Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Analýza sálavého toku podlahového a stropního vytápění – výzkumná zpráva

Datum: 16.11.2018  |  Autor: Ing. Daniel Adamovský, Ph.D., Ing. Martin Kny, ČVUT Praha, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov

Zájemci o velkoplošné vytápění se často ptají, jak velký podíl na předávání tepla má sálavá složka a složka konvekční. Základním důvodem je obava z nadměrného proudění vzduchu v místnostech, víření prachu atp. Druhým důvodem je potřeba posoudit, zda intenzita sálání tepla bude pro člověka příjemná, komfortní, že v celé místnosti bude rovnoměrné vnitřní prostředí bez rušivých zón atp.


© Fotolia.com

Společnost Fenix Group a.s. jako výrobce a dodavatel přímotopných konvekčních a sálavých elektrických těles a také velkoplošných systémů založených na použití elektrických topných kabelů a fólií si za účelem ověření parametrů velkoplošného vytápění zadala u UCEEB provedení laboratorních testů s cílem ukázat, jaké jsou skutečné tepelné toky a jejich podíly jak pro podlahové, tak stropní vytápění realizované z jejích výrobků. Pro stropní vytápění byly využity vzájemně pospojované stavebnicově řešené moduly. Nutno podotknout, že naměřený vysoký podíl sálavé složky u podlahového i stropního vytápění, zejména s ohledem na relativně nízké povrchové teploty, byl do jisté míry překvapením. Analýza tak jednoznačně potvrdila, že podlahové i stropní vytápění jsou nejen oprávněně klasifikovány jako sálavé topení, ale mezi těmito systémy se vyznačují i jedním z nejvyšších podílů sálavé složky. V článku je uveden popis zadání testů, metodiky a provedení měření, zjištěné výsledky a stručné vyhodnocení.


1 PŘEDMĚT ZAKÁZKY

1.1 Základní údaje zakázky

Objednatel:Fénix Trading s.r.o.
Adresa:Slezská 535/2, Jeseník
IČ:48399043
Web:http://www.fenixgroup.cz/
Zastoupena:Ing. Cyrilem Svozilem
Kontaktní údaje:email: c.svozil@fenixgroup.cz
  
Zhotovitel:České vysoké učení technické v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov
Adresa:Třinecká 1024, 273 43 Buštěhrad
IČ:6840770
DIČ:CZ68407700
Web:www.uceeb.cz
Zodpovědná osoba:Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.
  
Předmět objednávky:Stanovení sálavého tepelného toku pro elektrické podlahové a stropní vytápění v závislosti na vzdálenosti od vytápěné plochy. Sálavý tok je stanoven pro ustálený teplotní stav v měřící kabině (teplota interiéru 21 °C, teplota exteriéru -10 °C). Dále je předmětem stanovení podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu vytápěné plochy.

1.2 Specifikace obsahu zakázky

Předmětem této výzkumné zprávy je stanovení sálavého tepelného toku pro elektrické podlahové a stropní vytápění (výrobek objednavatele) v závislosti na vzdálenosti od vytápěné plochy. Sálavý tok je stanoven pro ustálený teplotní stav v měřící kabině (teplota interiéru 21 °C, teplota exteriéru -10 °C).

Předmětem zprávy je také stanovení podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu pro podlahové a stropní vytápění.

2 METODICKÝ POSTUP

Stanovení sálavého tepelného toku i výsledného podílu tepelného toku sáláním bylo provedeno při experimentálním měření v klimatické kabině zhotovitele.

2.1 Metodika experimentálního měření

2.1.1 Měřící situace

Měření proběhlo v klimatické kabině Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT v Praze. Jedná se o místnost, v jejímž okolí lze upravovat tepotu a napodobit tak reálné podmínky působící na budovy v letním a zimním období.

Podlahové i stropní vytápění bylo realizování pomocí elektrické topné folie. Folie ECOFILM F (40 W/m2) byla u podlahového vytápění osazena pod nášlapnou vrstvou (laminátová „plovoucí podlaha“) a u stropního vytápění folie ECOFILM C (100 W/m2) nad sádrokartonovou deskou. Systém vytápění spolu s jeho regulací (prostorový termostat umístěn na stěně kabiny) byl v kabině osazen objednatelem standardním způsobem. Schéma kabiny viz obr. 2-1.

