Sálavé vytápění - teorie

Sálavé vytápění hal a teplotní zvrstvení vzduchu v hale

Nejprve se pokusím popsat základní myšlenku, proč se vůbec začaly používat zářiče a v čem tkví jejich přednost před teplovzdušným vytápěním. Tento materiál není propagačním prospektem a tak se zaměřím na to podstatné a důležité. Se stejnou objektivitou budu dále uvádět i nevýhody infrazářičů, a věřte, že jich je víc než dost.

V kapitole "Přenos tepla v hale sáláním střešního pláště" uvádím, že špatné izolační vlastnosti a vysoká přirozená infiltrace v hale vyžaduje použití kvalitního vytápěcího systému. Pokud nepoužiji vzduchotechnické rozvody, tedy systém jenž mi přivádí energii přímo do pracovní zóny a dohřívá mi studený vzduch jenž proniká k podlaze, musím část energie teplého vzduchu proměnit v sálání střešního pláště. Pro hospodárnost vytápění je pak velmi důležitá kvalita střechy, tedy její izolační schopnosti a její těsnost. Pokud je střecha z polyuretanového sendviče, mohu ji zahřívat z vnitřní strany klidně na 50°C a „skoro“ se nic neděje. Pokud mám v hale světlík z drátoskla s velkým množstvím spár a netěsností, je jeho ohřívání horkým vzduchem z vnitřní strany spíš transportem tepelné energie do kosmického prostoru.

Řešením pro špatně izolované vysoké haly a nebo haly se světlíkem je použití zářičů. Fungují vlastně podobně, jako kdybychom sálání celé střechy koncentrovali do úzkého pásu. Pokud by se nám to podařilo, mohli bychom tento pás snadno zaizolovat a tak zabránit velkým tepelným ztrátám. Celá střecha by pak mohla mít nízkou teplotu a oddělený pás by měl sice teplotu vysokou, ale díky kvalitní izolaci by jeho ztráty nebyly tak veliké, jako ztráty byť mírně ohřáté střechy. Na tomto nápadu fungují zářiče. Samozřejmě nejsou součástí střechy ale visí pod ní samostatně a nejsou ohřívány teplým vzduchem z teplovzdušných jednotek ale mají vlastní zdroj tepla. Mohou být elektrické, parní, teplovodní, ale nejčastěji je zdrojem energie zemní plyn a nebo propan.

Kvalitní topení v kvalitní hale

Na obrázku jsou vyobrazeny dvě teplotní křivky zvrstvení vzduchu.

Jedná se o dobře zaizolovanou halu. Červená křivka znázorňuje zvrstvení vytvořené kvalitním sálavým systémem, konkrétně je to kompaktní nízkoteplotní zářič. Modrou křivku vytvořil neméně kvalitní teplovzdušný systém, centrální vzduchotechnika s minimálním teplotním rozdílem.

Na první pohled je jasné, že u dvou kvalitních systémů v dobře zaizolované hale není téměř žádný rozdíl v ekonomice vytápění. Jediným kladem sálavého systému je vyšší teplota podlahy při stejné teplotě vzduchu ve výšce 1,5 metru.

Nárůst teploty je vypočten jako rozdíl teploty u podlahy a pod stropem dělený výškou haly. Tento nárůst se u mohutných hal zmenšuje. To znamená, že v geometricky podobné hale, ale s výškou dvacet metrů, bude teplota klesat v průměru jenom 0,3 až 0,4°C na jeden metr výšky. Opravdu vysoké a mohutné haly mají totiž jiný poměr pláště a objemu. Je například zajímavé, že největší vytápěná hala na světě, nemá vlastní vytápěcí systém. Není to samozřejmě zpráva z „rádia Jerevan“, ale k vytápění hal NASA, kde se montují raketoplány bohatě stačí teplo uvolňované z osvětlovacích reflektorů.

Velmi obdobné průběhy budou naměřeny i při použití nekvalitních vytápěcích systémů v kvalitní hale. Ani jsem se neobtěžoval s obrázkem, jelikož by byl velmi podobný. Samozřejmě jsou zde jisté rozdíly, ale ne tak v ustáleném stavu. Kvalitní systém není línej a zkracuje dobu náběhu, u kvalitních systémů je téměř samozřejmostí plynulá regulace výkonu a tak podobně. Konkrétní dopady jednotlivých rozdílů budu vysvětlovat samostatně v jednotlivých kapitolách. Důležitý poznatek je ovšem tento: do kvalitní haly můžete namontovat téměř cokoliv, tedy všechno, kromě otevřeného ohniště a zařízení, jenž vypouští spaliny do haly.

Kvalitní topení v nekvalitní hale

Kvalitní vytápěcí systémy se nejlépe uplatňují právě při vytápění méně kvalitních, tedy hůře zateplených hal a nebo hal se světlíkem.

Otázka, zda použít vzduchotechniku a nebo kompaktní zářiče, tedy otázka zda použít teplovzdušné nebo sálavé vytápění není tak důležitá, jako právě rozhodnutí při volbě kvality vytápěcího systému.

