Otopné plochy (II) - Druhy otopných těles

Je omylem se domnívat, že do nízkoteplotních otopných soustav patří pouze podlahové a stěnové vytápění. Otopné soustavy s otopnými tělesy lze při dnešních teplo-technických vlastnostech obvodových konstrukcí bez problémů navrhovat jako nízkoteplotní aniž bychom měli problémy s velikostí otopných těles. Je třeba však rozlišovat, a to nejen z pohledu estetického, tj. architekta, jaký druh či typ otopného tělesa použít.

Článková otopná tělesa a jejich typy

Jedná se o tělesa složená z jednotlivých článků, bez ohledu na jejich tvar. Jsou vyráběna z různých materiálů a různým technologickým postupem jako je např. lisování plechů, odlévání a tlakové lití. Nejčastěji používaným materiálem pro výrobu článkových těles je ocelový plech, litina a slitiny hliníku.

Jednotlivé články se spojují do souprav buď závitovými vsuvkami s pravým a levým závitem nebo svařováním. Jednotlivé články se spojují u litinových článkových otopných těles vsuvkami. U ocelových článkových otopných těles se spojují vsuvkami svařované soupravy s počtem 3, 4, 5, 7 a 10 článků. Do obchodní sítě jsou tělesa dodávána ve skladebních celcích či v konečné velikosti, která je dána výrobní řadou.

Základní částí článku je horní a dolní komora s náboji opatřenými závitem ve stejné ose. Obě komory jsou spojeny různě tvarovanou přestupní plochou. Základní vlastností článků je, že mají vnější přestupní plochu rozloženou převážně do své hloubky. To je důsledek snahy neustále zvětšovat tepelný modul otopného tělesa Q_M [W/m]. K dalšímu zvyšování tepelného modulu dochází žebry, která rozšiřují vnější přestupní plochu. Tvar a velikost žeber závisí na použité technologii výroby. Nejširší pole možností nabízí tlakové lití slitin hliníku. Rozšiřováním plochy na straně vzduchu roste podíl tepla sdíleného konvekcí a klesá teplo sdílené sáláním.

Obr. 1 Litinové článkové otopné těleso

Odlitky ze šedé litiny

Otopná tělesa litinová musejí být vyráběna z litiny s lupínkovým grafitem podle ISO 185. Tloušťka stěny u částí, které přicházejí do styku s teplonosnou látkou nesmí být menší než 2,5 mm. Výrobce musí zajistit dodržení nejmenší tloušťky stěny pravidelnými kontrolami výrobního zařízení a každodenními náhodnými zkouškami výrobků.

Obr. 2 Řez prvními dvěma články s upravenou vsuvkou a integrovaným ventilem

Tělesa ze slitin hliníku

Vzhledem k velmi dobré tepelné vodivosti hliníku a snadnosti tlakového lití složitějších tvarů je vlastní otopná plocha provedena vždy jako rozšířená. Žebra probíhají vertikálně po výšce článku, či jsou uspořádána na sloupku a skloněna pod určitým úhlem od horizontální roviny. Další možností je kombinace obou předchozích, kdy se na článku objevují jak svislá, tak příčná žebra ve vzájemné kombinaci.

Otopná tělesa z litého hliníku musejí být odlévána z hliníkové slitiny AlSi9Cu. Tloušťka stěny u částí přicházejících do styku s teplonosnou látkou nesmí být menší než 1,5 mm. Výrobce musí zajistit dodržení nejmenší tloušťky stěny pravidelnými kontrolami výrobního zařízení a každodenními náhodnými zkouškami výrobků.

Otopná tělesa z taženého hliníku musejí být vyráběna z tvárné slitiny hliníku EN AW-6060 podle EN 573-3, odpovídající slitině AlMgSi. Tloušťka stěny částí, které přicházejí do styku s teplonosnou látkou nesmí být menší než 1,1 mm. Výrobce musí zajistit dodržení nejmenší tloušťky stěny pravidelnými kontrolami protlačovacího zařízení a každodenními náhodnými zkouškami výrobků.

