Termostropy – zdravý a úsporný systém, který topí a chladí

TERMOSTROPY to je označení pro otopné keramické stropní panely – „sendviče“, které se dovezou na místo stavby zhotovené na míru. To předpokládá, že investor má jasno o způsobu vytápění již ve fázi hrubé stavby. Stropní vytápění je nejčistší typ sálavého vytápění, které je zdravé, příjemné, účinné, ohřívá místnost rovnoměrně a má také nejrychlejší reakci. Pomocí TERMOSTROPŮ lze docílit 20–30% úspory energií proti běžným způsobům vytápění.

Ve srovnání s jinými typy vytápění reaguje ohřívaná místnost nejrychleji na změnu teploty stropu. Stropní vytápění jako jediné nerozhání vzduch ve vytápěných místnostech, čímž se velmi odlišuje od lokálních topidel (kamen, radiátorů), ale i podlahového vytápění. Stropní vytápění tedy nevíří ani mikroskopický prach, který u jiných typů vytápění v menší či větší míře nastává a může vyvolávat alergické reakce.

I odborník topenář či stavitel si často ne zcela přesně uvědomuje význam sálání při vytápění. Ten je u většiny topných režimů dominantní, ale u stropního vytápění převládá tak, že oba zbývající děje, proudění vzduchu a vedení tepla vzduchem, jsou zanedbatelné. Běžné typy vytápění lze rozdělit do tří skupin:

a) teplovzdušné vytápění, kdy do vytápěného prostoru vháníme teplý vzduch,

b) sálavé vytápění, jehož nejčistším představitelem je stropní vytápění, kterým lze navíc i chladit,

c) smíšené vytápění realizované hlavně lokálními topidly, které sálají teplo a od kterých zároveň stoupá ohřátý teplý vzduch vzhůru. Týká se to i podlahového vytápění, byť trochu méně.

V dalším textu si ukážeme, že pokud přímo neprovozujeme teplovzdušné vytápění, tak ve zbývajících případech b) a c) hraje pro transport tepla dominantní roli sálání: cca 80 % u podlahového vytápění a téměř 100 % u stropního. Popišme si nyní stropní vytápění.

Stropní sálavé vytápění

Stropní topení je podlahové topení vzhůru nohama. V našich mírných klimatických podmínkách je nezvyklé jen proto, že ho v minulosti bylo těžké realizovat. Zkusme si představit ohniště na stropě jeskyně či v dřevěné chatrči. Nemluvě o tom, jak bychom ho rozprostřeli po stropě a udržovali na nízké teplotě.

Dnes při dobrém plánování, pokud nezačneme vytápění řešit až v zimě po nastěhování do novostavby, je realizovatelné se stejným úsilím, jako jiný typ vytápění. Často je dokonce vůbec nejlevnější i nejrychlejší. To je také případ panelů TERMOSTROPY.

TERMOSTROPY představují osvědčený trubkový systém, ve kterém proudí voda. Topný systém je zabudovaný po celém stropě, v omítce, těsně pod štukem. Každý strop má jednoduchou samostatnou regulaci, tzn. v každé místnosti zvlášť. Jde o nízkoteplotní otopný systém, u kterého pro běžné vytápění postačuje voda o teplotě 26–28 °C (náběhová teplota vody cca 35 °C). Pro klimatizování (chlazení) se používá voda s teplotou jen 19–20 °C.

Téma: sálavé vytápění a chlazení

Výhody použití

Hlavní výhodou je 20–30% úspora energií proti běžným způsobům vytápění a velmi pozitivní zdravotní aspekty. Stropní vytápění, které představují TERMOSTROPY, je typ velkoplošného a nízkoteplotního vytápění, které má obecně nejvyšší účinnost mezi všemi ostatními systémy vytápění a lze jím navíc i chladit. Je dokonce účinnější a efektivnější než podlahové vytápění, i když obě fungují na obdobném principu.

