MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA

POSOUZENÍ MOŽNOSTI VYHŘÍVÁNÍ VRSTVENÝCH MATERIÁLŮ ODPOROVÝM OHŘEVEM

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

BRNO 2012

LUKÁŠ GRUS

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva

POSOUZENÍ MOŽNOSTI VYHŘÍVÁNÍ VRSTVENÝCH MATERIÁLŮ ODPOROVÝM OHŘEVEM Bakalářská práce

BRNO 2012

LUKÁŠ GRUS

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Posouzení možnosti vyhřívání vrstvených materiálů odporovým ohřevem zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne:

........................................ Lukáš Grus

Hlavním patronem nad touto prací byl doc. Dr. Ing. Pavel Král, kterému děkuji za náměty tématu a rady při samotné tvorbě práce. Děkuji Ing. et Ing. Janu Klepárníkovi za ochotu a časovou flexibilitu při měření zkušebních vzorků, dále Vojtěchu Vičarovi a Ing. Janu Šrajerovi, Ph.D. za umožnění práce na dílně a doc. Ing. Daniele Tesařové, Ph.D. za pomoc při měření nárazuvzdornosti. Největší dík však patří mým rodičům, kteří mě podporují ve studiu.

Abstrakt Autor: Lukáš Grus Název práce: Posouzení možnosti vyhřívání vrstvených materiálů odporovým ohřevem

Úkolem této bakalářské práce bylo na základě získaných informací navrhnout vhodnou skladbu desky z vrstveného materiálu, která by byla v kombinaci s odporovým drátem výhodná pro podlahové vytápění. Návrh spočíval ve vytvoření dvou variant desek, z nichž jedna je obdobou klasického uložení při podlahovém vytápění. Po odlisování navržených zkušebních vzorků, byly pomocí termovizní kamery porovnány obě varianty. Na desce byly dále provedeny mechanické a fyzikální zkoušky. Na základě výsledků byla zhodnocena funkčnost pro použití navržené desky v praxi.

Klíčová slova: elektrické podlahové vytápění, překližovaná deska, možnosti vyhřívání, návrh, funkčnost

Abstract Autor: Lukáš Grus Title: Evaluation of the possibilities of heating laminated materials with a resistant heater.

The main goal of this bachelor’s work is to propose an appropriate composition of a board made from laminated material, which would be in combination with a resitant wire favourable for floor heating. The proposition was based on making two types of boards, one of which being analogous to a typical placement used in floor heating. After moulding of both of the variants, they were compared using a thermovision camera. Further mechanical and physical test were made on the board afterwards. Based on the results, the functionality of the boards in use was evaluated.

Keywords: electrical floor heating, plywood, possibilities of heating, a proposition, functionality

OBSAH 1 ÚVOD ..................................................................................................................... - 1 2 CÍL PRÁCE ........................................................................................................... - 2 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED ...................................................................................... - 3 3.1 Historie ............................................................................................................ - 3 3.1.1 Historie podlah .......................................................................................... - 3 3.1.2 Historie podlahového vytápění ................................................................. - 4 3.1.2.1 Hypocaustum ..................................................................................... - 4 3.1.2.2 Čínské vytápění Kang ........................................................................ - 4 3.1.2.3 Vytápění kouřovými plyny ................................................................ - 5 3.1.2.4 Vytápění teplým vzduchem ............................................................... - 5 3.1.2.5 Teplovzdušné vytápění za použití kaloriferů ..................................... - 5 3.1.2.6 Vytápění teplou vodou ....................................................................... - 6 3.2 Obecné požadavky na podlahy ..................................................................... - 7 3.2.1 Maximální přípustné teploty podlah dle norem ........................................ - 8 3.2.2 Dřevěné desky používané na podlahy....................................................... - 9 3.3 Sdílení tepla .................................................................................................. - 13 3.3.1 Sdílení tepla vedením (kondukcí) ........................................................... - 13 3.3.2 Sdílení tepla prouděním (konvekcí) ........................................................ - 14 3.3.3 Sdílení tepla sáláním (radiací) ................................................................ - 14 3.4 Tepelná pohoda ............................................................................................ - 16 3.4.1 Tepelná pohoda a ideální teplotní profil u různých typů vytápění ......... - 18 3.4.1.1 Podlahové vytápění .......................................................................... - 19 3.4.1.2 Vytápění radiátory ........................................................................... - 19 3.4.1.3 Teplovzdušné vytápění .................................................................... - 19 3.4.1.4 Stropní vytápění ............................................................................... - 20 3.5 Způsoby podlahového vytápění a jejich regulace ..................................... - 21 3.5.1 Elektrické podlahové vytápění ................................................................ - 21 3.5.2 Teplovodní podlahové vytápění .............................................................. - 22 3.6 Výhody a nevýhody elektrického podlahového vytápění ......................... - 23 3.7 Konstrukce elektrického podlahového vytápění ....................................... - 24 3.7.1 Přímotopné podlahové vytápění ............................................................. - 24 3.7.2 Poloakumulační podlahové vytápění ...................................................... - 25 -

3.7.3 Akumulační podlahové vytápění ............................................................ - 25 4 MATERIÁL A METODIKA ............................................................................. - 27 4.1 Měřené vzorky a jejich příprava ................................................................ - 27 4.1.1 Výroba desek na zkoušky ....................................................................... - 27 4.1.2 Zkušební vzorky z překližky................................................................... - 28 4.1.2.1 Odolnost povrchu (nárazuvzdornost)............................................... - 28 4.1.2.2 Ohyb................................................................................................. - 28 4.1.2.3 Vlhkost a hustota ............................................................................. - 28 4.2 Metodika práce ............................................................................................. - 29 4.2.1 Měření odolnosti povrchu ....................................................................... - 29 4.2.2 Měření ohybu – zjišťování modulu pružnosti a pevnosti ....................... - 30 4.2.3 Měření vlhkosti ....................................................................................... - 32 4.2.4 Měření hustoty ........................................................................................ - 32 4.2.5 Měření tepelných vlastností el. vytápění s kombinací překližky ............ - 33 5 VÝSLEDKY A DISKUZE .................................................................................. - 34 5.1 Měření odolnosti povrchu ........................................................................... - 34 5.1.1 Zkouška povrchu proti padající kuličce .................................................. - 34 5.1.2 Stanovení odolnosti povrchu při úderu ................................................... - 34 5.2 Měření ohybu................................................................................................ - 35 5.2.1 Měření ohybu - zjišťování modulu pevnosti fm a pružnosti Em .............. - 35 5.3 Měření vlhkosti............................................................................................. - 37 5.4 Měření hustoty.............................................................................................. - 38 5.5 Měření tepelných vlastností......................................................................... - 39 6 ZÁVĚR ................................................................................................................. - 44 7 SUMMARY ......................................................................................................... - 46 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ............................................................... - 47 9 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ ..................................................................... - 49 10 SEZNAM TABULEK A VZORCŮ ................................................................... - 50 11 PŘÍLOHY ............................................................................................................ - 51 -

1

ÚVOD Od počátku bytí člověka a užívání ohně je patrná snaha o dosáhnutí tepelné

pohody bydlení. Z počátku bylo důležité především hledisko přežití, o zvyšování komfortu se člověk snažil dosáhnout až postupem času. V současnosti je spolu s řešením kvalitního způsobu vytápění obrácena pozornost i na jeho cenovou náročnost na suroviny a energetickou spotřebu. Jelikož je topení jedním z hlavních výdajů v domácnosti, je důležitá jeho správná volba. Při návrhu vytápění se bere v potaz, o jaký typ stavby se jedná (zděná stavba, pasivní dům, nízkoenergetický, atd.), jeho úniky tepla, vytápěný prostor, a další faktory. Mezi hlediska při výběru topení patří, v dnešní době hodně zmiňovaná, ochrana životního prostředí. Spalování tuhých paliv přispívá ke zvyšování emisí oxidu uhelnatého, uhličitého a siřičitého. Tuhá paliva, to je další otázka dnešní doby. Na jak dlouho a kolik zásob těchto surovin ještě máme? Šetření nejen financí, ale i životního prostředí a tuhých paliv začíná být prioritní záležitostí celého světa. Řešení nabízejí větrné, vodní, geotermální, solární a atomové elektrárny. Jejich produktem je bezemisní elektrická energie, která je snad budoucím médiem pro napájení všech zařízení včetně vytápění. Při návrhu vytápění elektrickou energií se dále zabýváme typem vytápěcího zařízení. Elektrická topidla a otopná tělesa (článková, desková a trubková) nemají ideální teplotní profil. Oproti tomu vodovodní potrubí a armatury uložené v podlaze, stěně či stropě se k ideálnímu teplotnímu profilu blíží, avšak ke své funkci potřebují, v případě vytápění elektrikou, elektrokotel. Výhodou elektrických podlahových systémů je napájení přímo ze sítě a tím nutnost elektrokotle odpadá. Při výběru elektrického podlahového vytápění je posledním krokem podlahová krytina (a určení výkonu elektrického podlahového systému), pod kterou budeme elektrické vytápění instalovat. Podlaha je největší souvislá plocha v domácnosti. Její vizuální stránka je dominantou každé místnosti a proto bychom na ní měli brát nemalé ohledy. Každá místnost má svá specifika, pro která se hodí různý typ podlahy a jejího vytápění. Je nutno brát v úvahu její vizuální stránku, stejně jako mechanické a fyzikální vlastnosti, bezpečnost, zdravotní hlediska apod.

-1-

2

CÍL PRÁCE Cílem práce je na základě získaných informací navrhnout skladbu vrstveného

materiálu na bázi dřeva pro ohřev odporovým drátem, následná výroba a posléze mechanické a fyzikální zkoušky. U mechanických zkoušek se jedná se o měření nárazuvzdornosti, pevnosti a pružnosti v ohybu. Fyzikální zkoušky jsou zaměřeny na měření hustoty, vlhkosti a tepelných vlastností navržených skladeb. Na závěr je zhodnocení měření a možnosti jejich praktického použití.

