Zabezpečenie tepelnej pohody kancelárskych priestorov veľkoplošnými sálavými systémami
Na základe skúmania vplyvu nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov vo vykurovacom období na tepelnú pohodu kancelárskych priestorov je možné konštatovať, že sú schopné zabezpečiť požadované tepelné výkony vo vykurovacom období, ktoré deklaruje výrobca.
1. Úvod
Príspevok pojednáva o tepelnej pohode v kancelárskych priestoroch s veľkoplošnými sálavými systémami počas zimného obdobia od 07.01.2024 do 15.01.2024 a zároveň poukazuje na to, čo je nutné vykonať na zabezpečenie zvýšenia komfortu z hľadiska tepelnej pohody v kancelárskych priestoroch. Teplotné profily reflektujú taktiež na spôsob zabezpečenia tepelnej pohody v zimnom období pre jednotlivý typ sálavého systému (stena, strop, podlaha) v rôznych výškových úrovniach. Meranie teplotných profilov prebiehalo v 6 výškových úrovniach. Výstupom je i tepelný výkon každého sálavého systému počas meraného obdobia a povrchové teploty vo vybraných bodoch troch sálavých systémov. Za celé merané obdobie reálne priemerné tepelné výkony prepočítané na sálavú plochu podlahového systému 994 W, stropného systému 527 W a stenového systému 684 W nepostačovali na zabezpečenie návrhovej vnútornej teploty vzduchu 20 °C, bolo by potrebné tieto tepelné výkony zvýšiť v priemere pri podlahovom systéme o 134 W, pri stropnom systému o 64 W a pri stenovom systéme o 187 W pri daných okrajových podmienkach.
Nízkoteplotné veľkoplošné stenové vykurovanie predstavuje nový trend pri návrhu vykurovania obytných miestností aj s ohľadom na nízky teplotný rozdiel medzi teplotou vzduchu v miestnosti a teplotou vykurovacej plochy, ktorý umožňuje využívať obnoviteľné zdroje energie, ako sú tepelné čerpadlá, solárne kolektory, priemyselné odpadové teplo a energia prostredia pomocou tepelných čerpadiel [1]. Hoci výskum nízkoteplotných veľkoplošných sálavých povrchov je väčšinou zameraný na podlahové a stropné vykurovanie, dôkazy z nedávnych štúdií naznačujú, že v niektorých prípadoch môžu byť systémy sálavých stien lepšie a aj preto predstavujú potenciálne uskutočniteľné riešenie pre vykurovanie priestorov [2, 3]. Ďalšou výhodou tohto systému je, že je možné ho využiť aj v režime chladenia.
Niekoľko štúdií priamo porovnáva stenové vykurovanie s inými alternatívami vykurovania priestorov. Napríklad porovnávajú nízkoteplotné veľkoplošné stenové a stropné vykurovanie z hľadiska spotreby energie a prevádzkových nákladov, ako aj menovitého tepelného výkonu zdroja tepla [4, 5]. V jednej zo štúdií sa odporúča uprednostniť nízkoteplotné veľkoplošné stenové vykurovanie pred podlahovým vykurovaním, pretože je možné dosiahnuť lepší tepelný výkon a komfort s nižšou teplotou teplonosnej pracovnej látky, čím sa zníži spotreba energie [6]. Počítačové simulácie potvrdili, že nízkoteplotné veľkoplošné stenové vykurovanie je schopné vytvoriť príjemné vnútorné prostredie v dobre izolovanej miestnosti [7]. Skúmaný bol aj prenos tepla v nízkoteplotnom veľkoplošnom stenovom vykurovacom systéme s kapilárnymi rohožami umiestnenými pod povrchom a izolovanými od nosnej konštrukcie, ktorý tiež preukázal, že nízkoteplotné veľkoplošné stenové vykurovanie môže byť dobrou alternatívou [8]. Súčasný výskum sa zameriava na porovnanie vplyvu troch nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov (podlahový, stropný a stenový) na vnútornú klímu budov. Tieto tri nízkoteplotné veľkoplošné sálavé systémy sú konštrukčne riešené ako súčasť dodatočnej montáže suchým spôsobom, čo v praxi môže predstavovať ich veľkú výhodu. Zdrojom tepla je tepelné čerpadlo vzduch/voda.
