Převážně sálavé otopné plochy - úvod Mezi převážně sálavé plochy řadíme i tepelně aktivované stavební konstrukce se zabudovanými teplovodními rozvody nebo elektrickými topnými kabely (rohožemi, fóliemi). Podle umístění topných prvků dělíme tento způsob vytápění na Podlahový Stěnový Stropní V nové výstavbě se setkáváme s nízkoenergetickými a někdy i pasivními domy. Výrazně se snižuje jejich tepelná ztráta prostupem a tím i potřeba tepla na vytápění. Snižuje se tak požadavek na teplotu otopné vody. Právě velkoplošné vytápěcí plochy pracují s nižší teplotou topné vody než je tomu u systémů s otopnými tělesy. Způsob jejich využití narůstá s instalací nízkoteplotních zdrojů tepla, mezi které zařadíme kondenzační kotle, tepelná čerpadla či podporu vytápění aktivní solární technikou. U velkoplošných převážně sálavých topných systémů dojde tepelnou aktivací stavební konstrukce ke zvýšení její povrchové teploty. To umožňuje vytápět prostor na nižší teplotu vzduchu, při zachování stejného pocitu tepelné pohody. Snížení teploty vzduchu přináší úsporu energie na vytápění. Tyto otopné plochy mohou být instalovány jako Hlavní otopná plocha Kombinace s otopnými tělesy Doplňkové Podle použitého systému a způsobu jeho zabudování mohou být provozovány jako systémy Akumulační Poloakumulační Přímotopné U systému akumulačních je vhodná regulace dle venkovní teploty, bez/s vazbou na vnitřní teplotu. U teplovodních systémů se řízení výkonu podlahového vytápění provádí změnou teplot otopné vody, elektrické systémy se řídí časem provozu.
Podlahové vytápění (převážně sálavá otopná plocha) Podlahové (i stěnové vytápění) patří mezi nízkoteplotní systémy. Základní rozdělení teplovodní, elektrické.
České technické normy pro podlahové vytápění ČSN EN 1264-1: Podlahové vytápění – Soustavy a komponenty - Část1: Definice a značky (1997) ČSN EN 1264-2: Podlahové vytápění – Soustavy a komponenty – Část 2: Výpočet tepelného výkonu (1998) nahrazena ČSN EN 1264-2 Zabudované vodní velkoplošné otopné a chladící soustavy – Část 2: Podlahové vytápění: Průkazné postupy pro stanovení tepelného výkonu výpočtovými a experimentálními metodami (červen 2009) ČSN EN 1264-3 Zabudované vodní velkoplošné otopné a chladící soustavy – Část 3: Projektování (zatím nezavedena) ČSN 1264-4: Podlahové vytápění – Soustavy a komponenty – Část 4: Montáž (červenec 2002) ČSN EN 1264-5 Zabudované vodní velkoplošné otopné a chladící soustavy – Část 5: Otopné a chladící plochy zabudované v podlahách, stropech a stěnách – Stanovení tepelného výkonu (červenec 2009)
Typy soustav dle ČSN EN 1264 Podlahová krytina
A - s trubkami uvnitř roznášecí vrstvy B - s trubkami pod roznášecí vrstvou
T su D
su sw
Cementová , anhydritová mazanina, asfaltová r.v.
Tepelně vodivý prvek
Tepelná izolace
C - s trubkami ve vyrovnávací vrstvě s dvojitě oddělující vrstvou od roznášecí vrstvy
Cementová , anhydritová mazanina,asfalto vá r.v. dřevěná roznášecí vrstva
D – s plošnými prvky
Roznášecí a teplo rozváděcí vrstva
Základní stavební konstrukce
su
Cementová , anhydritová mazanina, asfaltová r.v., dřevěná roznášecí vrstva
r.v. - roznášecí vrstva
