245 let teplovodního vytápění

„Na myšlénku, aby při ochlazování teplé vody v potrubí zvláště uspořádaném, tepla uvolněného použito bylo k topení, připadl roku 1777 Francouz Bonnemain, jehož to vynález v prvých letech našeho věku do Německa i Anglie proniknul.“
Od roku 1777 až 2022 = 245 let.

„V Anglii počátkem let třicátých A. M. Perkins, stavěl na téže myšlénce, sestrojil topení vodou zahřátou až na 180 °C, kterýžto systém přičiněním firmy J. L. Bacon, dědičky od firmy Perkinsovy, od let padesátých v Německu i Anglii všeobecné obliby došel a do polovice osmdesátých let bezmála výhradně se udržel.“
Dnes bychom řekli, že jde o horkovodní zdroje tepla.

„Topení parou, kde vázaného tepla, uvolněného kondensací páry přiměřeným spůsobem do místností vytápěných vedené se užívá, sestrojil, pokud známo, r. 1745 W. Cook, ač teprve James Watt v osmdesátých letech minulého století věku praktický dal mu tvar.“
Od sestrojení tedy uplynulo již 277 let.

„Ústřední topení vzduchem důkladně propracoval a r. 1821 poprvé popsal vídeňský inženýr Meissner.“ Toto řešení je tedy popsáno a používáno již 201 let.

„S topením těsně souvisí i řádné větrání, hygienický to požadavek neméně důležitý, ano snad i snad důležitější nežli ono. Jeť známo, že vzduch člověka obklopující na hodnotě své co takový ztrácí a sice v prvé řadě vylučováním organických produktů, dýcháním a výpary povrchu tělesného, pak vypařováním vody z těla živého, vylučováním kysličníku uhličitého, produkty osvětlování a vydáváním tepla lidmi a světlem.
Dle okolností je větrání buď: přirozené nebo umělé. V případě prvém spůsobují pohyb hmot vzduchových rozdíly tepelné, jakož prostupnost stěn, oken, dveří atd., v případě druhém, kde třeba je pohybu většího množství vzduchu, nežli by docíleno bylo pouhým rozdílem teplot, anebo kde jiné okolnosti ruší vliv rozdílu teplot na výměnu vzduchu, třeba vzduch uměle v pohyb náležitý uvésti.“

Vážení čtenáři, posuďte sami, jaký pokrok byl dosažen za daná léta a oproti období mezi roky 1880–1900, tj. před cca 140 lety. Výše uvedené originální texty (odlišené kurzívou a podtiskem) vycházejí z publikace, kterou napsal JAN EV. rytíř PURKYNĚ (jde nejspíše o některého následníka, zřejmě po slavnějším předku – nepátral jsem).

Autor byl „Vrchním inženýrem pro ústřední vytápění a větrání při První Českomoravské továrně na stroje v Praze, přední inženýr firmy J. L. Bacon v Berlíně, Eisenwerk Kaiserslautern v Rýnské falci agebr. Körting v Hannoveru.“

Předem bych poznamenal, že kvůli autentičnosti ponechám v omezeném rozsahu původní text (jak byl napsán). Ostatní text se pokusím interpretovat co nejvěrněji.

Kromě obsáhlého odborného textu publikace se 151 obrázky a 25 tabulkami mne zaujala pasáž:

„A jakmile počne se ve veřejnosti proslýchat, že „topení nejde“, anebo že „hltá vagony uhlí“, je celá dobrá věc odsouzena. Marnými pak jsou výklady zařizovatele, že topič neřídí se dle návodu, že není dosti intelligentním, svědomitým, anebo že od doby odevzdání topení do správy majitelovy se vystřídalo již topičů více, kteří jenom na základě tradice anebo dokonce na základě „vlastního zdání“ si obsluhu rozdělují a zařizují – na to vše pohlíží se veřejností jako na výmluvu.“

Jakoby ani neuplynulo cca 140 let. V publikaci autor popisuje spor o tom, zda dodavatel ústředního vytápění musí, či nemusí ručit při veřejné zakázce za to, že za žádných okolností nebude překročeno maximální kvantum paliva, které uvede dodavatel stavby (ústřední vytápění a větrání).

