Velkoplošné vytápění (III)
Stropní otopné plochy
U stropního vytápění rozlišujeme následující provedení:
- otopná plocha s trubkami zalitými ve stropě
- otopná plocha tvořená lamelami
- otopná plocha vytvořená sálavými panely a pásy
- otopná plocha v dutém podhledu
Jednotlivá provedení stropní otopné plochy ukazují obr. 4 až 8. Světlé a tmavé plynové zářiče přímo nepatří do stropního vytápění s otopnou plochou napojenou na otopnou soustavu, ale do lokálních spotřebičů, resp. zdrojů tepla.
Obr. 4 Stropní otopná plocha s trubkami zalitými v betonu
a) trubky zalité v nosném betonu stropu
b) trubky zalité v betonu pod nosnou částí dutých cihel
1 - beton, 2 - trubky, 3 - omítka, 4 - dutá cihla, 5 - otopná plocha
Obr. 5 Stropní otopná plocha s trubkami v omítce stropu
1 - potěr, 2 - dutá cihla, 3 - omítka
Obr. 6 Stropní otopná plocha tvořená lamelami (Stramax)
1 - trubka, 2 - Al - lamela, 3 - omítka
Obr. 7 Průřez Frengerovým otopným stropem
1 - nosný strop, 2 - závěs, 3 - 1/2" trubka, 4 - okrajový úchyt, 5 - tepelná izolace, 6 - Al - deska
Obr. 8 Různé uspořádání registru trubek u Frengerova otopného stropu
1 - registry spojeny sériově s připojením od obvodové zdi, 2 - registr s jednostranným připojením,
3 - registr připojený diagonálně s přívodem od obvodové zdi, 4 - tři skupiny registrů z nichž dvě jsou napojeny paralelně.
Trubky zalité ve stropě
Stropní vytápění s trubkami zalitými ve stropě se vyznačuje tím, že trubky 3/8", 1/2" nebo 3/4" jsou přímo součástí stropní konstrukce. Mohou být uloženy přímo v betonu a pak plní i významnou roli vzhledem k nosnosti stropu, jako armovací železo či jen v omítce stropu.
Při kladení trubek přímo do betonu se jedná o starý způsob provedení (Crittall). V tomto případě musí být otopný had kladen současně s výstavbou stropu. Mezi bedněním a trubkami musí být před betonáží zajištěna distančními vzpěrami mezera cca 2 cm. Nároky kladené na preciznost provedení otopného hadu jsou velké, neboť při chybném vyrovnání a spádování dochází k neustálým provozním potížím s vypouštěním a odvzdušňováním.
Do této skupiny patří i tzv. systémy aktivace betonu. Princip spočívá ve využití akumulační schopnosti betonového jádra a to jak pro vytápění, tak pro letní vysokoteplotní chlazení. Trubky se pokládají ještě v průběhu hrubé stavby a přizpůsobují se tak požadavkům stavby. S určitou nadsázkou lze říci, že se jedná o novodobý Crittall s plným využitím moderních technologií.
Obr. 9 Znázornění průřezu konstrukce systému aktivace betonu - strop BKT
Pokud jsou trubky jen v omítce stropu, je celé provedení jednodušší. Nejdříve se postaví strop, na který se zespodu upevní otopný had. Rabicové pletivo slouží k lepšímu uchycení vápeno-cementové malty. Celá vrstva od nosného stropu tak tvoří pouhých 5 až 6 cm. Celá montáž se ještě zjednoduší použitím povlakovaných měděných trubek či trubek plastových. Omítka pak dosahuje tloušťky vrstvy jen 3 cm.
I u stropního vytápění je důležité ohlídat povrchovou teplotu otopné plochy, neboť vysoká teplota by způsobila nadměrné osálání temene hlavy a tak výraznou tepelnou nepohodu. Přípustnou povrchovou teplotu stropní otopné plochy pro různé výšky stropu a velikosti otopné plochy udává obr. 10. Tyto vyhoví i požadavku naší legislativy na max. 200 W/m2 v oblasti hlavy.