-2-

3

LITERÁRNÍ PŘEHLED

3.1

Historie

3.1.1 Historie podlah Lidé se odpradávna zabývali konstrukcí a vizuálním působením podlah. Jedním z nejstarších materiálů používaných k výrobě podlah byla hlína. Typ této podlahy můžeme na našem území nalézt u staveb z konce 18. a začátku 19. století. Důvodem využití tohoto materiálu byla jeho dobrá dostupnost v okolí. Do hlíny či hliněné mazaniny se přimíchávaly plevy a řezanka. Dobrou vlastností hliněné podlahy je, mimo jiné, i dosažení dobrých mikroklimatických podmínek. Nevýhodou je působení vody, jež nepříjemně mění strukturu povrchu podlahy. Kamenná dlažba bývala používána spíše v sakrálních a významnějších světských stavbách. Od pozdního středověku se díky rozvoji cihelen začala vyrábět dlažba z cihel, která se kladla do hliněné mazaniny či vápenné malty. Kladené cihly později vystřídaly pálené dlaždice. Od druhé poloviny 19. století se rozšířilo používání cementu. Začaly se vyrábět nepálené dlaždice, které byly často barvené a pokládaly se do vápenné malty. Výroba podlah ze dřeva započala po vynálezu pily na vodní pohon, jejíž první zmínky se objevují už ve 4. století na řece Ruře v Římě. Až středověk je však pro dřevěné podlahy zlomový. Dřevěné podlahy byly vyráběny především z měkkého jehličnatého dřeva. V 16. století se k sobě začala prkna srážet a přitloukat, v 17. století se již používala široká prkna, která se kladla úhlopříčně. Na přelomu 18. a 19. století se vyráběla hlavně parketová podlaha. V dnešní době jsou nejčastější podlahy z keramických dlažeb, potěry a mazaniny na cementové nebo sádrové či jiné bázi, podlahy s textilní nebo povlakovou krytinou, dřevěné a další. Dřevěné podlahy zahrnují: materiály z masivního dřeva, překližkové desky, dřevotřískové desky, desky z plochých třísek, dřevovláknité desky. (viz kap. 3.2.2)

-3-

3.1.2 Historie podlahového vytápění Podlahové vytápění není nejstarším typem vyhřívání domů, avšak jeho historie sahá do dob před naším letopočtem. 3.1.2.1 Hypocaustum Hypocaustum (hypo - zdola, kaucin - hořeti) bylo prvním podlahovým vytápěním, které vynalezl v roce 89 př.n.l. římský stavitel Gaius Sergius Orata. Jednalo se o ohniště bez roštu na spalování dřeva umístěné mimo vytápěné místnosti. Odtud byly pomocí vyzděných kanálů nebo nízkého podsklepení pod podlahami místností vedeny horké kouřové plyny (spaliny). Od nich se ohříval vzduch v místnostech a také stěny, ve kterých byly

zabudovány

odvody

kouře.

Jednalo se vlastně o první ústřední vytápění

více

místností

z jednoho

místa. Obr. 1. Způsob vytápění hypocausta (Thomas Marr, 2011) 3.1.2.2 Čínské vytápění Kang Vývoj tohoto způsobu vytápění probíhal v Číně a Tibetu od starověku nezávisle na hypocaustovém vytápění. Přesto se oba způsoby velice podobají. Čínské vytápění Kang mělo dvě varianty umístění topeniště. To bylo umístěno buď ve vytápěné místnosti, anebo mimo ni. Konstrukce podlahy byla složena z malých podpěrných sloupků, na něž se pokládaly keramické desky.

Obr. 2. Čínské vytápění Kang (www.sobestacnost.cz)

-4-

3.1.2.3 Vytápění kouřovými plyny Z roku 1953 je dochována zmínka o kanálovém vytápění, které bylo používáno pro velké prostory, jako muzea a haly. Řešilo se kouřovými trubkami, které byly uloženy v kanálech přikrytých děrovanými deskami. Spaliny z kamen byly vedeny do trubek a tudy proudily přímo do komína. Vytápění kouřovými plyny mělo bezpečnostní a hygienické nedostatky a nebylo dále používáno. 3.1.2.4 Vytápění teplým vzduchem Jednalo se o první řešení, které přešlo z vytápění kouřovými plyny na vytápění teplým vzduchem - rekuperační vytápění. U tohoto způsobu vytápění se nejprve musela v peci nad ohništěm dostatečně ohřát silná vrstva akumulační hmoty tvořená velkými naskládanými kameny. Po dlouhé době topení se nechalo palivo zcela vyhořet, uzavřel se odtah spalin do komína a otevřel se přívod vzduchu do topeniště, který byl přiváděn z venku. Ve vytápěné místnosti se v podlaze, která byla nad klenbou ohniště, otevřely otvory pro výstup ohřátého vzduchu z rekuperačního akumulátoru. Vzduch vstupující do místnosti nebyl příliš čistý vlivem prachu z topeniště. Inovace ve způsobu vytápění přišla až s řešením rozvádět vzduch v podlaze kanály.

3.1.2.5 Teplovzdušné vytápění za použití kaloriferů Hlavní částí teplovzdušného vytápění byly zdroje tepla, kalorifery. Ty měly dvě konstrukční řešení: z ocelového plechu, nebo litiny. Jednalo se v podstatě kamna, opatřená co největším povrchem, s dobrým přístupem ohřívaného vzduchu, který byl do vytápěcí komory přiváděn vzduchovým kanálem. Velikost povrchu kaloriferu byla důležitá proto, aby se nemusely stavět vytápěcí komory velkých rozměrů. Konstrukčně se řešila i přístupnost jeho vnějších výhřevných ploch pro čištění. Kalorifery se rozlišovaly podle způsobu ohřívání vzduchu: 

ohňové, kde sálání z ohniště a spaliny přímo ohřívaly výhřevný povrch



parní, kde topným mediem byla pára,



vodní, kde topným mediem byla horká voda.

-5-

Legenda: A - vytápěcí komora B - kalorifer C - přívod čerstvého vzduchu D, D1 - vzduchové kanály I, II - vytápěné místnosti

Obr. 3. Vytápění teplým vzduchem (Štorkan, 2001)

3.1.2.6 Vytápění teplou vodou Podle domněnek historiků byla pro vytápění využívána termální vřídla už před více jak dvěma tisíci lety na územích Římského impéria, kdy se přiváděnou vodou ohřívaly kovové desky, které lze považovat za první druh topných těles. V podlahách byly pravděpodobně umístěny keramické trubky nebo duté cihly, kterými proudila vřídelní voda.

-6-

3.2 Obecné požadavky na podlahy Podlaha je jedno nebo více vrstvá konstrukce, tvořící poslední vrstvu stropu či jiného podkladu. Jednotlivé podlahové vrstvy musí být v souladu s požadavky na podlahu kladenými. Berou se v potaz provozní požadavky, které při návrhu hrají největší roli.

Vrstvy podlah: Nášlapná - zajišťuje některé funkce podlahy, například vzhled, sklon, čistitelnost a další. Součástí je i spojovací hmota - lepidlo nebo tmel, kterou se nášlapná vrstva připevní k vrstvě pod ní. Nášlapná vrstva je na deskách (sádrokarton, aglomerované materiály, které leží na systému latí nebo jsou tzv. plovoucí. Závisí na druhu provozu a požadovaných vlastnostech podlah. Roznášecí- tvoří podklad nášlapné vrstvy a roznáší bodové zatížení na větší plochu. Izolační- má funkci ochrannou, používá se izolace tepelná, zvuková, proti vodě a vlhkosti, záření, a další. Podkladní- jedná se o vrstvu, která je tvořena podkladním betonem nebo nosnou částí stropní konstrukce. Významně ovlivňuje životnost celé podlahy. Obr. 4. Vrstvy podlah (Hájek, 2007) V sedmé kapitole podlahářské normy ČSN 74 4505 (2008) - Zkoušení je celkem uvedeno 23 funkčních parametrů, které lze u podlahových konstrukcí ověřovat. Jsou to:         

charakteristika viditelného povrchu, stálobarevnost, rovinnost vrstvy, místní rovinnost vrstvy, přímost spár, tloušťka vrstvy, pevnost v tlaku a pevnost v tahu za ohybu, pevnost v tahu povrchových vrstev, přídržnost povrchové úpravy,

-7-

             

odolnost proti dlouhodobě působícímu statickému zatížení, tvrdost povrchu, odolnost proti opotřebení, tepelný odpor, tepelná jímavost, difuze a kondenzace, vlhkost, nasákavost, vzduchová a kročejová neprůzvučnost, činitel odrazu světla, lesk plochy, odolnost proti biologickým vlivům, elektrické a magnetické vlastnosti, reakce na oheň, požární odolnost, skluznost.

3.2.1 Maximální přípustné teploty podlah dle norem Počinková (2006) uvádí:  Normové maximální hodnoty:



29°C

obytné prostory

35°C

okrajové zóny

Z hygienických a fyziologických hledisek lze tyto maximální povrchové teploty upřesnit:

26-27°C

místnosti a pracovní prostory, kde osoby převážně stojí

28-29°C

obytné místnosti, kanceláře

30°C

chodby, předsíně, galerie

33°C

koupelny, kryté bazény

35°C

okrajové zóny, oblasti s řídkou návštěvností

-8-

3.2.2 Dřevěné desky používané na podlahy Deskových materiálů na podlahy je velká škála. Do této oblasti patří desky, které se používají přímo na povrchovou (nášlapnou) vrstvu nebo na které se dále buď lepí silná dýha, nebo je laminovaná. Dělí se do skupin podle katalogového čísla: 

101 Materiály z masivního dřeva (deskové řezivo, spárovky, bio desky)



102 Překližované desky (překližky, laťovky)



103 Dřevotřískové desky (dřevotřískové desky)



104

Desky

z plochých

třísek

(waferboard,

OSB

desky,

multifunkční desky) 

105 Dřevovláknité desky (tvrdé DVD)

101 Materiály z masivního dřeva Mají velice dlouhou životnost, vysokou odolnost a jsou obytně a vizuálně příjemné. Jejich předností je přirozená funkce ovlivňování vzdušné vlhkosti, čímž udržují přirozené klima v místnosti. Deskové řezivo Do této skupiny patří všechno řezivo (omítané i neomítané) s max. tloušťkou 100 mm, s šířkou větší nebo rovnou dvojnásobku tloušťky. Deskové řezivo zahrnuje masivní prkenné podlahy vyrobené z dlouhých prken, podlahy vyrobené z menších kusů- parkety, mozaiky a další. Za zmínku též stojí bambusové podlahy, které na trhu zaznamenávají růst. Jejich výhoda vyplývá z podstaty materiálu, z něhož jsou složeny. Jedná se o dřevěné plotny, slepené z přesně opracovaných bambusových přířezů. Celoplošně se lepí, jsou spojovány zdravotně nezávadným lepidlem, které neuvolňuje formaldehyd. Výhodou bambusové podlahy je její tvrdost (2x větší než u dubové podlahy), je odolná proti opotřebení a cenově přijatelné. Spárovky Na jejich výrobu se používá často deskové řezivo. Spárovky jsou desky vytvořené slepením jednotlivých přířezů masivního materiálu do šířky. K lepení se

-9-

nejčastěji používá polyvinylacetátové lepidlo. Jejich předností je vzhled rostlého dřeva, výroba větších formátů a velmi dobré mechanické vlastnosti.

Bio desky Bio desky se vyrábí od 80. let minulého století. Je to deska ze tří vzájemně na sebe lepených masivních vrstev. Lepidlo, které se používá, je vodovzdorné. Povrchové vrstvy tvoří lamely, které jsou oproti střední vrstvě otočeny o 90°. Tím je dosažena vysoká tvarová stálost desek. Šířka středové vrstvy určuje celkovou tloušťku desky. 102 Překližované desky Jsou to desky, které jsou vyrobeny ze tří a více vrstev (počet vrstev musí být lichý). Každá jeho vrstva je otočena o 90°, čímž má materiál zvýšenou pevnost, odstraněn anizotropní charakter a další nežádoucí vlastnosti. Lepením více vrstev na sebe mohou mít různou tloušťku a tím i odlišné fyzikální a mechanické vlastnosti. Překližované desky si na rozdíl od dřevotřískových a dřevovláknitých desek zachovávají vzhled přírodního dřeva. (Král, 1993) Překližky Vyznačují se velkoplošnými rozměry, stejnoměrností mechanických vlastností a větší odolností proti vnějším vlivům. Velkoplošné materiály se vyrábějí lisováním, obvykle za tepla, z elementů dřeva, získaných mechanickým dělením. (Král, 1993) Překližky rozdělujeme na truhlářské, stavební, obalové, letecké, desky z vrstveného lisovaného dřeva apod. Překližky truhlářské pro všeobecné použití jsou velkoplošné materiály na bázi dřeva, které jsou tvořeny z několika vrstev loupaných dýh spojených močovinoformaldehydovým lepidlem. Pro své vlastnosti (vysoká pevnost, houževnatost, pružnost při nízké objemové hmotnosti, rozměrová stabilita) jsou důležitým materiálem v nábytkářské a truhlářské výrobě… Překližované desky jsou zdravotně nezávadné, vyhovují třídě úniku formaldehydu A (E1) dle ČSN EN 1084 Překližované desky. (Král, 2011) Vyrábí se v tloušťkách: 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 mm, jiné tloušťky po dohodě výrobce s odběratelem.

