 W/(m².K), podlahy 1,3 W/(m².K), vrat 6,5 W/(m².K). Ve výpočtech byla použita výrobní plocha jedné lodě A = 1 296 m².

Teplo potřebné pro ohřev větracího vzduchu bylo stanoveno pro „hygienické větrání“ v rozmezí n = 0,5 ÷ 1 (1/h). Tepelné ztráty větráním byly určeny pro konstantní množství větracího vzduchu pro všechny výšky objektu stejné. Volený objem větracího vzduchu pro jednu loď: M_větr = 6 300 m³/h. Bylo uvažováno, že větrací vzduch bude předehříván rekuperací vždy na teplotu 0 °C. Zbytek je výkon, který je třeba dodat buď vzduchotechnickým systémem nebo otopnou soustavou.

Výsledky jsou uvedeny v tabulkách č. 1 až 3 (resp. 4 až 6 pro variantu B a 7 až 9 pro variantu C), kde jednotlivé veličiny značí:

H [m]: výška haly pod vazník;
A [m²]: podlahová plocha haly;
V [m³]: objem haly;
M_v [m³/h]: množství větracího vzduchu;
n [–]: intenzita větrání;
Φ_p [W]: tepelná ztráta prostupem;
Φ_v [W]: tepelná ztráta větráním (teplo potřebné pro ohřev větracího vzduchu z 0 °C po rekuperaci);
Φ_tot [W]: celková tepelná ztráta;
q_tot,V [W/m³]: celková měrná tepelná ztráta na 1 m³ objemu haly;
q_tot,A [W/m²]: celková měrná tepelná ztráta na 1 m² podlahové plochy;
s [%]: procentuální navýšení tepelných ztrát haly dané výšky oproti referenční hodnotě s výškou 5,4 m;

Tab. 1 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – jednolodní hala, varianta A
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	1 296	6 998	6 300	0,90	246 262	38 178	284 440	41	219	100 %
6,0	1 296	7 776	6 300	0,81	251 555	38 178	289 733	37	224	102 %
7,2	1 296	9 331	6 300	0,68	262 140	38 178	300 318	32	232	106 %
9,0	1 296	11 664	6 300	0,54	278 018	38 178	316 196	27	244	111 %
10,8	1 296	13 997	6 300	0,45	293 895	38 178	332 073	24	256	117 %

Tab. 2 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – dvoulodní hala, varianta A
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	2 592	13 997	12 600	0,90	435 374	76 356	511 730	37	197	100 %
6,0	2 592	15 552	12 600	0,81	441 255	76 356	517 611	33	200	101 %
7,2	2 592	18 662	12 600	0,68	453 016	76 356	529 372	28	204	103 %
9,0	2 592	23 328	12 600	0,54	470 658	76 356	547 014	23	211	107 %
10,8	2 592	27 994	12 600	0,45	488 299	76 356	564 655	20	218	110 %

Tab. 3 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – trojlodní hala, varianta A
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	3 888	20 995	18 900	0,90	624 486	114 534	739 020	35	190	100 %
6,0	3 888	23 328	18 900	0,81	630 954	114 534	745 488	32	192	101 %
7,2	3 888	27 994	18 900	0,68	643 892	114 534	758 426	27	195	103 %
9,0	3 888	34 992	18 900	0,54	663 298	114 534	777 832	22	200	105 %
10,8	3 888	41 990	18 900	0,45	682 704	114 534	797 238	19	205	108 %

Varianta B – Rekonstrukce

Součinitel prostupu tepla U venkovní stěny 0,50 W/(m².K), oken 2,50 W/(m².K), střechy 0,45 W/(m².K), světlíku 3,00 W/(m².K), podlahy 0,80 W/(m².K), vrat 4,30 W/(m².K). Ostatní parametry jsou stejné, jako u předchozí varianty.

Tab. 4 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – jednolodní hala, varianta B
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	1 296	6 998	6 300	0,90	99 153	38 178	137 331	20	106	100 %
6,0	1 296	7 776	6 300	0,81	100 917	38 178	139 095	18	107	101 %
7,2	1 296	9 331	6 300	0,68	104 446	38 178	142 624	15	110	104 %
9,0	1 296	11 664	6 300	0,54	109 738	38 178	147 916	13	114	108 %
10,8	1 296	13 997	6 300	0,45	115 031	38 178	153 209	11	118	112 %

Tab. 5 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – dvoulodní hala, varianta B
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	2 592	13 997	12 600	0,90	166 769	76 356	243 125	17	94	100 %
6,0	2 592	15 552	12 600	0,81	168 729	76 356	245 085	16	95	101 %
7,2	2 592	18 662	12 600	0,68	172 650	76 356	249 006	13	96	102 %
9,0	2 592	23 328	12 600	0,54	178 530	76 356	254 886	11	98	105 %
10,8	2 592	27 994	12 600	0,45	184 411	76 356	260 767	9	101	107 %

Tab. 6 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – trojlodní hala, varianta B
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	3 888	20 995	18 900	0,90	234 385	114 534	348 919	17	90	100 %
6,0	3 888	23 328	18 900	0,81	236 541	114 534	351 075	15	90	101 %
7,2	3 888	27 994	18 900	0,68	240 854	114 534	355 388	13	91	102 %
9,0	3 888	34 992	18 900	0,54	247 322	114 534	361 856	10	93	104 %
10,8	3 888	41 990	18 900	0,45	253 791	114 534	368 325	9	95	106 %

Varianta C – Nová výstavba

Součinitel prostupu tepla U venkovní stěny 0,30 W/(m².K), oken 1,50 W/(m².K), střechy 0,24 W/(m².K), světlíku 2,00 W/(m².K), podlahy 0,60 W/(m².K), vrat 3,00 W/(m².K). Ostatní parametry jsou stejné, jako u předchozích variant.