Veškerá měření proběhla při ustáleném stavu, při kterém byla teplota interiéru řízena prostorovým termostatem na hodnotu 21 °C a teplota meziprostoru (exteriéru) dosahovala -10 °C.

Obrázek 2-1 Schéma měřícího místa a umístění panelů
Obrázek 2-1 Schéma měřícího místa a umístění panelů
2.1.2 Postup měření sálavého tepelného toku.

Měřicí kabina byla nejprve vybavena potřebnou měřicí technikou (viz Tab. 2-1):

  • Na stěny byla osazena teplotní čidla pro měření povrchové teploty,
  • na podlaze a stropu byly vyznačeny kontrolní body pro vyhodnocení měřítka záběru termokamery,
  • byl instalován stojan s kulovým teploměrem (výška 1.1 m),
  • byl instalován výškově posuvný stojan s čidlem sálavého tepelného toku,
  • byl instalován pomocný zdroj tepla (plechový válec s žárovkou o příkonu 75 W).

Poté byla připravená kabiny uvedena do teplotně ustáleného stavu (nastavená teplota termostatu 21 °C, teplota meziprostoru nastavena na -10 °C). K prvotnímu ustálení kabiny došlo po cca 40 hodinách (podlahové vytápění). Při ustalování byl kromě vlastní otopné plochy v činnosti i doplňkový zdroj tepla.

Při vlastním měření byla nejprve otopná plocha snímkována termokamerou a bezprostředně poté byl měřen sálavý tepelná tok v jednotlivých vzdálenostech od otopné plochy (300 mm, 800 mm, 1300 mm, 1800 mm, a 2300 mm). Měření sálavého tepelného toku bylo opakováno 3 krát bezprostředně po sobě. Vlastní měření probíhalo po dobu cca 30 minut. Po měření podlahového vytápění bylo do činnosti uvedeno vytápění stropní. Po opětovném ustálení kabiny bylo měření stejným způsobem provedeno i pro vytápění stropní.

Snímkování termokamerou a měření sálavého tepelného toku vyžadovalo přítomnost osoby v kabině. Tato osoba mohla po dobu měření ovlivnit tepelnou bilanci kabiny (vzestup tepoty snímané termostatem a v důsledku snížení výkonu otopné plochy). Aby k tomuto nedocházelo, byl v kabině instalován již zmíněný pomocný ohřívač o výkonu 75 W. Tento ohřívač byl v průběhu přítomnosti osoby v kabině vypnut. Tepelná bilance kabiny tak nebyla v průběhu měření významně narušena.

V průběhu měření i vlastního ustalování byla v kabině průběžně měřena (a v minutových intervalech zaznamenávána) povrchová teplota stěn, teplota kulového teploměru, teplota vzduchu v kabině a chlazeném meziprostoru a také příkon otopné plochy (viz Tab. 2-2).

2.1.3 Měřicí přístroje a zařízení

Tabulka 2-1 Souhrn vlastností použitých přístrojů

PopisTypRozsahPřesnostČíslo čidla
Měřicí ústředna
„Indoor Climate Analyzer
Brüel & Kjær type 1213  1406645
Čidlo pro měření
radiační asymetrie
Radiant Temperature
Asymmetry Transducer MM 0036
±50 °C
(teplota vzduchu)
±0,05 K při (tr – ta) < 15 K, ±0,05 až ±2,0 K
při 15 < (tr – ta) < 50 K
372-010
Měřící ústřednaDatataker DT85-33 V0,08 mV106146
Teplota vzduchu (2ks) TG8-40, Pt 1000-20 až 60 °C0,21 °C-
Povrchové teploty (6 ks)TG7, Pt 1000-20 až 60 °C0,21 °C 
Elektrický příkon – 1fEKM 2651,5 W - 2650 W±1 %-
TermokameraInfraTec VarioCAM
HD 1024 x 768 IR px
teplotní rozsah
-40 až 1200 °C
1,5 K (nebo 1,5 %)1007616
2.1.4 Souhrn měřených veličin

Tabulka 2-2 Souhrn měřených veličin

NázevZnačkaJednotka
Tepelný tokQW
Měrný sálavý tepelný tokqW/m2
Teplota vzduchuta°C
Teplota povrchuts°C
Elektrický příkon 1fPelW

3 VÝSLEDKY

3.1 Sálavý tepelný tok u podlahového vytápění

Tabulka 3-1 Změřený sálavý tepelný tok pro podlahové vytápění

Vzdálenost od plochy (mm)300800130018002300
měrný sálavý tok podlahy (W/m2)443440438435432
měrná sálavý tok pozadí (W/m2)426426426427428
měrný sálavý tepelný tok (W/m2)17141184
Obrázek 3-1 Podmínky v kabině v průběhu měření podlahového vytápění
Obrázek 3-1 Podmínky v kabině v průběhu měření podlahového vytápění
Obrázek 3-2 Závislost tepelného toku na vzdálenosti od plochy (podlahové vyt.)
Obrázek 3-2 Závislost tepelného toku na vzdálenosti od plochy (podlahové vyt.)

