Sálavé vytápění - teorie

Sálavé vytápění hal a cirkulace vzduchu v hale

Ve vytápěné hale nám teplý vzduch stoupá vzhůru a studený naopak klesá dolů k podlaze. Toto proudění vzniká samo od sebe, jeho intenzita je daná rozdílem teplot vzduchu v jednotlivých hladinách. Rozdíly teplot vzduchu vznikají jednak tím, že se nám vzduch ochlazuje od stěn v jejichž blízkosti máme vzduch studený. Teplý vzduch vzniká díky činnosti vytápěcího systému, a to jak teplovzdušného, tak i sálavého. Přirozenou cirkulaci nemáme vůbec rádi protože nám přináší zimu do pracovní zóny a naopak teplý vzduch plný energie nám utíká pod strop, kde ohřívá střešní plášť, v horším případě světlík. Proudění, kdy by nám teplý vzduch klesal k podlaze bychom uvítali, ale takto se bohužel tento živel, symbol vrtkavosti, sám od sebe nechová.

Pokud chceme, aby nám v hale teplý vzduch klesal do pracovní zóny, musíme ho neustále postrkovat pomocí vrtulí a nebo vlastního vytápěcího systému a to tak, že necháváme běžet vzduchotechniku s vypnutým hořákem a nasáváme si ze shora a foukáme dolů. Umějí to i teplovzdušné jednotky, pokud ovšem nejsou šikovně umístěny u prosklené stěny, kde bohužel moc teplého vzduchu nenajdou. Je to samozřejmě daň za to, že mají při zapnutém hořáku přeci jenom o něco menší teplotu vyfukovaného vzduchu. Rozmíchávání vzduchu pomocí míchaček, jenž naruší přirozené vrstvení teplého vzduchu je poněkud problematické. Nechci vyloženě říct, že jsem na něj úplně zanevřel, ale je to neúčinné. Kdy to funguje a kdy ne, rozeberu v samostatné kapitole.

Vytápěcí systém by neměl přirozenou cirkulaci v hale podporovat, naopak, měl by ji účinně tlumit. Ideálním místem distribuce tepelné energie je podlaha podél stěn a částečně i stěny objektu. Nejlépe se s tímto problémem vyrovnávají teplovodní radiátory, moc se však nepoužívají. Nejde snad o to, že ve výrobní hale překážejí a že si ke stěnám zaměstnanci s oblibou stavějí pracovní stoly, jde o to, že jsou drahé. Pět tisíc korun a více za instalovanou kW je samozřejmě hodně. Tak nám zbývá pouze šikovně navržená vzduchotechnika a nebo ještě šikovněji navržené zářiče. Tím nechci říct, že vzduchotechnika nedokáže být stejně drahá jako radiátory s kotelnou, ale přeci jenom umí ještě vzduch v hale vyměňovat. Co se týče zářičů, je mezi odborníky rozšířen názor, že jejich činností je přirozená cirkulace tlumena, nebo alespoň ji sálání nepodporuje. Někdy je to pravda, ale převážná většina instalací je s tímto tvrzením v rozporu. V závěru této kapitoly se zmíním o tak zvaném „zónovém vytápění“. Je to klasická ukázka, jak lze i pomocí zářičů vzduch v hale řádně rozpohybovat.

Jednou z výhod sálavého vytápění je fakt, že na elektromagnetické záření nepůsobí vztlaková síla a tak nám teplo ve formě záření bez problémů dorazí až k podlaze. Kam ho zamíříme, tam nám dopadne.

Teplý vzduch můžeme zacílit kam chceme a dopadne vždy pod střechu.

Bohužel, jak je znázorněno na obrázku, většina realizací je charakteristická tím, že maximum sálavé energie míří do středu haly, kde toho vůbec není třeba. Je zahřátý prostředek haly a u stěn je záření sotva měřitelné.

Procentní hodnoty intenzity záření na podlaze jsou v obrázku zachyceny.

Rozdíl teplot podlahy samozřejmě podporuje přirozenou cirkulaci vzduchu v hale.

