Teplovodní velkoplošné vytápění suchou cestou
Od 1. 1. 2020 musí všechny nové budovy až na přesně vymezené výjimky splňovat kritéria pro tzv. NZEB budovy, aneb budovy s téměř nulovou potřebou energie. Možných technických řešení je více. Jedno z nich, které je velmi často používáno již dnes, je spojeno s užitím velkoplošného vytápění. To je založeno na tepelné aktivaci interiérového povrchu stavebních konstrukcí, které tak nahrazují, nebo doplňují, samostatně stojící či upevněná otopná tělesa, konvektory aj. Nejčastěji se používá podlahové vytápění, ale další možné varianty jsou vytápění stěnové a rovněž i stropní. Velkoplošné soustavy pracují s nižší teplotou otopné vody a tento fakt se příznivě promítá do provozní účinnosti zdrojů tepla jako jsou plynové kondenzační kotle, tepelná čerpadla, solární soustavy.
Ve stavební praxi nových rodinných domů podíl těch, které jsou montované na bázi dřevěné nosné konstrukce, tedy s velkým podílem suchých stavebních technologií, v roce 2016 přesáhl 14 %. Zájem o tento typ konstrukce rodinných domů má řadu příčin. Jednou z nich je rychlost, s jakou lze takové domy postavit. Suché stavební technologie nevyžadují technologické přestávky nutné například pro vytvrzení omítek, betonu. Pokud se zvolí suchá konstrukce domu, tak k ní ideálně patří i suchá konstrukce velkoplošného vytápění. Tedy bez zálivky z betonu, anhydritu, omítání trubkových registrů na stěnách. Místo toho se použijí vhodné desky, nejčastěji na bázi sádry, cementu s příměsí zpevňujících vláken, nově i kompozitních desek na bázi dřeva. Mokré technologie se pak omezí na tmelení spár, vnitřní nátěr zvolenou barvou. Instalace takového vytápění plynule navazuje na předchozí montážní práce a po skončení montáže vytápění mohou ihned nastoupit řemeslníci na práce dokončovací. Suchým způsobem realizované velkoplošné vytápění lze začít používat ihned po dokončení jeho montáže, ještě před dokončením stavby. Pokud se řemeslníci chovají přiměřeně, není třeba jej nějak dodatečně mechanicky chránit před poškozením, jak je to doporučeno například u otopných těles, neboť je schováno. Okamžité zahájení vytápění s využitím vysoké účinnosti zdroje tepla usnadňuje práce v zimě, a navíc snižuje náklady na temperování objektu ve srovnání s použitím obvyklých decentrálních přímotopných zdrojů tepla.
Suché systémy velkoplošného vytápění mají velkou použitelnost při rekonstrukcích, pro instalace na dřevěné konstrukce, z trámů, a všude tam, kde použití mokrých technologií není možné. Ale nemusí to být jen otázka nemožnosti použít mokrou technologii, ale například i nedostatečná statická pevnost konstrukce podlahy neumožňující v místnosti odlít betonovou nebo anhydritovou desku ve statikem požadované tloušťce. Nejen v ryze historických objektech může jít například o zachování stávající podlahové krytiny, zejména tehdy, když je podlaha kryta intarzií ze vzácných dřevin. I v tomto případě není nutné k vytápění použít otopná tělesa, pokud jsou k dispozici dostatečně velké plochy stěn, stropu. Montáž suchého systému, jak říká jeho název, probíhá bez použití vody, a proto zaručuje, že i historicky ceněná podlaha nebude ohrožena vodou, stačí ji chránit jen proti mechanickému poškození, případně prachu.