- 10 -

Elektropřekližka Vyrábí se tak, že se mezi vrstvy dýhových listů zalisují elektrické odpory. Lisovací tlak je v rozmezí 2,0 až 2,7 MPa. Elektropřekližka díky elektrickým odporům vydává teplo rovnoměrně až do teploty 80°C. Po vypnutí elektrického proudu pomalu chladne. Není možné se o ni spálit, dá se dobře umývat. Tepelné ztráty jsou minimální. Používá se zejména na výrobu inkubátorů, ohřívacích pultů, pěstování květin apod. (Král, Hrázský, 2006) Laťovky Laťovky jsou dřevěné konstrukční desky vyrobené oboustranným nalepením dýh na laťovkový střed. Počet vrstev opláštění může být různý, nejčastěji se používají třívrstvé a pětivrstvé. Na střed se používá nejčastěji borovice a smrk a na dýhy bříza, buk, ceiba, topol a další. 103 Dřevotřískové desky Na výrobu dřevotřískových desek se používají různé velikosti třísek a pilin z lesní těžby, zbytkového řeziva jehličnatých (smrk a borovice) i listnatých stromů a lepidlo. Následně se za vysoké teploty a tlaku slisují. Díky velké škále dřevotřískových desek mohou mít různé povrchy, na které se provádí povrchové úpravy laminováním, dýhováním apod. Kvůli velikosti a neuspořádané orientaci třísek a pilin mají tyto desky horší fyzikální a mechanické vlastnosti než masivní dřevo. Jsou nejvíce vyráběným aglomerovaným materiálem současné doby. 104 Desky z plochých třísek

Waferboard Jsou to desky, vyráběné z dlouhých, širokých a tenkých třísek, které se v neorientovaném stavu lepí a následně lisují. Název je odvozen z anglického „wafers“, což znamená oplatky (tím je myšlen tvar třísek).

OSB desky V roce 1976 bylo na severoamerickém kontinentu zjištěno, že pokud jsou u desky waferboard v povrchových vrstvách třísky orientované, dosahují vyšší pevnosti.

- 11 -

Tím byly patentovány třívrstvé desky s orientovanými třískami OSB. Na jejich výrobu jsou použity štíhlejší třísky, které lze lépe orientovat při vrstvení koberce. Multifunkční desky MFP Jedná se o dřevotřískové desky vyrobenou z netříděných plochých třísek s příměsí jemných třísek. Ve třech vrstvách jsou třísky neuspořádaně rozptýlené. Z důvodu menšího stupně bobtnavosti se hodí do vlhkého prostředí. Používají se jako náhrada za OSB desky. 105 Dřevovláknité desky Dřevovláknité desky jsou vyráběny z jemných krátkých vláken měkkého dřeva, s přídavkem přírodních pryskyřic (nebo i bez nich), za působení vysoké teploty. Podle stupně lisování (hustoty) se dělí na měkké-LDF, polotvrdé-MDF a tvrdé-HDF. Jejich hustota zásadně ovlivňuje jejich fyzikální a mechanické vlastnosti. Na výrobu podlah se hodí jen tvrdé dřevotřískové desky. Tvrdé dřevotřískové desky HDF Tvrdé dřevovláknité desky jsou vysoce zhuštěné, díky čemuž dosahují větší pevnosti a odolnosti při namáhání. Vyrábí se mokrou cestou, mají hustotou vyšší než 800kg/m3a dosahují tloušťky 3 - 5 mm. Další vyráběné desky mají hustotu až 1200 kg/m3 a jejich tloušťka je 7 - 8 mm. Ty jsou ideální pro dýhování, či laminování.

- 12 -

3.3 Sdílení tepla Sdílení, neboli přenos tepla, je předávání tepla z místa o vyšší teplotě do místa o nižší teplotě. Energie se předává za účelem vytvoření stabilního stavu neboli rovnováhy. V našem případě máme podlahu a vytápěný prostor nad ní. Teplo bude proudit tak dlouho, dokud se tepelná bilance nevyrovná. V tom okamžiku se systém stabilizuje a předávání tepla se zastaví. Stabilní systém vyžaduje minimální energii a tudíž je stabilita výhodná. To se projevuje například u nízkoenergetických, pasivních a nulových domů. U podlahového vytápění je tento jev řízen termostatem. Při přenosu tepla dochází ke ztrátám, a tak musíme co nejvíce tyto nežádoucí vlivy potlačit. Nejlépe je pod vrstvu s podlahovým vytápěním dát izolační materiál, např. polystyren, který má velmi malou tepelnou vodivost. Přenos tepla se uskutečňuje třemi způsoby: vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) a sáláním (radiací). Teplo se zpravidla šíří všemi typy současně, ale některý může převládat.

3.3.1 Sdílení tepla vedením (kondukcí) Sdílení tepla vedením se vyskytuje u pevných látek. Jedná se o přenos tepla především

v pevných

látkách.

Jeho

podstatou

je

šíření

kinetické

energie

mikroskopickým pohybem částic (atomů a molekul). Veličina, která je u vedení tepla důležitá, je tepelný tok. Jedná se o teplo, které projde pevnou látkou za jednotku času (jednotkou je watt). Pro tuto práci je praktický ohřev povrchu prostupem tepla přes podlahovou krytinu do bosých nohou člověka. Při výpočtu vedení tepla rovinou se používá vzorec:

[W]

[1]

Obr. 5. Sdílení tepla vedením kde:

Q- tepelný tok [W] l- tloušťka materiálu [m] S- plocha, kterou teplo prochází [m2] - měrná tepelná vodivost [W⋅m-1⋅K-1] t – rozdíl teplot na obou stranách materiálu (ts1-ts2) [K]

- 13 -

3.3.2 Sdílení tepla prouděním (konvekcí) K proudění tepla dochází mezi dvěma prostředími. Jedno prostředí teplo přenáší ve formě kapalin, páry nebo plynů a druhé teplo přivádí (produkuje), jedná se o tuhé těleso. Vznik proudění zajišťují volné pohybující se makročástice v závislosti na rozdílu teplot. Na rychlosti proudění závisí rovnoměrnost rozložení teplot v daném prostředí. Konvekci dělíme na přirozenou a nucenou. Nucená konvekce je způsobena ventilátorem, který způsobuje cirkulaci vzduchu. K rovnoměrnému rozložení teplot dojde rychleji, než při přirozeném proudění. To je vyvoláno vztlakovými silami, které jsou zapříčiněny nerovnostmi rozložení teplotního pole. Rovnice tepelného toku u sdílení tepla prouděním je:

[W]

[2]

Obr. 6. Sdílení tepla prouděním kde:

 - je součinitel přestupu tepla prouděním [W⋅m-2⋅K-1] S- plocha, kterou teplo prochází [m2] t - rozdíl teplot povrchové teploty a teploty plynu (páry nebo kapaliny), (ts - te) [K]

3.3.3 Sdílení tepla sáláním (radiací)

Sálání je způsob šíření tepla přímo na okolní plochy bez potřeby makroskopických částic hmoty (par, kapalin, či plynů) jako roznášecího media. Z tohoto důvodu jsou u zde vnitřní povrchové teploty stavebních konstrukcí teplejší než vzduch. Když se elektromagnetické vlnění přenese na jiné těleso, je to jako u světelného vlnění. To jej pohltí, odrazí nebo jím projde a mění se na tepelnou energii. U sálavého vytápění se přenáší 60 – 80 % celkového tepelného toku a zbytek vytápění je prouděním. Obr. 7. Sdílení tepla sáláním

- 14 -

Podstatou je u tohoto typu sdílení tepla elektromagnetické záření o vlnových délkách 1 až 100 m, které je závislé na teplotě sálajícího povrchu. Přirovnání tohoto způsobu vytápění je slunečnímu záření, které ohřívá povrch Země. Bilanční rovnice pro dopadající sálání:

[W]

kde:

[3]

QA - pohlcená část elektromagnetického toku [W] QR - odražená část elektromagnetického toku [W] QD - prostoupená část elektromagnetického toku [W]

- 15 -

3.4 Tepelná pohoda Tepelné pohoda je definována jako pocit spokojenosti s tepelným prostředím. Je to stav, kdy člověk necítí chlad ani nadměrné teplo a nepociťuje nepříjemné pocení. Hlavními faktory ovlivňujícími tepelnou pohodu jsou: 

faktory člověka- jednotlivé činnosti, vrstvy oblečení



faktory prostředí- teplota vzduchu v místnosti, teplota okolních ploch, rychlost proudění vzduchu, vlhkost vzduchu, čistota vzduchu, prostorové rozvržení teplot

Jelikož je vnímání tepelné pohody velice individuální, není jednoduché jí docílit. Vedle hlavních faktorů závisí tepelná pohoda na věku, zdravotních dispozicích, pohlaví, hmotnosti, přizpůsobivosti, atd. Důležité je rozložení teplot v místnosti. U podlahy by měla být teplota cca o 2 - 3 °C vyšší, než v úrovni hlavy. Když se tento teplotní gradient překročí, vnímá to člověk jako tepelnou nepohodu. Tepelná rovnováha člověka je základním ukazatelem tepelné pohody. Vlivem lidských činností a potažmo látkových přeměn dochází k uvolňování metabolického tepla. Rovnice tepelné rovnováhy člověka:

[4] produkce = výdej + akumulace kde:

M - energetický výdej W - mechanická práce Cres - výměna citelného tepla dýcháním Eres - výměna vázaného tepla dýcháním K - výměna citelného tepla dýcháním C - výměna citelného tepla prouděním R - výměna citelného tepla sáláním E - výměna vázaného tepla odpařováním vodní páry S - akumulace tepla v těle (Olga Rubinová, 2012)

- 16 -

Energetický výdej je u dospělého člověka hodnotu 58 W/m2. Dospělý člověk zabírá svoji plochou okolo 1,8 m2. Jednotlivé energetické výdeje způsobené fyzickou aktivitou jsou v tabulce. Tab. 1. Měrný energetický výdej na m2 tělesné plochy podle fyzické činnosti zdroj TZB - info) Činnost Spánek Sezení v klidu Kancelářské práce Chůze po rovině 3,2 km/h Chůze po rovině 6,4 km/h Squash Ruční hoblování Vaření Ruční praní a žehlení

Měrný energetický výdej q (W/m2) 41 58 58 - 70 116 221 320 - 430 350 83 - 116 116 - 210

K odvodu tepla má lidské tělo řadu mechanismů. Jejich zapojením se snaží dosáhnout vyrovnané bilance mezi teplem produkovaným a teplem do prostředí sdíleným. Tepelná rovnováha je jednou z podmínek tepelné pohody a tím i podmínkou pohody prostředí. (Lajčíková, 2001)

Obr. 8. Tepelná bilance lidského organismu (Lajčíková, 2001)

- 17 -

Tepelná nepohoda způsobená vysokou teplotou vyvolává pocit diskomfortu. Dochází ke zvyšování tělesné teploty, což zapříčiňuje zvýšení krevního tlaku, rozšíření cév a pocení. Později se začnou projevovat známky podráždění a nevolnosti. Naopak nízká teplota se dá v určitém rozsahu zlepšit vrstvami oblečení. Při poklesu teploty kůže pod 33°C má člověk pocit chladu. Na tepelnou nepohodu má také vliv teplota podlahy. Její teplota je ovlivněna jejími parametry (vrstvami, použitým materiálem apod.). Záleží, zda po povrchu chodí lidé obutí či bosí. Při pohybu v obuvi nemá teplota podlahy přílišný vliv na tepelnou pohodu. Při pohybu bosých nohou je situace odlišná. Teplota styku chodidel s povrchem by měla být příjemná. Při kontaktu je velice intenzivní přenos tepla vedením. Optimální povrchová teplota podlahy je 25°C, což je u podlahového vytápění zaručeno.

