Sálavé elektrické vytápění
Systémy elektrického vytápění lze dělit podle několika kritérií. Jedním z nich je způsob přenosu tepla. Šíření tepelné energie z jednoho místa na druhé může probíhat prouděním (konvekcí), sáláním (radiací) nebo vedením (kondukcí). V tomto článku se zaměříme na přenos tepla sáláním.
Systémy elektrického vytápění lze dělit podle několika kritérií. Jedním z nich je způsob přenosu tepla. Šíření tepelné energie z jednoho místa na druhé může probíhat prouděním (konvekcí), sáláním (radiací) nebo vedením (kondukcí). V oboru vytápění se využívají první dva případy.
Principem konvekčního šíření tepla je neustálý pohyb částic vedoucí k proudění hmoty o různé teplotě, přičemž teplejší částice obvykle stoupají vzhůru, protože hustota kapalin a plynů s teplotou zpravidla klesá. Pohyb částic doprovázený vzájemným předáváním kinetické energie trvá tak dlouho, dokud nedojde k vyrovnání teplot. Naproti tomu sálání je fyzikální proces, při kterém se tepelná energii šíří v prostoru ve formě elektromagnetického záření. Tepelná energie se tímto způsobem může na rozdíl od konvekce přenášet i ve vakuu, protože ke svému přenosu hmotu nepotřebuje. V tomto článku se zaměříme na přenos tepla sáláním.
Energií z tepelného zdroje se zahřívají sálající otopné plochy, které teplo vyzařují a ohřívají plochy osálané. Od sálajících a osálaných ploch se následně ohřívá okolní vzduch. Sálavá otopná plocha může být součástí stavební konstrukce (stěnový nebo stropní obklad, podlahová plocha), nebo se jedná o otopné těleso instalované ve vytápěném prostoru a připojené na zdroj energie (radiátor, topný panel, apod.). Zdroj tepla může být přímo součástí otopné plochy, k přeměně elektrické energie na teplo potom dochází až v místě potřeby, nebo se jedná o centrální zdroj, ze kterého se teplo k otopným plochám distribuuje teplovodním rozvodem. Povrchová teplota otopných ploch v obytných prostorách nemůže být příliš vysoká, tudíž i teplota teplonosné látky v případě teplovodního rozvodu bude relativně nízká, díky čemuž jsou tyto systémy vhodné pro využití nízkopotenciálního zdroje tepla, jakým je například tepelné čerpadlo.
Hlavní předností přenosu tepla sáláním je skutečnost, že k dosažení tepelné pohody stačí ohřívat vnitřní vzduch na teplotu o cca 2 až 4 °C nižší než u systémů konvekčního vytápění. Lze tak ušetřit významnou část energie na vytápění. Nedochází navíc k cirkulaci vzduchu způsobující víření prachu, což má příznivý vliv na kvalitu vnitřního prostředí.
Mezi sálavé elektrické vytápění řadíme systémy, u kterých k přenosu tepla dochází buďto výhradně sáláním, anebo kombinací sálání a konvekce, ale sálavá složka je převažující.
Sálavý stropní panel
- principu tzv. infračerveného vytápění se využívá v obytných i komerčních prostorách při ohřevu interiéru pomocí na stropě umístěných nízkoteplotních panelů, u kterých vysoce převažuje sálavá složka přenosu tepla nad složkou konvekční
- materiálově se jedná buďto o desky z ocelového pozinkovaného plechu v ideálním případě se speciální povrchovou úpravou pro zvýšení absorpce tepla ze zdroje tepla na vnitřní straně a emise tepla do vytápěného prostoru na vnější straně, nebo o desky skleněné
- topným prvkem těchto přímotopných panelů bývá tkaná topná folie na bázi grafitu, oddělená od pohledové části dielektrickou izolační deskou
Stropní topná folie
- velkoplošné stropní vytápění interiéru ve formě topné folie v kombinaci se sádrokartonem se využívá především tam, kde preferujeme sálavou složku přenosu tepla a nemůžeme si dovolit příliš vysoké povrchové teploty sálavých ploch
- jedná se o tenkou folii o tloušťce pouhých 0,4 mm, pomocí které se sádrokartonový podhled zahřívá v celé ploše, což má pozitivní vliv na rovnoměrné rozložení vnitřní teploty interiéru
- vzhledem k tomu, že topná folie nepředává teplo napřímo, ale prostřednictvím zahřáté SDK desky, která ho následně vyzařuje, hovoříme v tomto případě o zdroji tepla s částečnou akumulací
Nástěnný sálavý panel
