Teplovzdušné vytápění - teorie

Výstupní teploty vzduchu pro vytápění hal a účinnost tohoto procesu

V této kapitole objasním čtenářům důvod, proč je někdy teplovzdušné vytápění nazýváno horkovzdušné topení a proč to někdy vadí a jindy ne. Pokud je tomu tak, že mám horký vzduch z agregátů zhoršuje účinnost vytápění haly, proč nejsou všechny haly vytápěny vzduchem s teplotou tak akorát? Důvodem jsou peníze. Půjčím si jednu definici která praví: Teplovzdušné vytápění využívá pro přenos tepla do vytápěných místností teplého vzduchu.

V teplovzdušné jednotce se přiváděný vzduch ohřívá na teplotu vyšší, než je požadovaná výpočtová teplota v místnosti. V místnosti se přiváděný vzduch ochlazuje na výpočtovou teplotu, čímž předává do prostoru potřebné teplo na pokrytí tepelných ztrát.

Pokud dopravujeme elektrickou energii, je na místě ji transformovat. Zvýšit napětí a snížit protékající proud. Pak můžeme použít tenké kabely. Rozvádět po republice napětí 230 voltů je nemyslitelní, nestačily by nám naše zásoby mědi a hliníku.

Podobně je to i s vytápěním. I pro transport vzduchu musíme vytvořit určité vedení a pohon. Tímto vedením jsou vzduchotechnické rozvody, pohonem jsou ventilátory. Ty mají určitý průřez a velikost. Pokud jsou rozvody a ventilátory malé, jsou levnější. Využít zákona o zachování hmoty a transport realizovat vysokou rychlostí nemůžeme. Pokud nás obtěžuje zvuk tryskového letadla, je dobré mít v potrubí rychlost do 5 m za vteřinu. Nemůžeme li zvýšit rychlost proudění v rozvodech a nechceme li utrácet peníze za pozinkovaný plech, můžeme zvýšit teplotu transportního média, tedy vzduchu. Situaci nejlépe ilustruje příklad.

V hale o rozměrech 18 x 60 a výšce 12 metrů chceme mít 20°C.

Pro pokrytí tepelných ztrát potřebujeme do haly foukat 330 kW tepelného výkonu. Pro vytápění haly uvažuji různé teploty vytápěcího vzduchu.

Teplota média, tedy vzduchu jenž vháníme do haly bude o 2, 5, 15, 30 a nebo 100°C vyšší než požadovaná teplota v hale.

Inspirativní výsledky jsou uvedeny v tabulce a v grafu.

Průměr přívodního potrubí berte jako číslo jenž charakterizuje velikost daného zařízení a zpravidla i jeho cenu. Vzduch o teplotě 22°C je ideální z hlediska účinnosti vytápění, ale to bychom museli transportovat 600 tun hmoty za hodinu. Vzduch o teplotě 25°C by byl pro vytápění velmi výhodný, ale pokud teplotu o pár stupínků zvedneme, dosáhneme značné úspory investičních nákladů. Naopak vzduch o teplotě 50°C je již pro většinu hal nevyhovující a zde se vyplatí zvolit teplotu nižší.

Teplota média	Množství vzduchu za hodinu	Průměr přívodního potrubí
22°C 25°C 35°C 50°C 120°C	500 000 m³ 200 000 m³ 66 000 m³ 33 000 m³ 10 000 m³	6,0 metru 3,7 metru 2,1 metru 1,5 metru 0,8 metru

Teplota vzduchu pro vytápění haly, by měla být minimálně o 10°C a maximálně o 20°C vyšší než požadovaná teplota v hale.

Pokud použijeme centrální vzduchotechniku máme v systému je jeden výměník, jednu regulaci a jeden ventilátor. Dvakrát větší a výkonnější komponenty nejsou většinou dvakrát dražší a tak si můžeme dovolit investičně náročnější variantu s nižší teplotou. Výhodou boudou výrazně nižší provozní náklady u hůře zaizolovaných hal. V dobře zaizolovaných halách můžeme naopak volit teplotu o něco vyšší, na provozní náklady to nebude mít výrazný vliv. Můžeme zde bez obav použít teplovzdušné jednotky s regulací zapnuto/vypnuto a s tepelným rozdílem 30°K.

