Z archivu firmy Able Electric

Sálavé stropní nízkoteplotní vytápění a chlazení, řešení podle přírody

Ukážeme 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 a zvyků. Vůbec nejčastějším argumentem proti stropnímu vytápění je víra, že „teplo přece vždy stoupá vzhůru, a proto je toto vytápění fyzikální nesmysl“. Avšak pravda, chcete-li realita, je jiná.

Přednosti stropního vytápění

Je jich více a všechny stojí za to. Jde o velmi nízkoteplotní vytápění, kdy místnost vytápí celá plocha stropu, jehož teplota málokdy překročí 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 teplota se realizuje jen při rychlém 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, že se pod ním přehřívá hlava a ztrácí soustředěnost. Praktická zkušenost ale říká, že osoby, které byly pozvány k návštěvě objektu se stropním vytápěním, nic takového nezaznamenaly. Když si v celé budově nevšimly radiátorů, teplovzdušných fukarů a podobně, ptaly se, jestli máme podlahové vytápění. Když jsme je ujistili, že je v celém domě instalováno stropní vytápění, a nechali je ohmatat si teplotu stropu, podivovali ještě více: „Ale vždyť je ten strop studený!“ Až bezkontaktní teploměr ukázal, že je strop jen o několik °C teplejší než podlaha a stěny.

Sálavá podstata stropního vytápění a chlazení

Vzduch se sice účastní teplosměnných dějů mezi topidlem a vytápěným prostorem, avšak spíše jen okrajově a odvozeně. Výjimkou jsou jen teplovzdušná topidla, která do místnosti vhánějí teplý vzduch vyrobený kdesi mimo místnost, 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 příp. na terase, je v zásadě stejný. Sálavé topidlo 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. 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. Zdroj: Ralf Geithe, Shutterstock

Základní vlastnosti stropního vytápění

Vytápění, ať už jakékoli, by mělo především rychle a přesně 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 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.

Návrh stropního vytápění/chlazení

U stropního vytápění zatím průmysl nenabídl komplexní řešení stropu s přípravou pro stropní vytápění. Z našeho pohledu je k realizaci otopného stropu vhodné využít například sádrokartonové stropní konstrukce a realizovat vhodné zakrytí stropu deskami, které jsou ideálně po celém 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 horký vzduch. Pro pobytovou pohodu, stejně jako pro teplotu vzduchu je podstatné, že obě záleží hlavně na teplotě prostorového záření.

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 stropní vytápění. Čerpáno z archivu ATRI 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

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Shutterstock, archiv firem