Volba způsobu vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů
Hala od společnosti FEMONT OPAVA
Základem výběru je tabulka zahrnující používané druhy sálavého a teplovzdušného vytápění velkých objektů. Jednotlivé možnosti jsou stručně komentovány, přičemž jsou uváděny jejich přednosti a nevýhody tak, aby investora vedly k volbě pro něho optimálního řešení.
Úvod
Cílem článku je v jednoduché a srozumitelné formě představit čtenáři základní způsoby vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů. Zde je kladen důraz zejména na rozdíly mezi jednotlivými způsoby vytápění a jsou porovnávány jejich výhody i možné nevýhody. Mohl by pomoci při volbě vytápění pro konkrétní aplikaci, případně nás alespoň přinutit se zamyslet, co vše je při volbě vytápění třeba zvážit. V žádném případě se nejedná o vyčerpávající přehled, protože každý projekt je specifický a jeho potřeby jsou jiné. Navíc každý z nás klade důraz na jiný argument a pro každého z nás může být důležité něco jiného. Pro někoho jsou to investiční, pro někoho provozní náklady, pro někoho je důležité, aby nový způsob vytápění nebyl hlučný, nevířil prach nebo nezabíral prostor u stěn. Někomu stačí, že daný způsob se mu více pohledově líbí.
Obr. 1. Porovnání jednotlivých způsobů vytápění
Jednotlivé odstavce uvedené dále jsou číslovány dle označení v tabulce.
1 Způsob vytápění
Z hlediska způsobu vytápění rozlišujeme v obr. 1 buď sálavý (symbol Slunce) nebo teplovzdušný (symbol vzduchové vlny) způsob vytápění. U sálavého způsobu na člověka více působí sálavá složka a teplota vzduchu může být nižší, u teplovzdušného je teplejší vzduch kolem člověka a teplota okolních povrchů je nižší. Z porovnání bylo vyřazeno celoplošné elektrické vytápění, které se u velkoprostorových objektů vyskytuje pouze výjimečně.
2, 3 Výška prostoru (nízké i vysoké stropy)
Protože teplý vzduch stoupá vzhůru, se zvyšující se výškou prostoru stoupá i teplota vzduchu. Čím vyšší je vytápěný prostor, tím vhodnější je sálavé vytápění, kde se primárně neohřívá vzduch. I mezi sálavými způsoby jsou nicméně rozdíly. Zatímco otopná plocha světlých infrazářičů je tvořena keramickými destičkami, a tedy tepelný tok se nerozptyluje a maximum intenzity je směrováno kolmo dolů, otopná plocha tmavého infrazářiče je tvořena trubkou, která sálá do všech směrů stejně. Proto tento infrazářič (i přes existenci reflektoru) dodává poměrně velký výkon i bočním směrem a je méně vhodný pro velmi vysoké objekty (výška prostoru nad 8 až 10 m). Proto jsou pro vysoké objekty vhodnější infrazářiče světlé. U teplovzdušného vytápění jsou také rozdíly. Lokální plynové a vodní jednotky jsou pro místnosti s vysokým stropem nejméně vhodné. Ovšem záleží na umístění. U nástěnných teplý vzduch rychle ztrácí svoji kinetickou energii danou ventilátorem a stoupá vzhůru. O trochu lépe jsou na tom podobné jednotky ovšem zavěšené pod stropem s ventilátorem tlačícím vzduch shora k podlaze a teplovzdušné soupravy centrální, protože jsou vybaveny rozvodným VZT potrubím, které většinou přivede upravený vzduch přímo až na konkrétní místo. U místností s nižším stropem naopak je poměrně nevhodné navrhovat infrazářiče, neboť mají vysokou intenzitu dodávky tepla a docházelo by k výraznému místnímu přetápění. Vhodnější jsou buď vodní sálavé soustavy (podlahové vytápění nebo sálavé panely), případně teplovzdušné vytápění, které, díky cirkulaci vzduchu v místnosti, místnost rychle vytopí a je schopné zajistit rovnoměrné teplotní podmínky, i v tomto případě s rozumnými provozními náklady.