Čím větší plochou teplo předáváme, tím nižší může být tep lota media (topné vody). Tzn. Zjednodušeně: pokud budeme v domě předávat teplo pomocí radiátorů, musíme vodu ohřívat na cca 80 °C. Bude-li předávat teplo podlahové topení, bude nutné zajistit teplotu vody mezi cca 36–40 °C. Při předávání tepla do místnosti TERMOSTROPY (topení/chlazení ve stro pě) postačuje v zimě ohřívat vodu do systému na cca 26–30 °C. Díky tomu TERMOSTROPY zaručují 20–30% úsporu energií proti běžným systémům vytápění.

Další výhodou je to, že strop není zakryt nábytkem. Zakrytí nábytkem neumožňuje okamžité ustavení co nejvyšší teploty prostorového tepelného záření, u kterého se ještě zastavíme, ani co nejrychlejší ohřátí vzduchu. Správná teplota prostorového sálání a vzduchu, to jsou dva nejdůležitější parametry pro pocit tepla. Obě tyto entity mají jedno společné. Člověk je nevidí, ale velmi dobře je vnímá – skrze pocit chladu, horka nebo tepelné či teplotní pohody.

Další předností je, že stropní vytápění je jediné, které nezpůsobuje proudění ohřátého vzduchu, neboli konvekci. Jiné typy vytápění, včetně podlahového, ji z principu vyvolávají, protože od nich ohřátý vzduch stoupá vzhůru i s prachem a alergeny.

Stropní vytápění – ideální pro klimatizaci

Letní klimatizace se většinou řeší vháněním chladného vzduchu do místnosti. Stížností na tento konvektivní způsob je nemálo. Vháníme-li ovšem do trubek stropního vytápění chladnou vodu, získáváme úplně jinou kvalitu. Sálavé děje fungují podobně jako u vytápění, chladný strop sníží teplotu prostorového tepelného záření a od něj se sníží teplota vzduchu. Účinnost a rychlost chladicí reakce je podpořena tím, že od stropu ochlazený vzduch „padá” dolů.

Montážní výhody

TERMOSTROPY urychlují výstavbu. Jejich nosnou část totiž tvoří klasický stropní panel ze speciálních cihelných elementů (výrobek je chráněn patentem), Po celém stropě, v omítce se štukem, v hloubce cca 1,5 cm je zabudován osvědčený trubkový systém, ve kterém proudí voda. Po položení hotových panelů jeřábem a zaplnění spár stačí už jen vymalovat!

Jednoduché je i připevnění interiérových prvků, osvětlení apod. Navíc, trubky ve stropě jsou ve větším bezpečí: při montáži a před omítnutím po nich nikdo nešlape a nezakopává o ně.

Principy navrhování sálavého vytápění

Udělejme si nyní obrázek, co se vlastně v místnosti se sálavým vytápěním/chlazením děje. Ten by pak měl vést ke správnému návrhu stropní soustavy. Dva nejdůležitější závěry, které se možná liší od tvrzení středoškolské a vysokoškolské stavební fyziky, jsou:

a) Každá místnost je vyplněna přesně definovaným prostorovým tepelným zářením, které je nejdůležitějším nosičem a zároveň distributorem tepla (energie). Toto záření se promíchává rychlostí světla, takže si v celém prostoru místnosti udržuje stejnou teplotu. Nositel Nobelovy ceny Max Karl Planck ho nazval fotonovým plynem. Rychlost mísení fotonového plynu je umocněna ještě tím, že se fotony vzájemně prostupují, na rozdíl od molekul vzduchu.

b) Prostorové tepelné záření ohřívá vzduch a naopak; tento děj je velmi rychlý a intenzivní. Způsobuje rychlé vyrovnání teplot vzduchu s teplotou záření v celém objemu místnosti, což je v etablovaných stavebních výpočtech nesprávně přisuzováno proudění vzduchu.

Představme si nevyhřátou místnost o teplotě 10 °C, jejíž výška je 3 m a stropní i podlahová plocha je 20 m². Stejnou teplotu 10 °C má vzduch i prostorové záření.