Tato povinnost vyplývala z §14 vyhlášky vydané královským pruským ministerstvem veřejných prací z 21. června 1881 a 7. května 1884. Vyhláška se vztahovala ke všem „fiskálním“ stavbám (≈ veřejné zakázky). Zde bylo popsáno vše, co bylo třeba splnit k řádnému vyhotovení náležitého návrhu k fiskálním stavbám.

Zadavatelé (objednatelé) totiž požadovali, aby spotřeba paliva, která překročí ono maximální kvantum uvedené dodavatelem stavby, šla na vrub stavby. Což pochopitelně dodavatelé odmítali.
V čem bylo jádro „pudla“? Veřejná zakázka ≈ fiskální stavba.

Aby dodavatelé „vyhráli“ fiskální zakázku (například pro školu, nemocnici, atd.), snažili se uvádět co nejnižší potřebu paliva, aby byli lepší než konkurence a blíže k „výhře“.

Takto vznikaly spory mezi zadavateli a zhotoviteli, proto Svaz rakouských průmyslníků žádal o zrušení či změnu § 14 s následujícím odůvodněním:

„Spotřeba paliva jest závislou – jak přirozeno – úplně na větší nebo menší nepohodě zevní; jelikož pak mnohdy v zimě velké rozdíly tepelné nastávají, tu těžko lze určitý průměr stanoviti. Vztah na stav teploměrný není správným, poněvadž déšť, vítr, slunce mají velký vliv na effekt topení a jich bytí na stupni teploty nezávisí. Jak známo, není lhostejno, je-li při stejné teplotě klidný, zakalený den zimní anebo je-li silně větrno a deštivo. Dále důležitou jest obsluha více neb méně pečlivá, jakož i ta okolnost, na jakou teplotu a na jakou dobu jednotlivé místnosti vytápíme, konečně i dobrá vůle a poctivost topičova, což vše na spotřebu uhlí veliký vliv má. Neméně padá na váhu jakost spalovaného uhlí, které vykazuje velké různosti, i když bere se uhlí stále z téhož dolu.
Jestliže přesto dotčené závody záruky takové přejímají, jest to takřka spekulace na náhodu.
Tato spekulace byla šťastnou v posledních letech, kdy jak známo stále mírná panovala zima; stejně může ale přivést za zvláště tuhých mrazů ku škodě toho, kdo záruku podobnou na se vzal. Jediné, co firmami podobnými udáno býti může, jest přibližné množství spotřeby, vypočtené na základě průteplivosti místností vytápěných.“

V uvedeném odůvodnění několika větné žádosti se skrývá mnoho technických poznatků o navrhování vytápění a větrání, jejich provozování, pravidlech jejich výstavby a odpovědnosti od dodavatele až po uživatele.

Zejména doporučuji si všimnout všech vlivů působících na tzv. „hltání vagónů uhlí“ (dnes tedy spotřeby paliva v jakékoliv formě).

Jen pro dokreslení tehdejších požadavků na přípravu a schválení díla (fiskální stavby) uvedu pouze stručnou charakteristiku povinností (výběr) z výše citovaných předpisů – vyhláška z roku 1881 a 1884.

Čl. 1.a
Na výkresech mají být zobrazeny jednotlivosti vytápění a současně i větrání s popisy. Musí být patrný celý koncept řešení.

Čl. 1.b
Dokumentace má obsahovat tzv. „náklad zařizovací“ alespoň jednotkově na 100 m³ vytápěných a větraných místností, také místností nevytápěných, chodeb, schodišť apod. Také je třeba uvádět i ceny zednických prací jako komíny, kanály, alespoň v paušálních cenách.

Čl. 2
Dokumentace má obsahovat také všechny stavební úpravy pro uložení trubek, kanálků a rýh, aby bylo zajištěno, že nebudou na stavbě vznikat dodatečné bourací a jim podobné práce.

