Sluneční energetika a stropní vytápění pro rodinné domy

O rodinných domech už bylo napsáno skoro vše. Proto se zaměřme na řešení, které je u bytů a rodinných domů zatím mimo hlavní proud zájmu. Jde o stropní vytápění. Pro jeho realizaci existuje řada technických argumentů a proti jen jeden – tradice a s ní spojená nezkušenost.

Jak už to bývá, nejvíce jadrných argumentů proti stropnímu vytápění mají ti, kteří ho nikdy neviděli, ani o něm neslyšeli: "Je to úplná blbost," říkají. "Přece každý ví, že teplo stoupá vzhůru!" Co je na tomto výroku špatně?

Tepelné záření

Nahoru stoupá jen teplý vzduch, ale nikoliv teplo. Mezi teplem a teplým vzduchem nelze klást rovnítko. Vzduch (a jeho teplota) na jedné straně a prostorové tepelné záření (a jeho teplota) na druhé jsou dvě různé entity. V praxi jde o to, že člověk (a samozřejmě i většina živočichů) vnímá nejen teplotu vzduchu, ale i tepelné záření a jeho teplotu.

Mezi širší veřejností není zažitý fakt, že prostor kolem nás zaplňuje nejen vzduch, ale i tepelné záření, což je elektromagnetické vlnění. Většinou převládá triviální představa, že záření je něco, co létá od antény k anténě a to pouze tehdy, když do ní vháníme střídavý proud. A z druhé tak získáváme – třeba – televizní signál. Když ale proud není, není signál, ani jiné záření.

Když se trochu zamyslíme, musíme toto povrchní vnímání reality odmítnout. Vzpomeneme si, že rozžhavené předměty, např. oharek v topeništi, svítí červenou barvou. I tento svit je elektromagnetické záření. Jiným příkladem je Slunce, těleso rozpálené na 5 500 °C (podle Wikipedie). Slunce je ostatně vzorovým příkladem, jak lze na Zemi dopravit teplo ve směru shora dolů (v tomto případě teplo ve formě slunečního záření). Mezi Sluncem a Zemí není vzduch a záření je jediný způsob, jak sem sluneční světlo a teplo dopravit.

Stropní vytápění a chlazení. Inspirace přírodou

Tak jako nás Slunce hřeje shora, tak funguje i stropní vytápění. Jeho princip je jednoduchý, energetická účinnost je už z „nízkoteplotní“ podstaty věci nejvyšší a akce velmi…

U oharku a u Slunce máme výhodu, že jejich rozpálený povrch vidíme a teplo cítíme. Jak je to ale s obyčejnými pozemskými předměty při běžných teplotách? Stojíme-li v úplné tmě, nevidíme nic. A také nic necítíme, pokud zrovna nestojíme v mrazicím boxu nebo v sauně. Naše pocity nesouvisejí jen s tím, jaká je teplota vzduchu. Souvisejí i s tím, a možná hlavně s tím, jakou teplotu má prostorové záření. A to má teplotu, která závisí na teplotě stěn, stropu a podlah.

Princip stropního vytápění

Jak napovídá název, „topným tělesem” je zde celá plocha stropu. Oproti podlahovému nebo stěnovému plošnému vytápění je jeho velká výhoda v tom, že strop není zastaven nábytkem, většinou ani nástěnkami či obrazy. Další výhoda spočívá v tom, že jde o velkoplošné vytápění. Teplota stropu proto není tak vysoká jako na kamnech nebo radiátorech, o které se při dotyku často až popálíme. Strop je obvykle ohřátý na teplotu cirka 24 °C až 26 °C. Takto nízká teplota stropu je u nejčastějšího typu vytápění, tj. teplovodního, dosahována snadno a s nejvyšší účinností.

Ohřátý strop sálá tepelné záření o mírně vyšší teplotě, než je teplota prostoru. To přesto způsobí okamžité zvýšení teploty prostorového tepelného záření (sálání). Teplota prostorového záření je vždy výslednicí okamžitých teplot všech stěn v místnosti, přesněji všech povrchů v místnosti, váženou podle jejich ploch a tzv. sálavostí. Sálavost nabývá hodnot mezi 0 až 1 (vyjma obou krajních hodnot) a většinou bývá 0,9. Zvýšená teplota prostorového tepelného záření (sálání) vyvolá nejrychlejší růst teploty vzduchu, stěny a nábytek se díky vysoké tepelné kapacitě ohřívají pomaleji. S růstem teploty stěn roste i teplota prostorového záření atd., ... až do ustálení teplot. Pro ustálenou teplotu prostorového záření platí vztah:

kde
T v K (kelvinech) je termodynamická teplota prostorového tepelného záření, která se počítá tak, že k běžné, Celsiově, teplotě ve °C přičteme 273,15 stupňů,
T_i je termodynamická povrchová teplota konstrukcí (stropu, stěn, podlahy) v K,
A_i je plocha konstrukcí,
ε_i je bezrozměrná veličina zvaná emisivita, česky sálavost.

