Sálavé stropní nízkoteplotní vytápění a chlazení, řešení podle přírody

Ukažme si poměrně mladý koncept vytápění nebo chlazení, který se realizuje ideálně celou plochou stropu či její podstatnou částí. Uplatní se všude: v hotelech, lázních, v polyfunkčních budovách, rodinných domech i ve skladových a výrobních halách. Ač poměrně nový, je tento koncept nejbližší přírodě a jejím pravidlům. A hlavně je nejúčinnější. Také návrh stropního vytápění je snadný a totéž lze říci i o jeho realizaci.

Nabízí se otázka, proč už lidé dávno nevytápějí své příbytky i skladové a výrobní haly ohřátým stropem a stále používají kamna, teplovodní radiátory, v lepším případě vytápějí podlahou. Odpověď je zřejmá. Síla tradice, omezených možností a zvyků. Hlavním argumentem proti stropnímu vytápění je víra, že „teplo přece vždy stoupá vzhůru, a proto je toto vytápění fyzikální nesmysl“. Jenže realita je jiná.

Poznámka

Vysoká účinnost stropního vytápění a zároveň přesnost jeho teplotního nastavení je zřejmá už z toho, že intenzita tepelného sálání roste s čtvrtou mocninou termodynamické teploty T⁴. To znamená, že i malá změna teploty otopného stropu vyvolá citelnou pocitovou změnu. A naopak, i velká změna venkovní teploty si vynutí jen malou změnu teploty otopného stropu, v praxi často žádnou (při dobrém zateplení domu).

Přednosti stropního vytápění

Je jich více. Jde o velmi nízkoteplotní vytápění, kdy místnost vytápí celá velká plocha stropu, jehož teplota ani v silných venkovních mrazech nepřekročí 30 °C. Běžné zimní ustálené teploty stropu jsou od cca 25 do 27 °C; to jsou výsledky reálného stropního vytápění v topné sezoně 2018/19. Vyšší teplotu stropu lze krátce realizovat jen při spuštění otopné soustavy z vychladlého stavu.

Sálavé stropní vytápění bylo též zvoleno jako jediný topný systém přízemí nového hotelu modulárního charakteru, Nezvalovy archy v Olomouci. Zde se systém setkává s maximální spokojeností jak hostů, tak majitelů. Čerpáno z archivu majitele hotelu.

Život pod stropním vytápěním

„Nejpádnějším“ argumentem proti stropnímu vytápění je domněnka, že se pod ním přehřívá hlava a ztrácí se soustředěnost. Nicméně lidé, kteří byli v topném období pozváni k návštěvě objektu s celoplošným stropním vytápěním, nic takového nezaznamenali. Když si v celé budově nevšimli radiátorů, teplovzdušných fukarů atp., podivovali se a ptali, zda máme podlahové vytápění. Když uslyšeli, že je v domě instalováno stropní vytápění v celé ploše stropu nad každou místností, divili se ještě víc: „Ale vždyť je ten strop studený(!),“ nechali se slyšet, když bezkontaktním teploměrem odečítaly teplotu stropu, která byla jen o několik °C vyšší než teplota podlah a stěn.

Sálavá podstata stropního vytápění a chlazení

Vzduch se sice v interiéru účastní teplosměnných dějů mezi vytápěným prostorem a otopným stropem, avšak jen okrajově a odvozeně. Výjimkou jsou jen teplovzdušná topidla, která do místnosti vhánějí nebo v místnosti rozhánějí průvan teplého vzduchu, který byl ohřátý teplovzdušným topidlem v místnosti nebo kdesi mimo ni, například v kotelně. Vraťme se ale k tématu.

• Ohřátý otopný strop především sálá podle své teploty do prostoru místnosti tepelné záření (sálání). Intenzitu tohoto sálání přesně popisuje Stefanův−Boltzmannův zákon I = σεT⁴, kde σ = 5,67·10^–8 W/(m²K⁴) je Stefanova–Boltzmannova konstanta, ε =1 je emisivita povrchu stropu a T je termodynamická teplota v K. Při teplotě 27 °C sálá strop do interiéru teplo s intenzitou 460 W/m².
• Sálavý strop nejenže sálá, ale také přijímá tepelné záření, které vůči němu naopak „vysílá“ zpočátku chladná podlaha, stěny místnosti a jiné interiérové povrchy, zejména nábytek. Je-li jejich počáteční teplota řekněme 15 °C, sálá vnitřní prostor ke stropu s intenzitou necelých 391 W/m², takže strop v této chvíli celkově vydává do prostoru místnosti energii cca 69 W/m².
• S tím, jak strop postupně ohřívá podlahu i stěny místnosti, je od jejich rostoucího sálání sám ohříván; počáteční energetický příkon (tzn. teplotu otopné vody) proto postupně snižujeme.
• Po relativně krátké době se teploty v místnosti ustálí. Prostorová teplota sálání dosáhne požadované hodnoty, řekněme 21 °C, a to při povrchové teplotě stropu, řekněme 24 °C. Od prostorového sálání se rychle dorovná i teplota vzduchu na 21 °C. Strop při těchto ustálených teplotách dodává do místnosti energii necelých 18 W/m². To pokrývá tepelnou ztrátu místnosti.