Čl. 3
„Ku zhotovení návrhů a podání nabídek má provedeno býti veřejné vyzvání, zadání pak se má státi po výběru náležitých návrhů užší submissí.“

Čl. 4
Uvádí, že „při vypisování soutěže třeba se strany stavebníkovy opatřiti podrobný program, ve kterém požadavky na topení a ventilaci jasně vysloveny jsou a dále nutno přiložiti ku programu tomuto úplný výpočet transmissní a množství tepla potřebného ku opatření ventilace. Vedle toho třeba všem konkurentům znáti všeobecné i specielní podmínky, za jakých stavba se provádí.“

Čl. 5
Žádá, aby „k soutěži vyzváno bylo pět závodů, které vykázati se mohou, že se zdarem již podobné topení, jak programem žádáno, provedly.“

Čl. 6
Popisuje, že návrhy má posoudit komise, kterou řídí stavebník, nebo jeho zástupce. Dojde-li ke zjištění, že návrhy splňují požadavky na stavbu, uzavře stavebník s vybraným dodavatelem (závodem smlouvu.

Čl. 7
„Jakmile topení je zmontováno, je povinností stavebního dozorstva neprodleně installaci ve všech částech vyzkoušeti a zjistiti, jestli celé ve smyslu nabídky smlouvou schválené je provedeno, po případě změny nebo práce dodatečné naříditi. Jakmile topení po stránce zevní za náležitě provedené uznáno bylo, lze při jisté zevní temperatuře topení na zkoušku zahájiti. Toto provádí podnikatel přesně dle podmínek dojednaných a je povinností stavebníkovou přiděliti ku zkouškám těmto hned příštího obsluhovatele topení tohoto, aby za vedení dodavatele do všech podrobnost installace zasvěcen byl a znalost obsluhy náležitě si osvojil.“

Čl. 8
„Když topné zkoušky příznivý ukázaly výsledek, třeba dle čl. 8. co nejdříve přikročiti ku převzetí celé installace stavebníkem a ku konečnému zúčtování podle smlouvy.“

Čl. 9
Ukládá povinnost předání dokumentace stavebníkovi ve stavu skutečného provedení v měřítku alespoň 1 : 20 s udáním dimenzí a poloh instalovaného zařízení pro inventarizaci a další potřeby.

Čl. 10, 11
Zabývá se postupem při předávání stavby (ústřední vytápění a větrání) stavebníkovi. Hlavní roli přisuzuje znalci, který dohlíží na to, aby obsluha dodržovala při ověřování příznivého výsledku účinnosti topení dohodnuté instrukce schválené stavebníkem.
„Přísný znalcův dozor má za nejhlavnější úkol:

1. Zkoumat instalaci co do kvality materiálů a jeho chování se při zahřívání, chladnutí a napětí, pak účelnost ventilace, expanzi a jiné.“
2. Alespoň v hlavních místnostech zjišťovat vnitřní teploty a zapsat je.
3. V místnostech, kde je po delší dobu přítomno více osob (posluchárny, školní síně, porotní síně…) zkoumat účinnost ventilace pomocí anemometru a vlhkost vzduchu podle hygrometru a náležitým způsobem i jeho bohatost na CO₂.

Čl. 12
Ukládá po ukončení zimního období zajistit veškeré potřebné opravy, které lze provést v létě.

Čl. 13
Doporučuje ověřovat efekt vytápění a větrání:

1. Jednou týdně kolem 9:00 a 13:00 a mimo to ve zvláště studených dnech ve všech místnostech zjišťovat vnitřní teploty pomocí normálních zavěšených teploměrů a zapsat je.
2. Zapisovat venkovní teplotu.
3. Pro budovy centrálně vytápění je třeba zapisovat také spotřebupaliva a náklady. S údaji by měl být seznámen za přítomnosti znalce i topič, aby byl poučen o správnosti obsluhy a efektivnosti vytápění a větrání.

