Konvektor PTG

Konvektor PTG, který vyrábí společnost MINIB, je rychle reagující otopné těleso osazené Peltierovým článkem, jež napájí ventilátor. Ke konvektorům není potřeba instalovat jakoukoliv kabelovou přípojku, protože elektrická energie je generována z teplé vody přiváděné k výměníku tepla přes systém PTG.

Jak je známo, hybnou silou pokroku je v některých případech náhoda.  Zde  je nutné hledat i původ vzniku otopných těles s vlastním zdrojem elektrického proudu.

Začalo to asi takto. Významný výrobce otopných těles, především podlahových, samostojných a nástěnných konvektorů společnost MINIB obdržela od investora dotaz: „Do nově rekonstruované historické budovy krásného venkovského zámečku projektant navrhl vaší firmou vyráběná otopná tělesa. Všechny práce byly ukončené, topný systém v zimě v objektu fungoval. Jen v jedné místnosti …“

Ukázalo se, že se změnil způsob využití místnosti a bylo nutno navýšit výkon topení. Jenže, otopná tělesa byla navržena v provedení se samotížným (přirozeným) prouděním vzduchu, tj. bez přívodu elektrického proudu a velikost tělesa již nebylo možno navýšit.

Ventilátor bez přívodu elektrického proudu

Jedinou možností bylo podpořit proudění vzduchu ventilátorem bez přívodu elektrického proudu.

To však naráželo na překážku nemožnosti jakéhokoliv zásahu do stěny nebo do podlahy. Proto se jako nutnost ukázalo využití pohybové energie z přiváděné topné vody nějakou vhodnou turbínkou. Takové systémy se již objevily, ovšem, jak se ukázalo, neměly dlouhý životní cyklus. U této varianty bylo velkým problémem jak k turbínce přenést krouticí moment na ventilátor (osička, těsnění apod.) a životnost (mimo topnou sezonu dojde k zatuhnutí ložisek atd).

Využití energie obsažené v topné vodě pro výrobu potřebného množství energie elektrické bylo následně použito teplotního spádu mezi vstupní teplotou vody a teplotou výstupní vody (tzv. zpátečky) a to pomocí tzv. Peltierova článku.

(citace z Wikipedie: Peltierův článek funguje na základě Peltierova jevu, který objevil v roce 1834 Jean C. Peltier. Když prochází proud obvodem se dvěma rozdílnými vodiči zapojenými v sérii (většinou bismut a tellur), jedna z jejich styčných ploch se ochlazuje a druhá zahřívá).

Přesněji v tomto případě se vlastně využívá děj inverzní, tzv. Seebeckův jev což je přeměna teplotních rozdílů přímo na elektrické napětí – termočlánek. (Tento jev byl poprvé náhodně objeven v roce 1821 německým fyzikem Thomasem Johannem Seebeckem).

V současnosti se Peltierovy články vyrábějí průmyslově a nikoliv z čistých kovů, ale z vhodných polovodičů. Vždy se jedná o baterie sestavené z jednotlivých Peltierových článků tak, aby bylo dosaženo potřebné pracovní charakteristiky.

Takže teoreticky bylo vše jasné, skutečné funkční provedení ale na sebe nechalo ještě nějakou dobu čekat. Po výběru vhodných součástek následovalo jejich sestavení a u zkoušky,  jak už to tak bývá i dílčí zklamání.

Původní představa, že obě strany sestaveného termočlánku budou umístěny mezi vstup a výstup vody do výměníku otopného tělesa, se ukázaly jako nefunkční. Bylo nutno hledat  jiné řešení. Nakonec zvítězilo uspořádání, kdy jedna strana termočlánku je ohřívána blokem protékaným vstupní vodou, naopak druhá (studená) je chlazena vzduchem pomocí žebrového chladiče (ten je umístěn nad sáním ventilátoru). Sestavení termočlánku a jeho zabudování do otopného tělesa je ale velmi citlivé na preciznost provedení. Pokud to není dodrženo, je funkce celého zařízení nevyhovující.

