Sálavé vytápění - teorie

Jak určit intenzitu sálání pod infrazářičem

Intenzita záření je bezesporu nejdůležitější ukazatel při hodnocení sálavého systému z hlediska pohody na pracovišti. Je to vlastně množství sálavá energie dopadající na jednotku plochy. Pokud je již sytém nainstalovaný, můžeme ji jednoduše změřit, ale my ji potřebujeme znát dřív, než se budou zářiče montovat. Nebudu Vás zbytečně obtěžovat uváděním dalších tvarů Stefan-Boltzmanova zákona. Popíšu způsob, jak intenzitu záření vypočítat jednoduše a z hlavy. Budu přitom používat velmi jednoduché algoritmy, jenž jsou podle mě pro praxi daleko užitečnější než složité vzorce. Samozřejmě postrádají exaktní přesnost vědeckého přístupu. Ten nám ovšem uprostřed haly není moc platný.

Intenzitu záření vypočteme tak, že si určíme plochu, jakou zářič pokryje sáláním a tímto číslem podělíme jeho jmenovitý (sálavý) výkon. To nám dá reálnou představu o „průměrné“ intenzitě v určité hladině (vzdálenosti) od zářiče.

Všechny trubkové zářiče mají velmi podobnou rozptylovou charakteristiku.

V příčné rovině zářič sálá zhruba do úhlu 40 až 50° od normály. V podélné rovině je tento úhel asi 20°. Ve většině případů můžeme rozptyl v podélné rovině zanedbat.

Osálanou plochu vypočteme jako dvojnásobek vzdálenosti uvažované roviny od zářiče (A) násobený délkou zářiče (B). Takto vypočtená intenzita je „průměrná“ v uvažované ploše. Maximální hodnota, která nás zajímá je zhruba o 30% vyšší. Pokud pro výpočet použijeme místo sálavého výkonu výkon instalovaný, který je podstatně o těchto 30% větší, dostaneme velmi přesné výsledky. Výhodou je samozřejmě skutečnost, že instalovaný výkon velmi jednoduše vyčteme z prospektu. Tento postup dává dobré výsledky pro lineární zářiče, tedy tělesa, jenž jsou delší než je jejich instalační výška. Pro krátké zářiče a nebo pro bodové zdroje platí výpočet jiný.

U lineárních zářičů je velikost osálané plochy lineárně závislá na vzdálenosti od tělesa. To je dáno konstrukcí zářiče, jenž vysílá energii pouze do určitého sektoru. V obecném povědomí je samozřejmě představa, že intenzita klesá , s určitou mocninou vzdálenosti. To platí ovšem jen pro tělesa zářící do kulové, nebo válcové plochy. Nyní by byl vhodný kratičký příklad.

Budu uvažovat zářič dlouhý 60 metrů s výkonem 180 kW, tedy běžný kompaktní systém. Zajímá mě intenzita záření v různých hladinách (vzdálenostech) od zářiče.

Vzdálenost od zářiče	Plocha ozářená tělesem	Intenzita záření v dané hladině
12 metrů	(2 * 12) * 60 = 1 440 m2	180 000 W / 1 440 m2 = 125 W/m2
6 metrů	(2 * 6) * 60 = 720 m2	180 000 W / 720 m2 = 250 W/m2
3 metry	(2 * 3) * 60 = 360 m2	180 000 W / 360 m2 = 500 W/m2
1,5 metru	(2 * 1,5) * 60 = 180 m2	180 000 W / 180 m2 = 1 000 W/m2

U lineárních zářičů vzroste intenzita záření na polovině vzdálenosti dvakrát.

Na tomto místě bych rád podotknul, že hygienická norma celkem „moudře“ omezila intenzitu záření ve vytápěných halách na hodnotu 200 W na jeden metr plochy. Je to maximální intenzita, které může být člověk trvale vystaven. Měla by se měřit v úrovni ramen, tedy ve výšce 1,5 metru nad podlahou. Z toho jasně vyplývá, že tento zářič, který svým výkonem z metru délky není nejsilnější, může viset v minimální výšce devět metrů. Z praxe mohu potvrdit, že není radno tuto normu obcházet.

Další poznámka je na téma jeřáb zaparkovaný pod zářičem. Maximální přípustná teplota na konstrukci jeřábu je dle „jeřábové“ normy je 45°C. Sluneční záření přefiltrované světlíkem má intenzitu zhruba 500 W na metr plochy a v létě jeřáb hravě ohřeje na 50°C. V zimě je sice situace mnohem příznivější, to ale nezbavuje dodavatele zářičů sdělit zákazníkovi, že musí jeřáb opatřit krytem.