- ačkoliv prvky sálavého vytápění instalované na stěnách místností disponují při ohřevu interiéru o něco nižší hodnotou sálavé složky přenosu tepla, než v případě jejich umístění na stropě, nijak to nesnižuje výhody tohoto druhu tepelného přenosu (energetická úspornost, omezená cirkulace a vysušování vzduchu)
- nástěnné sálavé panely plní nejen funkci topného tělesa, ale s ohledem na své materiálové řešení (tvrzené sklo nebo ušlechtilá kamenná deska) přispívají i k estetické kvalitě interiéru
- topným prvkem těchto přímotopných panelů bývá tkaná topná folie na bázi grafitu, oddělená od pohledové části dielektrickou izolační deskou
Infrazářič
- principem infrazářiče (nebo také quartzového topidla)je využití vlastností infračerveného záření, kdy sálavé teplo směřující na přítomné osoby zajišťuje dostatečný teplotní komfort i při nižší teplotě okolního vzduchu
- v bytových objektech slouží například pro dodatečný ohřev v koupelnách, v průmyslových objektech se využívají zejména pro místní ohřev v rozlehlých skladových a dílenských prostorách
- topným prvkem je infražárovka ve tvaru tenké trubice, kterých bývá v topidlech tohoto typu několik
Nástěnný sálavý přímotop
- absenci sálavé složky představující hlavní nevýhodu klasického přímotopného konvektoru řeší tzv. sálavý (infra) přímotop, u kterého je díky speciální konstrukci téměř 50 % tepla předáváno sáláním
- jedná se o hybrid mezi konvektorem a infračerveným topným panelem, který současně ohřívá vzduch proudící topidlem a rovněž vyzařuje teplo absorbované v plášti topidla
- sálavý přímotop stejně jako klasický konvektor patří mezi přímotopná zařízení
Stěnová topná folie
- velkoplošné stěnové vytápění není příliš rozšířené, využívá se zejména v případech, kdy není možné velkoplošný zdroj tepla umístit do podlahy nebo stropu; princip je shodný se stropním vytápěním, topná folie ohřívá sádrokartonovou desku a ta formou sálání předává teplo do interiéru
- jedná se o tenkou folii o tloušťce pouhých 0,4 mm, pomocí které se sádrokartonová deska zahřívá v celé ploše, což s ohledem na rozměrnější aplikace znamená, že se mohou k dosažení požadovaného tepelného výkonu využívat folie o nízkých příkonech
- topná folie nepředává teplo napřímo, ale prostřednictvím SDK desky, proto se v tomto případě jedná o akumulační zdroj tepla
- dle ČSN EN 60335-2-96 (Elektrické spotřebiče pro domácnost a podobné účely – Bezpečnost – Část 2-96: Zvláštní požadavky na tenké ohebné topné články pro vytápění místností) nesmí být topné folie instalovány do stěn pod výšku 2,3 m, pokud jsou (stěny) odkloněny méně než 45 ° od svislé roviny
Podlahová topná folie
- při tzv. suché skladbě podlahové konstrukce se velkoplošné podlahové vytápění realizuje formou topné folie umístěné pod finální vrstvou podlahy
- jedná se o tenkou folii o tloušťce pouhých 0,4 mm, pomocí které se finální vrstva podlahová konstrukce zahřívá v celé ploše, což má pozitivní vliv na rovnoměrné rozložení vnitřní teploty interiéru
- vzhledem k tomu, že pohledová plocha (plovoucí podlaha, PVC, koberec) nemívá dostatečnou akumulační schopnost, funguje v tomto případě topná folie jako přímotopný zdroj tepla
- sálavá složka přenosu tepla nebývá při těchto aplikacích tak dominantní, přesto se stále jedná o druh sálavého vytápění
Topný kabel a rohože
- při tzv. mokré skladbě podlahové konstrukce se velkoplošné podlahové vytápění realizuje formou topných kabelů zalitých tenkou vrstvou (4–6 cm) betonu nebo anhydridu, která zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty v podlahové ploše
- topným prvkem je elektrický odporový kabel aplikovaný buďto jako topný okruh (volná pokládka, vhodný pro menší a členité plochy), nebo jako topná rohož (kabel zafixovaný na tkanině, vhodný pro větší a pravidelné plochy)
- tento systém se s ohledem na svoji konstrukci nazývá akumulačním (nebo poloakumulačním), ačkoliv akumulační schopnost tenké desky není zdaleka taková, jak jsme zvyklí u podlahových teplovodních systémů
- sálavá složka přenosu tepla nebývá při těchto aplikacích tak dominantní, přesto se stále jedná o druh sálavého vytápění
Kapilární rohože + elektrokotel
- velkoplošný systém stropního sálavého vytápění a chlazení tvořený hustou sítí jemných kapilár instalovaných za pohledovou vrstvou stropu, teplota kapaliny v nich cirkulující je upravována v tomto případě elektrokotlem