3.2 Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu pro podlahové vytápění

Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu byl zjištěn z měřených hodnot rozložení povrchových teplot v kabině (otopná plocha hodnocena termokamerou). Z hodnot byl následně vypočten tepelný tok sáláním z otopné plochy, který byl porovnán z příkonem otopné plochy. Změřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v Tab. 3-2

Zjištěný podíl tepelného toku sáláním z podlahy k elektrickému příkonu dosahuje 77 %.

Tabulka 3-2 změřené a vypočtené hodnoty pro stanovení sálavého tepelného toku

Aktivní otopná plocha (stanoveno termokamerou)S1 8.308m2
KonstantaZnačka HodnotaJednotka
Emisivita sálání povrchu skutečného tělesaε 0.95-
Stefan-Boltzmanova konstantaσ0 5.67E-08W/(m2.K)
Povrchová teplotaZnačka HodnotaJednotka
Průměrná teplota povrchu vytápěné plochyts,p 26.20°C
Průměrná termodynamická teplota vytápěného povrchuTs,p 299.35K
Teploty povrchů okolních konstrukcí (ve středu plochy)    
1 - oknots11.8216.81°C
2 - levá stěna (od vstupu)ts211.9721.64°C
3 - pravá stěn (od vstupu)ts311.9720.97°C
4 – stropts413.2321.36°C
5 - stěna s oknem (bez plochy okna)ts57.1620.97°C
celková plocha okolních stěn 46.15 m2
Průměrná teplota povrchů okolních stěnts 21.1°C
Průměrná termodynam. teplota povrchů okolních stěnTs 294.24K
VeličinaZnačkaHodnota Jednotka
Elektrický příkon (průměrný v ustáleném stavu)*Pel 308.7W
Tepelný tok sdílený sáláním z podlahyQs 239.1W
Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonuηs 77.43%-

* Maximální zaznamenaný příkon dosahoval 535 W

3.3 Sálavý tepelný tok u stropního vytápění

Tabulka 3-3 Změřený sálavý tepelný tok pro stropní vytápění

Vzdálenost od plochy (mm)300800130018002300
měrný sálavý tok stropu (W/m2)459448442438434
měrná sálavý tok pozadí (W/m2)426426426427427
měrný sálavý tepelný tok (W/m2)332216117
Obrázek 3-3 Podmínky v kabině v průběhu měření stropní vytápění
Obrázek 3-3 Podmínky v kabině v průběhu měření stropní vytápění
Obrázek 3-4 Závislost tepelného toku na vzdálenosti od plochy (stropní vyt.)
Obrázek 3-4 Závislost tepelného toku na vzdálenosti od plochy (stropní vyt.)

3.4 Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu u stropního vytápění

Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu byl zjištěn z měřených hodnot rozložení povrchových teplot v kabině (otopná plocha hodnocena termokamerou). Z hodnot byl následně vypočten tepelný tok sáláním z otopné plochy, který byl porovnán z příkonem otopné plochy. Změřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v Tab. 3-4

Zjištěný podíl tepelného toku sáláním ze stropního vytápění k elektrickému příkonu dosahuje 84 %.