3.4.1 Tepelná pohoda a ideální teplotní profil u různých typů vytápění Gradient teplot vzduchu a okolních ploch má velký vliv na tepelnou pohodu. Není příjemné cítit chlad od stěn, stejně tak od oken a dveří. Vyrovnání teplotního profilu lze dosáhnout dobrými tepelně-technickými vlastnostmi oken, stěn atd. Tepelná pohoda koresponduje s ideálním teplotním profilem. Je nutné rozlišovat prostorové rozložení teplot v horizontální a vertikální rovině, protože v každé rovině je jiné. Horizontální rozložení teplot ovlivňuje ochlazování od obvodové stěny. U podlahového vytápění je toto vyřešeno okrajovou zónou, ve které je drát, či potrubí kladeno s menší roztečí.

Obr. 9. Vertikální rozložení teplot (zdroj obrázků TZB - info)

- 18 -

3.4.1.1 Podlahové vytápění Podlahové topení ohřívá daleko větší plochu než ostatní systémy vytápění a tudíž využívá vytápění na nižší teplotu. Také lze v každé místnosti nastavit individuální teplotu. Optimální tepelný stav bývá u podlahového vytápění o 2-3°C nižší, než u konvekčního vytápění. Křivka teplotního profilu podlahového vytápění je skoro srovnatelná s ideálním teplotním profilem.

3.4.1.2 Vytápění radiátory Přenos tepla u radiátorů je velice neefektivní a nerovnoměrný. Velkou nevýhodou je, že předává teplo prouděním vzduchu hlavně kolem sebe. Teplota v blízkém okolí radiátoru je cca 65°C, přičemž u podlahy a stropu je okolo 20°C. Vysoká teplota v okolí radiátoru také zapříčiňuje snižování vlhkosti vzduchu a je potřeba uměle vzduch zvlhčovat. Díky snížené vlhkosti vzduchu a tím i větší prašnosti se hůře dýchá, obzvlášť alergikům.

3.4.1.3 Teplovzdušné vytápění Teplovzdušné vytápění bylo, a do značné míry stále ještě je, zavrhované z důvodu vysoké prašnosti při používání, která způsobuje problémy zvláště alergikům a osobám s dýchacími obtížemi. Dalšími tradovanými nevýhodami je tah vzduchu, který ovšem lze v jednotlivých místnostech regulovat, a šíření nepříjemných pachů a mikroorganismů po celém domě, které jsou již dnes do značné míry omezovány používáním baktericidních trubicí, anebo uzavřením zpětné vyústky v dané místnosti a pootevřením okna. Gradient teplot na vertikální ose je trochu vyšší, než při podlahovém vytápění, avšak nižší oproti vytápění radiátory. Stěžejním je u tohoto vytápění rozmístění vyústek a rychlost proudění vzduchu. Nejideálnějšího teplotního profilu lze dosáhnout umístěním vyústek u podlahy při vnější stěně. Musíme brát v potaz, že u teplovzdušného vytápění je z hlediska stavebního značně náročné zabudovat tento systém do konstrukce. Výjimkou jsou domy, které jsou podsklepené a mají teplovzdušný agregát ve sklepě. Na obr. 10. a) je znázorněno teplovzdušné vytápění s přívodem vzduchu pod stropem u vnitřní stěny a na obr. 10. b) s přívodem vzduchu v podlaze u venkovní stěny.

- 19 -

a) přívod vzduchu pod stropem u vnitřní stěny b) přívod vzduchu v podlaze u venkovní stěny (vs - vnější stěna; tp - teplotní profil; H - výška místnosti) Obr. 10. Proudění vzduchu v místnosti s teplovzdušným vytápěním (zdroj TZB - info) Z obr. 10. b) vidíme, že v porovnání s podlahovým vytápěním nebude ideální rozmístění teplot z důvodu ochlazování vzduchu přes vnější stěnu. Ohřátý stropní podhled sice sálá teplo do místnosti k rovnoměrnějšímu rozdělení teplot po vytápěném prostoru, avšak ideálního teplotního profilu toto vytápění nemůže dosáhnout.

3.4.1.4 Stropní vytápění U stropního vytápění je nevýhodou opačný průběh křivky oteplování a to tak, že s rostoucí výškou se teplota mírně zvyšuje. Oproti podlahovému vytápění může být u stropu vyšší povrchová teplota (35-45°C), což zapříčiňuje tepelnou nepohodu. U stropního vytápění je výhodou, že nemusíme řešit, kam postavíme nábytek a nejsme omezeni obytným prostorem. Tento způsob vytápění se využívá spíše pro vytápění vysokých hal, u rodinných domů spíše k chlazení.

- 20 -

3.5 Způsoby podlahového vytápění a jejich regulace Na trhu je mnoho firem, které nabízejí různé systémy podlahového vytápění, avšak v zásadě se jedná o dva systémy- teplovodní a elektrické. Jelikož je vytápění jednou z nejdražších položek v domácnostech (tvoří cca 2/3 veškerých nákladů na energie), je třeba na něj klást velký důraz. Nutností je i regulace, která přináší úsporu financí, udržuje tepelnou pohodu.

3.5.1 Elektrické podlahové vytápění Zdrojem vytápění je zde elektrický proud. Přenos tepla nášlapné vrstvy podlahy je přes topné kabely, rohože nebo fólie. Existují zde výhodné tarify (např. D45- podle velikosti jističe). V porovnání s teplovodním podlahovým vytápěním je pořízení elektrického levnější a není náročná na velké dimenze podlah. Můžeme si zde vybrat mezi vytápěním přímotopným, poloakumulačním nebo akumulačním. Přímotopné vytápění je u podlahy, která nemá akumulační schopnosti a tím rychle reaguje na řídící jednotku. Termostaty jsou většinou umístěné na zdích a umožňují korigování teploty v každé místnosti zvlášť. Současně s běžnou regulací prostorové teploty je třeba zajistit maximální povrchovou teplotu podlahy. Na termostat s vnitřním prostorovým čidlem je připojeno druhé čidlo, které je v podlaze a hlídá maximální povrchovou teplotu. Dosáhne-li se požadované teploty vzduchu nebo se překročí maximální přípustná teplota podlahy, dojde k vypnutí topného okruhu. Akumulační a poloakumulační systémy využívají teplo akumulované do podlahy v době nízkého tarifu, které je postupně uvolňováno do podlahy. Rozdíl mezi akumulačním a poloakumulačním vytápěním záleží na vrstvě betonu a výkonu soustavy. Využívají tzv. regulaci ekvitermní. U této regulace se teplota podlahy určuje dle teploty venkovní s ohledem na setrvačnost budovy. Z důvodu delší odezvy topného systému se otopná plocha „předtopí“ na základě venkovní teploty kombinované s vnitřním prostorovým termostatem. Ekvitermní řízení je efektivní a ekonomické. Náběh u poloakumulačního vytápění je v intervalu 4 - 8 hodin a akumulačního 8 hodin a více. U akumulačního vytápění se využívají nižší tarifní sazby dle tarifu. Cena elektrické energie je však nestálá a instalací elektrického podlahového topení se zbavujeme možnosti přestupu na využití jiného zdroje tepla. U teplovodního podlahového topení není problém přejít na jiný druh paliva, což je výhodou oproti vytápění elektrickému. - 21 -

3.5.2 Teplovodní podlahové vytápění Zde je teplonosným mediem voda, protékající v plastových, nerezových nebo měděných trubkách s proti-kyslíkovou bariérou, která brání pronikání vzdušného kyslíku na vnitřní stěny a zabraňuje tak možné tvorbě rzi. Jak již bylo řečeno výše, u teplovodního podlahového vytápění můžeme použít různé zdroje pro ohřev vody. Dále si lze vybrat mezi suchým a mokrým způsobem instalace. U suchého způsobu je potrubí uloženo v izolační vrstvě pod betonovou deskou. Mezi betonovou deskou a otopným hadem je fólie a to buď plastová, nebo kovová. Teplota vody je zde 40-70°C. U mokrého způsobu je otopný had přímo v betonové vrstvě. Teplota vody v potrubí je v rozsahu od 35 do 55°C. K regulaci se využívá, stejně jako u elektrického podlahového vytápění, pokojový termostat s čidlem povrchové teploty a ekvitermní regulace. Dále pak individuální regulací (termostatické ventily s termohlavicí přímo v místnosti, elektronická

regulace

servopohony

a

termopohony)

(www.etatherm.cz)

- 22 -

nebo

kombinací

obou.

3.6 Výhody a nevýhody elektrického podlahového vytápění Výhody První výhodu, kterou podlahové vytápění jako nízkoteplotní zdroj vytápění přináší, je úspora elektrické energie, která může být 10 až 15 %. Vlivem sálání tepla a rozložením teploty vzduchu v místnosti můžeme snížit teplotu vzduchu o 2 až 3°C a dosáhnout tak stejné tepelné pohody jako u jiných typů vytápění. Nespornou výhodou je čistota provozu bez odpadu a spalin a přeměna veškeré elektrické energie na teplo. Investice na pořízení může být až 30 % menší oproti teplovodnímu. Když jej porovnáme s teplovodním vytápěním, je u elektrického vytápění rychlejší a jednodušší montáž a minimální údržba. Navíc nám nehrozí možnost prasknutí potrubí, netěsnost, či jiný únik vody do podlahy. Také nám dovoluje zavést kabely do míst, kam by bylo zavedení trubek problematické. Co mají oba způsoby stejné je možnost pokládky do různých tvarů, aniž by se zmenšila jejich životnost. Mluvíme-li o konstrukci podlahy, musíme zmínit, že uložení topných kabelů, rohoží, či folií do podlahy není složitý zásah do stavby. Další stavební výhoda, oproti radiátorům, je v úspoře prostoru ve vytápěné místnosti. Je také možné jej kombinovat s různými typy vyhřívacích zařízení. Nevýhody První nevýhodou je nutnost připraveného rozmístění kuchyňské linky, skříní a dalších zařizovacích předmětů z důvodu možnosti lokálního přehřívání. Navíc by docházelo ke zbytečným ztrátám předáváním tepla. Jestliže však budeme mít nábytek upevněný v určité výšce nad podlahou (například na nohách), tak ve sdílení tepla nic nebrání. Podklad pod topnými prvky musí být dostatečně izolován z důvodu možných tepelných ztrát do spodních vrstev podlahy. Velký důraz je kladen na samotnou pokládku. Jestliže máme podlahové vytápění akumulační, případnou nefunkčnost lze jen velmi komplikovaně opravit. Rozbitím betonu se může poškodit nejen elektrický kabel, ale i nosnost stavební konstrukce. U přímotopné pokládky (například pod dlažbu), lze najít závadu a vyndáním dlaždice ji opravit.