Pomocí kvalitní vzduchotechniky dokážeme vytopit jakoukoliv halu. V nekvalitní hale nám nebude dobře a hospodárně fungovat jakýkoliv méně kvalitní systém a je skoro jedno zda se bude topit tmavými zářiči a nebo teplovzdušnými jednotkami.

Celkový nárůst teploty s výškou je u kvalitních zářičů v nekvalitní hale zhruba 0,8°C na jeden metr výšky. U vzduchotechnických rozvodů je nárůst teploty s výškou zhruba o 50% vyšší. Pokud se tedy rozhodujeme, zda vzduchotechniku a nebo sálavé vytápění, je důležitým faktorem výška haly. Při výšce haly pod šest metrů jsou rozdíly průměrných teplot v hale naprosto zanedbatelné a z praxe mohu říct, že instalací zářičů v takové výšce zhoršíme pracovní prostředí pro zaměstnance. Více informací na toto téma naleznete v následujících kapitolách.

Výška haly kolem deseti metrů umožňuje kvalitní rozložení sálavého výkonu a při těchto výškách hal je již rozdíl v účinnosti sálání a teplovzdušného vytápění znatelný. V našem případě, jenž je zobrazen v grafu, jsou parametry vytápění haly dále uvedeny. Znovu opakuji, jedná se o dva vytápěcí systémy, jenž jsou srovnatelné z hlediska kvality vytápěcího procesu a patří k těm nejlepším. Situace popisuje stav, kdy vytápění pracuje v ustáleném režimu na 100% výkon, to samozřejmě odpovídá těm nejnižším venkovním teplotám. Ty jsou rozhodně hluboko pod bodem mrazu.

Způsob vytápění haly vysoké 10 metrů	Sálavé vytápění	Teplovzdušné vytápění
Teplota vzduchu nad podlahou	22°C	18°C
Pocitová teplota v pracovní zóně	23°C	19°C
Teplota pod střechou / průměrná teplota v hale	30°C / 23°C	30°C / 24°C
Roční náklady na vytápění	100 %	110 %

Sálavé vytápění dokáže s mírnou úsporou provozních nákladů vytvořit vyšší pocitovou teplotu v pracovní zóně. Možná Vás překvapuje, proč jsem nepoužil stejné pocitové teploty pro porovnání, pak by rozdíl nákladů na vytápění přesně korespondoval s tím co od topení v hale očekáváme. Nemá ale cenu porovnávat systémy pomocí veličiny, jenž je špatně měřitelná a tedy těžko kontrolovatelná. U všech příkladů předpokládám teplotu vzduchu ve výšce 1,5 metru stejnou, a sice 20°C. Ta je rozhodující, bude Vám ji indikovat displej regulátoru, dodavatel Vám ji bude smluvně garantovat. Těžko po někom můžete chtít, aby Vám zaručil subjektivně vnímaný pocit. Ten se samozřejmě mění s tím jak regulace ubírá plyn, respektive vypíná a zapíná zářič.

Výpočet průměrné teploty u sálavého vytápění je poněkud složitější, než ten, co jsem uváděl dříve. Hodnotu prosím berte takovou jak ji uvádím, bez vysvětlování jak jsem k ní došel. Vliv sálání na spotřebu paliva bude také rozebrán na jiném místě. Dále uvedu parametry stejné haly, ovšem s výškou 15 metrů. Je patrné, že s výškou haly roste rozdíl pocitové teploty a rozdíl provozních nákladů.

Způsob vytápění haly vysoké 15 metrů	Sálavé vytápění	Teplovzdušné vytápění
Teplota vzduchu nad podlahou	23°C	17°C
Pocitová teplota v pracovní zóně	23°C	18°C
Teplota pod střechou / průměrná teplota v hale	30°C / 24°C	35°C / 26°C
Roční náklady na vytápění	100 %	120 %

Sálavé vytápění použijeme do vysokých hal, tam se dokáže uplatnit.

Nekvalitní topení v nekvalitní hale

Na obrázku jsou zobrazeny reálné průběhy teploty s výškou v nekvalitní hale vytápěné laciným zařízením.

Jedná se samozřejmě o vysokou halu a extrémní podmínky. Sálavé vytápění dokáže udržet v pracovní zóně mnohem vyšší teplotu s menší teplotou pod stropem.

Samozřejmě, že i u infrazářičů dochází k produkci poměrně velkého množství teplého vzduchu, jenž ohřívá střešní plášť a tak je toto teplo sekundárně využito díky tomu, že nám střecha také trochu sálá, ale zářiče nejsou na tento přenos odkázané a tak jsou výsledky znatelně lepší než u teplovzdušných jednotek.

Vyšrafovaná plocha představuje energii, kterou nám infrazářiče ušetří. Jsou hospodárnější i když poskytují nesrovnatelně lepší komfort pracovního prostředí, tedy vyšší teplotu v pracovní zóně. Za této situace většinou nekvalitní teplovzdušné vytápění není vůbec schopno halu vytopit a tak bývá pocitová teploty v pracovní zóně jenom 15°C, na rozdíl od zářičů, které nemají takové ztráty a tak instalovaný výkon je schopen udržovat v pracovní zóně teplotu vyšší.

