Analýza sálavého toku podlahového a stropního vytápění

Výzkumná zpráva

Komentář k výzkumné zprávě

Obchodní skupina FENIX patří mezi nejvýznamnější evropské firmy, zabývající se výrobou a prodejem elektrického vytápění. Zejména se pak specializuje na velkoplošné sálavé vytápění.

Za již téměř 30 let své existence je FENIX nejen výhradně českou společností, ale postupně založila, nebo na­opak do své struktury začlenila, již sedm zahraničních společností, které sídlí na Slovensku, ve Velké Británii, Francii, Španělsku, Norsku a Německu. V současné době do­dává FENIX své produkty do více než 60 zemí na 4 světových kontinentech.

Silná pozice nejen na evropském trhu a bohaté zkušenosti s elektrickými topnými systémy jsou nejen dobrým předpokladem, ale i jistým závazkem věnovat ­pozornost aktivitám, které nejsou striktně komerční. Společnost FENIX proto již několik let úzce spolupracuje s ČVUT v Praze, konkrétně s UCEEB (Univerzitní Centrum Energeticky Efektivních Budov), kde se dle zadání provádí nejrůznější testy a výzkumné projekty. Tyto aktivity se pochopitelně primárně týkají sy­stémů elektrického vytápění, jejich závěry a výsledky však obvykle lze aplikovat obecně, tedy např. i na teplovodní vytápění.

Při výzkumném projektu, ve kterém se v klimatické komoře, odpovídající standardu pasivní stavby, sledovala intenzita a směr proudění vzduchu od chladné plochy okna při různých druzích vytápění, se ukázalo, že u podlahového vytápění nevzniká v podstatě žádné vertikální proudění. Toto zjištění vedlo k myšlence zadat další projekt, který prověří intenzitu sálavého toku pro velkoplošné typy vytápění.

Následující výzkumná zpráva prezentuje, k jakým závěrům měření vedlo. Nutno podotknout, že naměřený vysoký podíl sálavé složky u podlahového i stropního vytápění, zejména s ohledem na relativně nízké povrchové teploty, byl do jisté míry překvapením. Analýza tak jednoznačně potvrdila, že podlahové i stropní vytápění jsou nejen oprávněně klasifikovány jako sálavé vytápění, ale mezi těmito systémy se vyznačují i jedním z nejvyšších podílů sálavé složky.

1 PŘEDMĚT ZAKÁZKY

1.1 Základní údaje zakázky

Objednatel: Fénix Trading s.r.o.

Zhotovitel: České vysoké učení technické v Praze

Předmět objednávky: Stanovení sálavého tepelného toku pro elektrické podlahové a stropní vytápění v závislosti na vzdálenosti od vytápěné plochy. Sálavý tok je stanoven pro ustálený teplotní stav v měřicí kabině (teplota interiéru 21 °C, teplota exteriéru –10 °C). Dále je předmětem stanovení podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu vytápěné plochy.

1.2 Specifikace obsahu zakázky

Předmětem této výzkumné zprávy je stanovení sálavého tepelného toku pro elektrické podlahové a stropní vytápění (výrobek objednavatele) v závislosti na vzdálenosti od vytápěné plochy. Sálavý tok je stanoven pro ustálený teplotní stav v měřicí kabině (teplota interiéru 21 °C, teplota exteriéru –10 °C).

Předmětem zprávy je také stanovení podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu pro podlahové a stropní vytápění.

2 METODICKÝ POSTUP

Stanovení sálavého tepelného toku i výsledného podílu tepelného toku sáláním bylo provedeno při experimentálním měření v klimatické kabině zhotovitele.

2.1 Metodika experimentálního měření

2.1.1 Měřicí situace

Měření proběhlo v klimatické kabině Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT v Praze. Jedná se o místnost, v jejímž okolí lze upravovat teplotu a napodobit tak reálné podmínky působící na budovy v letním a zimním období.

Podlahové i stropní vytápění bylo realizování pomocí elektrické topné folie. Folie ECOFILM F (40 W·m^–2) byla u podlahového vytápění osazena pod nášlapnou vrstvou (laminátová „plovoucí podlaha“) a u stropního vytápění folie ECOFILM C (100 W·m^–2) nad sádrokartonovou deskou. Systém vytápění spolu s jeho regulací (prostorový termostat umístěn na stěně kabiny) byl v kabině osazen objednatelem standardním způsobem. Schéma kabiny viz obr. 2–1.

Veškerá měření proběhla při ustáleném stavu, při kterém byla teplota interiéru řízena prostorovým termostatem na hodnotu 21 °C a teplota meziprostoru (exteriéru) dosahovala –10 °C.

2.1.2 Postup měření sálavého tepelného toku

Měřicí kabina byla nejprve vybavena potřebnou měřicí technikou (viz tab. 2–1):

• na stěny osazena teplotní čidla pro měření povrchové teploty,
• na podlaze a stropu vyznačeny kontrolní body pro vyhodnocení měřítka záběru termokamery,
• instalován stojan s kulovým teploměrem (výška 1.1 m),
• instalován výškově posuvný stojan s čidlem sálavého tepelného toku,
• instalován pomocný zdroj tepla (plechový válec s žárovkou o příkonu 75 W).