Samozřejmě, není problém klasickou jednotku provozovat na „půl plynu“ a mít na výstupu teplotu do 35°C, ale pak musíte mít v hale dvě takové jednotky místo jedné. Ovšem v dobře zateplené hale nemá kvalita výrobku výrazný vliv na hospodárnost vytápění. Koupit jednotky s optimální teplotou znamená koupit stejné zboží za dvojnásobnou cenu. Vzhledem k tomu, že v kvalitní hale nekupujete úsporu provozních nákladů ale jen instalovaný výkon není vysoká výstupní teplota u těchto zařízení na závadu. U hůře zaizolovaných hal a nebo dokonce u hal se světlíkem je ovšem tato teplota často na horní hranici použitelnosti, z takové haly totiž můžete velmi teplým vzduchem udělat slušný komín.

Horní hranice použitelnosti je teplota blížící se bodu zvratu. Teplota bodu zvratu je teplota vzduchu pro vytápění, při které v konkrétní hale dochází k dosažení maximální teploty pracovní zóny při dané venkovní teplotě.

Další zvyšování výkonu, tedy další zvyšování teploty vzduchu pro vytápění nezvyšuje teplotu v pracovní zóně a nebo ji dokonce snižuje. Tento efekt ovšem působí jen při nízkých venkovních teplotách a jen u vysokých a nekvalitních hal.

U těchto hal při překročení teploty zvratu dodáváme do haly další a další teplo a přitom teplotu v pracovní zóně snižujeme. Vytápění za teplotou zvratu dobře charakterizujeme rčením „topit pánu Bohu do oken“.

Na obrázku je závislost teploty vzduchu pro vytápění a teploty vzduchu v pracovní zóně. Hodnoty platí pro venkovní teplotu –15°C. Zelená křivka charakterizuje velmi kvalitní, moderní halu (polyuretan, makrolon a silikon). Zde je víceméně situace jasná. Pokud zvýšíme výkon, tedy pokud zvedneme teplotu vzduchu pro vytápění, zvedne se nám teplota v pracovní zóně a to zhruba úměrně v celém rozsahu. Modrá křivka je naměřená ve vysoké hale normálních vlastností a červená křivka charakterizuje vysoký betonový nezaizolovaný skelet se světlíkem z drátoskla, jenž má velké množství netěsností. V této hale zvyšováním teploty vytápěcího vzduchu nad 65°C většinou vůbec nezvyšujeme teplotu v pracovní zóně. S tímto jevem se potýká většina parních vytápěcích systémů.

Vysvětlení je jednoduché. Tím že do haly foukáme teplejší vzduch zvýšíme průměrnou teplotu v hale. Zvýšená průměrná teplota ovšem zvýší přirozenou infiltraci a do pracovní zóny proniká více studeného vzduchu. Pokud je sálavý přenos tepla ze stropu omezován světlíkem, je teplý vzduch v horní části haly dobrý tak akorát k tomu, aby zvyšoval teplotní rozdíly v jednotlivých hladinách. Ty nám podporují vnitřní cirkulaci, tedy lepší ofukování stěn a tak se nám zase zvýší přísun studeného vzduchu k podlaze. Teplotní čidla zaznamenají pokles teploty v pracovní zóně, regulace přidá výkon a tak foukáme do haly ještě teplejší vzduch. Bez zásahu obsluhy tato situace trvá dokud se venku nezvýší teplota a nebo dokud teplárna nesníží dodávaný výkon. Pokud nějaká firma slibuje v prospektech snížení nákladů o 70%, většinou se jedná o instalaci zářičů do takto vytápěné haly.

V nezaizolované hale použijeme k vytápění větší množství vzduchu o nižší teplotě. V dobře zaizolované hale je to jedno.

Efekt bodu zvratu se dobře projevuje v provozech s obrovským množstvím technologického tepla ve formě velmi horkého vzduchu. Byl jsem jednou pozván do sklárny, abych vyřešil problém s vytápěním. V hale o rozměrech 25 x 60 metrů s výškou zhruba 20 metrů byly tři sklářské pece, každá měla výkon jedné MW. Na jeden m3 je v této hale nainstalován jeden kW tepelného výkonu. Normálně se u haly takovéto kvality počítá zhruba 25 až 30 W na jeden m3. To, že v této hale byl čtyřicetkrát vyšší výkon, než je obvyklé a přesto v rohu haly, mimo vliv sálání pecí byla teplota kolem nuly, tak to je právě způsobeno tím, že se veškerý výkon dostával do horní části haly ve formě příliš teplého vzduchu a extrémní podtlak si do pracovní zóny nasával příliš mnoho studeného vzduchu. Samozřejmě na střeše této haly se nikdy neudržel sníh ale přímo v hale byla jinovatka. Případ sklárny s obrovským instalovaným výkonem, v které je přesto zima, je krásná ukázka toho, že kromě absolutní velikosti instalovaného výkonu hodně záleží na tom jak a v jaké formě je do haly teplo distribuováno.