Dům ohřívaný stropy nevyžaduje žádné zvláštní technické předpoklady nebo přípravy. Jen obvyklé věci: nesmí do něho táhnout ze všech stran netěsnými okny a dveřmi. Nesmí být mokrý v důsledku špatných hydroizolací ve střeše a pod zdmi a podlahami. Musí být zkrátka takový, aby v něm normálně fungovala běžná vytápění.

Případové ukázky

Cílem tohoto článku není suplovat ani architekta, ani projektanta technických zařízení. Cílem je názorná ukázka funkce stropního vytápění, která je technicky a fyzikálně dobře podložena.

Ukažme si, jak bude „pracovat” stropní vytápění v pomyslném domě za arktického dne. Tzn. při venkovní teplotě –15 °C. Zvolme malý a jednoduchý dům typu tzv. krabice od bot o rozměrech 5 × 3 m a výšce 2,5 m. Tepelně izolační vlastnosti střechy, stěn a podlahy nad zemí budiž na úrovni současné národní normy ČSN 73 0540-2. Okna domu mají na výběr tři součinitele prostupu tepla na úrovni U_w = 1,7 W/(m²K) nebo 1,2 W/(m²K) nebo 0,7 W/(m²K). Ptejme se, na jakou teplotu budeme muset vytápět strop o (vytápěné) ploše 5 × 3 m, aby prostorová teplota záření, a následně i teplota vzduchu, byly na úrovni 21 °C.

Sálavé stropní nízkoteplotní vytápění a chlazení, řešení podle přírody

Ukažme si poměrně mladý koncept vytápění nebo chlazení, který se realizuje ideálně celou plochou stropu či její podstatnou částí. Uplatní se všude: v hotelech, lázních, v…

Výsledky ukazuje tab. 1. Podle očekávání je nutné v hůře izolovaném domě s horšími okny ohřát stropní vytápění na vyšší teplotu. Ani v arktickém dni při venkovní teplotě –15 °C však teplota stropu nepřesáhne 28 °C. A to náš dům vůbec není na špičkové tepelněizolační úrovni, je spíš podprůměrný. Teplota podlahy převyšuje povrchové teploty obvodových stěn a oken a udržuje se na příjemných 20 °C.

Téma: sluneční architektura

Sluneční domovní energetika

Jak souvisí sluneční energie se stropním vytápěním? Ukazuje se, že vytápění může být investičně i provozně nejlevnější typ otopné soustavy. A to zejména tehdy, je-li realizováno stropními elektrickými topnými fóliemi. . Průměrná pořizovací cena na rodinný dům (mnohem větší, než naše ukázková „krabice od bot”) dosahuje úrovně kolen 70 tis. Kč i s elektronickou automatickou regulací a řízením. Zároveň je to velice rychlý způsob; realizace je otázkou několika dní. Řešení je vhodné do kamenných staveb i dřevostaveb.

Okna a jejich energetická bilance v ČR a na Slovensku

Je-li řeč o budovách s minimální spotřebou energie (a nejen na papíře), je dobré vědět, že fasádní i střešní okna "pracují" nejen s teplotami vzduchu, ale hlavně se sálavými ději,…

Problém je, že ho pokutuje stát, zejména při poskytování dotací na pasivní dům.. Potřeba elektřiny do pasivního domu se pro úředníky násobí třemi, tzv. faktorem přeměny f = 3 (vznik tohoto textu je leden roku 2014). Kdysi totiž platilo, že pro 1 kWh vyrobené energie bylo třeba 3 kWh tepla vzniklého spálením uhlí. To už v éře jaderných a slunečních elektráren dávno neplatí, ale faktor zůstává. A tak má-li dům roční potřebu primární energie nad 120 kWh/(m²a), nemůže být pasivní, často jen kvůli "fosilnímu" uvažování. Ve starém předpisu TNI 73 0329, kterým se řídil první program ZÚ, to bylo dokonce 60 kWh/(m²a). Krásná ukázka, jak být „papežštější než papež”.

Sluneční výpočty

1. Intenzita a úhel dopadu slunečního záření, které dopadá na vodorovnou rovinu, střechu nebo fasádu
2. Celodenní sluneční energie dopadající na sklonitou plochu

Nicméně ušetřené peníze za levné elektrické stropní vytápění lze investovat do slunečních fotovoltaických panelů a ostrovní elektrárny. A z ní lze napájet elektrickou otopnou soustavu. Zkušenosti říkají, že kromě tří nejstudenějších měsíců (listopad, prosinec, leden) je vlastní výroba elektřiny již zajímavá. Přímo z elektrických panelů lze také ohřívat teplou vodu. Často to vychází levněji, než z klasických termických panelů; v zimě je to dokonce i účinnější, protože fotovoltaika vyrábí i z rozptýleného světa při zatažené obloze. Sluneční elektrickou a tepelnou energií vlastní výroby lze provozovat i vytápět dům.

Objevme stropní sálavé vytápění a jeho jedinečné služby

Při tomto vytápění ohříváme stropní plochu nebo její podstatnou část tak, že její teplota převyšuje jen o několik stupňů požadovanou pokojovou teplotu. Pobyt pod stropním…

To je cesta k samostatnosti a zároveň cesta budoucnosti.