Poté byla připravená kabina uvedena do teplotně ustáleného stavu (nastavená teplota termostatu 21 °C, teplota meziprostoru nastavena na –10 °C). K prvotnímu ustálení kabiny došlo po cca 40 hodinách (podlahové vytápění). Při ustalování byl, kromě vlastní otopné plochy, v činnosti i doplňkový zdroj tepla.

Při vlastním měření byla nejprve otopná plocha snímkována termokamerou a bezprostředně poté byl měřen sálavý tepelná tok v jednotlivých vzdálenostech od otopné plochy (300 mm, 800 mm, 1300 mm, 1800 mm, a 2300 mm). Měření sálavého tepelného toku bylo opakováno 3krát bezprostředně po sobě. Vlastní měření probíhalo po dobu cca 30 minut. Po měření podlahového vytápění bylo do činnosti uvedeno vytápění stropní. Po opětovném ustálení kabiny bylo měření stejným způsobem provedeno i pro vytápění stropní.

Snímkování termokamerou a měření sálavého tepelného toku vyžadovalo přítomnost osoby v kabině. Tato osoba mohla po dobu měření ovlivnit tepelnou bilanci kabiny (vzestup teploty snímané termostatem a v důsledku snížení výkonu otopné plochy). Aby k tomuto nedocházelo, byl v kabině instalován již zmíněný pomocný ohřívač o výkonu 75 W. Tento ohřívač byl v průběhu přítomnosti osoby v kabině vypnut. Tepelná bilance kabiny tak nebyla v průběhu měření významně narušena.

V průběhu měření i vlastního ustalování byla v kabině průběžně měřena (a v minutových intervalech ­zaznamenávána) povrchová teplota stěn, teplota kulového teploměru, teplota vzduchu v kabině a chlazeném meziprostoru a také příkon otopné plochy (viz tab. 2–2).

2.1.3 Měřicí přístroje a zařízení

2.1.4 Souhrn měřených veličin

3 VÝSLEDKY

3.1 Sálavý tepelný tok u podlahového vytápění

3.2 Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu pro podlahové vytápění

Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu byl zjištěn z měřených hodnot rozložení povrchových teplot v kabině (otopná plocha hodnocena termokamerou). Z hodnot byl následně vypočten tepelný tok sáláním z otopné plochy, který byl porovnán z příkonem otopné plochy. Změřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tab. 3–2. Zjištěný podíl tepelného toku sáláním z podlahy k elektrickému příkonu dosahuje 77 %.

* Maximální zaznamenaný příkon dosahoval 535 W

3.3 Sálavý tepelný tok u stropního vytápění

3.4 Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu u stropního vytápění

Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu byl zjištěn z měřených hodnot rozložení povrchových teplot v kabině (otopná plocha hodnocena termokamerou). Z hodnot byl následně vypočten tepelný tok sáláním z otopné plochy, který byl porovnán z příkonem otopné plochy. Změřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tab. 3–4. Zjištěný podíl tepelného toku sáláním ze stropního vytápění k elektrickému příkonu dosahuje 84 %.

4 ZÁVĚR

V této zprávě jsou shrnuty závěry z měření sálavého tepelného toku pro elektrické podlahové a stropní vytápění v závislosti na vzdálenosti od vytápěné plochy a podílu tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu.

Závěry pro jednotlivé části zprávy

Měrný sálavý tepelný tok (měřen v bodech ve vzdálenostech 300 mm, až 2300 mm):

• Pro podlahové vytápění dosahuje měrný sálavý tepelný tok, v rozsahu měřených vzdáleností, hodnot 17 W·m^–2 až 4 W·m^–2.
• Pro stropní vytápění dosahuje měrný sálavý tepelný tok, v rozsahu měřených vzdáleností, hodnot 33 W·m^–2 až 7 W·m^–2.
• Pokles tepelného toku se vzrůstající vzdáleností je u stropního vytápění zpočátku výraznější oproti vytápění podlahovému. Tento stav je dán menší aktivní plochou (vytápěnou plochou) použitou u stropního vytápění.

Podíl tepelného toku sáláním k elektrickému příkonu h_s:

• parametr h_s dosahuje u podlahového vytápění hodnoty cca 77 %,
• u stropního vytápění dosahuje hodnoty 84 %.

Obecný souhrn

Výsledky této zprávy odpovídají v literatuře obecně publikovaným závěrům. Tepelný tok sdílený sáláním vzrůstá se 4. mocninou rozdílu povrchových teplot. Stropní vytápění, kde je dosahováno oproti vytápění podlahovému vyšších povrchových teplot, má v důsledku toho sálavou složku sdílení tepla vyšší. Tomuto stavu dále napomáhá nižší konvekční složka u stropního vytápění.

5 FOTODOKUMENTACE