V této souvislosti bych chtěl upozornit, že i v současné době jsou zaměňovány či dávány na stejnou úroveň pojmy spotřeba a potřeba paliva (tepla). Jak je patrné z výše popisovaného sporu o jakémsi smluvním výkazu spotřeby paliva, nebyl rozdíl pojmů správně chápán i v letech 1880–1900. Dodavatelé stavby vytápění a větrání se tak nějak zdráhali uvádět minimální a závaznou spotřebu tepla a důvody objektivně nesplnitelných požadavků stavebníků byly již v té době dobře známy.
Viz výše citovaný požadavek rakouských průmyslníků, kde poukazují na relevantní výpočet potřeby tepla za daných okrajových podmínek, tj. na základě tepelných ztrát pro dohodnuté výpočtové podmínky.

Výsledek výpočtu tepelných ztrát (v přepočtu na teplo = palivo) za definovaných podmínek je nazýván jako potřeba tepla. Jde o údaj, který má být obsažen v technické zprávě projektu otopné či větrací soustavy. Popis uvedený průmyslníky jasně uvádí, že spotřeba nemůže být totéž co potřeba, jelikož není možné dopředu přesně určit, jaké budou všechny skutečné relevantní podmínky při provozování zařízení a chování uživatelů.
Proto je nutné odlišit vypočítanou potřebu vůči spotřebě.
Rozlišením obou pojmů se zcela jasně definuje stav a lze ho komfortně používat ve smluvních vztazích. Jak je vidět, někdy stačí správně definovat pojmy, aby nedocházelo ke zbytečným konfliktům mezi účastníky řešení problémů, které jsou vzdálené fyzice.

Historie je vždy poučná

Čtenář si jistě všiml významné shody problematiky z období již před rokem 1900, kdy byla publikace vydána, a dneškem. Vycházím z toho, že ty dnešní podmínky popisovat není třeba a možné drobné detaily nějakých odchylek mohou pramenit pouze z vývoje společnosti a často i pojmosloví, ale principiální podstata zůstává.
Zde bych rád upozornil (možná zbytečně) na značnou shodu dnešních předpisů o veřejných zakázkách s tehdejšími o „fiskálních stavbách“ z období před cca 140 lety.

Po bližším seznámení s publikací Jana Ev. rytíře Purkyně z roku 1900 o „výběru dodavatele“ můžeme prohlásit, že „nic nového pod sluncem“, ať už jde o tehdejší poznatky v oboru či požadavky na projektování, provádění a provozování otopných soustav a větrání či klimatizaci v dnešní době. Prosím čtenáře, aby nerozebírali tehdejší a dnešní formulace, ale spíše v nich hledali fyzikální podstatu problematiky. Nutno více než jen poděkovat našim dávným předkům za zvídavost, odvahu, vynalézavost a erudici poznávat a zejména i sdělovat výsledky jejich úsilí.

Jisté odlišnosti v tehdy a dnes požadovaných parametrech by se jistě našly:
a) Požadované teploty vnitřního vzduchu pro návrh vytápění a větrání. Za povšimnutí stojí druhý sloupec v tabulce na obr. 2, který uvádí maximální teplotu.
V obytných pokojích či školách bývalo určeno 19–21 °C. Že jsme „zchoulostivěli“, není třeba dokazovat. Běžným požadavkem dnes bývá 22 až 26 °C i přesto, že se vlivem zateplování budov zvyšuje povrchová teplota vnitřních stěn místností, což zvyšuje i samotný účinek sáláním na dosažení nadstandardů tepelné pohody => plýtvání. V nezateplených objektech je snížená povrchová teplota. Zejména je to znát v místnostech s obyčejnými okny, která mají v zimním období velmi nízkou vnitřní povrchovou teplotu skla (podle zimy a kvality i pouhých 10 °C).