Základní požadavky na podlahové vytápění Tepelný odpor izolačních vrstev pod soustavou podlahového vytápění ČSN EN 1264-4 uvádí nejmenší tepelný odpor izolační vrstvy pod soustavou podlahového vytápění (r. 2002) 0,75 je-li spodní místnost vytápěná, 1,25 je-li spodní místnost vytápěna přerušovaně či nevytápěná, je –li podlahová konstrukce na zemině (hladina spodní vody je vzdálena více než 5m), 2,0 je-li kce nad exteriérem pro oblasti s výpočtovou venkovní teplotou od -5 do -15oC včetně. Tyto požadavky nejsou u některých konstrukcí v souladu s požadavky tepelné ochrany budov ČSN 730540-2 (2007), která stanoví normovou a doporučenou hodnotu součinitele prostupu tepla „U“. Požadované (doporučené) hodnoty součinitele prostupu tepla dle ČSN 73 0540 pro vybrané konstrukce: Strop z vytápěného k nevytápěnému prostoru UN = 0,60 W/m2K (0,40) Podlaha z vytápěného prostoru k zemině UN = 0,45 W/m2K (0,30) (mimo kce do vzdálenosti 1m od rozhraní zeminy a venkovního vzduchu) Strop s podlahou nad venkovním prostorem UN = 0,24 W/m2K (0,16)
Pro podlahové vytápění je doporučeno, aby hustota tepelného toku směrem dolů nepřekročila 10% hustoty tepelného toku nahoru ve stavu konstrukce bez podlahové krytiny. Doporučené tloušťky tepelné izolace pro konstrukce s podlahovým vytápěním s ohledem na výše uvedené nad vytápěným prostorem s rozdílem teplot 50mm, nad nevytápěným prostorem 80mm, na zemině 100 – 120 mm, nad exteriérem 140 – 160 mm. Tepelná izolace má mít nízkou stlačitelnost, deformace do 5mm (objemová hmotnost izolační desky alespoň 30 kg/m3 ). Tepelný odpor podlahových krytin 2 Tepelný odpor podlahových krytin (R) u podlahového vytápění je max. 0,15 (m K/W). Maximální teploty povrchu podlah (podlahových krytin) u kcí s podlahovým vytápěním Obytné prostory (pobytové) 29oC Okrajové zóny 35oC Doporučení: Prostory obytné a pracovní, kde osoby převážně stojí 26 – 27 oC Koupelny, bazény 33 oC Uchycení potrubí Po položení roznášecí vrstvy je dovolena svislá odchylka max. 5mm, vodorovná odchylka max. 10mm (neplatí u ohybu). Základní způsoby uchycení potrubí Do vodících lišt Do systémové desky K nosné rohoži (kari síti) Pomocí fixačních spon (individuálních příchytek) Krycí výška u potrubí Cementové potěry min. 30 mm. U „A“ s tl. roznášecí desky pod 100mm je krytí min. 30mm + D
Pro potěry na bázi anhydritu min. 35mm.
Tvrdá krytina s odlišným požadavkem spárování Maltové lože min. 35mm Krytí min. 20mm Potěr minimálně 45mm
Teplota otopné vody (zdroje) Nejvyšší teplota okolo topných prvků v roznášecí vrstvě je 55oC.
Technologie „mokrého procesu“
Samonivelační potěry na bázi anhydritu na systémy pracují s teplotou otopné vody do 50oC. Pro asfaltové vrstvy činí požadavek maximální teploty zdroje 45oC. Limity povrchových teplot z hygienických hledisek.
Teplota zdroje (otopné vody)
Limity výrobců podlahových krytin (dřevo)
Pokládka potrubí se provádí ve tvaru meandru nebo spirály. Rozteč pokládky podle projektové dokumentace. Vzdálenost od svislých konstrukcí min. 50mm. Vzdálenost od šachet (instalačních, výtahových), ohnišť (krbů), kouřovodů min. 200mm. Neumisťovat pod pevně zabudované ZP (kuchyňské linky, vany). Spoje na plastovém potrubí v podlaze nejsou zakázány, ale lépe je, vyhnout se jim. Meandr jednoduchý
jednoduchý se zhuštěnou okrajovou zónou
dvojitý
Spirála se zhuštěnou okrajovou zónou
s předsunutou okrajovou zónou
samostatným okruhem pro okrajovou zónu
Vedení v chráničkách a ochranných trubkách Spáry Okrajové (5mm roztažení), u cementových potěrů i anhydritu Dilatační (cement. potěr bez vyztužení max. 40m2, 8m strana, poměr 1:2) Kontrakční (5x5m u cement.mazaniny, následně zatmeleny) Technologické O umístění spár v ploše rozhoduje statik, stavař. Specialista topenář je respektuje. Potrubí je při průchodu spárou v chráničce. Spárou procházíme min. počtem potrubí (přívod, vrat). V chráničkách jsou potrubní rozvody u vedení k rozdělovači a sběrači. Připojovací potrubí okruhu je v chráničce i tam, kde nepožadujeme temperaci prostoru. Nevedeme jej prostory, kde je nežádoucí i mírná temperace (spíž).