Důležitým parametrem velkoplošných systémů, zejména podlahového vytápění při rekonstrukcích, je jeho konstrukční výška. Závisí především na požadavcích kladených na velikost tepelné izolace proti úniku tepla nežádoucím směrem. U podlahového vytápění tedy směrem dolů, u stěnového vytápění směrem ven z místnosti, u stropů směrem nahoru. Konstrukční výška dále závisí na požadavku na utlum hluku, podle kterého se součástí konstrukční výšky velkoplošného systému stává tloušťka protihlukové izolace navržené s potřebnými hluk tlumícími parametry. U podlahového vytápění jde typicky o útlum kročejového hluku směrem dolů, pokud je spodní místnost rovněž obývána. Pokud není konstrukce podlahy, stěn, stropu dostatečně tuhá, může být nutné vložení vyztužující vrstvy vytvořené například k tomuto účelu určenými deskami.
Nejmenší hodnoty má konstrukční výška tehdy, pokud se instaluje například podlahové vytápění na stávající podlahy při modernizacích, aniž by se odstraňovala stará podlahová krytina. V extrémních případech nabízených některými dodavateli pak může být i pod 20 mm plus doporučená podlahová krytina.
V běžných poměrech pevné konstrukce podlahy, bez specifikace požadavků na kročejový útlum, bez zvláštní specifikace na tepelný odpor, je nutné počítat s cca 30 mm systémové desky pro uložení potrubí a cca 20 mm překryvné desky, na kterou pak přijde nová podlahová krytina.
Systémová deska
Co je to systémová deska? V zásadě je to deska, která je upravena tak, aby se do ní vložilo potrubí ve vhodné rozteči a vložené potrubí bylo v desce fixováno. U mokrých systémů mívá deska vhodně vysoké a tvarované výčnělky, které mezi sebou fixují trubku. U suchých systémů se používají drážky. Desky bývají z polystyrenu mechanicky dostatečně odolného na stlačení, jde o desky na bázi sádry či cementu vyztuženého minerálními vlákny. Odolnost polystyrénu proti stlačení je u podlahového vytápění velmi důležitá, neboť zaručuje, že povrch podlahy po jejím zatížení nábytkem atp. poklesne vůči stěnám jen v přijatelném rozmezí. Případný pokles povrchu podlahy již v řádu cca 3 milimetrů, viditelný nejen u lišt lemujících podlahu, ale i u dveřních zárubní, dokáže uživatele bytu pěkně naštvat. Podle druhu použití, minimálně pro podlahu vytápěné místnosti nad stejně vytápěnou místností, mívají systémové desky z polystyrenu dostatečný tepelný odpor. U desek ze sádrovláknitých materiálů toto není obecně zaručeno. Podle výpočtu lze nedostatečnou tepelnou izolaci doplnit. Předem však nelze vyloučit ani případy, kde se investor při dodatečné instalaci podlahového vytápění do rekonstruovaného bytu, když není k dispozici dostatečná konstrukční výška, smíří s mírně větším únikem tepla podlahou směrem do spodní místnosti oproti stavu doporučenému technickou normou, ale když převáží výhody poskytované suchým velkoplošným systémem vytápění.