Při použití otopných těles ze slitin hliníku bychom měli obezřetně volit materiál potrubní sítě a zdroje tepla. Vzhledem k uzavřenému oběhu otopné vody v soustavě dochází při použití měděných trubek ke vzniku významného elektoro-chemického článku, který podmiňuje urychlený vývoj koroze a s ním související provozní potíže. Pokud nechceme používat speciální inhibitory a pravidelně kontrolovat jejich chemické složení v soustavě, měli bychom se vyvarovat alespoň kombinace měděného potrubí s otopnými tělesy ze slitin hliníku v jedné otopné soustavě.

Obr. 3 Článkové otopné těleso ze slitiny hliníku

Výlisky z ocelových plechů

Základem pro článek jsou dva svařené výlisky z ocelového plechu. Ty sestávají z horní a spodní komory, které jsou spojeny otopnou plochou tvořící prolisy pro kanály různých tvarů. V komorách jsou v místě náboje prostřiženy otvory. V okolí otvorů je plocha mezikruží, která slouží k vzájemnému svaření článků do souprav či k přivaření nátrubků se závitem u koncových článků souprav. U dodavatelů lze objednat otopné těleso jako celek, tj. příslušný počet souprav spojených tak, že tvoří již celé otopné těleso např. o 25 článcích.

Části otopných těles přicházející do styku s teplonosnou látkou musejí být vyrobeny z ocelového plechu s nízkým obsahem uhlíku, bez okují a rzi, odpovídajícího třídě FePO1 podle EN 10130 a EN 10131. Tloušťka plechu u částí přicházejících do styku s teplonosnou látkou nesmí být menší než 1,11 mm a splnění tohoto požadavku by se mělo ověřovat měřením.

Známou vlastností článkových otopných těles je jejich malý hydraulický odpor. Tradiční článková tělesa vykazují nejnižší tlakové ztráty ze všech známých druhů otopných těles snad krom trubkových. Součinitel místního odporu vztahovaný na přípojky DN 15 se u článkových těles pohybuje okolo 2,5.

Současná vyšší hmotnost a vodní obsah článkových otopných těles ovlivňují nepříznivě jejich pružnost při zátopu a chladnutí či rychlost odezvy na regulační zásah. U otopných soustav s pružným zdrojem tepla a citlivou automatickou regulací to můžeme považovat za nevýhodu.

Litinová článková otopná tělesa se rovněž vyznačují svou dlouhou životností. Jsou známy případy, kdy vydržela bez závad v provozu i déle než 80 let bez příznaků koroze. Dříve používaná kvalita šedé litiny však vykazovala po těchto letech provozu poměrně významné známky zkřehnutí.

Obr. 4 Článkové ocelové otopné těleso

Desková otopná tělesa a jejich typy

Desková otopná tělesa dnes patří mezi nejčastěji používaná tělesa (obr. 5). Za desková otopná tělesa pokládáme souvislé hladké desky popř. se zvětšením povrchu zvlněním nebo konvekčním plechem v různém montážním uspořádání. Za deskové těleso však nelze pokládat těleso vyskládané z jednotlivých článků přesto, že výsledný výrobek vykazuje tvar desky.

Obr. 5 Deskové otopné těleso

Základní částí je horní rozvodná a dolní sběrná komora situovaná ve směru délky tělesa, obvykle stejného neproměnného průřezu. Obě komory spojují prolisy tvořící kanálky. Celé těleso tak tvoří dvě prolisované desky z ocelového plechu, které jsou po obvodě švově svařeny a mezi jednotlivými kanálky jsou svařeny bodově. Plech používaný na výlisky má tloušťku 1,25 až 1,3 mm. Pokud je čelní deska rovná, zcela hladká, používá se plech o tloušťce 2 mm a dochází tak ke zmenšení průtočného průřezu kanálku na polovinu, či se na deskové těleso standardního tvaru upevňuje lepícím tmelem hladká deska o tloušťce plechu 1,25 mm. Pro připojení na potrubní rozvod mají tělesa buď osový nebo boční výstup se závitem. V případě tzv. kompaktního provedení mají tělesa zabudovánu propojovací garnituru s ventilovou vložkou nebo přímo s ventilem s napojením spodem vlevo, vpravo či uprostřed.