2. Overenie vplyvu sálavých vykurovacích systémov na tepelnú pohodu
Predmetom experimentálneho merania prevádzky nízkoteplotných veľkoplošných sálavých vykurovacích systémov s tepelným čerpadlom bolo overenie vplyvu na tepelnú pohodu bývalých kancelárskych priestorov v priestoroch centrálnych laboratórií stavebnej fakulty STU v Bratislave na Trnávke. Meranie prebiehalo počas časového obdobia od 07.01.2024 do 15.01.2024. Meraná bola vonkajšia teplota vzduchu, teplota v prívodnom a vratnom potrubí, výkon nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov, vnútorná teplota vzduchu teplotný profil v strede každej miestnosti vo výške 0,03; 0,1; 0,6; 1,1; 1,7; 2,5 m, povrchové teploty nízkoteplotných veľkoplošných sálavých plôch, intenzita slnečného žiarenia a vypočítaný bol i potrebný tepelný výkon nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov prepočítaný na plochu nízkoteplotného veľkoplošného sálavého systému na zabezpečenie návrhovej vnútornej teploty vzduchu 20 °C.
2.1 Metodika experimentálnych meraní
Experimentálne meranie bolo teda postavené na veľkoplošných nízkoteplotných veľkoplošných sálavých odovzdávacích systémoch. Sálavé systémy v 3 kanceláriách sú na báze takzvaného suchého systému, kde roznášaciu sálavú plochu pri sálavom podlahovom systéme tvoria tzv. BRIO dosky a pri stropnom a stenovom sálavom systéme tvoria sadrokartónové dosky. Každá miestnosť mala rovnaké dispozičné riešenie a rovnakú podlahovú plochu. Orientácia miestností je východná. V prvej kancelárskej miestnosti bol inštalovaný nízkoteplotný veľkoplošný sálavý podlahový systém v dvoch okruhoch s rozstupom rúrok 150 mm, s rúrkami o priemere 14 × 2,0 mm, so sálavou plochou 15 m2, viď obr. 1. V druhej miestnosti bol nainštalovaný systém veľkoplošného sálavého stropu s rúrkou PE-Xa Φ 9,9 × 1,1 mm s 8 panelmi 2000 × 625 mm so sálavou plochou 10 m2, viď obr. 1. V tretej kancelárskej miestnosti bol nainštalovaný veľkoplošný stenový sálavý systém s rúrkou PE-Xa Φ 9,9 × 1,1 mm s 8 panelmi 2000 × 625 mm a sálavou plochou 10 m2 obr. 1. Tepelné čerpadlo sa zvolilo typu vzduch/voda s menovitým výkonom 6 kW, ktoré bolo umiestnené na streche objektu, cca 5 m od technickej miestnosti. Pre merané obdobie sa zvolil automatický režim regulácie tepelného čerpadla, ktorý využíval ekvitermickú krivku pre výpočet požadovanej prívodnej teploty teplonosnej pracovnej látky. Treba podotknúť, že objekt, v ktorom sa uskutočnili merania nebol zateplený a v okolitých vnútorných priestoroch nebolo aktívne vykurovanie a teplota vzduchu v týchto priestoroch sa v danom období pohybovala okolo 7 až 9 °C, tým boli zvýšené nároky na tepelný výkon veľkoplošných nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov. V časovom období od 07.01. do 10.01. 9:00 bola ekvitermická krivka nastavená na č. 5, po 9:00 bola prestavená táto krivka na č. 7 až do 15.01.2024. Pri krivke č. 5 bol počiatočný návrhový teplotný spád 38/33 °C a pri krivke č. 7 návrhový teplotný spád bol 45/40 °C. Na obr. 1 je vidieť plán umiestnenia snímačov povrchových teplôt, ktoré sú označené žltými krúžkami. Snímače povrchových teplôt predstavujú typ PT100 CRZ-2005-100-A-1-Ni. Červenými štvorcami sú označené snímače tepelného toku typu FQA017C s presnosťou v rozmedzí ± 5 % nameranej hodnoty a zeleným krúžkom je vyznačený na obr. 1 pyranometer osadený na fasáde objektu medzi meranými kanceláriami, ktorým bola meraná intenzita slnečného žiarenia.