Aby byla za uvedených teplot v tabulce dosažena dostatečná tepelná pohoda, bylo nutné zlepšit ochranu těla pomocí teplejšího oděvu, nejlépe vícevrstvého. V každém případě to závisí na fyzické činnosti člověka, zda jen tak odpočívá těsně na hodnotách metabolizmu, anebo má fyzickou námahu prací či sportem. Tudíž tepelná pohoda je kombinací zvoleného oděvu a fyzické námahy.

b) V oblasti větrání autor uvádí, že by měly být používány 1 až 3násobky výměny vzduchu, a to s ohledem na produkci škodlivin. Má se přihlížet na počty osob ve vytápěných místnostech například ve školách, restauracích apod.
V současné době je problematika větrání velice dobře a podrobněji popsána v hygienických předpisech. Jak zkušenosti ukazují, ještě stále se nejčastěji větrá přirozeně, otevíráním oken, což je založeno zpravidla na osobních pocitech osob, případně autority v místnosti (například učitel).
Tzv. „umělé větrání“ je však technologicky i nákladově náročné a vyžaduje již kvalitní snímače, které rozpoznají stav kvality ovzduší a podle znalých algoritmů automaticky řídí proces větrání.

Teplotní komfort (tepelná pohoda). Tyto pojmy shrnují oblast mezí fyzikálních veličin, které se vztahují na určitou fyzickou činnost osob a to nikoliv zcela absolutně, ale v rovině pravděpodobnosti, která platí pro převážnou část daného počtu osob, což bývá ovlivňováno, obecně řečeno, zdravím člověka.

Jde o teplotu vzduchu v místnosti, povrchovou teplotu okolních ploch, obsah vody ve vzduchu, rychlost proudění vzduchu (průvan apod.) a obsah kyslíku (resp. škodlivin jako je CO₂ a další).
Zde vidíme naprosto jednoznačně, tak jak se uvádí v publikaci J. E. Purkyně, že je vytápění a větrání spojená nádoba, ve které vytápění určuje nejen teplotní stav vzduchu, ale ostatní parametry závisí na větrání.

Vidíme, že přijatelná teplota je v rozmezí 18–24 °C při relativní vlhkosti mezi 35–60 %. Relativní vlhkost 60 % je uvedena jako limitní doporučena hodnota. Tzv. ideální (optimální) prostředí má ještě více omezené okrajové podmínky. Uvedená tabulka uvádí teploty 19–21°C a vlhkost mezi 38–60 %, což jsou hodnoty ještě v oblasti označené jako „příjemná“. Samozřejmě se předpokládá nikoliv plážové oblečení.

Závěr

Bohužel, v lidské činnosti nelze stavět na názorech bez fyzikálně technických základů. Někdo může mít názor jako v citované publikaci J. E. Purkyně, „ať navýšení nákladů za stejný vnitřní komfort doplatí projektant, příp. dodavatel díla vytápění a větrání.“ Jenže když bude chladnější zima s větší spotřebou paliva než podle uznávaných výpočtových pravidel, nelze tvrdit, že za to může projektant či dodavatel. Obdobně by bylo absurdní, kdyby naopak za uspořené palivo v době mírnější zimy platil rozdíl nákladů provozovatel projektantovi či dodavateli díla.

Hospodaření teplem podle pravidel je silně závislé nejen na počasí, ale i na regulaci parametrů zdrojů tepla a hodně závisí i na chování uživatelů tepla, kteří si vlastními požadavky a vlastním přičiněním často vytvářejí nadstandardní komfort, který spotřebu tepla zvyšuje.

Vytápění a větrání je vzhledem k povaze sdílení tepla náročnou technickou disciplínou již přes 245 let a jak se ukazuje, v dnešní pohnuté válečné době na východě od nás se stane ještě náročnější a složitější kvůli současné složité dostupnosti fosilních paliv, ale také kvůli vysoké nákladovosti obnovitelných zdrojů tepla a energie.

Zřejmě budeme muset přistoupit k nižším teplotním standardům, které se osvědčily i na přelomu roku 1900 a více se věnovat distribuci tepla a časovým režimům vtápění či přípravy teplé vody.

Literatura

[1] J. E. PURKYNĚ: Ústřední topení a větrání. Česká matice technická, ročník V., 1900.
[2] Z. MAUTHAUSEROVÁ: Mikroklima ve školách, větrání škol. Státní zdravotní ústav. 2016. 43 s. online. Dostupné z https://bit.ly/3zP1qo3>.