Měrný výkon
Obr. Příklad kombinace podlahového a stěnového vytápění pro dosažení potřebného výkonu a také maximálního komfortu, například ve sprchovém boxu. (Foto: Giacomini©)
Zásadním návrhovým parametrem suchých systémů velkoplošného vytápění je tepelný výkon vztažený na čtverečný metr. Je úkolem projektanta, aby posoudil, zda plocha, která je k dispozici, bude dostatečná, jaké provozní teploty otopné vody budou navrženy. A aby zajistil optimální hydraulické parametry, aneb protékání otopné vody tak, aby všechny části velkoplošné soustavy byly funkční. Kritickým parametrem jsou různé délky potrubních smyček. Teoreticky lze zajistit rovnoměrné protékání všech potrubních smyček bez ohledu na světlost trubek a návrh jejich délky, ale znamená to volbu oběhového čerpadla zbytečně velkého výkonu, zbytečně velké provozní tlaky, zbytečnou spotřebu elektrické energie, nutnost použít investičně náročnější ventily a rozdělovače na nápravu chyb, možnost vzniku hluku na ventilech. Takové řešení je následně vždy zdrojem stížností, případně i soudních sporů. Měrný otopný výkon suchých velkoplošných systémů vyskytujících se na trhu, a který vstupuje do výpočtů, lze uvažovat přibližně od minimální hodnoty 20 W/m2 výše. Závisí na konkrétní konstrukci, provozních parametrech otopné vody a požadované vnitřní teplotě v místnosti. Za výše uvedeného stavu by byl pro místnost s aktivní podlahovou plochou 20 m2 (nezastavěnou nábytkem aj.) k dispozici výkon 400 W. Je to reálné? Stačí to? Pokud vezmeme příklad moderního rodinného domu s podlahovou plochou 150 m2 s tepelnou ztrátou 5 kW (5000 W), pak potřebujeme měrný výkon 5000 W / 150 m2 = 33,3 W/m2. Tento měrný výkon kvalitní suché systémy podlahového vytápění s bohatou rezervou zajistí. Výkon suchého teplovodního podlahového vytápění je v podstatě možné regulovat od 1 W/m2 až do maximálního limitu dle EN 1264, a to pro podlahu 100 W/m2, pro strop 100 W/m2 a pro stěnu až 200 W/m2.
Vliv konstrukce na měrný výkon
Měrný výkon závisí na více okolnostech. I při zcela stejné konstrukci je jiný u podlahového vytápění, než u stěnového či stropního, což je dáno jejich umístěním, možnostmi předávání tepla do místnosti. Základní hodnota měrného výkonu se odvíjí od toho, jak hustě jsou trubky od sebe a jak je zajištěno předávání tepla z trubek do okolí směrem k povrchu konstrukce uvnitř místnosti.
Obr. Příklad konstrukční skladby suchého systému podlahového vytápění. Odspodu: parotěsná fólie, systémová tepelně izolační deska, tvarované plechy rozvádějící teplo z trubky, překryvné plechy – desky pro rovnoměrné rozložení teploty na povrchu podlahy a roznášení zátěže podlahy do větší plochy, podlahová krytina. (Grafika: Giacomini ©)
Základním předpokladem dobré funkce teplovodního velkoplošného vytápění je přestup tepla z povrchu trubky. V mokrých systémech se přestup tepla z trubky zajišťuje jejím zalitím betonovou mazaninou nebo anhydritem, čímž se dostane celý nebo většina povrchu trubky do styku se zálivkou a přestup tepla neprobíhá přes vzduchovou vrstvu, která mu klade velký odpor.
V suchých systémech je většinou systémová deska vybavena „kovovým povrchem“, který co nejvíce trubku obklopuje, neboť kovy lépe vedou teplo. Tento „kovový povrch“ je v nabídce výrobců tvořen například jen hliníkovou fólií, nebo plechovými korýtky s podélnými křidélky. Korýtka se při montáži vtlačují do připravených drážek v systémové desce a křidélka rozvádí tepla do větší šíře na povrchu desky. U podlahových systémů může být toto řešení doplněno ještě plochými překryvnými plechy, které překryjí celou plochu. Jako kov se požívá hliník nebo pozinkovaná ocel. Je evidentní, že odlišná konstrukční řešení budou mít i odlišné vlastnosti. Obecně však řečeno, ani systém s nejmenším měrným tepelným výkonem ve srovnání s ostatními nemusí být špatný, pokud zaručí požadovanou tepelnou pohodu.
Výhodou suchých systémů je jejich montážně jednoduchá realizace i na stěny nebo stropy. V případě nedostatečného tepelného výkonu z podlahy si lze pomoci například kusem stěny. Toto doplňkové řešení bude velmi příjemné typicky v koupelně ve sprchovém boxu, v okolí vany.