Desková tělesa dělíme na

• jednoduchá
• zdvojená
• ztrojená

s rozšířenou přestupní plochou či bez. Tělesa jsou již z výroby z boku zakryta bočnicí a shora výdechovou mřížkou, což zlepšuje jejich vzhled. Mají přestupní plochu rozloženou převážně do délky. Mají malý vodní obsah, což umožňuje rychlou reakci na regulační zásah a rovněž tak mají i nižší hmotnost než tělesa článková. Kanálky jsou tvořeny vlysy ve tvaru kosodélníků či kruhových úsečí.

Další variantou, umožňující dokonalé splynutí tělesa s interiérem, je obložení čelní plochy přírodním (např. mramorovým) nebo umělým kamenivem či keramickým materiálem. Materiál pro obklad je většinou v kompaktním provedení a je upevňován různými technikami včetně lepení.

Základním cílem dosavadního vývoje deskových těles bylo zvýšení jejich tepelného modulu tak, aby se vyrovnal tělesům článkovým. Původní desková tělesa bez rozšíření přestupní plochy však nemohla tento požadavek splnit a tak se vývoj deskových těles ubíral cestou rozšíření přestupní plochy. Ustálené číselné označení typů deskových ocelových těles, které zároveň určuje počet konvekčních plechů tj. počet rozšířených přestupních ploch ukazuje tab. 1.

Obr. 6 Typy deskových otopných těles

Typ	Počet desek	Počet konvekčních plechů	Typ	Počet desek	Počet konvekčních plechů
10	1	0	21	2	1
11	1	1	22	2	2
20	2	0	33	3	3

Tab. 1 Typové označení deskových OT

Dnes se můžeme setkat i s deskovými tělesy s přívodem čerstvého vzduchu z venkovního prostředí. Toto řešení umožňuje použít otopné těleso v režimu "teplovodního vytápění" a zajistit přívod čerstvého větracího vzduchu. Toto provedení je spíše jakousi anomálií, příslušející do oblasti úpravy vzduchu z parapetních jednotek, neboť vyžaduje těsná okna a dveře nezajišťující příslušnou výměnu vzduchu, speciální připojovací armaturu umožňující spodní napojení a odklopení tělesa od stěny při výměně filtru. Rovněž pak připojovací trubku mezi boxem a venkovním prostředím, tudíž i průchodku zdí pod oknem a na konci štěrbinovou vyústku.

Pokud je v provozu nucený odvod vzduchu z místnosti, nasává se venkovní vzduch do boxu, prochází filtrem a proudí dolů po vnější straně konvekčního plechu. Ohřívá se a stoupá po teplosměnné ploše desky tělesa vzhůru. Do místnosti proudí přes regulovatelný výdech tělesa do místnosti.

Trubková otopná tělesa a jejich typy

Podstatou řešení trubkových těles jsou rozvodné a sběrné komory, navzájem spojené řadou trubek menších průřezů. Trubky jsou kruhového, čtvercového, obdélníkového či obecně kombinovaného průřezu. Trubky bývají uspořádány různým způsobem. Nejčastěji se vyskytují ve tvaru:

• meandru
• registru s vodorovnými trubkami
• registru se svislými trubkami.

Registr se svislými trubkami se uspořádáním svého vnitřního prostoru podobá tělesům článkovým a deskovým. Přestupní plocha registru s vodorovnými trubkami může být optimálně využita teprve tehdy, je-li průtok teplonosné látky vhodným způsobem usměrněn buďto optimálním napojením tělesa nebo vnitřními přepážkami. Trubky, nejčastěji ocelové či měděné mohou být hladké, profilované do nejrůznějších tvarů či na vnější straně opatřeny rozšířenou přestupní plochou.

Za trubková tělesa dnes většinou nepovažujeme tělesa sestavená z tažených hliníkových nebo ocelových profilů složitějších tvarů. Tělesa ze slitin hliníku jsou tvořena taženým profilem, ke kterému se část horní rozvodné a dolní sběrné komory připevňuje nalisováním či zděří a těsněním nebo svařováním. Takto vytvořené články se spojují obvyklým způsobem přes vsuvku či přes zděře a těsnění. Je tedy zřejmé, že tato skupina hliníkových těles je na pomezí těles článkových a trubkových.