- 23 -

3.7 Konstrukce elektrického podlahového vytápění Tato kapitola byla zpracována na základě rešerše z prospektů firmy FENIX Trading s.r.o.

3.7.1 Přímotopné podlahové vytápění U přímotopného systému jsou topné prvky přímo pod nášlapnou vrstvou - v lepícím tmelu pod dlažbou. Díky malé vrstvě materiálu nad topným prvkem jde o pružné systémy s ekonomickým provozem. Jsou ideální pro občasné komfortní vyhřívání podlahy i trvalé vytápění. Vytápění topnými foliemi I. ŘEZ PLOVOUCÍ PODLAHOU 1) podkladní beton, anhydrit (původní konstrukce podlahy) 2) CLIMAPOR (3 mm), EXTRUPOR (6 mm) 3) folie ECOFILM 4) PE folie 0,25 mm 5) laminátová podlaha

II. ŘEZ DŘEVĚNOU PODLAHOU 1) nosná dřevěná konstrukce 2) tepelná izolace 3) ECOFILM F 4) vzduchová mezera (min. 20 mm pro 40 a 60 W/m2, 40 mm pro 80 W/m2, 80 mm pro 150 W/m2) 5) PE folie 0,25 mm 6) Nosná podlahová krytina

Obr. 11. Řez plovoucí podlahou

Obr. 12. Řez dřevěnou podlahou

Vytápění topnými rohožemi a topnými okruhy Při montáži topných kabelů by poloměr ohybu neměl být menší než šestinásobek vlastního průměru kabelu z důvodu možného přehřátí.

- 24 -

1) Dlažba 2) Flexibilní lepící tmel 3) Topná rohož ECOFLOOR nebo topný kabel ECOFLOOR 4) Instalační trubka s podlahovou sondou 5) Betonová vrstva cca 40mm 6) Armovací ocelová síť (KARI) 7) Tepelné izolace min. 70 - 80mm 8) Podklad Obr. 13. Znázornění přímotopného vytápění el. rohožemi a topnými okruhy

3.7.2 Poloakumulační podlahové vytápění Využívá akumulační vrstvy, která je pod přímotopnou plochou podlahy a ohřívá pouze malou vrstvu podlahy s nízkou akumulací. Poloakumulační systémy jsou vhodné především pro trvalé vytápění. Pro občasné komfortní vyhřívání podlahy (např. v koupelně) jsou pro delší náběh nevhodné. Vytápění topnými rohožemi a topnými okruhy 1) Nášlapná vrstva 2) Instalační trubka se sondou 3) Betonová vrstva 40 - 50 mm 4) Armovací ocelová síť 5) Topná rohož Ecofloor nebo topný kabel ECOFLOOR 6) Tepelná izolace min.80 mm 7) Podklad Obr. 14. Znázornění poloakumulačního vytápění el. rohožemi a topnými okruhy 3.7.3 Akumulační podlahové vytápění Akumulační systémy se pro velkou setrvačnost a malou pružnost již téměř nepoužívají. Topný prvek je umístěn ve vrstvě betonu 12 - 14 cm silné. Pro aplikace, kde je akumulační systém nejvhodnějším řešením, jsou topné prvky s vysokým výkonem na lineární metr.

- 25 -

Vytápění topnými rohožemi a topnými okruhy 1) Podklad 2) Tepelná izolace 80 mm 3) Armovací ocelová síť 4) Topná rohož Ecofloor nebo topný kabel Ecofloor 5) Betonová akumulační vrstva 120 - 140 mm 6) Instalační trubka s podlahovou sondou Obr. 15. Znázornění akumulačního vytápění el. rohožemi a topnými okruhy

- 26 -

4

MATERIÁL A METODIKA

4.1 Měřené vzorky a jejich příprava Jelikož bylo provedeno více zkoušek, bylo zapotřebí vyrobit různé vzorky, které se nařezaly dle norem. 4.1.1 Výroba desek na zkoušky K výrobě desek bylo zapotřebí tří topných rohoží o výkonu 150 W, dvou překližovaných desek z bukových dýh tloušťky 10 mm, bukové dýhy s tloušťkou 2 mm, jednu cementovláknitou Cetris desku a pružné univerzální flexibilní lepidlo s odolností proti mrazu (dále jen UFL). Překližky Po nařezání obou desek na rozměry 1000 x 1250 mm byla na CNC stroji vyfrézována drážka pro topnou rohož, která se před aplikací do samotné desky musela vyjmout z perlinkové sítě. Následně byla do připravených drážek vložena topná rohož a deska pomyslně rozdělena na dvě části. Do spár v první části bylo namícháno UFL a do druhé části napěchována hliníková folie. Po vyschnutí a vytvrzení UFL byl povrch desky brusným papírem zabroušen, aby se co nejvíce vybrousilo UFL, které bylo mimo lepené spáry. Dále byly nařezány bukové dýhy na rozměr desek a po nanesení polyuretanového lepidla přiloženy. Připravené desky se vložily do lisovacího zařízení, které je pod tlakem 1,5 MPa lisovalo

za

studena

24

hodin.

Nakonec se naneslo UFL

na

necelou

polovinu desky tak, aby zabíralo plochu se spárami

vyplněnými

lepidlem i hliníkovou folií. Poté byly na polovinu

desky

položeny dlažky. Obr. 16. Schéma výroby navržené skladby překližky - 27 -

Cementovláknitá deska Na desku uříznutou na rozměr 1000 x 1250 mm byly naneseny tři vrstvy UFL. Do první byla vložena topná rohož, druhá sloužila pro srovnání povrchu a na třetí byly položeny dlažky. První a druhý nános lepidla se nechal vytvrdit. Dlažky zaujímaly celý povrch desky. Tato deska byla použita na zkoušky pomocí termovizní kamery.

4.1.2 Zkušební vzorky z překližky Ze základního rozměru překližky byly připraveny zkušební vzorky pro měření odolnosti povrchu, ohybu, vlhkosti a hustoty. 4.1.2.1 Odolnost povrchu (nárazuvzdornost) Z překližky bylo nařezáno 10 vzorků, 5 s hliníkovými spárami a 5 se spárami vyplněnými UFL, velikosti 210 x 210 x 11,8 mm. Vzorky byly řezány ve vzdálenosti min. 50 mm od okraje desky z důvodu možnosti porušení okrajové části. 4.1.2.2 Ohyb Pro zkoušky ohybu bylo nařezáno 10 vzorků v příčném a 10 v podélném směru, přičemž 5 vzorků z příčného a 5 z podélného bylo řezáno v místě s hliníkovými spárami a obdobně se spárami s UFL. Velikost jednotlivých vzorků byla 286 x 50 x 11,8 mm. 4.1.2.3 Vlhkost a hustota Výroba vzorků pro obě zkoušky byla totožná, a tak se na každém vzorku dělaly dvě měření. Rozměr jednotlivých vzorků byl 100 x 100 x 11,8 mm. Celkem bylo vyrobeno 10 vzorků. Z každé poloviny desky bylo zkoušeno 5 vzorků na hustotu a 5 na vlhkost.

- 28 -

4.2 Metodika práce 4.2.1 Měření odolnosti povrchu Měření odolnosti povrchu neboli nárazuvzdornosti bylo provedeno pomocí dvou metod. Výsledky obou metod se hodnotí pomocí lupy se čtyřnásobným zvětšením. Zkouška povrchu proti padající kuličce Dvě ocelové kuličky, první průměru 40 mm o váze 254,34 g a druhá průměru 19,1 mm o váze 28,16 g, jsou pouštěny pomocí plastových trubek z výšky 1 a 2 metry na testovaný povrch. Podmínkou měření je, aby byla deska umístěna horizontálně na pevném podkladu. Obr. 17. Zkušební tělesa o průměru 40 a 19,1 mm Stanovení odolnosti povrchu při úderu Metoda spočívá ve stanovení maximální výšky volného pádu závaží o předepsané hmotnosti, ve kterém nedochází k viditelnému vytrhání dřevních vláken na zkušebním povrchu. Přístroj pro stanovení odolnosti povrchu při úderu je typu U3. Po uchycení testovaného vzorku do přístroje pouštíme závaží o hmotnosti (500±0,1) g na jeho povrch z počáteční výšky 10 cm až do výšky, ze které závaží zanechá viditelné porušení na testovaném povrchu. Charakteristika přístroje Hmotnost závaží v g Průměr otvoru v kovadlině v mm Průměr úderníku v mm Výška zaoblené části úderníku v mm Délka stupnice v cm Dělení stupnice v cm

Typ přístroje-U3 500±0,1 154 14 7 100±0,1 1±0,01

Legenda – 1 - závaží 2 - úderník 3 - kovadlinka 4 - nosič Obr. 18. Schéma a rozměry přístroje U-3 (Polášek, 2003) - 29 -

4.2.2 Měření ohybu – zjišťování modulu pružnosti a pevnosti Na měření byl použit zkušební stroj ZDM 10/90, který umožňuje plynulé zatěžování a měření síly (s 1% přesností). Zkušební přípravek se skládá z dvou válcových podpěr o průměru (15±5) mm, které se volně otáčejí kolem své osy ve vodorovné poloze pod zatížením a které je možné posouvat ve vodorovném směru. Délka podpěr je větší než šířka zkušebního tělesa. Přípravek se dále skládá z ohybové válcové hlavy stejné délky a průměru (30±5) mm. Je rovnoběžná s podpěrami, nachází se ve střední vzdálenosti mezi nimi a pohybuje se ve střední rovině rovnoběžně s podpěrami při posunu zatěžovaného prvku zkušebního stroje. Měření vychází z normy ČSN EN 310, která říká, že ze zkušební desky má být nařezáno 6 vzorků v podélném směru a šest v příčném. Jelikož zkušební deska měla menší velikost, bylo vyřezáno z každého směru 5 vzorků. Na měření rozměrů zkušebního tělesa se používá posuvné měřidlo s přesností 0,1 mm. Ke zpracování dat byl použit počítačový program M-Test 1.77. Obr. 19. Stroj ZDM 10/90 na měření ohybu

l -zkušební těleso, F - zatížení, t - tloušťka zkušebního tělesa l1=20 t l2=l1+50 Obr. 20. Způsob uspořádání zkušebního tělesa a přípravku pro ohybovou zkoušku (Král, Hrázský, 2006) Metoda spočívá v pohybové zkoušce zkušebního tělesa, které se umístí na dvě podpěry a uprostřed se zatěžuje osamělým břemenem. (Král, Hrázský, 2006)