Na obrázku vpravo jsem nakreslil křivky zvrstvení pro různá místa v hale. Modrá čára znázorňuje situaci u stěny haly.

Teplotní průběh je obdobný jako u teplovzdušného vytápění, křivka charakterizuje spíš izolační schopnosti haly, teplota podlahy u stěny není topením ovlivněná. Fialová křivka nejlépe popisuje sálavé vytápění.

V pracovní zóně, tedy ve výšce jednoho metru nad zemí je charakteristický nos. Ten vzniká díky ohřáté podlaze nad kterou proudí studený vzduch od stěny haly. Tento efekt má příznivý vliv na pocitovou teplotu.

V oblasti pod zářičem je teplotní zvrstvení opět podobné jako teplovzdušného vytápění. Jelikož se nad prohřátou podlahu nedostává studený vzduch, je teplotní průběh v pracovní zóně stabilní. Pokud tedy neotevřeme všechna vrata a halu nezačneme plnit vzduchem z venku. Pak má ovšem prohřátá podlaha skutečně stabilizující vliv na takto vzniklé proudění. Studený vzduch se totiž od podlahy začíná okamžitě ohřívat a snaží se stoupat. Vzduch začíná vířit a tím je bržděn. Mnohem významnější je ovšem jeho rychlé dohřívání díky tepelné kapacitě teplé podlahy. Na rozdíl od haly vytápěné teplým vzduchem, nepředstavuje provozní otevírání vrat takový problém.

V horní části červené křivky, tedy křivky, jenž znázorňuje teplotní zvrstvení pod zářičem, je velmi ostrý zlom, kdy nám teplota vzduchu vzroste i o několik desítek stupňů. V této části nejde vlastně o prostor pod zářičem, ale je to prostor vedle zářiče a nad zářičem. Prohnutí v horní části je patrné i na fialové křivce, ale není tak výrazné. Pokud se nám podaří zářič protáhnout přímo pod světlíkem, koledujeme si o vysoké provozní náklady a většinou se připravíme o veškerou rezervu výkonu vytápěcího systému. Od zářiče se totiž uvolňuje značné množství teplého vzduchu. Množství energie kterou nedokážeme proměnit v sálání a nebo je to sálání směrem nahoru, je závislé na sálavé účinnosti. Nechci nikoho zbytečně strašit ale ty nejlepší zářiče mají sálavou účinnost zhruba 85%. Sálavá účinnost 70% není neobvyklá, je to ještě dobrý výsledek.

Pokud se nám třicet procent energie ve formě velmi horkého vzduchu potká se světlíkem, nemá šanci na další účast při vytápění. Pokud by tento vzduch narazil zespodu na střešní plášť, mohl by ho ohřát a tak by se alespoň část energie proměnila v sálání a mohla by ovlivnit situaci v pracovní zóně.

To je ostatně znázorněno na obrázku vlevo, kde je namalována mnohem příznivější situace rozložení výkonu na podlahu.

Rovnoměrná teplota nepodporuje cirkulaci, rovnoměrné záření je mnohem příznivější pro člověka. Takové řešení je dražší, ale rozhodně se vyplatí.

Sálavé vytápění umožňuje zajímavá řešení pro distribuční centra a nebo sklady, kde jsou souvislé manipulační prostory o ploše alespoň 30% z celkové plochy podlahy. Pokud stačí tento sklad jenom temperovat, můžeme nad volnou plochu umístit zářič, ten ohřeje podlahu a vzduch v prostoru pohybu osob. V okamžiku, kdy je vzduch v tomto manipulačním prostoru teplejší o několik °C než ve vlastním skladu, začne fungovat přirozená cirkulace a ta díky přenosu tepla vzduchem ohřívá „nevytápěný“ sklad. Pokud budeme ve skladu požadovat teplotu vzduchu nad nulou, bude teplota v manipulační zóně 5 10°C a celková pocitová teplota 10 až 12°C. Toto řešení bude fungovat bez problémů, ale pozor, musí se jednat o zateplenou halu, tedy žádný skleník. Nechtějte po nikom, aby vám „vytvořil“ výrazně větší teplotní rozdíly. Jednak bude pravděpodobně v prostoru manipulační zóny překračovat hygienickou normu intenzity záření a jednak je tento způsob od určitých teplot nehospodárný.