Při použití bodových zdrojů záření respektive krátkých zářičů má osálaná plocha tvar kruhu, respektive elipsy.

Plochu kruhu vypočítat umíme, musíme jen znát její poloměr. Opět předpokládám, že zářič sálá zhruba do úhlu 45° od normály. V tomto případě je poloměr kruhu právě roven vzdálenosti vyšetřované plochy od zářiče.

Maximum záření je v tomto případě vyšší než u lineárních zářičů, ale vzhledem k tomu, že se jedná buď o světlé a nebo tmavé zářiče, můžeme uvažovat i větší propast mezi instalovaným a sálavým výkonem. Výsledky tedy opět odpovídají realitě.

Tento příklad je alternativou k výpočtu intenzity záření tělesa o výkonu 180 kW. Nahradím ho deseti bodovými tělesy s výkonem 18 kW. Opět mě zajímá intenzita záření v různých hladinách, tedy vzdálenostech od infrazářiče. Při použití jen pěti těles o výkonu 36 kW by sice byla realizace o polovinu levnější, nicméně hodnoty intenzity záření budou dvojnásobné.

Vzdálenost od zářiče	Plocha ozářená tělesem	Intenzita záření v dané hladině
12 metrů	12² * 3,14 = 452 m2	18 000 W / 452 m2 = 40 W/m2
6 metrů	6² * 3,14 = 113 m2	18 000 W / 113 m2 = 160 W/m2
3 metry	3² * 3,14 = 28 m2	18 000 W / 28 m2 = 640 W/m2
1,5 metru	1,5² * 3,14 = 7 m2	18 000 W / 7 m2 = 2 560 W/m2

U bodového zdroje vzroste intenzita záření na polovině vzdálenosti čtyřikrát.

Pokud příklad převedu do reality, nebude samozřejmě v hale 18 x 60 vysoké 12 metrů, intenzita na podlaze jenom 40 W/m2. Z této výšky se budou jednotlivé zdroje sálání překrývat a tak bude intenzita na podlaze samozřejmě vyšší. Pro výpočet překrývajících se zářičů používám samozřejmě počítač. Pokud je hala tak vysoká a je v ní tolik zářičů, že se svým účinkem překrývají, nemusíte si moc lámat hlavu s intenzitou, jak se dočtete v následující kapitole. Podělíme-li instalovaný výkon plochou podlahy intenzita odpovídá pouze v případě, že se zářiče výkonem nepřekrývají.

Tyto výpočty jsou sice primitivní, ale věřte, že z počítače nevypadne nic jiného. Je dobré mít konkrétní představu o možnostech při prohlídce haly. Je dobré předem vědět co se stane, když namon-tujete 18 kW zářič do třech metrů a to dřív, než ho někomu pověsíte nad hlavu. Intenzita záření na jeho nebohé lebce bude pětkrát vyšší než na sluníčku. Pokud to ve skutečnosti bude o něco víc a nebo míň, je celkem jedno. Vyzbrojeni těmito informacemi vnímáte trochu jinak prospekty, kde je výška tři metry uváděná jak „ještě dostačující“ pro tělesa s ještě vyšším výkonem.

Přepočet výkonu na jeden metr délky u lineárních zářičů

Pokud počítáme intenzitu záření z tělesa, které je dlouhé šedesát metrů, a plocha na kterou sálá je stejně dlouhá jako těleso, můžeme si všechny úvahy zjednodušit tím, že budeme charakterizovat zářič výkonem z jednoho metru jeho délky. To nám ohromě usnadní situaci, protože můžeme u daného typu zářičů provádět výpočet intenzity záření bez ohledu na jeho konkrétní délku.

Intenzita záření moderních kompaktních zářičů je daná průměrem trubic a maximální teplotou tělesa. Tu určuje míra odvahy výrobce, většinou se pohybuje od 200 do 250°C. Průměr trubic zářičů vychází většinou z obvyklých průměrů vzduchotechnického potrubí. Existují celkem čtyři kategorie zářičů a těm odpovídají čtyři průměry potrubí a samozřejmě čtyři doporučené výšky zavěšení.

Výkon z metru	Průměr trubek	Výška zavěšení použití
1 kW	150 mm	speciální zářiče do malých výšek
2 kW	200 mm	nižší haly kolem 6 metrů
3 kWy	315 mm	standardní haly 9 metrů
4 kW	400 mm	zářiče do vysokých prostor