- 30 -

Při zkoušce se odměří vzdálenost mezi podpěrami a šířka a tloušťka zkušebního tělesa. Průhyb při zatížení a zlomové (největší) zatížení se odečte z převzatých hodnot z počítače. Modul pružnosti v ohybu se vypočítá z lineární části křivky zatížení - průhyb a z rozpětí podpěr, šířky a tloušťky zkušebního tělesa. Pevnost v ohybu každého zkušebního tělesa se vypočítá jako podíl ohybového momentu M při největším zatížení zkušebního tělesa Fmax k momentu jeho celého průřezu. (Král, Hrázský, 2006) Modul pružnosti v ohybu Em se vyhodnotí dle vztahu: (

) (

kde:

)

[

]

[5]

l - vzdálenost mezi středy podpěr v mm b - šířka zkušebního tělesa v mm t - tloušťka zkušebního tělesa v mm F2-F1 - přírůstek zatížení v přímkové části grafu zatěžovací křivky v N, F1 musí být přibližně 10 % a F2 ve 40 % z maximálního zatížení a2-a1 - přírůstek průhybu zkušebního tělesa ve středu vzdálenosti podpěr (v působišti zatížení), odpovídající přírůstku zatížení (F2-F1) v mm

Modul pevnosti v ohybu fm se vyhodnotí dle vztahu: [

kde:

]

[6]

Fmax - zatížení zkušebního tělesa (v době porušení) v N l - vzdálenost mezi středy podpěr v mm b - šířka zkušebního tělesa v mm t - tloušťka zkušebního tělesa v mm Modul pružnosti (pevnost v ohybu) každé skupiny zkušebních těles, odebraných

z jedné vzorkové desky, je aritmetický průměr modulů pružnosti v ohybu (pevností v ohybu) příslušných zkušebních těles, vyjádřených na tři desetinná místa.

- 31 -

4.2.3 Měření vlhkosti Rozměry zkušebních vzorků byly změřeny pomocí posuvného měřítka, vážení na váze Scaltec SBC 41 s dovolenou chybou vážení 0,01 g. Dalším zařízením byla sušárna typu Sanyo MOV 112 s rozsahem sušících teplot od 5°C až do 250°C. Měření bylo provedeno dle ČSN EN 322. Podstatou metody je zjištění ztráty hmotnosti zkušebního tělesa vážením mezi jeho stavem v době odběru a po jejich vysušení na konstantní hmotnost při (103±2) °C, výpočet ztráty hmotnosti v procentech z hmotnosti zkušebního tělesa po vysušení a použití výsledků na určení vlhkosti celé desky. (Král, Hrázský, 2006) Vlhkost z naměřených vzorků se vypočte podle vztahu: [ ]

kde:

[7]

mH - je hmotnost zkušebního tělesa po prvním vážení po odběru vzorků v g m0 - je hmotnost zkušebního tělesa při posledním vážení po vysušení v g Vyhodnocení spočívá v aritmetickém zprůměrování vlhkosti všech zkušebních

těles vyjádřeného na jedno desetinné místo.

4.2.4 Měření hustoty Jelikož byly na měření hustoty použity stejné vzorky jako na měření vlhkosti, byly převzaty hodnoty z měření vlhkosti. Podstatou metody je zjištění hustoty jako poměru hmotnosti zkušebního vzorku k jeho objemu, přičemž obě měření se vykonávají při stejné vlhkosti. Tyto výsledky se použijí na vyhodnocení hustoty celé desky. (Král, Hrázský, 2006) Výpočet hustoty zkušebních těles se vypočítá podle vzorce: [

]

kde: m - hmotnost zkušebního tělesa v g b1 - šířka zkušebního tělesa v mm b2 - délka zkušebního tělesa v mm t - tloušťka zkušebního tělesa v mm

- 32 -

[8]

Hustota desky se vypočítá jako aritmetický průměr hustoty všech těles, odebraných ze stejné desky.

4.2.5 Měření tepelných vlastností el. vytápění s kombinací překližky Měření se provádělo na dvou připravených deskách pomocí diagnostického zařízení termovizní kamery typu Flir S65. Ta snímá objekt v infračerveném spektru a naměřené hodnoty převádí na paletu barev, podle kterých zjistíme teplotu na různých místech měřeného vzorku. Upravená překližovaná a cementotřísková deska se položila na zem a termovizní kamera se umístila tak, aby odrážející se paprsky z kachlí na měřených deskách nezkreslovaly výsledky měření. Před samotným měřením proběhla kalibrace kamery. Poté se k termovizní kameře připojil PC, v němž se pomocí programu ThermaCam Researcher Professional 2.9 shromáždila, zpracovala a vyhodnotila naměřená data. Teplota prostředí při měření byla 22 °C. Parametry termovizní kamery 0,08 °C na 30 °C Teplotní citlivost Obrazová frekvence 50/60 Hz Zaměření automatické nebo manuální Typ detektoru 320 x 240 pixelů Spektrální rozsah 7,5 až 13 m Vestavěné video 640 x 480 pixelů (barevné) Teplotní rozsah -40 °C - +1500 °C Provozní teplota -15 °C - +50 °C Váha 2 kg Obr. 21. Termovizní kamera Flir S65

- 33 -

5

VÝSLEDKY A DISKUZE

5.1 Měření odolnosti povrchu 5.1.1 Zkouška povrchu proti padající kuličce Tab. 2. Šířka otisku padající kuličky Vzorek 1A 2A 3A 4A 5A Průměr 1L 2L 3L 4L 5L Průměr

Šířka otisku kuličky (mm) Kulička o Ø40 mm (1 m) Kulička o Ø19,1mm (2 m) 7,5 5,0 8,0 5,0 7,0 5,5 6,5 5,5 8,5 5,0 7,5 5,2 9,0 5,0 8,5 5,0 8,0 6,0 8,0 6,5 7,0 6,0 8,1 5,7

Výsledky z tab. 3 ukazují větší odolnost překližky se spárami vyplněnými hliníkovou folií, kde kuličky nechaly menší otisk. 5.1.2 Stanovení odolnosti povrchu při úderu Tab. 3. Naměřená výška, ze které byla po dopadu vytrhána dřevní vlákna Vzorek 1A 2A 3A 4A 5A 1L 2L 3L 4L 5L

Výška shazovaného závaží 30 cm 35 cm 40 cm 45 cm X X X X X X X X X X XX XX XX XX XX

černě - vzorky zkoušené z rubové strany modře - vzorky zkoušené z lícové strany (ze strany lepené dýhy)

Na rozdíl od desky s UFL ve spárách, kde jsou z obou stran desky stejné výsledky, je u desky s hliníkovou folií vidět rozdílná výška, ze které po vhození kuličky došlo k vytrhání dřevních vláken. Do jisté míry je to způsobeno nerovnoměrným nanesením lepidla pod vrchní dýhu.

- 34 -

5.2 Měření ohybu 5.2.1 Měření ohybu - zjišťování modulu pevnosti fm a pružnosti Em V tab. 4 a 5 jsou uvedeny naměřené hodnoty pevnosti v ohybu a modulu pružnosti v ohybu jednotlivých typů vzorků. V tab. 6 a 7 je jejich statistické vyhodnocení. Vypočtená hodnota modulu pružnosti je zdánlivý, nikoli skutečný modul, protože zkušební metoda zahrnuje kromě ohybu také smyk. Tab. 4. Hodnoty pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s UFL ve spárách Vzorek Napříč vláken 1Lpř 2Lpř 3Lpř 4Lpř 5Lpř Podél vláken 1Lpo 2Lpo 3Lpo 4Lpo 5Lpo

Fmax (N) 1738,30 1755,90 1641,95 1576,85 1578,20 1488,85 1720,95 1546,35 1635,75 1669,00

Em (N.mm-2) fm (N.mm-2) l = 210 mm 5758,007 78,65046 5870,216 79,44678 5823,134 74,29104 5620,550 71,34555 5573,667 71,40664 l = 210 mm 7645,970 77,86545 7415,162 75,51494 7360,338 69,95425 7871,333 74,01052 7415,162 75,51494

Tab. 5. Hodnoty pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s hliníkovou folií ve spárách Vzorek Napříč vláken 1Ppř 2Ppř 3Ppř 4Ppř 5Ppř Podél vláken 1Ppo 2Ppo 3Ppo 4Ppo 5Ppo

Fmax (N)

Em (N.mm-2)

1306,75 1374,90 1338,55 1656,15 1396,10

4341,180 4649,799 4632,487 5049,553 4365,289

1643,90 1703,40 1612,90 1662,90 1745,85

7578,429 7266,347 6814,963 7043,616 7246,345

- 35 -

fm (N.mm-2) l = 210 mm 59,12471 62,20820 60,56352 74,93353 63,16741 l = 210 mm 74,37927 77,07139 72,97666 75,23668 78,99206

Tab. 6. Statistické vyhodnocení pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s UFL ve spárách Statistická hodnota počet vzorků aritmetický průměr medián max. hodnota min. hodnota

Vzorky se spárami vyplněnými UFL Příčný směr Podélný směr -2 -2 Em (N.mm ) fm (N.mm ) Em (N.mm-2) fm (N.mm-2) 5 5 5 5 5729,11 75,028094 7541,593 74,57 5758,007 74,29104 7415,162 75,51494 5870,216 79,44678 7871,333 77,86545 5573,667 71,34555 7360,338 69,95425

Tab. 7. Statistické vyhodnocení pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s hliníkovou folií ve spárách Statistická hodnota počet vzorků aritmetický průměr medián max. hodnota min. hodnota

Vzorky se spárami vyplněnými hliníkovou folií Příčný směr Podélný směr -2 -2 Em (N.mm ) fm (N.mm ) Em (N.mm-2) fm (N.mm-2) 5 5 5 5 4607,66 64,00 7189,940 75,73121 4632,487 62,20820 7246,345 75,23668 5049,553 74,93353 7578,429 78,99206 4341,180 59,12471 6814,963 72,97666

Ze statistických hodnot mediánu obou zkoušených desek je patrné, že nejvyšší hodnoty modulu pružnosti a modulu pevnosti v ohybu vykazuje deska se spárami vyplněnými UFL. U této desky byly naměřeny hodnoty modulu pružnosti v příčném směru o 20 % a v pevnosti v ohybu téměř o 15 % vyšší než u druhé desky. V podélném směru měla deska se spárami vyplněnými UFL také vyšší hodnoty, avšak rozdíl nebyl tak velký jako u desky s hliníkovou folií ve spárách.

