Vytápění osamělých pracovišť neohraničených stavebních konstrukcí

1.0 Úvod

Vytápění osamělých pracovišť v nevytápěných prostorách je jedno z nejsložitějších řešení v tepelné technice.

Vliv chladného okolního prostředí je zapotřebí eliminovat zvýšenou intenzitou sálání směrované na plochy, které je potřebné vytápět na teplotu odpovídající intenzitě práce. Pro tyto účely je nejvhodnější používat světlé plynové infrazářiče se speciálně upravenými reflexními zákryty s vysokým stupněm odrazivosti (obr. č. 1 - znázornění tepelného toku zářičů MKP 7, 11, 15, 18 kW a MKP 25, 36 a 43 kW). Zákryty mají za úkol koncentrovat tepelné záření do úzkého svazku, který zajistí dodávku tepla do daného omezeného prostoru (obr. č. 2 - znázornění rozptylu tepelného toku zářičů MKP). Naprosto nevhodné jsou zářiče tmavé, které mají velký úhel rozptylu (úhel jádrového sálání).

Obr. 1 - Světlé zářiče se specielně upravenými reflexními zákryty pro vytápění osamělých pracovišť

Obr. 2 - Světlý zářič - koncentrovaný tok tepelné energie sáláním

Velice důležitou podmínkou je, aby bylo záření pokud možno směrováno šikmo na člověka - osálání po výšce těla. Jedná-li se o trvale jednostranný postoj pracovníka, pak je nejvhodnější osálání zad. Z hlediska vnímání chladu jsou to právě záda, kde je tento pocit vnímán velice intenzivně. Jako absurdní se jeví vytápění pracovišť sklářů při pecích instalovaných v nevytápěném prostoru haly (obr. č. 3). Praxe ukázala potřebu řešit tento problém pomocí zářičů s dodávkou sálavého tepla na záda sklářů. Podstatně se tím snížila jejich nemocnost.

Obr. 3 - Vytápění osamělých pracovišť v nevytápěné hale
1 - plocha 12 x 18 m = jedno pole haly; 2 - pracoviště u okna 6 x 3 m

2.0 Stanovení výkonu zářičů

Stanovení výkonu počtu zářičů vychází z požadavku dosažení výsledné teploty (t_g) s ohledem na vliv teploty vzduchu v okolním prostředí (t_i).

Základní vztah pro určení požadovaného výkonu zářičů:

instalovaný výkon

(1)

intenzita osálání

(2)

tg [°C]	výsledná teplota
ti [°C]	teplota vzduchu v nevytápěném prostoru
A [m2]	osálaná plocha
f1 [-]	faktor zvýšení výkonu při větších vzdálenostech zářičů od pracovníků vlivem prašnosti v prostoru při h = 7,5 m f1 = 1,1 při h = 9,0 m f1 = 1,2 při h = 12 m f1 = 1,35

faktor závisející na umístění zářiče

(3)

ηs [-]	sálavá účinnost zářiče: vodorovná poloha MKV ηs = 0,75 šikmá poloha   MKP ηs = 0,65
Φ [-]	střední sálavý účinek závislý na poloze zářiče: vodorovně    Φ = 0,4 šikmo   Φ = 0,7
As [-]	součinitel absorpce okolních ploch, na které dopadá záření: As = 0,85

Příklad 1 - obr.č.3 - varianta 1

Zadání: v nevytápěném prostoru (t_i = + 5 °C) vytápět plochu 12 x 18 m na teplotu t_g = 18 °C. Jelikož je zapotřebí dosáhnout teplotu t_g po celé ploše, volí se pro "dodávku tepla" plocha rozšířená o 1,5 m po celém obvodu, potom: A = 15 x 19,5 = 292,5 m²

Požadovaný instalovaný výkon:

Požadovaný výkon jednoho zářiče:

S ohledem na výšku zavěšení zářičů h = 6 m - šikmo, bude zapotřebí instalovat 6 ks zářičů MKP 25 o výkonu 25 kW/ks (nejblíže vyšší výkon zářiče) - na kratších stranách vytápěného pole, přičemž krajní se umísťují proti ohraničení plochy (obr. č. 3)