Tab. 7 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – jednolodní hala, varianta C
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	1 296	6 998	6 300	0,90	62 402	38 178	100 580	14	78	100 %
6,0	1 296	7 776	6 300	0,81	63 461	38 178	101 639	13	78	101 %
7,2	1 296	9 331	6 300	0,68	65 578	38 178	103 756	11	80	103 %
9,0	1 296	11 664	6 300	0,54	68 753	38 178	106 931	9	83	106 %
10,8	1 296	13 997	6 300	0,45	71 929	38 178	110 107	8	85	109 %

Tab. 8 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – dvoulodní hala, varianta C
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	2 592	13 997	12 600	0,90	105 882	76 356	182 238	13	70	100 %
6,0	2 592	15 552	12 600	0,81	107 058	76 356	183 414	12	71	101 %
7,2	2 592	18 662	12 600	0,68	109 410	76 356	185 766	10	72	102 %
9,0	2 592	23 328	12 600	0,54	112 938	76 356	189 294	8	73	104 %
10,8	2 592	27 994	12 600	0,45	116 467	76 356	192 823	7	74	106 %

Tab. 9 – Závislost tepelných ztrát na výšce objektu – trojlodní hala, varianta C
`H` [m]	`A` [m²]	`V` [m³]	`M`_v [m³/h]	`n` [1/h]	`Φ`_p [W]	`Φ`_v [W]	`Φ`_tot [W]	`q`_tot,V [W/m³]	`q`_tot,A [W/m²]	`s` [%]
5,4	3 888	20 995	18 900	0,90	149 361	114 534	263 895	13	68	100 %
6,0	3 888	23 328	18 900	0,81	150 655	114 534	265 189	11	68	100 %
7,2	3 888	27 994	18 900	0,68	153 242	114 534	267 776	10	69	101 %
9,0	3 888	34 992	18 900	0,54	157 124	114 534	271 658	8	70	103 %
10,8	3 888	41 990	18 900	0,45	161 005	114 534	275 539	7	71	104 %

Mezi mnohými projektanty převládá názor, že se zvyšující se výškou haly podstatně narůstají náklady na vytápění. Jak ukazují výsledky výpočtů tepelných ztrát, je toto tvrzení přehnané. Obzvláště u nových objektů se nárůst, a to až o dvojnásobek výšky objektu, projeví ve výsledných tepelných ztrátách maximálně čtyřmi až devíti procenty.

Výšku haly ovlivní daleko více podmínky pro tvorbu mikroklimatu dané technologií výroby a požadavky na instalaci energetických rozvodů. Plnění těchto požadavků je pro celkovou energetickou náročnost mnohem důležitější. Jak je vidět z výsledků, pro hrubé odhady je možné použít specifické tepelné ztráty. U hodně starých objektů 200 až 250 W/m², u středně zateplených a rekonstruovaných 90 až 120 W/m² a u nových energeticky úsporných objektů 70 až 85 W/m².

3.2 Vliv technologie výroby

Výška haly je většinou volena v projekční fázi podle požadavků uvažované technologie v hale. Jako příklad lze uvést výstavbu objektu haly obrobny v závodě Automobilového závodu n.p., Mladá Boleslav v šedesátých letech minulého století. Půdorysný rozměr 200 m × 300 m, obrábění kovů s použitím řezných emulzí. Konstrukční výška pod střešní plášť univerzální haly lehké byla 7,2 m, s výškou pod vazník 6 m. Tato výška se zdála na první pohled pro danou technologii dostatečná.

Projektant vytápění a vzduchotechniky však požadoval použít atypické řešení, zvýšení na 9 až 10 m. Tehdy bylo striktně nařízeno použít halu univerzální. Výsledkem bylo úplné zamlžení prostoru výpary od řezných emulzí i při dvojnásobné výměně vzduchu.

Jak ukazují tabulky, zvýšení spotřeb tepelné energie by přitom bylo zcela zanedbatelné.

3.3 Vliv rozmístění energetických zařízení

Dalším argumentem pro případné zvýšení výšky haly je požadavek na možnost instalace sálavých otopných soustav do prostoru těsně pod spodní pasy vazníků. Koncem dvacátého století došlo k technickému zvratu ve vytápění výrobních hal. Původně používané nástěnné teplovzdušné soupravy byly zavěšovány na sloupy obvodových zdí výrobních lodí, a tím se vyžadoval určitý omezený „průjezdný profil“ pro jeřáb v celém podélném profilu haly. Sálavé a infračervené soustavy mají požadavky jiné, vyžadují prostor nad jeřábem.

Proto by bylo zapotřebí ve výrobních halách s mostovým jeřábem umožnit v rozmezí mezi horní částí jeřábu a spodním pasem vazníku zachovat minimálně 60 cm volného prostoru. Variantou je příhradový vazník s dostatečnými plochami pro vedení zmíněných zařízení. Uváděné „přemístění“ energetických zařízení do prostoru pod střešní plášť vyžaduje též možnost jejich zavěšení. Velice dobře plní tuto funkci trapézový plech v konstrukci podhledu.

Literatura

Cihelka J., Sálavé vytápění. SNTL 1961

Poznámka redakce: Původní verze tohoto článku ze dne 21. 12. 2009 byla aktualizována k 31. 1. 2020.

English Synopsis

Heating of Intelligent Industrial Facilities

A number of important factors influence the design of heating of large-scale buildings. It depends on the way of heating, the dimensions of the building, the influence of technology and the location of the energy equipment. The key is how these factors affect the thermal comfort of a person.