- 36 -

5.3 Měření vlhkosti Tab. 8. Vlhkosti měřených desek Hmotnost před Hmotnost po Vlhkost sušením m1 (kg) sušení m0 (kg) (%) Vzorky se spárami vyplněnými UFL 1L 0,096411 0,091125 5,8 2L 0,094375 0,089308 5,7 3L 0,095952 0,090814 5,7 4L 0,095754 0,090585 5,7 5L 0,097432 0,092169 5,7 Vzorky se spárami vyplněnými hliníkovou folií 1P 0,093582 0,088378 5,9 2P 0,092063 0,087025 5,8 3P 0,095433 0,090143 5,9 4P 0,094064 0,088892 5,8 5P 0,094021 0,088872 5,8

Vzorek

Tab. 9. Statistické vyhodnocení vlhkosti Statistická hodnota

Vzorky se spárami vyplněnými UFL

Vzorky se spárami vyplněnými hliníkovou folií

počet vzorků aritmetický průměr medián max. hodnota min. hodnota

5 5,7 5,7 5,8 5,7

5 5,8 5,8 5,9 5,8

Vlhkost vzorků se pohybuje u obou typů desek mezi 5,7 – 5,9 %. Tyto rozdíly jsou tak malé, že nemohou ovlivňovat naměřené hodnoty fyzikálních a mechanických vlastností zkoušených desek.

- 37 -

5.4 Měření hustoty Tab. 10. Hustota měřených desek Vzorek

a (m)

1L 2L 3L 4L 5L

0,110 0,110 0,112 0,110 0,110

1P 2P 3P 4P 5P

0,105 0,110 0,110 0,105 0,110

Rozměry Váha (kg) Objem (m3) Hustota (kg.m-3) b (m) c (m) Vzorky se spárami vyplněnými UFL 0,100 0,0118 0,09641 0,00012980 742,766 0,105 0,0118 0,09438 0,00013629 692,457 0,105 0,0118 0,09595 0,00013877 691,456 0,100 0,0118 0,09575 0,00012980 737,704 0,105 0,0118 0,09743 0,00013629 714,887 Vzorky se spárami vyplněnými hliníkovou folií 0,105 0,0118 0,09536 0,00013010 732,989 0,105 0,0118 0,09206 0,00013629 675,493 0,105 0,0118 0,09543 0,00013629 700,220 0,100 0,0118 0,09406 0,00012390 759,193 0,100 0,0118 0,09402 0,00012980 724,353

Tab. 11. Statistické vyhodnocení hustoty desek s UFL ve spárách Statistická hodnota počet vzorků aritmetický průměr medián max. hodnota min. hodnota

Vzorky se spárami vyplněnými UFL Váha (kg) Objem (m3) Hustota (kg.m-3) 5 5 5 0,0959848 0,0001342 715,854 0,0959520 0,0001363 714,887 0,0974320 0,0001388 742,766 0,0943750 0,0001298 691,456

Tab. 12. Statistické vyhodnocení hustoty desek s hliníkovou folií ve spárách Statistická hodnota počet vzorků aritmetický průměr medián max. hodnota min. hodnota

Vzorky se spárami vyplněnými hliníkovou folií Váha (kg) Objem (m3) Hustota (kg.m-3) 5 5 5 0,0941878 0,0001313 718,450 0,0940640 0,0001301 724,353 0,0954330 0,0001363 759,1929 0,0920630 0,0001239 675,493

Hustota je u vzorků se spárami vyplněnými hliníkovou folií vyšší (718,450 kg.m-3), než u vzorků se spárami vyplněnými UFL (715,854 kg.m-3). Je to způsobeno vyšší hustotou hliníkové folie oproti UFL. Výsledný rozdíl je cca 2,6 kg.m-3, který je zanedbatelný. - 38 -

5.5 Měření tepelných vlastností

A) Cemenotřísková deska

B) Překližka

Obr. 22. Vyznačené měřené úseků na jednotlivých deskách Na obr. 22 A) a B) jsou naznačeny jednotlivé měřené úseky, které jsou dále vyhodnocovány. Snímky jsou pořízeny při maximálním výkonu elektrické topné rohože. Barevná stupnice ukazuje rozložení teplot na povrchu zkoušených desek. Jednotlivé úseky jsou označeny LI01, LI02, LI03 a LI04. Na obr. 22 B) jsou použity čtyři různé metody výroby v jedné desce. LI01 a LI02 jsou úseky, které mají ve spárách UFL a LI02 má navíc na povrchu dlažbu. LI03 a LI04 mají ve spárách hliníkovou folii a LI04 má navíc na povrchu dlažbu. Na obr. 22 A) jsou úseky rozděleny z důvodu zkoušky stejnoměrnosti rozložení teplot po povrchu. Na celém jejím povrchu je položena dlažba.

Obr. 23. Graf rozložení teplot v čase jednotlivých částí cementotřískové desky

- 39 -

Obr. 24. Graf rozložení teplot v čase jednotlivých částí překližky Na obr. 23. a 24. jsou uvedeny maximální dosažené teploty v jednotlivých částech. Z obr. 23. je vidět, že největšího výkonu bylo dosaženo po 47 minutách od zapnutí topné rohože do sítě elektrického napětí. Na druhém grafu bylo dosaženo největšího výkonu po 74 minutách, od zapnutí topné rohože. Po vypnutí se u cementotřískové desky teplota ustálila a začala klesat. Teploty v měřených částech se liší max. o 1 °C. Rychlost náběhu teploty je srovnatelná s překližkou v části LI02 a LI04, kde je použita dlažba, avšak maximální dosažená teplota je rychlejší u cementotřískové desky. Na obr. 24. je dosaženo největší teploty v části LI03, což je způsobeno velkou tepelnou vodivostí hliníku. O 2 °C méně bylo dosaženo v části LI01, kde je UFL, které není tak dobrý tepelný vodič jako hliníková folie. Části LI02 a LI04 jsou téměř srovnatelné. Maximální dosažená teplota byla 32 °C a po vypnutí zdroje elektrického napětí je na grafu patrná pozvolnější křivka chladnutí, způsobená tepelnou akumulací dlažby.

Obr. 25. Graf rozložení teplot v délce měřených úseků cementotřískové desky

- 40 -

Obr. 26. Graf rozložení teplot v délce měřených úseků překližky

Obr. 25. a 26. jsou vyhotoveny při největším výkonu topné rohože, z důvodu dobré viditelnosti rozdílů rozložení teplot jednotlivých úseků. U cementotřískové desky je patrné podobné rozložení teplot ve všech úsecích kromě levé poloviny grafu, kde je patrné snížení teplot LI02 a LI04, způsobené okrajovou zónou desky. Dlažba zde nebyla položena až do kraje desky z důvodu jejích rozměrů. Z obr. 26. jsou vidět velké rozdíly rozložení teplot. Nad kabely topné rohože je v úseku LI03 a LI01 vidět velký rozdíl teplot. Je to způsobeno malou tepelnou vodivostí dřeva, což se projevuje malým prostupem tepla do šířky desky. Naopak v úsecích LI02 a LI04 je vidět téměř rovnoměrné rozložení teplot, způsobené rovnoměrnou akumulací dlažby. Následující histogramy ukazují rozptyl teplot při maximálním výkonu topné rohože u různých oblastí (úseků) měřených desek.

Obr. 27. Graf rozptylu teplot v oblasti LI01 překližky

- 41 -

Obr. 28. Graf rozptylu teplot v blasti LI02 překližky

Obr. 29. Graf rozptylu teplot v oblasti LI03 překližky

Obr. 30. Graf rozptylu teplot o oblasti LI04 překližky

- 42 -

Obr. 31. Graf rozptylu teplot u části LI01 cementotřískové desky Z obrázků je vidět, že v každé oblasti dochází k jinému rozptylu teplot. V levém sloupci osy y je procentuální zastoupení teplot a v pravém jednotlivé teploty odstupňované po 0,2 °C. V oblastech LI02 a LI04 překližované desky je roptyl teplot téměř stejný jako u Cementotřískové desky v oblasti LI01 (liší se o ±1 °C). V oblastech LI01 a LI03 překližované desky je roptyl teplot téměř 14 °C, přičemž oblast v jejíchž spárách je hliníková folie, dosáhla teploty o 2 °C vyšší, než oblast vyplněná UFL. Tab. 13. Čas potřebný k ohřátí povrchu jednotlivých úseků na požadovanou teplotu Čas (min) Požadované normativní Cement. Hliník. folie Hliník. folie s UFL bez teploty deska bez kachlí kachlemi kachlí 26 - 27 °C 22 15 20 21 28 - 29 °C 30 26 30 33 30 °C 45 38 41 53 33 °C --74 * --35 °C --* ----* - požadovaná hodnota byla naměřena jen v místě nad topnou rohoží

UFL s kachlemi 21 34 55 -----

Z tabulky vidíme jednotlivé časy, kdy byla dosažena požadovaná teplota. V úseku s hliníkovou folií ve spáře bez kachlí, bylo dosaženo požadovaných teplot nejdříve a naopak nejdéle u UFL ve spárách s kachlemi.

- 43 -

6

ZÁVĚR Práce byla zaměřena na výrobu vyhřívané překližky a následné mechanické a

fyzikální zkoušky. Hlavní náplní bylo určit, zda lze navrženou desku použít pro podlahové vytápění. Aby bylo možné naměřené hodnoty porovnávat s běžným elektrickým podlahovým vytápěním, byla vyrobena vyhřívaná deska z cementotřískové desky Cetris, tepelné rohože a univerzálního flexibilního lepidla (UFL). Zkoušela se doba náběhu (ohřevu), doběhu (chladnutí), teplota, na jakou je rohož schopna vytopit povrch desky, rozložení teplot po ploše. Mechanické zkoušky spočívaly v měření odolnosti povrchu pomocí dvou metod - padající kuličce a odolnosti při úderu, měření ohybu - zjišťování modulu pružnosti a pevnosti. Z fyzikálních zkoušek byly dále provedeny - měření hustoty a vlhkosti. Výsledky odolnosti proti padající kuličce poukázaly na větší odolnost překližky se spárami vyplněnými hliníkovou folií. Ze stanovení odolnosti povrchu při úderu byly na desce s UFL ve spárách naměřeny z rubové i lícové strany stejné výsledky. U desky s hliníkovou folií ve spárách byly z rubové a lícové strany naměřeny rozdílné výsledky. U měření modulu pružnosti a pevnosti bylo zjištěno, že nejvyšší hodnoty, tedy lepší mechanické vlastnosti, má deska se spárami vyplněnými UFL. Z měření vlhkosti byla zjištěna průměrná vlhkost vzorků 5,8 %. Rozdíl při měření hustot byl cca 2,6 kg.m-3. Po provedení teplotních zkoušek termovizní kamerou bylo posouzeno, že možnost použití navržených systémů pro praxi je v zásadě ovlivněno třemi ukazateli: 1. Rozložením teplot v čase – rychlost ohřevu a chladnutí 2. Rozložení teplot v délce měřených úseků a jejich rozptyl 3. Maximální dosaženou teplotou U překližky s hliníkovou folií ve spárách bez dlažby byl naměřen nejrychlejší náběh teploty (ohřev) ze všech měřených desek. Naopak nejpomalejší byl u překližky na straně, kde byla položena dlažba. Doběh (chladnutí) bylo nejpomalejší, a tedy nejvýhodnější, u desek s dlažbou. Rozložení teplot v délce měřených úseků bylo ideální u překližky v místech s dlažbou a u cementotřískové desky, způsobené postupnou akumulací tepla v dlažbě,

- 44 -

která teplo sice pomalu, ale rovnoměrně absorbuje do šířky. Rozptyl teplot úzce koresponduje s rozložením teplot. Největší rozptyl cca 14 °C byl naměřen u překližky s hliníkovou folií ve spárách bez dlažby, což by při praktickém použití bylo nepřípustné. Podobně na tom byla i deska s UFL ve spárách bez dlažby. Nejlepších výsledků dosáhly překližky s dlažbou a cementotřísková deska (rozptyl 2 – 5 °C) z důvodu rovnoměrné tepelné akumulace dlažby. Nejvyšší teploty (41 °C) bylo dosaženo u překližky po 74 minutách v části s hliníkovou folií ve spárách bez dlažby, jelikož hliník má velkou tepelnou vodivost. Ideálnímu podlahovému topení se blížila překližka s dlažbou. Aby však dosáhla maximálních požadovaných teplot, musela by mít topná rohož vyšší výkon a lepidlo, použité na pokládání dlažby, by muselo mít větší tepelnou vodivost. Výběr materiálu závisel na mechanických a fyzikálních vlastnostech. Jelikož je u překližky každá vrstva pootočena o 90°, má zvýšenou pevnost, je u ní odstraněn anizotropní charakter a další nežádoucí vlastnosti, přičemž je zachován vzhled přírodního dřeva. Více měření by jistě přineslo lepší a přesnější výsledky. Při samotném měření byly zjištěny různé nedostatky, které by byly při opakování měření eliminovány. Podklad, na kterém měření probíhalo, nebyl odizolován, a tudíž se při vyhřívání samotné desky teplo sdílelo ve formě vedení do betonové podlahy. Bylo by vhodné podlahu odizolovat např. polystyrénovou deskou.