4 Zdroj energie / tepla
Zdrojem tepla může být buď centrální zdroj (kotelna, výměník) s rozvodem teplé / horké vody, zemní plyn nebo elektrická energie. Pára jako zdroj se již vyskytuje pouze ojediněle.
5 Pořizovací náklady
Nejvyšší pořizovací náklady většinou vychází u centrálních vzduchotechnických souprav, podlahového vytápění a vodních sálavých panelů. Lokální teplovzdušné jednotky mají obecně náklady nízké, ovšem stropní, díky nákladům na montáž do střešního pláště, vyšší než nástěnné. Je dobré si vždy u způsobů vytápění, které připadají v úvahu nechat zpracovat porovnání na konkrétní situaci.
6 Provozní náklady
Zde hraje roli zejména výška objektu. Čím vyšší objekt, tím lépe vychází sálavé vytápění. U teplovzdušných byl v tomto přehledu (obr. 1) zvýhodněn systém centrálních teplovzdušných jednotek, kde je možné využít zpětné získávání tepla.
U teplovzdušného vytápění (VZT jednotky lokální i centrální) se nesmí zapomínat ani na elektrickou energii pro pohon ventilátorů, která tvoří významnou složku provozních nákladů. I v tomto porovnání jsou na tom o trochu lépe lokální teplovzdušné jednotky stropní než nástěnné.
V určitých případech může například technologické teplo, které je k dispozici, celou bilanci obrátit. I zde se vyplatí nechat si zpracovat porovnání pro konkrétní provoz / objekt.
7 Servis, údržba
Sálavé panely a podlahové vytápění nevyžadují téměř žádnou údržbu ani servis. Provádí se pouze standardní servis zdroje tepla, čištění filtrů, kontrola funkce oběhového čerpadla. Tyto činnosti se nejčastěji provádí jednou ročně. Všechny úkony jsou centralizované v jednom místě (nejčastěji v kotelně).
Plynové infrazářiče a plynové teplovzdušné jednotky je třeba servisovat jednou ročně, společně s kontrolou spalinové cesty na všech spotřebičích (servisuje se ve výšce u spotřebičů).
Lokální VZT jednotky vodní nemají spalinovou cestu ani plynový hořák, nicméně je třeba pravidelně servisovat a kontrolovat ventilátor. To může být u stropních jednotek výrazně náročnější než u nástěnných.
Teplovzdušné jednotky centrální se servisují také nejčastěji jednou ročně. Servisní úkony jsou centralizované do jednoho, maximálně několika málo míst (nejčastěji strojoven vzduchotechniky).
8 Komfort
Hodně závisí na konkrétním provedení, ale obecně platí u vytápění:
- Sálavými panely a podlahovým vytápěním – tyto otopné plochy poskytují nejrovnoměrnější dodávku tepla; neproudí vzduch ani nedochází k místnímu přetápění, a tím pádem diskomfortu; lidé nejsou obtěžováni žádným hlukem;
- infrazářiči – je citelný rozdíl, jestli osoba stojí pod zářičem, nebo někde mimo; současně jsou odtahové ventilátory infrazářičů zdrojem hluku;
- teplovzdušnými jednotkami lokálními – je opět důležité, zda osoba stojí přímo v proudu vzduchu nebo mimo, zda je citelný průvan v oblasti kotníků, nebo je obálka budovy dostatečně izolována; projevuje se i efekt hlukového diskomfortu;
- centrálními vzduchotechnickými soupravami – při správném návrhu se snižuje obtěžování hlukem, vyústky mohou být vhodně voleny u pracovišť, a navíc je zde možnost přivádět současně čerstvý vzduch, který je možné ještě různě dále upravovat (měnit teplotu, vlhčit, odvlhčovat, čistit).
9 Životnost
Stejně jako u jiných výrobků platí, čím více komponent, tím kratší životnost, protože je větší pravděpodobnost, že některá komponenta selže. Nejvyšší životnost, a to až desítky let mají vodní sálavé panely a podlahové vytápění. V podstatě je zde životnost spojena s životností budovy. U lokálních VZT jednotek vodních záleží zejména na provedení výměníku a kvalitě použitého ventilátoru. U plynových infrazářičů a plynových lokálních VZT jednotek se v případě, že jsou řádně a pravidelně servisovány a čištěny, může životnost pohybovat až kolem 15 let. Centrální vzduchotechnické soupravy jsou na tom velmi podobně s tím rozdílem, že komponent bývá více, ale jednotek na celém projektu méně.
