Přidat na Seznam.cz Přidat na Google News

Stropní vytápění a sluneční energetika pro rodinné domy

O rodinných domech už bylo napsáno v časopisech a na internetu skoro všechno. Proto se v tomto příspěvku zaměříme na řešení pro byty a rodinné domy, které je zatím mimo hlavní proud zájmu. Jde o stropní vytápění. Pro jeho použití existuje řada technických argumentů a proti jediný – tradice a s ní spojená neznalost a nezkušenost.

Jak už to bývá, nejvíce a nejjadrnějších argumentů proti stropnímu vytápění mají v zásobě ti, kteří ho nikdy neviděli, ani o něm nic neslyšeli: Je to úplná blbost, říkají. Přece každý ví, že teplo stoupá vzhůru! Co je na tomto výroku špatně?

Tepelné záření

V prvé řadě to, že nahoru stoupá pouze teplý vzduch, ale nikoliv teplo. Mezi teplem a teplým vzduchem ostatně vůbec nelze klást rovnítko. Vzduch (a jeho teplota) na jedné straně a prostorové tepelné záření (a jeho teplota) na druhé jsou dvě různé entity. V praxi jde o to, že člověk (a samozřejmě i většina dalších živočichů) vnímá nejen teplotu vzduchu, ale také teplotu tepelného záření, které zaplňuje prostor.

Mezi širší veřejností není příliš zažitý nesporný fakt, že prostor kolem nás zaplňuje nejen vzduch, ale i tepelné záření, což je druh elektromagnetického záření. Většinou převládá jen triviální představa, že záření je něco, co létá od antény k anténě a to pouze tehdy, když do ní vháníme střídavý proud. A z druhé tak získáváme – třeba – televizní signál. Zkrátka když není proud, není signál, ani žádné jiné záření.

Instalace elektrického stropního vytápění ECOFILM C (foto FENIX Group a.s.)
IDetailní pohled na rohož ECOFILM C (foto FENIX Group a.s.)

Když se trochu zamyslíme, musíme toto povrchní vnímání reality odmítnout. Vzpomínáme si, že rozžhavené předměty, např. rozžhavený oharek v topeništi, svítí červenou barvou. I toto je elektromagnetické záření. Dalším příkladem je Slunce, těleso rozpálené na 5 500 °C (podle Wikipedie). Slunce je ostatně vzorovým příkladem, jak lze na Zemi dopravit teplo ve směru shora dolů (v tomto případě teplo ve formě slunečního záření). Mezi Zemí a Sluncem není žádný vzduch a záření je jediný způsob, jak sem lze sluneční teplo dopravit.

U oharku a u Slunce máme výhodu, že jejich rozpálený povrch vidíme a teplo cítíme. Jak je to ale s obyčejnými pozemskými předměty při běžných teplotách? Stojíme-li v úplné tmě, v noci uprostřed místnosti, nevidíme nic. Ale pokud nestojíme v mrazicím boxu, chlad necítíme. Když ano, chlad cítíme. Tyto pocity nesouvisejí jen s tím, jaká je teplota vzduchu. Souvisejí i s tím, a možná hlavně s tím, jakou teplotu má prostorové záření. A to má teplotu, která závisí na teplotě stěn, stropu a podlah.

Instalace kapilárního stropního vytápění (foto Michal Rybář-INFRACLIMA)
Detail kapilární rohože (foto Michal Rybář-INFRACLIMA)

Princip stropního vytápění

Jak název napovídá, „topným tělesem” je zde celá plocha stropu. Oproti podlahovému nebo stěnovému plošnému vytápění je (doslova ideální) výhoda v tom, že tato konstrukce většinou není zastavena nábytkem ani obrazy. Další výhoda spočívá v tom, že jde velkoplošné vytápění. Teplota stropu proto není tak vysoká jako na kamnech nebo radiátorech, o které se při dotyku často až spálíme. Obvykle je strop vytápěn na teploty kolem 24 °C až 26 °C. Takto nízká teplota stropu je u nejčastějšího typu vytápění, tj. teplovodního, dosahována snadno a s nejvyšší účinností.

Ohřátý strop sálá do prostoru tepelné záření o vyšší teplotě. To způsobí okamžité zvýšení teploty prostorového tepelného záření, čili sálání. Teplota tohoto záření je vždy výslednicí okamžitých teplot všech stěn v místnosti, přesněji všech povrchů v místnosti, váženou podle jejich plochy a tzv. sálavosti. Sálavost nabývá hodnot mezi 0 až 1 (vyjma obou krajních hodnot) a většinou bývá 0,9. Zvýšená teplota prostorového tepelného záření (sálání) vyvolá nejrychlejší růst teploty vzduchu, stěny a nábytek se díky vysoké tepelné kapacitě ohřívají pomaleji. S ohřevem stěn roste následně teplota záření atd., ... až do ustálení teplot. Pro ustálenou teplotu prostorového záření platí technický vztah:

kde
T v K (kelvinech) je termodynamická teplota prostorového tepelného záření, která se počítá tak, že k běžné, Celsiově, teplotě ve °C přičteme 273,15 stupňů,
Ti je termodynamická povrchová teplota konstrukcí (stropu, stěn, podlahy) v K,
Ai je plocha konstrukcí,
εi je bezrozměrná veličina zvaná emisivita, česky sálavost.

Důležité je, že dům nevyžaduje žádné zvláštní technické předpoklady. Jen obvyklé věci: nesmí do něho táhnout ze všech stran netěsnými okny a dveřmi. Nesmí být mokrý v důsledku špatných hydroizolací ve střeše a pod zdmi a podlahami. Zkrátka takový, že by v něm každé topení fungovalo neefektivně nebo špatně.