- 45 -

7

SUMMARY The work was focused on manufacturing heated plywood, followed by mechanical

and physical tests. The theoretic part dealt with the history and different uses of floor heating. The main goal was to determine, whether the proposed board can be used for floor heating. In order to compare the measured values with those of regular electric floor heating, a heated board had to be made out of a cement board Cetris, thermal mat and universal flexible glue (UFL). The following values were tested: time of heating up, time of cooling down, temperature in which the mat is able to heat up the surface of the board, the distribution of temperatures on the surface. The mechanical tests were based on measuring the resistance of the surface using two methods: a falling ball and resistance under a smash, measuring of flexure – elastic modulus and firmness. Physical tests were these: measuring of density and humidity. Closest to the ideal floor heating came the plywood with floor tiling. In order to reach the maximum of desired temperatures though, the thermal mat would have to have better performance and the glue used for laying the floor tiling, would have to have better thermal conductivity. The choice of material depended on mechanical and physical properties. Due to each layer being tilted in the plywood by 90°, its firmness is better, the anisotropic character and other undesirable properties are removed, while the appearance of natural wood is preserved.

- 46 -

8

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

KRÁL, Pavel a Jaroslav HRÁZSKÝ. Výroba dýh a překližovaných materiálů - cvičení. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2001, 110 s. ISBN 80715-7484-8. KRÁL, Pavel a Jaroslav HRÁZSKÝ. Kompozitní materiály na bázi dřeva. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2006, 168 s. ISBN 80-715-7934-3. POLÁŠEK, Josef. Zkoušení nátěrových hmot a povrchových úprav. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2003, 149 s. ISBN 80-715-7659-X. POLÁŠEK, Josef a Rajmund COUFAL. Dřevěné podlahy. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1995, 123 s. ISBN 80-715-7184-9. KANICKÁ, Ludvika. Bydlení. Vyd. 1. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2008, 104 s. ISBN 978-80-7375-162-3. BAŠTA, Jiří et al. Topenářská příručka: 120 let topenářství v Čechách a na Moravě. 1. vyd. Praha: GAS, 2001, 2395 s. ISBN 80-86176-82-71. BUCHTA, Radek. Porovnání systémů vytápění. Zlín, 2008, 59 s. Bakalářská práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Vedoucí práce Ing. František Volek, CSc. KLUSÁK, Jiří. POROVNÁNÍ RŮZNÝCH ZPŮSOBŮ PODLAHOVÉHO. Brno, 2004, 61 s. Diplomová práce. VUT v Brně. Vedoucí práce Ing. Josef Štětina. BÖHM, Martin, REISNER, Jan, BOMBA, Jan. Materiály na bázi dřeva [online]. Praha, 2012 [cit. 2012-04-29]. ISBN 978-80-213-2251-6. Dostupné z: http://drevenematerialy.fld.czu.cz. Elektronická skripta. Česká zemědělská univerzita v Praze. RUBINOVÁ, Olga. Tepelná pohoda a tepelná rovnováha prostředí [online]. Brno, 2012 [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: www.fce.vutbr.cz/TZB/rubinova.o/prednasky/ tp02.pdf. Studijní opora. VUT v Brně.

- 47 -

POČINKOVÁ, Marcela. TZB II - VYTÁPĚNÍ BUDOV: SÁLAVE OTOPNÉ PLOCHY. Brno, 2006. Studijní opora. VUT v Brně. HÁJEK, Petr. Pozemní stavitelství II pro 2. ročník SPŠ stavebních. 3., přeprac. vyd. Praha: Sobotáles, 2007, 225 s. ISBN 978-80-86817-22-4. GRUBER, Josef. Podlahové vytápění kdysi a dnes. Zpravodaj SPŠ strojnické. 2003, roč. 2003, č. 11. MARR, Thomas. Hypokaust, antické plošné vytápění. MEZINÁRODNÍ MAGAZÍN O MODERNÍM PLOŠNÉM VYTÁPĚNÍ A CHLAZENÍ. 2011, č. 1.

Hypocaust, Kang, Ondol a Tawakhaneh. Www.sobestacnost.cz [online]. 2005 [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://www.sobestacnost.cz/modules.php?name=Forums&file =viewtopic&t=176. Jaká je historie podlah?. Www.naseinfo.cz [online]. 2009 - 2011 [cit. 2012-04-29]. Dostupné

z:

http://www.naseinfo.cz/stavby-a-stavebnictvi/uprava-Povrchu/podlahy/

jaka-je-historie-podlah OBECNĚ O REGULACI VYTÁPĚNÍ. Www.etatherm.cz [online]. 2006 [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://www.etatherm.cz/

Podlahové vytápění. Www.tzb-info.cz [online]. 2001 - 2012 [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/podlahove-vytapeni POLLIO, Marcus Vitruvius, [z latinského originálu De architectura libri decem přeložil Alois OTOUPALÍK, Poznámky a bibliografie Jan Bouzek PŘEDMLUVA a Stať Vitruvius a dnešek napsal Milan HONZÍK]. Deset knih o architektuře. Praha: Arista, 2009. ISBN 80-864-1058-7. FENIX TRADING S.R.O. NAVRHOVÁNÍ VELKOPLOŠNÉHO VYTÁPĚNÍ ECOFLOR, ECOFILM. 2011.

- 48 -

9

SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ

Obr. 1. Způsob vytápění hypocausta Obr. 2. Čínské vytápění Kang Obr. 3. Vytápění teplým vzduchem Obr. 4. Vrstvy podlah Obr. 5. Sdílení tepla vedením Obr. 6. Sdílení tepla prouděním Obr. 7. Sdílení tepla sáláním Obr. 8. Tepelná bilance lidského organismu Obr. 9. Vertikální rozložení teplot Obr. 10. Proudění vzduchu v místnosti s teplovzdušným vytápěním Obr. 11. Řez plovoucí podlahou Obr. 12. Řez dřevěnou podlahou Obr. 13. Znázornění přímotopného vytápění el. rohožemi a topnými okruhy Obr. 14. Znázornění poloakumulačního vytápění el. rohožemi a topnými okruhy Obr. 15. Znázornění akumulačního vytápění el. rohožemi a topnými okruhy Obr. 16. Schéma výroby navržené skladby překližky Obr. 17. Zkušební tělesa o průměru 40 a 19,1 mm Obr. 18. Schéma a rozměry přístroje U-3 Obr. 19. Stroj ZDM 10/90 na měření ohybu Obr. 20. Způsob uspořádání zkušebního tělesa a přípravku pro ohybovou zkoušku Obr. 21. Termovizní kamera Flir S65 Obr. 22. Vyznačené měřené úseky na jednotlivých deskách Obr. 23. Graf rozložení teplot v čase jednotlivých částí cementotřískové desky Obr. 24. Graf rozložení teplot v čase jednotlivých částí překližky Obr. 25. Graf rozložení teplot v délce měřených úseků cementotřískové desky Obr. 26. Graf rozložení teplot v délce měřených úseků překližky Obr. 27. Graf rozptylu teplot v oblasti LI01 překližky Obr. 28. Graf rozptylu teplot v oblasti LI02 překližky Obr. 29. Graf rozptylu teplot v oblasti LI03 překližky Obr. 30. Graf rozptylu teplot v oblasti LI04 překližky Obr. 31. Graf rozptylu teplot v oblasti LI01 cementotřískové desky

- 49 -

10 SEZNAM TABULEK A VZORCŮ Tabulky Tab. 1. Měrný energetický výdej na m2 tělesné plochy podle fyzické činnosti Tab. 2. Šířka otisku padající kuličky Tab. 3. Naměřená výška, ze které byla po dopadu vytrhána dřevní vlákna Tab. 4. Hodnoty pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s UFL ve spárách Tab. 5. Hodnoty pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s hliníkovou folií ve spárách Tab. 6. Statistické vyhodnocení pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s UFL ve spárách Tab. 7. Statistické vyhodnocení pevnosti v ohybu a modulu pružnosti s hliníkovou folií ve spárách Tab. 8. Vlhkosti měřených desek Tab. 9. Statistické vyhodnocení měření vlhkosti Tab. 10. Hustota měřených desek Tab. 11. Statistické vyhodnocení hustoty desek s UFL ve spárách Tab. 12. Statistické vyhodnocení hustoty desek s hliníkovou folií ve spárách Tab. 13. Doba potřebná k ohřátí povrchu desek jednotlivých úseků na požadovanou teplotu

Vzorce [1] Výpočet vedení tepla rovinou [2] Výpočet sdílení tepla vedením [3] Bilanční rovnice pro dopadající sálání [4] Rovnice tepelné rovnováhy člověka [5] Výpočet modulu pružnosti [6] Výpočet modulu pevnosti [7] Výpočet vlhkosti [8] Výpočet hustoty

- 50 -

11 PŘÍLOHY Výroba navržené skladby překližky

Frézování drážky na CNC stroji

Deska připravená na vyplnění spar

Deska se zaplněnými spárami

Nařezané dýhy připravené k nalepení

Lisování desek

Závěrečné položení dlažby

- 51 -

Grafy maximálního zatížení Příčný směr (spáry vyplněné UFL) Lpr1-5

Příčný směr (spáry vyplněné hliník. folií) Ppr1-5

- 52 -

Podélný směr (spáry vyplněné UFL) Lpo1-5

Podélný směr (spáry vyplněné hliník. folií) Ppo1-5

- 53 -

- 54 -

Lomy překližky při měření maximálního zatížení

Typy lomu s UFL ve spárách

Typy lomu s hliníkovou folií ve spárách

- 55 -

Typy lomu u překližky beze spár

- 56 -