Rozdělovače a sběrače kompaktní, stavebnicové, průmyslové. Každý okruh podlahového vytápění - samostatné napojení na R+S. U rozdělovače a sběrače podlahového vytápění má být možnost uzavření okruhu a hydraulické regulace. Vhodné je, aby jednotlivé okruhy neměly příliš rozdílné tlakové ztráty. Potrubní materiál Plasty (PE-X, PP-R, PB) s kyslíkovou bariérou Kombinované vícevrstvé potrubí (PE-X, Al, PE-X) Měkká měď (doporučeno s povlakem) Tlaková a topná zkouška Napuštění a odvzdušnění podlahových okruhů, tlaková zkouška. Potrubí se napouští vodou event. vodou s nemrznoucí směsí. Bude-li použita nemrznoucí směs, je následně předepsán 3-násobný proplach. Zkušební tlak - dvojnásobek pracovního, min. 600 kPa (6 barů). Tlaková zkouška je písemně potvrzena protokolem. Napuštěno zůstane potrubí i po dobu provádění potěru. Topná zkouška Hydraulické vyregulování. Postupné zvyšování teploty (5oC za den) až do 50oC (otopná voda), udržování teploty bez útlumu 2-4 dny, postupné snižování (10oC za den).
Princip návrhu/výpočtu výkonu/ podlahového vytápění Tepelný výkon z vytápěné podlahové plochy Qp = Ap . αp . (tp – ti) = Ap .q (W) kde q je hustota tepelného toku směrem nahoru (W/m2) αp celkový součinitel přestupu tepla (W/m2K) Tepelný výkon směrem nahoru pokrývá očištěnou tepelnou ztrátu (ztrátu bez ztrát prostupem vytápěnou konstrukcí – podlahou). Tepelný příkon otopné plochy Qpc = Qp + QI = (q + qI ) . Ap (W) Jedná se o množství tepla, které musíme dodat do podlahového vytápěcího systému ze zdroje tepla. Požadovaná hustota tepelného toku qpož = Qz/Ap (W/m2) Qz očištěná tepelná ztráta (W) Ap půdorysná plocha podlahového vytápění (m2) Dosažení hodnoty měrného výkonu je závislé na rozteči potrubí, materiálu a profilu,
teplotách otopné vody a teplotním rozdílu, skladbě stavební konstrukce, teplotě ve vytápěné místnosti, teplotě na druhé straně konstrukce. Návrh musí respektovat maximální povrchovou teplotu podlahy. Fyzikální a matematický model Teplonosná látka
Stavební hmota
místnost
Teplotní gradient Prostup
tepla
Přestup tepla na stěně Vedení tepla stěnou Přestup tepla v potrubí Vedení tepla válcovou stěnou
tA
tpA Idealizace: nahrazení soustavy trubek rovinnou stěnou
tm
ts
Nahrazení soustavy trubek (válcových zdrojů) rovinnou deskou v matematickém modelu Charakteristický součinitel m Desky se zabetonovanými trubkami
m
2.(U A U B ) 2 ..d
Desky se zakrytými tepelně vodivými lamelami
m kde UA
U A UB L .d L je tepelná propustnost vrstev na stranu do vytápěného prostoru (W/m2K),
UB λ d λL dL
je tepelná propustnost vrstev na stranu do nevytápěného prostoru (W/m2K), je tepelná vodivost vrstvy, do níž jsou uloženy otopné trubky (W/m2K), vnější profil potrubí (m), je tepelná vodivost lamel (W/m2K), je tloušťka lamel (m).
Tepelná propustnost na vytápěnou stranu: 1 UA n a 1 n
A
1
n
Tepelná propustnost na nevytápěnou stranu: 1 UB n b 1 n
B
α a,b λA,B
1
n
je součinitel přestupu tepla na příslušné straně desky (W/m2K), jsou tloušťky vrstev stejných tepelně technických vlastností na příslušné straně desky (m), je tepelná vodivost materiálu příslušné vrstvy a strany ve směru vedení tepla (W/m2K).
Vedení tepla z válcového zdroje – definice tepelných propustností Střední teplota v rovině proložené osami zdrojů tepla za předpokladu rozdílných teplotních podmínek na obou stranách desky L L tgh m tgh m Ub 2 2 .t t t s t i t m t i . 1 L L i iB Ub U A m m 2 2 Průměrná povrchová teplota – na vytápěnou stranu (A): U t pA A t s t i t i
A
Průměrná povrchová teplota – na nevytápěnou stranu (B) :
t pB
UB
B
t s t iB t iB 2
Měrný tepelný tok
(W/m )
qA = UA . (ts – ti) = αA . (tpA – ti) qB = UB . (ts – tiB,e) = αB . (tpB – tiB,e)
Měrný tepelný tok nahoru (w/m2)
Normová charakteristická křivka pro podlahové vytápění q = 8,92 . (θF,m – θi)1,1 (W/m2) kde (θF,m – θi) je teplotní rozdíl mezi průměrnou povrchovou teplotou a vnitřní teplotou 140,00
120,00
100,00 30 C
80,00
35 C 40 C
60,00
40,00
20,00
0,00 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Rozteč potrubí (mm)
Hustota tepelného toku dle rozteče pokládky potrubí a střední teploty otopné vody, kce na zemině, UB = 0,28 W/m2.K .