Spusťme stropní vytápění, o němž (pro jednoduchost) předpokládáme tak malou setrvačnost, že se ohřeje na 30 °C dřív, než stačí zareagovat podlaha i stěny. Výpočet říká, že v tomto okamžiku celý strop sálá tepelné záření o výkonu 1460,7 W, což v přepočtu na 1 m² představuje tok o hustotě necelých 73 W/m². Podlaha absorbuje sálavý tok 462,2 W (8,6 W/m²) a stěny 998,5 W (18,5 W/m²). Planckovo prostorové tepelné záření má teplotu 14,4 °C. Vypočítá se jako teplotní průměr z povrchových teplot T_i všech ploch v K, vážený velikostmi ploch A_i (stěny, strop, podlaha, okna), a jejich emisivititami E_i podle vzorce

Druhý důležitý vzorec vyčísluje hustotu sdílení sálavého tepla ve W/m² mezi stěnou a okolím – prostorovým zářením, ke kterému přispívají sousední či protilehlé stěny:

kde T_R je termodynamická (Kelvinova) teplota, což je teplota ve °C, ke které se přičte 273,15 stupňů. Dále I_R je hustota sdílení sálavého tepla ve W/m² mezi 1 m² stěny o teplotě T v kelvinech a emisivitě E s jejím okolím a σ = 5,67×10^–8 W/m²/K⁴ je Stefanova – Boltzmannova konstanta.

Od prostorového záření se začne ohřívat vzduch a během několika minut se jeho teplota vyrovná s teplotou záření na 14,4 °C, s výjimkou tenké, zhruba 1 a 2 dm silné vrstvy přiléhající ke stěnám.

Následně se začnou ohřívat povrchy stěn, oken a podlahy, což pak zvyšuje teplotu prostorového záření T_R i vzduchu. V určité chvíli je zvýšení teplot takové, že můžeme snižovat teplotu stropního vytápění. Tento proces je završen ustálenou situací, kdy se teploty záření, vzduchu, stropu, ohřívaných stěn, oken a nábytku atp. již nemění a ztráty tepla prostupem ven jsou také konstantní. Změní-li se venku teploty, řídicí modul stropního vytápění zareaguje a změní příkon tak, aby se to na vnitřní teplotě projevilo co nejméně nebo vůbec. V našem případě, kdy jsme volili obálkové konstrukce na úrovni požadovaných hodnot národní normy ČSN 73 0540, má ustálený režim při venkovní teplotě –15 °C tyto parametry:

• povrchová teplota vytápěného stropu 26,8 °C,
• teplota prostorového sálání a vzduchu 21 °C (požadavek),
• povrchová teplota stěn 19,8 °C,
• povrchová teplota podlahy 20,3 °C,
• povrchová teplota oken 15,4 °C.

Doplňme, že náš „vzorový dům” se skládal z jediné místnosti 5×4×3 m (dך×v) s oknem o ploše 8 m² a těmito emisivitami povrchů: strop (bílá malba): E = 0,8; stěny (bílá malba): E = 0,8; strop (tmavý povrch): E = 1; okno (sklo): E = 0,9. Okamžitá tepelná ztráta domu je při uvedených okrajových podmínkách 1181,5 W.

Závěrečné poznámky

Pro jednoduchost jsme uvažovali jen sálavé děje, které jsou dominantní a určující. Vedení tepla vzduchem uvedené teploty trochu sblíží; příspěvek proudění se v tomto režimu (nahoře teplý strop) považuje za nepodstatný.

Pracujeme-li se sálavými povrchy, což je i případ sálavého stropního vytápění TERMOSTROPY, nevyhneme se práci s emisivitami (sálavostmi) povrchů. V ideálním případě by měl mít povrch stropu emisivitu 1 (tmavý, matný povrch); v článku byl zvolen bílý strop s emisivitou E = 0,8, který sálá do prostoru jen 80 % tepla, oproti tmavému. Tím se mírně sníží teplota prostorového sálání.

Malé emisivity stěn a podlahy (bílé až lesklé povrchy) absorbují méně prostorového sálavého tepla (pro E = 0,8 jen 80 %). To je na jedné straně dobře, jsou nižší ztráty tepla, na druhé straně se však sníží jejich povrchová teplota.

Téma: sálavé vytápění a chlazení