- k ohřevu teplonosného média slouží topné patrony uložené v izolovaném výměníku, voda kolem nich proudí a přijímá produkované teplo
- elektrokotel se převážně užívá jako doplňkový (bivalentní) zdroj k jinému zdroji, zapínán bývá v době, kdy je provoz hlavního zdroje (např. tepelné čerpadlo) kapacitně nedostatečný nebo neefektivní
- monovalentní provoz je teoreticky možný u domů s nízkou spotřebou tepla, v současné době však toto řešení naráží na legislativní překážku
Kapilární rohože + akumulační zásobník
- velkoplošný systém stropního sálavého vytápění a chlazení tvořený hustou sítí jemných kapilár instalovaných za pohledovou vrstvou stropu, teplota kapaliny v nich cirkulující je upravována v tomto případě v akumulačním zásobníku
- teplo vyrobené v tepelném zdroji s obtížně regulovatelným výkonem (solární panely, krbová kamna) je výhodné distribuovat s pomocí akumulačního teplovodního zásobníku, který umožňuje efektivně využívat vyrobené teplo v době jeho aktuální potřeby
- akumulační zásobník s dobře izolovaným pláštěm je nabíjen z hlavního zdroje tepla prostřednictvím výměníku ve formě topného hadu, jako doplňkový (bivalentní) zdroj využívaný v době, kdy se nedostává energie z hlavního zdroje, slouží elektrické topné patrony uložené uvnitř zásobníku
Kapilární rohože + tepelné čerpadlo vzduch/země–voda
- velkoplošný systém stropního sálavého vytápění a chlazení tvořený hustou sítí jemných kapilár instalovaných za pohledovou vrstvou stropu, teplota kapaliny v nich cirkulující je upravována v tomto případě tepelným čerpadlem
- energie pro ohřev vody v topném systému je tepelným čerpadlem získávána buďto z venkovního vzduchu, nebo ze země s využitím vrtu nebo plošného kolektoru
- teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku tepelného čerpadla předává kapalnému chladivu, které se po zahřátí odpařuje, páry stlačené v kompresoru na vysoký tlak jsou přiváděny do kondenzátoru, kde předávají teplo topné vodě, aby se nakonec tlak chladiva expanzním ventilem snížil na původní hodnotu, čímž se cyklus uzavírá
- vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru nemalé množství elektrické energie, lze tepelná čerpadla zařadit na hranici mezi alternativními a elektrickými zdroji tepla, o tom, kterému se blíží více, rozhoduje hodnota topného faktoru
Radiátor + elektrokotel
- radiátor je tepelný výměník, který předává teplo distribuované teplovodní otopnou soustavou do vytápěné místnosti, k přenosu dochází nejen sáláním (infračervené záření ohřívá osálané stěny a předměty, od nich se následně ohřívá vzduch), ale i konvekcí (vzduch se ohřívá prouděním kolem topného tělesa), míra obou druhů tepelného přestupu závisí na typu radiátoru
- k ohřevu teplonosného média slouží topné patrony uložené v izolovaném výměníku, voda kolem nich proudí a přijímá produkované teplo
- elektrokotel se převážně užívá jako doplňkový (bivalentní) zdroj k jinému zdroji, zapínán bývá v době, kdy je provoz hlavního zdroje kapacitně nedostatečný nebo neefektivní
- monovalentní provoz je teoreticky možný u domů s nízkou spotřebou tepla, v současné době však toto řešení naráží na legislativní překážku
Radiátor + akumulační zásobník
- radiátor je tepelný výměník, který předává teplo distribuované teplovodní otopnou soustavou do vytápěné místnosti, k přenosu dochází nejen sáláním (infračervené záření ohřívá osálané stěny a předměty, od nich se následně ohřívá vzduch), ale i konvekcí (vzduch se ohřívá prouděním kolem topného tělesa), míra obou druhů tepelného přestupu závisí na typu radiátoru
- teplo vyrobené v tepelném zdroji s obtížně regulovatelným výkonem (solární panely, krbová kamna) je výhodné distribuovat s pomocí akumulačního teplovodního zásobníku, který umožňuje efektivně využívat vyrobené teplo v době jeho aktuální potřeby
- akumulační zásobník s dobře izolovaným pláštěm je nabíjen z hlavního zdroje tepla prostřednictvím výměníku ve formě topného hadu, jako doplňkový (bivalentní) zdroj využívaný v době, kdy se nedostává energie z hlavního zdroje, slouží elektrické topné patrony uložené uvnitř zásobníku