Obr. 1 Rozmiestnenia snímačov povrchových teplôt, snímačov tepelného toku a pyranometra
V strede každej kancelárie boli umiestnené snímače teploty podľa ASHRAE 55 a ISO 7726 (0,1 m – výška členku, 0,6 m – sediaca osoba, 1,1 m – výška hlavy sediacej osoby a 1,7 m – výška hlavy stojacej osoby) [10, 11]. Meraný bol teda teplotný profil v strede každej miestnosti so sálavým systémom a to I vo výške 0,03 m a 2,5 m, dokopy 6 výškových úrovní. Na obr. 1 zľava vidieť sálavú podlahu, potom strop, stenu a na pravo vidieť pyranometer na fasáde.
3. Vyhodnotenie experimentálnych meraní
Výsledkom experimentálnych meraní je priebeh výkonov nízkoteplotných veľkoplošných sálavých vykurovacích systémov a intenzity slnečného žiarenia, priebeh vnútornej teploty vzduchu v každej skúmanej miestnosti meraná vo výške 1,1 m, priebeh povrchových teplôt vo vybraných bodoch sálavých plôch, priebeh potrebných tepelných výkonov nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov potrebných na zabezpečenie návrhovej vnútornej teploty vzduchu 20 °C a teplotné profily meraných miestností.
3.1 Výkony veľkoplošných sálavých systémov vo vykurovacom režime
V tabuľke 1 sú vidieť namerané hodnoty tepelných výkonov nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov a to maximálne, minimálne a priemerného hodnoty za deň. Najvyšší tepelný výkon vo vykurovacom režime má stenový systém, potom podlahový a za ním nasleduje stropný sálavý systém.
| Čas [deň] | Priemerná vonkajšia teplota [°C] | Podlahový systém Výkon | Stropný systém Výkon | Stenový systém Výkon | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Max [W/m2] | Min [W/m2] | Priemer [W/m2] | Max [W/m2] | Min [W/m2] | Priemer [W/m2] | Max [W/m2] | Min [W/m2] | Priemer [W/m2] | ||
| 7.1.2024 | 0,49 | 49,8 | 29,6 | 42,2 | 46,2 | 22,8 | 39,4 | 61,0 | 29,6 | 50,5 |
| 8.1.2024 | −4,17 | 55,6 | 43,9 | 49,8 | 49,3 | 41,0 | 45,6 | 64,4 | 52,7 | 58,7 |
| 9.1.2024 | −4,97 | 58,3 | 44,2 | 52,8 | 52,6 | 39,6 | 47,3 | 69,0 | 52,0 | 61,1 |
| 10.1.2024 | −4,13 | 76,9 | 51,6 | 63,4 | 71,8 | 43,3 | 57,6 | 90,9 | 57,9 | 73,5 |
| 11.1.2024 | −2,55 | 83,0 | 58,6 | 68,3 | 76,6 | 50,7 | 61,4 | 96,1 | 67,3 | 79,2 |
| 12.1.2024 | 0,15 | 68,3 | 56,1 | 62,4 | 60,3 | 48,0 | 55,6 | 81,4 | 66,6 | 73,7 |
| 13.1.2024 | −0,51 | 68,9 | 56,8 | 63,0 | 63,3 | 49,8 | 56,6 | 86,0 | 66,1 | 74,7 |
| 14.1.2024 | 0,4 | 68,1 | 52,8 | 60,6 | 61,8 | 47,1 | 54,5 | 81,4 | 62,6 | 71,7 |
| 15.1.2024 | 0,0 | 70,5 | 52,7 | 62,7 | 63,9 | 48,9 | 56,1 | 82,2 | 63,9 | 72,5 |
Priebeh tepelných výkonov sálavých nízkoteplotných veľkoplošných systémov počas meraného obdobia vidieť na obr. 2 na primárnej osi. Zelenou krivkou vidieť priebeh tepelných výkonov stenového systému, modrou krivkou priebeh tepelných výkonov podlahového systému a oranžovou krivkou vidieť priebeh tepelných výkonov stropného systému. Na sekundárnej osi modrou čiarkovanou krivkou vidieť priebeh intenzity slnečného žiarenia vo W/m2 a červenou krivkou vidieť priebeh priemernej hodnoty intenzity slnečného žiarenia. Najväčšie hodnoty boli zaznamenané 10.01., 11.01. a 15.01.2024, naopak najmenšie hodnoty boli 07.01. a 08.01.2024.
Na obr. 2 vidieť zmenu v nastavení ekvitermickej z č. 5 na č. 7 presnejšie 10.01. o 9:00, čo spôsobilo i zvýšenie tepelných výkonov nízkoteplotných veľkoplošných sálavých vykurovacích systémov, čo je dobre vidieť v tabuľke č. 1 odo dňa 10.01.2024.