10 Vytápění osamělých pracovišť
Pokud se vytápí osamělé pracovní místo v jinak nevytápěném nebo jen temperovaném objektu je zapotřebí dostat na dané místo vyšší intenzitu dodávky tepla. Tento úkol nejlépe splňují světlé infrazářiče. Zde bychom mohli použít kromě plynových i elektrické infrazářiče nebo topné panely, pokud se jeví vybudování plynovodu jako neekonomické nebo nemožné.
11 Víření prachu
V provozech, kde se např. z technologických důvodů vyskytuje větší množství prachu (obecněji malých částeček různého druhu, které se mohou dostat do vznosu) není dobré volit teplovzdušné vytápění, protože dochází k jeho víření. Typickými příklady jsou různé dřevařské a papírenské provozy, truhlárny, sklady sypkých materiálů atp.
12 Hlučnost
Některé velkoprostorové objekty mají vysoké požadavky na nízkou hlučnost (např. koncertní sály). Je proto třeba např. rotující součásti zařízení, nebo jiná zařízení způsobující např. pulzní zvuky umístit mimo chráněný prostor. Z tohoto pohledu jsou opět nejvhodnější vodní sálavé panely a podlahové vytápění.
13 Rychlost reakce
Nejpomaleji reaguje podlahová otopná plocha, protože je zabudovaná do konstrukce a musí pracovat s akumulační schopností podlahy. U volně visících sálavých panelů platí toto omezení částečně také, protože zde se pracuje jednak se zpožděním daným rychlostí proudění vody od zdroje, a jednak s akumulační schopností samotných panelů. Naopak nejrychleji reagující jsou světlé infrazářiče, protože jakmile se plyn na povrchu keramických destiček zapálí, začíná se teplo přenášet do okolí rychlostí světla. U tmavých infrazářičů je třeba nejdříve ohřát topnou trubku, ve které proudí spaliny, u teplovzdušných jednotek trvá, než se ohřeje výměník, a pak, než se ohřeje vzduch v celé místnosti.
14 Hořlavé / výbušné prostředí
Spotřebiče, ve kterých dochází ke spalování plynu, nesmějí být ve výbušných nebo hořlavých provozech vůbec používány. Vzduchotechnické jednotky a soupravy je možné použít pouze v případě „Ex“ provedení ventilátorů a odpovídajícího protipožárního řešení vzduchovodů. Typicky se jedná opět o dřevařské nebo papírenské provozy, sklady barev či jiných chemikálií, ale i prostorů, kde jsou bez dozoru odstavené např. automobily, ve kterých je nádrž s pohonnými hmotami, což jsou například i autoservisy nebo různé garáže. Zde se doporučuje vše předem probrat s příslušným požárním technikem, aby se tato neodstranitelná překážka neobjevila až při kolaudaci.
15 Náklady na rozvody
Nejvyšší náklady na rozvody jsou u centrálních vzduchotechnických souprav, kde vzduchotechnické potrubí s koncovými elementy tvoří významnou složku celkových nákladů. Dále pak podlahové vytápění, kde je třeba vytvořit dílčí podružné rozdělovače a rozvodné potrubí k nim a lokální vodní teplovzdušné jednotky, kde opět musí být ke každé jednotce vedena teplovodní přípojka. U sálavých panelů se jedná o izolované rozvodné potrubí, které je sice krátké (u správného návrhu je voda vedena sálavými panely), ale určitě se nedá zanedbat. Nejnižší náklady z tohoto pohledu jsou u plynových zařízení, kde se rozvody nijak neizolují a ani náklady na armatury nejsou nijak vysoké. U infrazářičů vychází náklady na rozvody plynu vyšší u světlých než u tmavých, což je dané jejich menším pokrytím podlahové plochy. Při návrhu vychází světlých infrazářičů větší počet a díky tomu i rozvody plynu jsou mírně komplikovanější. Stejně tak náklady na montáž většina montážních firem kalkuluje pouze podle počtu spotřebičů.