Instalovaný výkon:

Q_i = 6 x 25 kW = 150 kW

Při vytápění osamělých pracovišť bývá problémem regulace. Vzniká proto, že je obtížné najít místo pro umístění čidla. Existuje-li možnost, je nejvhodnější umístit ho někam do osálaného prostoru. Nelze-li takové řešení navrhnout, doporučuje se instalovat časový spínač. Na regulační skříňce se nastaví čas provozu 1/2 hod. - přechodné období (do t_e = + 3 °C); 3/4 hod. - střední zimní období (mezi t_e + 3 °C ÷ - 5 °C), 1 hod. - zimní špička (pod t_e = - 5 °C). Intervaly nejlépe ukáže praxe. Po tomto časovém intervalu se zářiče automaticky odstaví a obsluha je pak při zjištění pocitu chladu opět ručně uvádí do chodu.

Výpočtová teplota vzduchu v prostředí nevytápěného prostoru platí do rychlosti proudění vzduchu - w₀ = 0,2 m/s; (označení - t_i^0,2)

Při větších rychlostech je zapotřebí snížit výpočtovou teplotu t_i:

ti = (ti0,2 - Δt1) při w0 = 0,4 m/s	-	Δt1 = 2 K
ti = (ti0,2 - Δt1) při w0 = 0,6 m/s	-	Δt1 = 4 K
ti = (ti0,2 - Δt1) při w0 = 0,8 m/s	-	Δt1 = 6 K
ti = (ti0,2 - Δt1) při w0 = 1,0 m/s	-	Δt1 = 8 K

Potom se např. změní při w₀ = 0,8 m/s požadovaný výkon následovně:

Požadovaný výkon jednoho zářiče:

Volí se 6 x MKP 36.

Jak je z výsledku zřejmé, má rychlost proudění vzduchu podstatný vliv na požadovaný výkon zářičů. Proto je zapotřebí dbát důsledně na ochranu osamělých pracovišť před průvanem ⇒ instalovat pokud možno zástěny, výšky cca 2 ÷ 3 m - pracoviště 1 na obr. č. 3 ohraničené silnou čarou.

Dalším možným způsobem je postup výpočtu podle následujícího vztahu:

(4)

kde q_o = 25 W/K - jednotkový výkon na 1 K teplotního rozdílu

Kontrola:

Jak je z porovnání zřejmé, výsledky jsou téměř shodné (137,0 kW x 146,2 kW)

Příklad 2 - obr. č. 3 - varianta 2

Zadání - pracoviště u vnější stěny. Plocha pobytu pracovníků

A₀ = 6 x 3 m; rozšíření po obvodu 1,5 m. Potom A = 9 x 4,5 m = 40,5 m²
t_g = 18 °C; t_i = + 3 °C

Volí se dva zářiče MKP 15, tj. osazený výkon 2 x 15 kW = 30 kW - zavěšení do podstřešního prostoru šikmo ve výši 7,5 m. Vzdálenost od pracovníků ∼ 9,0 m proto f₁ = 1,2.

Kontrolní výpočet dle metodiky z praxe:

Výsledek je téměř totožný.

Regulace výkonu je v tomto případě možná s čidlem umístěným na stěně objektu a týdenním programem.

Závěr

Jak je z příkladů zřejmé, osazený výkon pro vytápění osamělých pracovišť se podstatně liší od požadavků při celoplošném vytápění (2 ÷ 4 větší výkon). Je rovněž nutné vzít v úvahu intenzitu vytápění (rychlost náběhu na plný výkon) a hlavně pak koncentraci tepelného toku na vytápěné plochy (nevytápí se okolí). Jednoznačně ⇒ světlé plynové zářiče se specielně upravenými reflexními zákryty. Nelze použít zářiče tmavé nebo dokonce teplovzdušné jednotky. Tuto metodiku a technické řešení lze také použít při návrhu vytápění vstupního pole (12 x 18 m) do vytápěného prostoru haly, kde se otvírají vrata.

Podle frekvence otvírání se volí t_i = (8 ÷ 12 °C). Regulace dle teploty vzduchu (t_i).

Obr. 4 - Příklad instalace