Obr. 2 Výkony sálavých vykurovacích systémov a intenzita slnečného žiarenia
3.2 Povrchové teploty sálavých plôch vo vykurovacom režime
Povrchové teploty sálavých plôch namerané počas meraného obdobia vo vybranom bode vyznačenom žltým krúžkom podľa obr. 1 sú zaznamenané v tab. 2.
| Hodina [deň] | Priemerná vonkajšia teplota [°C] | Podlahový systém Povrchová teplota | Stropný systém Povrchová teplota | Stenový systém Povrchová teplota | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Max [°C] | Min [°C] | Priemer [°C] | Max [°C] | Min [°C] | Priemer [°C] | Max [°C] | Min [°C] | Priemer [°C] | ||
| 7.1.2024 | 0,49 | 23,1 | 20,8 | 22,3 | 25,5 | 21,4 | 24,2 | 24,4 | 20,4 | 23,3 |
| 8.1.2024 | −4,17 | 23,4 | 22,7 | 23,0 | 25,9 | 24,8 | 25,4 | 24,7 | 23,7 | 24,3 |
| 9.1.2024 | −4,97 | 23,4 | 22,1 | 22,9 | 26,3 | 24,4 | 25,5 | 25,0 | 23,1 | 24,2 |
| 10.1.2024 | −4,13 | 25,8 | 22,5 | 24,3 | 29,4 | 24,9 | 27,3 | 27,9 | 23,4 | 25,9 |
| 11.1.2024 | −2,55 | 27,3 | 24,5 | 25,5 | 31,1 | 27,5 | 28,8 | 29,4 | 25,6 | 27,1 |
| 12.1.2024 | 0,15 | 25,3 | 24,3 | 24,9 | 28,7 | 27,1 | 28,1 | 26,8 | 25,3 | 26,2 |
| 13.1.2024 | −0,51 | 25,9 | 24,6 | 25,2 | 29,5 | 27,5 | 28,4 | 27,6 | 25,7 | 26,5 |
| 14.1.2024 | 0,4 | 25,8 | 24,3 | 25,2 | 29,3 | 27,1 | 28,2 | 27,4 | 25,3 | 26,3 |
| 15.1.2024 | 0,0 | 26,1 | 24,7 | 25,4 | 29,6 | 27,5 | 28,5 | 27,7 | 25,6 | 26,5 |
Podľa Rehva Guidebook No 7. [12] je prípustná povrchová teplota v pobytovej zóne pre nízkoteplotných veľkoplošný podlahový sálavý systém 29 °C. Meraný bod sa nachádza v strede miestnosti so sálavou podlahou. Na základe nameraných údajov sa dá konštatovať, že počas meraného obdobia sa nevyskytol žiaden prípad kedy by bola prekročená prípustná povrchová teplota podľa [12]. Podľa [12] akceptovaná povrchová teplota vo vykurovacom režime nízkoteplotného veľkoplošného stropného sálavého systému predstavuje 27 °C, tieto hodnoty boli mierne prekročené v období kedy bola ekvitermická krivka nastavená na č. 7 a priemerná teplota teplonosnej pracovnej látky v prívodnom potrubí bola okolo 38 °C. Avšak je potrebné povedať, že dôležité pre určenie akceptovateľnosti kritéria pre tepelnú pohodu je teplota vzduchu v oblasti hlavy stojacej osoby približne 2,5 m. Podľa [12] akceptovaná povrchová teplota nízkoteplotného veľkoplošného stenového sálavého systému predstavuje 40 °C, ktorá počas meraných časových úsekoch bola výrazne nižšia a aj preto je pri tomto systéme priestor na zvýšenie teploty pracovne teplonosnej látky a tým zvýšiť tepelný výkon systému.
Na obr. 3 sú znázornené priebehy povrchových teplôt namerané snímačmi teplôt podľa obr. 1, kde šedá krivka predstavuje priebeh povrchových teplôt sálavej plochy stropného systému, oranžová krivka – stenového systému a modrá krivka – podlahového systému. Červená krivka znázorňuje priebeh vonkajšej teploty vzduchu. Taktiež z obr. 3 vidieť zmenu v nastavení ekvitermickej krivky z č. 5 na č. 7, a to 10.01. o 9:00, kde vidieť prudký nárast povrchových teplôt, spôsobený zvýšením teplotného spádu a výkonu sálavých systémov.