Trubky, difúzní těsnost
Stavební výšku mimo jiné určuje i průměr použité trubky. V suchých systémech, které zpravidla nejsou určeny pro velké výkony, se mohou použít i trubky menších průměrů. Běžně se používají trubky polybuténové nebo s polyetylénové, s průměrem od cca 10 do 20 mm.
Důležitým parametrem je tzv. difúzní těsnost trubek, tedy vlastnost, která zabraňuje průniku plynů ze vzduchu do otopné vody v trubce. Tuto vlastnost výrobce deklaruje. Minimálně tím, že použití konkrétní trubky pro velkoplošné vytápění v technických podkladech doporučuje. Je nutné si uvědomit, že ve velkoplošných systémech mohou být stovky metrů trubek. Například 100 metrů trubky s vnějším průměrem 20 mm má povrch 6,28 m2 a ve velkoplošných systémech bývají stovky metrů trubek. Takto velkou plochou do otopné vody přes stěnu trubky s nevyhovujícími vlastnostmi může proniknout tolik kyslíku ze vzduchu, že následkem koroze bude velmi zkrácena životnost kotle nebo jiných kovových částí. Pronikající plyny také umožňují život různých mikroorganizmů, které v otopné vodě vlivem nižších provozních teplot mohou žít, a které negativním způsobem ovlivní korozi, tvorbu kalů aj.
Shrnutí
Počet výrobců, respektive dodavatelů systémů teplovodního podlahového vytápění zastoupených v České republice se pohybuje ke dvěma desítkám. Suché systémy nenabízí všichni. V České republice působí i výrobní firmy zaměřené prioritně na výrobky pro stavební konstrukce, které svůj sortiment obohatily o systémy velkoplošného vytápění kompletované výrobky specialistů. Nabídka je tedy široká, a i to svědčí o tom, že suchý systém velkoplošného vytápění má pevné postavení ve spektru používaných způsobů řešení tepelné pohody.
Významné postavení má suchý systém podlahového vytápění ve sportovních halách. Umožňuje realizaci „pružné“ podlahy, která snižuje zátěž na nohy.
V neposlední řadě je nutné zmínit schopnost suchých velkoplošných systémů je velmi snadno učinit součástí systému chladicího. Největší potenciál mají systémy stropní, pak stěnové, ale využívají se i podlahy. Zejména ve spojení s tepelnými čerpadly země–voda lze k chlazení místností využít energii ze Země, která se získává jen za cenu práce oběhových čerpadel v primárním okruhu s nemrznoucí směsí mezi zemní sondou a výměníkem a v sekundárním okruhu mezi výměníkem a zvolenou chladicí plochou. Jde o ekonomicky velmi příznivý způsob chlazení. Bez šance však nejsou ani tepelná čerpadla vzduch–voda, pokud jsou vybavena funkcí reverzibilního přepínání mezi výrobou tepla a chladu. Pro velkoplošné chlazení, zejména stropní, je zásadní, že většinou nezvyšuje potřebu intenzity výměny vzduchu v místnosti nad hygienickou normu pro pobyt lidí. Na předávání tepla, respektive jeho odebírání, se podílí především sálání.
Podle velikosti nežádoucí tepelné zátěže se lze v některých případech i zcela obejít bez strojního chlazení. Je však nutné si uvědomit, že v režimu chlazení je maximální výkon výrazně nižší, než je v režimu vytápění. Při relativní vlhkosti vzduchu 50 % lze u stropů počítat s maximálním chladicím výkonem cca 70 W/m2, u podlahy cca 35 W/m2. Podle celkového chladicího výkonu lze tedy buď zcela vyloučit užití chladicí, klimatizační jednotky, nebo snížit požadavek na její výkon, a tedy pořizovací cenu.
Velkoplošné chlazení je ideální variantou pro plnění nejvyšších požadavků na komfort.
Pozn.:
Autor děkuje za upřesnění a připomínky k článku panu Jiřímu Sirůčkovi, technickému řediteli – GIACOMINI CZECH, s.r.o.