Čárkovaně je naznačena situace, když bychom měli dostatečnou zásobu výkonu a chtěli bychom halu vytopit na stejnou úroveň, jako to dokáže sálavé vytápění. Většinou však dochází k tomu, že období extrémních mrazů přežijeme s nižší teplotou v hale. Je to tedy dáno spíše neschopností halu vytopit než že by se jednalo o nějaké strategické rozhodnutí s vidinou nižšího účtu od plynárenské společnosti. U parního vytápění je situace asi nejhorší. Viděl jsem haly, kde mrazy roztrhaly odvod kondenzátu. Systém nedokázal udržet ve vytápěném prostoru teplotu nad bodem mrazu a prostě zamrznul.

Úspora provozních nákladů je ovšem záležitostí celé topné sezóny. Ta sestává jednak z poměrně krátkého období extrémních mrazů, ale hlavně z velmi dlouhého období, kdy se venkovní teploty pohybují kolem nuly. Sálavé vytápění dosahuje úspory hlavně tím, že přímo ohřívá člověka. Tak dokáže v hale vytvořit prostředí, jenž je podobné jako bychom pobývali na sluníčku. Hlouběji se budu této tematice věnovat v dalších kapitolách, teď jenom ve zkratce.

Na horách, kde je sluneční záření hodně intenzivní, je normální člověk schopný vydržet při teplotě vzduchu 10°C pouze ve velmi lehkém oblečení. V okamžiku, kdy slunce zajde za mrak a nebo se člověk dostane do stínu, je okamžitě pocitová teplota rovna teplotě vzduchu a rychle se oblékneme. Ve vytápěné hale není intenzita sálání tak vysoká jako je tomu na horách, nicméně, pokud je systém vypnutý, nic nás neohřívá. Abychom měli pocitovou teplotu na přijatelné úrovni, musí být i vzduch kolem nás dostatečně teplý. Z toho jasně vyplývá, že regulace zářičů stylem zapnuto/vypnuto, značně znehodnocuje hlavní přednost sálavého vytápění.

U haly s kvalitní izolací a s nepatrnou infiltrací není ochlazování pracovní zóny přílivem chladného vzduchu tak intenzivní a tak jsou rozdíly mezi vypnutým a zapnutým topením daleko menší. Samozřejmě, že v takovéto hale je i vlastní intenzita sálání mnohem menší a tak je možné v tomto prostoru vystačit s dvoustupňovou regulací.

Někteří výrobci teplovzdušných jednotek pochopily, že skutečná a reálná úspora nákladů na vytápění vzniká snížením teploty výstupního vzduchu a tak začali vyrábět agregáty, které dokážou svůj výkon alespoň částečně snižovat. Pokud během dne nepotřebujeme maximální výkon a můžeme snížit teplotní rozdíl nasávaného a vyfukovaného vzduchu o jednu třetinu, máme teplotu vzduchu ve výšce šest metrů o tři stupně nižší. Ve výšce deseti metrů je rozdíl dvojnásobný. Oproti standardním teplovzdušným jednotkám je úspora energie až 30%. O regulaci zářičů a teplovzdušného vytápění pojednává samostatná kapitola.

Do špatně izolované vysoké haly použijeme zářiče. Čím jsou kvalitnější, tím dřív se nám investice zaplatí.

Kvalitní infrazářič versus nekvalitní teplovzdušné vytápění

Tento obrázek srovnává ideální kompaktní nízkoteplotní vysokorychlostní přeplňovaný zářič instalovaný v zaizolované hale a ten nejhorší horkovzdušný systém namontovaný do špatně zateplené haly se světlíkem.

Z hlediska spotřeby je to jako srovnávat vojenský džíp z druhé války se současným autem.

Samozřejmě že existují auta se spotřebou 20 litrů, ale každému je jasné, že nové auto bude mít spotřebu daleko menší. Vůči veteránu dosáhnete úspory 50 a nebo 70%, záleží na tom, zda si koupíte opět hranatý džíp a nebo aerodynamicky čistý brus.

Pokud Vás někdo bude přesvědčovat, že Vám zajistí 70% úsporu nákladů na vytápění, musí být Váš stávající systém hoden instalace v muzeu vytápění a vzduchotechniky. Musíte také provést radikální celkovou rekonstrukci haly. Pokud ovšem nemáte v rozvodech páry díry jako dlaň a nestojí Vám na dvoře vysloužilá parní lokomotiva v které topíte naftou, věře, že úspora nákladů na vytápění nebude rozhodně tak úžasná . Pokud někdo tento obrázek používá při argumentaci proti konkurenci, nesmíte se rozčilovat. Nedělá to se zlým úmyslem, je jenom špatně informovaný o stavu věcí. I já sám jsem se takto mnohokrát blamoval. Usmějte se a vzpomeňte si třeba na to, jak jste sami absolvovali autoškolu.