Obr. 3 Povrchové teploty nízkoteplotných veľkoplošných sálavých plôch a vonkajšia teplota vzduchu
3.3 Vnútorná teplota vzduchu v kanceláriách so sálavými systémami a teplotné profily
V tabuľke 3 vidieť maximálne, minimálne a priemerné hodnoty vnútornej teploty vzduchu meranej snímačmi teploty umiestnenými v strede každej kancelárii vo výške 1,1 m. Z uvedenej tabuľky č. 3 vyplýva, že pri prevádzke vykurovania pri ekvitermickej krivke č. 5 nízkoteplotné veľkoplošné sálavé systémy nedokážu zabezpečiť návrhovú výpočtovú teplotu vzduchu 20 °C, avšak pri zvýšení ekvitermickej krivky z č. 5 na č. 7 taktiež nedokázala vnútorná teplota vzduchu narásť natoľko, aby bola dosiahnutá návrhová vnútorná teplota vzduchu 20 °C. Nastavením ekvitermickej krivky na č. 7 sa teplota teplonosnej pracovnej látky v rúrkach pohybovala okolo 38 °C. Nízkoteplotný veľkoplošný podlahový sálavý systém v kancelárii dokázal zabezpečiť počas meraných dní priemernú vnútornú teplotu vzduchu niečo pod 18 °C, nízkoteplotný veľkoplošný stropný sálavý systém dokázal zabezpečiť priemernú vnútornú teplotu vzduchu niečo nad 18 °C a nízkoteplotný veľkoplošný stenový sálavý systém dokázal zabezpečiť priemernú teplotu vzduchu niečo nad 16 °C. Treba však poznamenať, že nízkoteplotný veľkoplošný stenový sálavý systém je umiestený na stene, ktorá susedí s kanceláriou kde je nízkoteplotný veľkoplošný stropný sálavý systém. Kancelária s nízkoteplotným veľkoplošným podlahovým systémom má jednu stenu susediacu s miestnosťou, ktorá nebola vykurovaná. Kancelária s nízkoteplotným veľkoplošným stropným systémom je na tom najvýhodnejšie, keďže obe steny susedia s kanceláriami, kde v jednej bol nízkoteplotný veľkoplošný podlahový systém a v druhej nízkoteplotný veľkoplošný stenový sálavý systém, ktorý bol inštalovaný priamo na stene susediacej s kanceláriou s nízkoteplotným veľkoplošným stropným systémom. Nízkoteplotný veľkoplošný stenový systém bol najmenej úspešný práve pre spomínane fakty, a to, že dopomáhal vykurovať kanceláriu s nízkoteplotným veľkoplošným stropným systémom a taktiež náprotivná stena susedila s miestnosťou, ktorá nebola vykurovaná. Pod neúspešnosť všetkých troch nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov vzhľadom na vnútornú teplotu vzduchu sa podpísala i nedostatočná respektíve žiadna pasívna tepelná ochrana budovy (nezaizolovaná fasáda), celé podlažie nebolo vykurované okrem spomínaných troch kancelárií s nízkoteplotným veľkoplošnými sálavými systémami, miestnosti pod kanceláriami neboli vykurované a taktiež boli nevykurované priestory nad stropom kancelárií, kde sa nachádzala nevykurovaná povala. Teploty vzduchu v okolitých miestnostiach boli 7 až 9 °C.