Princip sálavého topidla umístěného v exteriéru, jako v tomto případě na terase, je v zásadě stejný. Topidlo sálavě ohřívá okolní plochy, ty pak sálají do prostředí příjemné sálavé teplo, které se mísí s okolním tepelným zářením. Venku do hry vstupuje i proudění vzduchu, tzn. vítr. Venkovní sálavé topidlo by proto mělo mít podporu ve zmíněných plochách, které osálává. Nemělo by sálat jen do volného chladného prostoru. Je také vhodné omezit možnost vzniku průvanu, avšak nikoliv tak, aby se kvalita dýchaného vzduchu (obsah CO2 pod úroveň 700 ppm). Zdroj: Ralf Geithe, Shutterstock

Základní vlastnosti stropního vytápění

Vytápění, ať už jakékoli, by mělo především rychle reagovat na regulační podnět, ať už si vnitřní teplotu přeje změnit uživatel, nebo si intenzitu vytápění vynutí změny venkovní teploty. Snaha proto je, aby teplota otopného stropu reagovala na nový teplotní požadavek okamžitě. Otopné stropy, které v tomto článku popisujeme, reagují velmi rychle: Jde o teplovodní stropní vytápění, kde přestup tepla od temperované vody v měděných stropních trubicích probíhá přes necelých 5 mm silnou a tepelně velmi vodivou desku přímo na povrch stropu. Dojde-li k regulačnímu povelu, nová teplota stropu se ustálí na nové hodnotě do několika minut. Rychlost přestupu tepla z otopné vody k povrchu otopného stropu je velmi důležitá. Dodejme, že rychlou reakci stropního topení lze realizovat i elektrickými topnými fóliemi a rohožemi za předpokladu, že zajistíme rychlý přestup tepla od fólie k povrchu stropu.

Stropní sálavé vytápění. Pracuje tak, jako příroda

Pod názvem „Objevme stropní vytápění a jeho jedinečné služby“ jsme v tomto časopise v listopadu 2016 popsali princip činnosti a užitné vlastnosti celostropního a zároveň…

Návrh stropního vytápění/chlazení

U stropního vytápění zatím průmysl nenabídl ucelené řešení stropu s přípravou pro stropní vytápění. Důvodem je pozoruhodná neznalost sálavých teplosměnných dějů ze strany stavebních tepelných techniků, kteří navrhují a realizují domovní otopné soustavy pouze v podobě stěnových radiátorů nebo podlahového vytápění. Česká "stavební tepelná mantra" zní, že teplo vždy stoupá vzhůru. Ve skutečnosti stoupá vzhůru jen teplý vzduch, zatímco sálaní je všesměrové a většinou i energeticky silně dominantní.

Z našeho pohledu je k realizaci otopného stropu vhodné využít například sádrokartonové stropní konstrukce a realizovat vhodné zakrytí stropu deskami, které jsou ideálně po celé povrchu ohřívány topným médiem (topná voda, elektřina). To je i případ popsaného systému vytápění.

Výškové rozvržení teplot při vytápění celoplošným stropním topením. Nejrovnoměrnější rozložení teplot je v prostorách vytápěných podlahovým či stropním vytápěním. Z archivu firmy FENIX.

Pobytová pohoda

Na toto téma píše Wikipedia (ke dni 18/6/2019) pozoruhodné nesmysly. Zejména jmenuje „objektivní faktory, to znamená čtyři veličiny, které jsou měřitelné a ovlivnitelné technickými prostředky a které ovlivňují pobytovou pohodu. Jsou to:

• teplota vzduchu,
• vlhkost vzduchu,
• rychlost proudění vzduchu,
• teplota okolních stěn či předmětů.“

Určující faktor pro pocit tepelné pohody, tedy teplota prostorového tepelného záření v místnosti, ale chybí. Doplňme proto, že teplota vzduchu je kompletně odvozena od teploty prostorového tepelného záření, tzn. povrchových teplot v místnosti. Výjimkou je, když intenzivním větráním vháníme do místnosti chladný nebo příliš teplý vzduch. Pro pobytovou pohodu, stejně jako pro teplotu vzduchu je podstatné, že obě záleží hlavně na teplotě prostorového záření.

Termostropy – zdravý a úsporný systém, který topí a chladí

TERMOSTROPY to je označení pro otopné keramické stropní panely – „sendviče“, které se dovezou na místo stavby zhotovené na míru. To předpokládá, že investor má jasno o způsobu…

Mýty:

1. Stropní topení je nesmysl. Každý přece ví, že teplo stoupá vzhůru! Ohřátý strop nedokáže místnost rovnoměrně ohřát, podlaha zůstává dlouho studená!

Pravda: Hlavním transportním mechanismem při sdílení tepla v prostoru je tepelné sálaní. Vzduch a jeho proudění má jen podružnou roli.

Jenže lidské oko sálaní nevidí a tento fakt dal tuhý život myšlence, že se teplo šíří jen vedením a prouděním tepla. Omyl! Prostorové sálaní samo ustálí prostorovou teplotu v místnosti (není-li intenzivně větrána) na průměru povrchových teplot v místnosti, vážených podle plochy. Vzduch nic neřídí; teplota vzduchu jen následuje teplotu povrchů a prostorového sálání.

Příklad stropního vytápění. Čerpáno z archivu ATRI, dnes už bývalé asociace tenkostěnných a reflexních izolací.

2. Lepší je podlahové vytápění. Není zima od nohou, a navíc mi na hlavu nesálá teplo!

Pravda: Sálat teplo na hlavu nemůže, neboť, jak bylo popsáno, strop je jen o několik °C teplejší než prostorové sálání v místnosti, a tím i teplota vzduchu: člověk tento rozdíl nedokáže ani zaznamenat!

Související články

• Objevme stropní sálavé vytápění a jeho jedinečné služby
• Sálavé stropní vytápění v průmyslové hale a v administrativní budově
• Maximální tepelný komfort poskytuje u energeticky úsporných objektů podlahové a stropní vytápění
• Sálavé vytápění infračervenými zářiči a jeho navrhování