V posledních letech si vydobyla jakousi vlastní samostatnou pozici trubková koupelnová otopná tělesa. Jsou určena k vytápění a současnému sušení textílií převážně v koupelnách, ale i šatnách, umývárnách apod. Ve většině případů je jejich řešení prakticky shodné s registry s vodorovnými trubkami. Mnoho typů se však liší různým prohnutím trubek ve vodorovné, ale i svislé rovině. Z důvodů estetických a praktických jsou tato tělesa doplňována zrcadly a různými držáky na užitné předměty.

U trubkových koupelnových těles má jedna boční svislá komora plnit úlohu rozdělovače, druhá sběrače (obr. 7).

Obr. 7 Koupelnové trubkové otopné těleso

Vývodky pro připojení potrubí však bývají umístěny obvykle ve všech čtyřech rozích tělesa. Umožňují tak více způsobů připojení, která může projektant využít. Nejběžnější způsob připojení je v místech A - C a B - C. Méně obvyklé jsou ostatní, ale vyskytují se rovněž. Zde však musíme dbát toho, že různá připojení vykazují též různé tepelné výkony téhož tělesa. Výrobce bohužel vždy neuvádí správné opravné součinitele na způsob připojení tělesa a některé obecně uváděné součinitele nelze použít ani v případě, že tvar těles porovnatelných typů je navenek stejný. Není zaručeno, že vnitřní hydraulické poměry se neliší. Nelze proto uvést obecně platné hodnoty opravných součinitelů.

V dnešní době doznává velkého rozšíření použití trubkových koupelnových otopných těles, opatřených elektrickým topným tělesem. Koupelnové trubkové otopné těleso je zajímavé svou malou stavební hloubkou zrovna tak jako i konstrukcí vhodně doplňující prostor koupelny jak po stránce estetické, tak i po stránce praktického využití. V případě, že je otopné těleso opatřeno elektrickým topným tělesem, pak v letním období je otopná plocha nezávislá na provozu centrálního zdroje, avšak otopné těleso musí být stále spojeno s otopnou soustavou.

V příslušenství se elektrické topné těleso dodává s výkonem např. 300, 600 nebo 900 W (220 V). "Normální" provedení sestává z topné tyče s připojovacím kabelem. Koupelnové otopné těleso může být ohřáto prostřednictvím topné tyče na provozní teplotu až 70 °C. Kontrola této teploty je zajištěna prostřednictvím vestavěného termostatu. Elektrické topné těleso se nemusí namontovat hned při umisťování otopné plochy, ale může být zabudováno dodatečně (nutno dbát na výšku osazení otopného tělesa od podlahy).

Potřebný výkon elektrického topného tělesa se volí podle výkonu koupelnového otopného trubkového tělesa v dané řadě výkonů o jeden stupeň nižší.

Konvektory a jejich typy

Konvektor je otopné těleso, které sdílí teplo do vytápěného prostoru převážně konvekcí. Skládá se obvykle z výměníku tepla a skříně, opatřené v horní části výdechovou mřížkou. Konvektory jsou pojmenovány podle toho, kde je umístěn otopný článek (výměník tepla).

Konvektory tak lze rozdělit na:

• skříňové, ty jsou dodávány jako celek, část jejich skříně může tvořit stěna stavební konstrukce nebo zařízení interiéru.
  
  
• soklové, které jsou situovány ve vytápěném prostoru u podlahy s nízkou skříní. Jelikož jsou umísťovány pod nízký parapet průběžně v jeho plné délce, jsou často nazývány jako podparapetní.
  
  
• zapuštěné mají skříně v podobě součásti stavby. Je to většinou podlaha, kdy je žebrovka uložena v kanálu v podlaze pod oknem a zakrytá nášlapnou krycí rohoží. V tomto případě se jedná o podlahový konvektor. Stejně tak rozeznáváme i konvektor stropní. Tyto konvektory jsou často, vzhledem ke zvětšení jejich malého tepelného výkonu, opatřeny nuceným vybíjením tepla pomocí ventilátoru.

Jak je z popisu a rozdělení jednotlivých typů patrné, mohou být konvektory podle svého řešení osazovány buď těsně na obvodovou stěnu, nebo v její blízkosti na stojánky. Některé typy se umísťují i přímo do stavební konstrukce, např. do zdi a do podlahy.