| Hodina [deň] | Priemerná vonkajšia teplota [°C] | Podlahový systém Vnútorné teploty – výška 1,1 m | Stropný systém Vnútorné teploty – výška 1,1 m | Stenový systém Vnútorné teploty – výška 1,1 m | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Max [°C] | Min [°C] | Priemer [°C] | Max [°C] | Min [°C] | Priemer [°C] | Max [°C] | Min [°C] | Priemer [°C] | ||
| 7.1.2024 | 0,49 | 17,5 | 16,8 | 17,3 | 17,4 | 16,9 | 17,2 | 16,2 | 15,8 | 16,0 |
| 8.1.2024 | −4,17 | 17,6 | 17,1 | 17,3 | 17,5 | 17,1 | 17,3 | 16,1 | 15,6 | 15,9 |
| 9.1.2024 | −4,97 | 17,3 | 16,5 | 16,9 | 17,3 | 16,8 | 17,1 | 16,0 | 15,0 | 15,4 |
| 10.1.2024 | −4,13 | 17,9 | 16,7 | 17,1 | 17,8 | 16,7 | 17,3 | 16,0 | 14,9 | 15,5 |
| 11.1.2024 | −2,55 | 18,3 | 17,5 | 17,9 | 18,5 | 17,7 | 18,1 | 16,5 | 15,8 | 16,1 |
| 12.1.2024 | 0,15 | 18,0 | 17,6 | 17,8 | 18,5 | 18,0 | 18,2 | 16,4 | 15,9 | 16,1 |
| 13.1.2024 | −0,51 | 18,2 | 17,7 | 17,9 | 18,6 | 18,1 | 18,3 | 16,4 | 16,0 | 16,2 |
| 14.1.2024 | 0,4 | 18,3 | 17,7 | 18,0 | 18,7 | 18,3 | 18,5 | 16,5 | 16,1 | 16,3 |
| 15.1.2024 | 0,0 | 18,3 | 17,9 | 18,1 | 18,6 | 18,3 | 18,4 | 16,5 | 16,0 | 16,3 |
Na obr. 4 vidieť priebeh vnútornej teploty vzduchu v kanceláriách s nízkoteplotným veľkoplošnými sálavými systémami, šedou krivkou je znázornený priebeh v kancelárii so stropným systémom, modrá krivka znázorňuje priebeh v kancelárii s podlahovým systémom a oranžová krivka znázorňuje priebeh v kancelárii so stenovým systémom. Červená krivka na sekundárnej osi znázorňuje priebeh teploty vonkajšieho vzduchu.
Obr. 4 Vnútorná teplota vzduchu so sálavými systémami a vonkajšia teplota vzduchu
Na obr. 5 vidieť teplotné profily kancelárskych miestností s nízkoteplotnými veľkoplošnými sálavými systémami vo vykurovacom režime. Zľava na obr. 5 je vidieť teplotný profil nameraného počas 09.01.2024 a napravo počas dňa 11.01.2024. Zelená krivka predstavuje stenový systém, modrá podlahový systém a oranžová krivka stropný systém. Teplotný profil bol meraný v strede každej kancelárie vo výškovej úrovni (0,03 m, 0,1 m, 0,6 m, 1,1 m, 1,7 m a 2,5 m) snímačmi teploty vzduchu.
Obr. 5 Teplotné profily miestností so sálavými systémami počas dňa zľava 09.01. a vpravo 11.01.2024
Najrovnomernejšie rozloženie teploty je zaznamenané počas oboch dní v kancelárii s nízkoteplotným veľkoplošným podlahovým systémom, nízkoteplotný veľkoplošný stropný systém už vykazuje výkyvy a najmenej rovnomerné rozloženie teplôt vykazuje kancelária s nízkoteplotným veľkoplošným stenovým sálavým systémom.
3.4 Tepelné výkony sálavých systémov prepočítané na sálavú plochu sálavých systémov
V tabuľke 4 vidieť reálny tepelný výkon počas meraného obdobia, tepelný výkon nízkoteplotného veľkoplošného sálavého systému potrebného na zabezpečenie vnútornej teploty vzduchu 20 °C. Reálne tepelné výkony boli prepočítané z W/m2 na W prenásobením sálavej plochy pre podlahový systém 15 m2 a pre stenový a stropný systém 10 m2. V tab. 4 je vidieť i rozdiel medzi reálnym tepelným výkonom a tepelným výkonom potrebným na zabezpečenie vnútornej teploty vzduchu 20 °C. Najväčší rozdiel zaznamenal nízkoteplotný veľkoplošný stenový systém následne nízkoteplotný veľkoplošný podlahový systém a najmenší rozdiel zaznamenal nízkoteplotný veľkoplošný stropný systém, avšak aj z dôvodu, ktorý bol spomínaný v podkapitole 3.3.