Tabulka 3-4 změřené a vypočtené hodnoty pro stanovení sálavého tepelného toku

Aktivní otopná plocha (stanoveno termokamerou)S1 5.440m2
KonstantaZnačkaHodnotaJednotka
Emisivita sálání povrchu skutečného tělesaε 0.95-
Stefan-Boltzmanova konstantaσ0 5.67E-08W/(m2.K)
Povrchová teplotaZnačka HodnotaJednotka
Průměrná teplota povrchu vytápěné plochyts,p 29.60°C
Průměrná termodynam.teplota vytápěného povrchuTs,p 302.75K
Teploty povrchů okolních konstrukcí (ve středu)    
1 - oknots11.8217.00°C
2 - levá stěna (od vstupu)ts211.9721.59°C
3 - pravá stěn (od vstupu)ts311.9721.08°C
4 - podlahats413.2321.36°C
5 - stěna s oknem (bez plochy okna)ts57.1621.08°C
celková plocha okolních stěn 46.15  
Průměrná teplota povrchů okolních stěnts 21.1°C
Průměrná termodynam. teplota povrchů okolních stěnTs 294.29K
VeličinaZnačka HodnotaJednotka
Elektrický příkon (průměrný v ustáleném stavu)*Pel 313.6W
Tepelný tok sdílený sáláním čelní plochouQs 264.0W
Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonuηs 84.17%-

* Maximální zaznamenaný příkon dosahoval 538 W

4 ZÁVĚR

V této zprávě jsou shrnuty závěry z měření sálavého tepelného toku pro elektrické podlahové a stropní vytápění v závislosti na vzdálenosti od vytápěné plochy a podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu.

Závěry pro jednotlivé části zprávy jsou:

Měrný sálavý tepelný tok (měřen v bodech ve vzdálenostech 300 mm, až 2300 mm):

  • Pro podlahové vytápění dosahuje měrný sálavý tepelný tok, v rozsahu měřených vzdáleností, hodnot 17 W/m2 až 4 W/m2,
  • Pro stropní vytápění dosahuje měrný sálavý tepelný tok, v rozsahu měřených vzdáleností, hodnot 33 W/m2 až 7 W/m2,
  • Pokles tepelného toku se vzrůstající vzdáleností je u stropního vytápění zpočátku výraznější oproti vytápění podlahovému. Tento stav je dán menší aktivní plochou (vytápěnou plochou) použitou u stropního vytápění.

Podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu ηs:

  • parametr ηs dosahuje u podlahového vytápění hodnoty cca 77 %,
  • u stropního vytápění dosahuje hodnoty 84 %,

Obecný souhrn:

Výsledky této zprávy odpovídají v literatuře obecně publikovaným závěrům. Tepelný tok sdílený sáláním vzrůstá se 4. mocninou rozdílu povrchových teplot. Stropní vytápění, kde je dosahováno oproti vytápění podlahovému, vyšších povrchových teplot má v důsledku toho sálavou složku sdílení tepla vyšší. Tomuto stavu dále napomáhá nižší konvekční složka u stropního vytápění.

5 FOTODOKUMENTACE

Obrázek 5-1 Pohled do měřící kabiny připravené k měření sálavého tepelného toku podlahového vytápění. Vlevo je viditelná ústředny se zapojeným snímačem pro měření sálavého tepelného toku. Na podlaze je vyznačen záběr termokamery a body pro určení měřítka záběru (obdobně u stropního vytápění). Vpravo je vidět kulový teploměr.
Obrázek 5-1 Pohled do měřící kabiny připravené k měření sálavého tepelného toku podlahového vytápění. Vlevo je viditelná ústředny se zapojeným snímačem pro měření sálavého tepelného toku. Na podlaze je vyznačen záběr termokamery a body pro určení měřítka záběru (obdobně u stropního vytápění). Vpravo je vidět kulový teploměr.
Obrázek 5-2 Povrchové teploty podlahy při podlahovém vytápění (ustálený stav)
Obrázek 5-2 Povrchové teploty podlahy při podlahovém vytápění (ustálený stav)
Obrázek 5-3 Povrchové teploty podlahy při podlahovém vytápění – širší záběr (ustálený stav)
Obrázek 5-3 Povrchové teploty podlahy při podlahovém vytápění – širší záběr (ustálený stav)

Obrázek 5-4 Povrchové teploty stropu při stropním vytápění (ustálený stav)
Obrázek 5-4 Povrchové teploty stropu při stropním vytápění (ustálený stav)
Obrázek 5-5 Povrchové teploty stropu při stropním vytápění – širší záběr (ustálený stav)
Obrázek 5-5 Povrchové teploty stropu při stropním vytápění – širší záběr (ustálený stav)

 

Hodnotit:  

Datum: 16.11.2018
Autor: Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.Ing. Martin Kny, ČVUT Praha, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov   všechny články autora



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (3 příspěvky, poslední 17.11.2018 07:26)


Témata 2018

CAD a BIM knihovny

Partneři - Vytápění

Spolupracujeme

logo Asociace odborných velkoobchodů

Doporučujeme