Vlastnosti otopného tělesa osazeného Peltierovým článkem

Otopné těleso osazené Peltierovým článkem a jím napájeným ventilátorem se chová jinak než otopné těleso samotížné nebo s vynuceným prouděním, tj. ventilátorem.

Fungování celého systému můžeme rozfázovat v podstatě asi takto:

• Do určité vstupní teploty otopné vody to celé pracuje v samotížném režimu proudění vzduchu, neb teplotní spád na Peltierově článku není dostatečně vysoký pro to, aby bylo vyvozeno napětí dostatečně vysoké pro rozběh motorku s ventilátorem. Je nutno zdůraznit, že Peltierův článek je ze strany topné vody ohříván a naopak na straně opačné je pomocí vhodného žebrového chladiče chlazen přirozeným prouděním vzduchu,
• je dosaženo mezní hodnoty napětí a ventilátor se pomalu rozbíhá. Žebrový chladič na „studené“ straně Peltierova článku se dále více ochlazuje a to vede ke zvýšení teplotního spádu a tím i k zvyšování výstupního napětí a tím opět ke zvýšení otáček. Pokud nebudeme dále zvyšovat teplotu vody na „teplé“ straně Peltierova článku, celé se to ustálí. Každopádně, to podstatné je, že z otopného tělesa vystupuje nyní vyšší topný výkon, než při samotížném proudění.
• následuje další zvýšení teploty vstupní vody a tím i teploty „teplé“ strany Peltierova článku. Zvýšení teploty je konstantní v závislosti na primárním topném agregátu.

Závěrem lze říci, že průběh výkonu otopného tělesa s Peltierovým článkem v závislosti na vstupní teplotě vody je mnohem výraznější než u ostatních otopných těles. Je to dáno právě výše popsanou funkcí Peltierova článku a jím napájeného ventilátoru.

Použití konvektoru

Konvektory s ofukovacími ventilátory se vyznačují podstatně vyšším výkonem vzhledem k rozměrově shodným konvektorům bez ventilátoru. Nucený oběh vzduchu také způsobuje rychlejší vytápění prostoru. Nevýhodou běžných konvektorů s ventilátorem je nutnost přivedení elektrického proudu pro motory ventilátoru. V takovém případě je nutné použít vhodný napájecí zdroj. Tento zdroj však v topné sezóně zpravidla trvale spotřebovává elektrickou energii nutnou k pokrytí ztrát napájecího zdroje, což může být 3 – 5 % jmenovitého výkonu zdroje. Dále jsou zde náklady na pořízení tohoto zdroje a náklady na elektroinstalaci.

Konvektor s PTG tyto nevýhody odstraňuje. Počáteční vyšší pořizovací náklady jsou kompenzovány úsporou nákladů na elektroinstalaci, včetně napájecího zdroje a samozřejmě úsporou elektrické energie během používání konvektoru.

Konvektor s PTG tedy nahradí stávající konvektory bez ofukovacích ventilátorů v těch projektech, kde je kladen důraz na nízkou spotřebu elektrické energie, kde je třeba rychlého topného efektu a kde je třeba spořit místem, protože konvektory s ofukovacím ventilátorem mohou být při stejném výkonu podstatně kratší než konvektory bez ventilátoru.

Výkon konvektorů s PTG je v podstatě řízen teplotou topné vody. Je samozřejmě možné doplnit ke konvektoru termoregulační hlavici. Pro konvektory s PTG je připravována bezdrátová regulace, která by měla řídit nejen otáčky ofukovacího ventilátoru, ale také přívod topné vody.

Použití konvektorů s PTG v kombinaci s bezdrátovou regulací umožní dosažení vysoce efektivního provozu topného systému, bez vícenákladů na elektrickou instalaci konvektoru.

Řešení je chráněno užitným vzorem CZ16627U1 ze dne 19. 6. 2006 a CZ18314U1 ze dne 25. 2. 2008.