| Čas [deň] | Priemerná vonkajšia teplota [°C] | Podlahový systém | Stropný systém | Stenový systém | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Výkon [W] | Strata [W] | Rozdiel [W] | Výkon [W] | Strata [W] | Rozdiel [W] | Výkon [W] | Strata [W] | Rozdiel [W] | ||
| 7.1.2024 | 0,49 | 632,7 | 732,4 | 99,7 | 393,8 | 457,8 | 64 | 504,8 | 629,2 | 124,4 |
| 8.1.2024 | −4,17 | 747,3 | 862,2 | 114,9 | 456,4 | 527,0 | 70,6 | 586,7 | 739,1 | 152,4 |
| 9.1.2024 | −4,97 | 792,7 | 937,7 | 145 | 473,4 | 555 | 81,6 | 611,3 | 795,3 | 184 |
| 10.1.2024 | −4,13 | 950,7 | 1107,7 | 157 | 575,8 | 664,2 | 88,4 | 735 | 946 | 211 |
| 11.1.2024 | −2,55 | 1024,8 | 1147,3 | 122,5 | 614,2 | 677,4 | 63,2 | 792,2 | 984,4 | 192,2 |
| 12.1.2024 | 0,15 | 936 | 1053,9 | 117,9 | 555,7 | 610,8 | 55,1 | 737,2 | 916,4 | 179,2 |
| 13.1.2024 | −0,51 | 944,7 | 1056,3 | 111,6 | 566,4 | 618,1 | 51,7 | 746,6 | 920,3 | 173,7 |
| 14.1.2024 | 0,4 | 909,3 | 1010,3 | 101 | 544,8 | 590 | 45,2 | 717,3 | 878,8 | 161,5 |
| 15.1.2024 | 0,0 | 940,1 | 1039,6 | 99,5 | 560,5 | 608 | 47,5 | 725,2 | 891,2 | 166 |
Na obr. 6 je vidieť priebeh priemerných hodnôt reálnych výkonov vo W a hodnoty priemerných potrebných výkonov na dosiahnutie vnútornej teploty vzduchu 20 °C. Modrá krivka s modrými guľôčkami predstavuje priebeh priemerných reálnych výkonov pre podlahový systém počas dňa, oranžová krivka so oranžovými guľôčkami predstavuje priebeh výkonov stenového systému a šedá krivka so šedými guľôčkami predstavuje priebeh výkonov stropného systému.
Obr. 6 Výkony sálavých systémov vo W a potrebné výkony sálavých systémov (Өi = 20 °C)
Tie isté krivky avšak so štvorčekmi predstavujú priebeh výkonov potrebných na zabezpečenie vnútornej teploty vzduchu 20 °C. Červené guľôčky predstavujú priemerné hodnoty vonkajšej teploty vzduchu znázornené na sekundárnej osi. Na zabezpečenie návrhovej vnútornej teploty vzduchu 20 °C je potrebné zvýšiť výkony predmetných sálavých systémov, ako je znázornené na obr. 6, a to zvýšením ekvitermickej krivky z č. 7 na vyššiu hodnotu, alebo zabezpečiť tepelnú ochranu objektu a taktiež vykurovať i ostatné okolité miestnosti.
4. Záver
Nízkoteplotný veľkoplošné sálavé systémy sú prevádzkované vo vykurovacom režime spoľahlivo, ekvitermická regulácia v spolupráci s tepelným čerpadlom zabezpečuje pružné reakcie tepelných výkonov vykurovacích sálavých systémov. Na základe skúmania vplyvu nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov vo vykurovacom období na tepelnú pohodu kancelárskych priestorov je možné konštatovať, že nízkoteplotné veľkoplošné sálavé systémy sú schopné zabezpečiť požadované tepelné výkony vo vykurovacom období, ktoré deklaruje výrobca. Povrchové teploty, ktoré boli vo vybraných bodoch sálavých plôch namerané pri prevádzke sálavých systémov v režime vykurovania boli akceptovateľné a nepresiahli prípustné hodnoty, možno s výnimkou stropného systému avšak indikátorom pre tepelnú pohodu je pobytová oblasť – hlava stojacej osoby. Vnútorná teplota vzduchu v kanceláriách s nízkoteplotnými veľkoplošnými sálavými systémami však bola rôzna. Nízkoteplotný veľkoplošný podlahový sálavý systém v kancelárii dokázal zabezpečiť počas meraných dní priemernú vnútornú teplotu vzduchu niečo pod 18 °C, nízkoteplotný veľkoplošný stropný sálavý systém dokázal zabezpečiť priemernú vnútornú teplotu vzduchu niečo nad 18 °C a nízkoteplotný veľkoplošný stenový sálavý systém dokázal zabezpečiť priemernú teplotu vzduchu niečo nad 16 °C. Treba však poznamenať, že nízkoteplotný veľkoplošný stenový sálavý systém je umiestený na stene, ktorá susedí s kanceláriou kde je stropný sálavý systém. Pod neúspešnosť všetkých troch nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov vzhľadom na vnútornú