Obr. 10 Přípustná povrchová teplota stropu při teplotě vzduchu 20 °C podle Kollmara.
Určující rovnice, uplatněná rovněž na obr. 10, tepelně-fyziologicky určující povrchovou teplotu stropu nabývá tvar
kde φ je poměr osálání [-]
U stropního vytápění, kde by byl nežádoucí příliš velký únik tepla směrem nahoru, se využívá tepelná izolace obdobně jako u podlahového vytápění.
Obr. 11 Stropní vytápění s 1/2" ocelovými trubkami v betonu,
50 % pokrytím stropní plochy a teplotou vzduchu 20 °C
Pro praktické výpočty lze použít obr. 11, ze kterého určíme v závislosti na součiniteli prostupu tepla stropu k zároveň tepelný výkon stropu q a nad ním ležící podlahy qpo to vše pro strop s 1/2" trubkami.
Tepelný tok okrajové plochy je závislý na zapojení otopného hadu. Pro sériové napojení platí
a pro paralelní napojení
kde
a je délka registru [m]
b šířka registru [m].
Příklad
Místnost 5 x 6 x 3,1 m má tepelnou ztrátu Q = 3840 W. Součinitel prostupu tepla stropu k = 0,5 W/m2K. Ptáme se, jak velká musí být otopná plocha při střední teplotě vody 55 °C. Vyberme 1/2" trubky s roztečí l = 20 cm. Měrný tepelný výkon stropu podle obr. 10 je q = 186 W/m2. Požadovaná velikost otopné plochy je
Zvolíme tři registry se sedmi trubkami. Celková šířka registrů b = 20 . 0,2 = 4 m a délka registru a = 5 m. Celková otopná plocha S = 5 . 4 = 20 m2. Tepelný tok sdílený okrajovou plochou qO = 65 .(5 + 0,6.4) = 481 W. Celkový tepelný výkon Q = 20 . 186 + 481 = 4201 W, což je dostačující.
Vliv na tepelný výkon má pokrytí stropu otopnou plochou, resp. velikost ploch v nichž není otopný had. Měrný tepelný výkon lze obecně popsat
kde αS součinitel přestupu tepla sáláním (při teplotě stropu 40 °C je 5,4 W/m2K)
Faktor a kolísá mezi hodnotami 0,60 a 1,25 podle velikosti otopné plochy a intenzity proudění vzduchu ve vytápěné místnosti. Pro Δt = 20 K dostáváme hraniční hodnoty αK = 1,25 až 2,60 W/m2K.
Čím menší je podíl otopné plochy na celkové ploše stropu, tím větší musí být měrný tepelný výkon otopné plochy. Tuto skutečnost zohledňujeme korekčním faktorem p. Při 50 % pokrytí stropu otopnou plochou p = 1 a pro ostatní možnosti lze faktor p odečíst z obr. 12.
Pro návrh stropního vytápění s měděnými trubkami v omítce platí obr. 13 a používá se stejným způsobem, jako obr. 11.
Obr. 12 - Korekční faktor p pro zohlednění velikosti otopné plochy vzhledem k velikosti stropu.
Obr. 13 Stropní vytápění s 3/8" a 1/2" měděnými povlakovanými trubkami v sádrové omítce a teplotou vzduchu 20 °C
[1] Bašta, J.: Otopné plochy. Praha: Ediční středisko ČVUT, 2001. - 328 s. ISBN 80-01-02365-6.
[2] Petráš, D.: Podlahové teplovodné vykurovanie. Bratislava: Jaga group v.o.s, 1998. - 143 s. ISBN 80-967676-6-6.
[3] Recknagel, H., Sprenger, E., Schramek, E.-R.: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik. München: Oldenbourg Industrieverlag, 2003. ISBN 3-486-26534-2.