Občas se setká s požadavkem na tak zvané zónové vytápění. Některé firmy tento „zázrak“ popisují ve svých prospektech jako efektivní nástroj úspory provozních nákladů. Jedná se o zvláštní případ instalace malých bodových zářičů do výkonu 50 kW. Tyto systémy mají obecně problémy s rovnoměrností rozložení výkonu do celé podlahy a protože nejlepší obranou je útok, udělala obchodní politika z tohoto nedostatku ohromnou výhodu.

Základní myšlenka je zhruba následující. Do haly umístíme velké množství malých zářičů a ty budeme zapínat podle potřeba. Takto vytvoříme prostory s různou teplotou podle toho, jak je ta která část haly momentálně využívána. Někde budeme topit na 22°C a hned vedle uděláme „zónu“ s teplotou 5°C a pak budeme pokračovat sektorem s teplotou 18°C a v té samé hale vytvoříme „nevytápěný prostor“ kde bude teplota -5°C. To všechno bude fungovat tak, že budeme libovolně v jednotlivý zónách měnit požadované teploty a tak budeme „strašně“ šetřit provozní náklady. Toto řešení zapomíná na to, že pocitová teplota je především závislá na okolní teplotě vzduchu a ten nám v hale volně proudí. Pokud by se jednalo o osvětlení, pak by to bylo v pořádku, my ale halu musíme vytápět.

Pokud se setkám s tímto požadavkem, pomůže jen trpělivé vysvětlování o tom, že to tak sice trochu funguje, ale rozhodně ne v takovém rozsahu. Samozřejmě by takové řešení vyžadovalo výrazně větší instalovaný výkon, muselo by být v hale více zářičů, bylo by ekonomicky nevýhodné a z hlediska pracovního prostředí nepřijatelné. Proudění vzduchu lze zastavit jedině přepážkou a solidní návrhy systémů rovnoměrným pokrytím podlahy zářením v celé hale snižují jeho intenzitu.

Jednou jsem se odvážil navrhnout do jedné poloviny haly zářiče s předpokládanou teplotou v pracovní zóně 16°C a v druhé polovině haly, kde byl sklad jsem nainstaloval jenom 60 kW výkonu v teplovzdušných jednotkách. Jednalo se o halu 60 x 18 metrů, vysokou zhruba 12 metrů. Dále budu pokračovat výčtem nedostatků a průšvihů.

• V pracovní zóně byla vysoká intenzita záření a lidi si ztěžovali že musejí nosit čepici, aby neměli úžeh. Bylo jim zima na nohy a teplo na hlavu. Zářiče pracovali na plný výkon a to nejenom hodinku před začátkem směny ale během celého dopoledne.

• Ohřátý vzduch stoupal nad pracovní zónu, pod střechu se přesunul nad sklad, kde se ochladil a klesnul k podlaze. Nad ní se přesunul do vytápěné sekce, ohřál se a tak dále. Zaměstnanci ve studeném průvanu mě proklínali a zvyšovali nastavenou teplotu.

• Nebylo možné realizovat noční útlum. Jakmile se zvedla teplota v pracovní zóně o pár stupňů, začal se dotápět i sklad a než se v něm zvedla teplota, nebylo už ráno, ale dopoledne. Výkon pro akceleraci byl slabý vzhledem k ohromné tepelné kapacitě.

• Sálavý systém ohříval podlahu a tím ji velmi dobře vysoušel. Vzdušná vlhkost potom dobře kondenzovala na studených výrobcích ve skladu.

Pokud by byl sklad oddělený, nemuselo by se v něm vůbec topit během převážné části topné sezóny, tedy v době, kdy jsou venkovní teploty nad nulou, tedy stejné jako požadovaná teplota ve skladu. Díky zónovému vytápění se i při těchto teplotách ve skladu topilo na deset stupňů. Investice do shrnovacího závěsu měla návratnost několik týdnů a dokázala vyřešit naprostou většinu všech problémů spojených s realizací zónového vytápění.