teplotu vzduchu sa podpísala i nedostatočná pasívna tepelná ochrana budovy (nezaizolovaná fasáda), celé podlažie nebolo vykurované okrem spomínaných troch kancelárií so sálavými systémami, miestnosti pod kanceláriami neboli vykurované a nad stropom kancelárií sa nachádzala nevykurovaná povala, ktorá nebola odizolovaná. Teploty vzduchu v okolitých miestnostiach boli 7 až 9 °C. Teplotné profily kancelárskych miestností s nízkoteplotnými veľkoplošnými sálavými systémami vo vykurovacom režime naznačujú najrovnomernejšie rozloženie teploty v kancelárii s podlahovým systémom, stropný systém už vykazuje výkyvy a najmenej rovnomerné rozloženie teplôt vykazuje kancelária so stenovým sálavým systémom. Na zabezpečenie návrhovej vnútornej teploty vzduchu 20 °C je potrebné zvýšiť tepelné výkony predmetných nízkoteplotných veľkoplošných sálavých systémov a to zvýšením ekvitermickej krivky z č. 7 na vyššiu hodnotu alebo zabezpečiť tepelnú ochranu objektu a vykurovať i ostatné okolité miestnosti. Nevyhnutnosťou pre ďalšie merania sa javí odizolovať vnútorné deliace konštrukcie kancelárií so sálavými systémami s miestnosťami, ktoré nie sú vykurované a odizolovať stenu medzi kanceláriou so stropným systémom a kanceláriou so stenovým systémom.
Poďakovanie
Tento výskum podporila Slovenská agentúra pre výskum a vývoj na základe zmluvy č. APVV-21-0144 a Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR grant VEGA 1/0475/24. Ďakujeme spoločnostiam UPONOR, s.r.o., PAVJAN, s.r.o., EPITREND, s.r.o., SAMDO, s.r.o. a FLEXIM, s.r.o., za podporu.
Literatúra
- Romaní, J. – Pérez, G. – de Gracia, A. Experimental evaluation of a cooling radiant wall coupled to a ground heat exchanger. Energy Build 2016, s. 484–490.
- Zhu, Q. – Li, A. – Xie, J. a kol. Experimental validation of a semi-dynamic simplified model of active pipe-embedded building envelope. Int J Therm Sci 2016, s. 70–80.
- Xie, J. – Zhu, Q. – Xu, X. An active pipe-embedded building envelope for utilizing low-grade energy sources. J. Cent. South Univ. 2012, s. 1663−1667.
- Babiak, J. – Olesen, B.W. – Petráš, D. Low temperature heating and high temperature cooling. Rehva Guidebook No 7. 3rd revised ed. Brussels: Rehva; 2013, p. 108.
- Bojić, M. – Cvetković, D. – Marjanović, V. a kol. Performances of low temperature radiant heating systems. Energy Build. 2013, s. 233–238.
- Karabay, H. – Arici, M. – Sandik, M. A numerical investigation of fluid flow and heat transfer inside a room for floor heating and wall heating systems. Energy Build. 2013, s. 471–478.
- Myhren, J.A. – Holmberg, S. Flow patterns and thermal comfort in a room with panel, floor and wall heating. Energy Build. 2008, s. 524–536.
- Mikeska, T. – Svendsen, S. Study of thermal performance of capillary micro tubes integrated into the building sandwich element made of high performance concrete. Appl Therm Eng 2013, s. 576–584.
- Krajčík, M. – Šikula, O. The possibilities and limitations of using radiant wall cooling in new and retrofitted existing buildings. Appl Therm Eng 2020, s. 114490.
- ASHRAE. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. ANSI/ASHRAE: Standard 55, 2010.
- STN EN ISO 7726. Ergonomics of the thermal environment. Instruments for measuring quantities. (ISO 7726: 1998). 2023
- Babiak, J., Olesen, B.W. and Petráš, D. Low-temperature heating and high-temperature cooling. Rehva Guidebook No 7. 3rd revised ed. Brussels, Belgium: Rehva (2013).
Based on the investigation of the impact of low-temperature large-area radiant systems during the heating season on the thermal comfort of office spaces, it can be concluded that they are capable of providing the required thermal performance during the heating season, as declared by the manufacturer.