Případové ukázky

Cílem tohoto článku není suplovat ani architekta, ani projektanta technických zařízení. Slouží jen pro názornou ukázku, která je však technicky a fyzikálně dobře podložena.

Ukažme si, jak bude „pracovat” stropní vytápění v pomyslném domě za arktického dne. Tzn. při venkovní teplotě –15 °C. Zvolme malý a jednoduchý dům typu tzv. krabice od bot o rozměrech 5 × 3 m a výšce 2,5 m. Tepelně izolační hodnoty střechy, stěn a podlahy spojené se zemí budiž na úrovni současné národní normy ČSN 73 0540-2. Okna domu mají na výběr tři součinitele prostupu tepla na úrovni Uw = 1,7 W/(m2K) nebo 1,2 W/(m2K) nebo 0,7 W/(m2K). Ptáme se, na jakou teplotu budeme muset vytápět strop o (vytápěné) ploše 5 × 3 m, aby prostorová teplota záření a teplota vzduchu byly na úrovni 21 °C.

Spočítané výsledky ukazuje tab. 1. Podle očekávání je nutné v hůře izolovaném domě s horšími okny ohřát stropní vytápění na vyšší teplotu. Ani v arktickém dni při venkovní teplotě –15 °C však teplota stropu nepřesáhne 28 °C. A to náš dům rozhodně není na špičkové tepelněizolační úrovni, je spíše podprůměrný. Teplota podlahy převyšuje povrchové teploty obvodových stěn a oken a udržuje se na příjemných 20 °C.

teplota uvnitř: 21 °C
teplota venku: –15 °C
Povrchové teploty ve °C
vytápěný strop stěny podlaha okna
Požadavek normy Uw = 1,7 27,8 19,2 20,0 13,0
Uw = 1,2 27,3 15,4
Uw = 0,7 26,7 17,7
Doporučení normy Uw = 1,7 26,7 19,8 20,3 13,0
Uw = 1,2 25,7 15,4
Uw = 0,7 25,1 17,7
Tab. 1: Teploty vytápěného stropu a z nich odvislé interiérové povrchové teploty stěn, podlah a oken při vnitřní prostorové teplotě 21 °C a venkovní teplotě –15 °C

Sluneční domovní energetika

Jak souvisí sluneční energie se stropním vytápěním. Ukazuje se, že stropní vytápění může být investičně nejlevnější typ otopné soustavy. A to zejména tehdy, je-li realizováno stropními elektrickými topnými fóliemi. Průměrná pořizovací cena na rodinný dům (mnohem větší, než naše ukázková „krabice od bot”) dosahuje úrovně kolen 70 tis. Kč i s elektronickou automatickou regulací a řízením. Zároveň je to velice rychlý způsob, zhotovení je otázkou několika dní. Toto řešení je vhodné do kamenných staveb i dřevostaveb.

Problém je, že ho pokutuje stát, zejména při poskytování dotací na pasivní dům. Potřeba elektřiny do pasivního domu se pro úředníky násobí třemi, tzv. faktorem přeměny f = 3. Kdysi totiž platilo, že pro 1 kWh vyrobené energie bylo třeba 3 kWh tepla vzniklého spálením uhlí. To už v éře jaderných a slunečních elektráren dávno neplatí, ale faktor zůstává. A tak má-li dům roční potřebu primární energie nad 120 kWh/(m2a), nemůže být pasivní, často jen kvůli fosilnímu uvažování. Ve starém předpisu TNI 73 0329, kterým se řídil první program ZÚ, to bylo dokonce 60 kWh/(m2a). Krásná ukázka, jak být „papežštější než papež”.

Měsíc /
instalovaný výkon
Průměrná výroba (kWh/den)
2 kWp 3 kWp 5 kWp 10 kWp
Leden 1,67 2,51 4,18 8,35
Únor 3,56 5,35 8,91 17,82
Březen 6,11 9,17 15,28 30,55
Duben 7,70 11,54 19,24 38,48
Květen 7,83 11,75 19,58 39,17
Červen 7,98 11,97 19,94 39,89
Červenec 8,17 12,26 20,43 40,86
Srpen 8,12 12,18 20,30 40,60
Září 6,42 9,62 16,04 32,08
Říjen 4,49 6,74 11,23 22,46
Listopad 2,32 3,48 5,80 11,61
Prosinec 1,32 1,98 3,29 6,58
Tab. 2: Denní průměrná výroba z domovních fotovoltaických elektráren různých velikostí. Pro 1 kWp výkonu jsou potřeba zhruba 4 panely běžných rozměrů

Ušetřené peníze za levné elektrické stropní vytápění lze investovat do slunečních fotovoltaických panelů a ostrovní elektrárny. A z ní lze napájet elektrickou otopnou soustavu. Zkušenosti říkají, že kromě tří nejstudenějších měsíců (listopad, prosinec, leden) je vlastní výroba elektřiny již zajímavá. Přímo z elektrických panelů lze také ohřívat teplou vodu. Často to vychází levněji, než z klasických termických panelů; v zimě je to dokonce i účinnější, protože fotovoltaika vyrábí i z rozptýleného světa při zatažené obloze. Sluneční elektrickou a tepelnou energií vlastní výroby lze provozovat i vytápět dům.

To je cesta k samostatnosti a zároveň cesta budoucnosti.

Autor:
Foto: Archiv firem