Obr. 8 Podlahový konvektor s nuceným vybíjením tepla

Úkolem výměníku je převést dodané teplo teplonosnou látkou do vytápěného prostoru přes okolo proudící vzduch. Pohyb vzduchu probíhá buď díky přirozenému vztlaku či díky práci ventilátoru. Konstrukční řešení výměníku tak bývá různé. Většinou se vyskytují výměníky tepla trubkové, kde trubky jsou převážně kruhového průřezu. Používají se však i trubky eliptické či zploštělé. Materiál trubek je nejen ocel, ale i měď či slitiny hliníku. Tloušťka stěny žebrované trubky nesmí být menší než 0,8 mm.

Trubkové výměníky mohou mít různé řešení průtoků teplonosné látky. V minulosti u nás převládaly výměníky s ocelovými trubkami na něž byla navlékána či navinována žebra z ocelového plechu či navlékány lamely z plechu hliníkového. Dnes se nejvíce používají měděné trubky s hliníkovými lamelami. Od měděných trubek právem očekáváme delší životnost a jednodušší montáž a zpracování. Tvar žeber může být obdélníkový, čtvercový, kosodélníkový či kruhový vinutý. Počet trubek v žebru může být rovněž různý a jejich umístění centrické či excentrické. Rovněž tak je různé sestavování žebrovek do otopných článků. Jedním z rozhodujících vlivů je jakost spojení mezi povrchem trubek výměníku a návlekem lamel.

Skříň konvektoru plní dvě hlavní funkce: provozně technickou a estetickou. Rozeznáváme tak samostatné skříně, které jsou nedílnou součástí konvektoru a jsou dodávány s namontovaným otopným článkem jako komplet. Dále pak jsou to dělené skříně, které jsou situovány např. jako doplněk k nice, kde přední stěnu skříně tvoří krycí deska většinou ze dřeva či lavice apod. Poslední jsou skříně jako součást stavby. Skříň tedy tvoří stavební konstrukce a patří sem především podlahové a stropní konvektory.

Skříň má mít hladký povrch a má být řešena tak, aby na vnitřní straně kladla co nejmenší odpor proudění vzduchu. K otopnému článku má přiléhat pokud možno těsně, aby nedocházelo k obtékání výměníku namísto jeho protékání vzduchem.

Skříň je vyráběna nejčastěji z hliníkového či ocelového plechu. Hliníkový plech je vhodnější jak s ohledem na nižší hmotnost tak s ohledem na jeho větší tepelnou vodivost. Konstrukční řešení má umožnit odnímání přední stěny či krytu horního výdechového otvoru, případně sejmutí celé skříně. Je to značně důležité vzhledem k odstraňování prachu, který se usazuje na výměníku a vnitřních plochách skříně.

Výdechový otvor může být proveden jako horní vodorovný, boční s usměrňováním proudu směrem dolů či nahoru, nebo horní šikmý. Boční nebo šikmé umístění se využívá spíše výjimečně, např. při umístění konvektoru pod parapetní deskou nebo v nice ve zdi. Při bočním umístění výdechové mřížky dochází také ke zmenšení účinné výšky skříně.

Výdechová mřížka by měla být řešena tak, aby její odpor při proudění vzduchu byl co nejmenší. Mřížka bývá obvykle vyskládána z pevných nebo otáčivých žaluzií, vedených v příčném nebo podélném směru. Rovněž může být provedena z děrovaného plechu či individuálně navrhovaných mříží. U podlahových konvektorů je to pak nosná krycí rohož.

Konvektory mají své provozní výhody i nevýhody. Mezi výhody patří např. malý vodní obsah a nízká hmotnost, rychlá reakce na zátop a odezva na regulační zásah, malá akumulační schopnost a estetický vzhled. Za nevýhodu můžeme pokládat malý podíl tepla sdíleného sáláním a zvýšené nároky kladené na čištění výměníku i skříně konvektoru. Konvektory není rovněž vhodné používat v jedné stejně regulované hydraulické větvi společně s jinými druhy otopných těles, které mají nižší teplotní exponent.