16 Náklady na zdroj tepla
Zde budou mít nejvyšší náklady všechny vodní otopné soustavy, a tedy sálavé panely, podlahové vytápění, vodní lokální i centrální vzduchotechnické jednotky a soupravy. U plynových zařízení může do této části patřit vybudování plynové přípojky a případné regulační stanice, ale pokud je objekt již plynofikován a vybaven regulací STL/NTL, velká část nákladů odpadá.
17 Doplňující poznámky
Sálavé panely
- Kvůli větší setrvačnosti se nehodí pro provozní doby kratší než 6 až 8 hodin, případně je třeba upravit provozní dobu při výpočtu provozních nákladů na toto minimum, protože bude třeba začít vytápět dříve, než v požadovaný čas.
- Kvůli jejich hmotnosti a místě instalace pod stropem je komplikovanější montáž.
Světlé infrazářiče
- Světlý infrazářič je spotřebič typu A (spaluje vzduch z místnosti a spaliny odchází do téže místnosti). Proto je nutné zajistit dostatečný přívod spalovacího vzduchu do místnosti.
- Odvod spalin se řeší centrálně, vždy pro určitý počet spotřebičů např. axiálním ventilátorem v nejvyšším místě objektu.
Tmavé infrazářiče
- Tmavý infrazářič je spotřebič typu B (spaluje vzduch z místnosti, ale spaliny jsou odváděny mimo) nebo C (spaluje venkovní vzduch a spaliny jsou odváděny mimo). Z tohoto důvodu je nutné instalovat odkouření od každého spotřebiče.
- V případě, že spotřebič je navržen v provedení B, je nutné zajistit dostatečný přívod spalovacího vzduchu do místnosti.
- Vzhledem k jejich hmotnosti a nutnosti vybudování spalinové cesty je náročnější montáž.
Podlahové vytápění
- Kvůli velké setrvačnosti se nehodí pro provozní doby kratší než 24 hodin, případně je třeba upravit provozní dobu při výpočtu provozních nákladů na toto minimum.
- Není možné instalovat dodatečně ani upravit bez zásadních zásahů do stavby.
- Problematické při pozdějším umísťování výrobní technologie.
Lokální VZT jednotky plynové
- Nutnost instalovat odkouření od každého spotřebiče.
- V případě, že je spotřebič navržen v provedení B, nesmí se zapomenout na přívod spalovacího vzduchu.
- Možné snadno doplnit o přívod a ohřev čerstvého vzduchu do místnosti.
Lokální VZT jednotky vodní
- Možné snadno doplnit o přívod a ohřev čerstvého vzduchu do místnosti.
Centrální VZT soupravy
- Kvůli velkým rozměrům VZT potrubí a hmotnostem VZT soupravy je komplikovanější montáž.
- Možno snadno volit více úprav parametrů vnitřního vzduchu (teplota, relativní vlhkost, kvalita).
Závěr
K výše uvedeným základním technickým kritériím lze na závěr doplnit ještě další. A to je například kritérium požadované rychlosti realizace, kterou neovlivňuje jen doba montáže, ale v některých případech i potřeba získat kladné vyjádření od státních institucí, například ochrany ovzduší. Radikální změny energetického konceptu, před kterými stojí Evropská unie, a tedy i Česká republika, zdůrazní význam „uhlíkové stopy“ i pro energetické chování průmyslu, provozovatelů velkoprostorových objektů. A zde se může ukázat teplovodní způsob vytápění jako perspektivnější vzhledem k jednoduššímu začlenění obnovitelných zdrojů, k možnosti regenerace či rekuperace tepelné energie, oproti systémům založeným jen na spotřebě zemního plynu.
Podrobněji byly rozdíly mezi teplovzdušným a sálavým způsobem vytápění rozebrány v článku Rozbor podmínek vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů.
The basis of the selection is a table including used types of radiant and hot-air heating of large buildings. The individual options are briefly commented, while their advantages and disadvantages are stated so as to lead the investor to choose the optimal solution for him.