Radiátor + tepelné čerpadlo vzduch/země–voda
- radiátor je tepelný výměník, který předává teplo distribuované teplovodní otopnou soustavou do vytápěné místnosti, k přenosu dochází nejen sáláním (infračervené záření ohřívá osálané stěny a předměty, od nich se následně ohřívá vzduch), ale i konvekcí (vzduch se ohřívá prouděním kolem topného tělesa), míra obou druhů tepelného přestupu závisí na typu radiátoru
- energie pro ohřev vody v topném systému je tepelným čerpadlem získávána buďto z venkovního vzduchu, nebo ze země s využitím vrtu nebo plošného kolektoru
- teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku tepelného čerpadla předává kapalnému chladivu, které se po zahřátí odpařuje, páry stlačené v kompresoru na vysoký tlak jsou přiváděny do kondenzátoru, kde předávají teplo topné vodě, aby se nakonec tlak chladiva expanzním ventilem snížil na původní hodnotu, čímž se cyklus uzavírá
- vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru nemalé množství elektrické energie, lze tepelná čerpadla zařadit na hranici mezi alternativními a elektrickými zdroji tepla, o tom, kterému se blíží více, rozhoduje hodnota topného faktoru
Teplovodní podlahové vytápění + elektrokotel
- systém velkoplošného vytápění umístěný v podlaze, u kterého je teplonosnou látkou teplá voda distribuovaná ze zdroje topnými hady zahřívajícími podlahovou konstrukci, ze které se teplo do vytápěného prostoru sdílí převážně sáláním, konvekcí pouze malá část
- k ohřevu teplonosného média slouží topné patrony uložené v izolovaném výměníku, voda kolem nich proudí a přijímá produkované teplo
- elektrokotel se převážně užívá jako doplňkový (bivalentní) zdroj k jinému zdroji, zapínán bývá v době, kdy je provoz hlavního zdroje kapacitně nedostatečný nebo neefektivní
- monovalentní provoz je teoreticky možný u domů s nízkou spotřebou tepla, v současné době však toto řešení naráží na legislativní překážku
Teplovodní podlahové vytápění + akumulační zásobník
- systém velkoplošného vytápění umístěný v podlaze, u kterého je teplonosnou látkou teplá voda distribuovaná ze zdroje topnými hady zahřívajícími podlahovou konstrukci, ze které se teplo do vytápěného prostoru sdílí převážně sáláním, konvekcí pouze malá část
- teplo vyrobené v tepelném zdroji s obtížně regulovatelným výkonem (solární panely, krbová kamna) je výhodné distribuovat s pomocí akumulačního teplovodního zásobníku, který umožňuje efektivně využívat vyrobené teplo v době jeho aktuální potřeby
- akumulační zásobník s dobře izolovaným pláštěm je nabíjen z hlavního zdroje tepla prostřednictvím výměníku ve formě topného hadu, jako doplňkový (bivalentní) zdroj využívaný v době, kdy se nedostává energie z hlavního zdroje, slouží elektrické topné patrony uložené uvnitř zásobníku
Teplovodní podlahové vytápění + tepelné čerpadlo vzduch/země–voda
- systém velkoplošného vytápění umístěný v podlaze, u kterého je teplonosnou látkou teplá voda distribuovaná ze zdroje topnými hady zahřívajícími podlahovou konstrukci, ze které se teplo do vytápěného prostoru sdílí převážně sáláním, konvekcí pouze malá část
- energie pro ohřev vody v topném systému je tepelným čerpadlem získávána buďto z venkovního vzduchu, nebo ze země s využitím vrtu nebo plošného kolektoru
- teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku tepelného čerpadla předává kapalnému chladivu, které se po zahřátí odpařuje, páry stlačené v kompresoru na vysoký tlak jsou přiváděny do kondenzátoru, kde předávají teplo topné vodě, aby se nakonec tlak chladiva expanzním ventilem snížil na původní hodnotu, čímž se cyklus uzavírá
- vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru nemalé množství elektrické energie, lze tepelná čerpadla zařadit na hranici mezi alternativními a elektrickými zdroji tepla, o tom, kterému se blíží více, rozhoduje hodnota topného faktoru
Types of radiant electric heating
Electric heating systems can be divided according to several criteria. One of them is way of heat transfer. The distribution of thermal energy from one place to another may occur through convection, radiation or conduction. In this article we will focus on the radiant heat transfer.
