Ponúka sa otázka, prečo už ľudia dávno nevykurujú svoje príbytky aj skladové a výrobné haly ohriatym stropom a stále používajú kachle, teplovodné radiátory, v lepšom prípade vykurujú podlahou. Odpoveď je zrejmá. Sila tradície a zvykov. Vôbec najčastejším argumentom proti stropnému vykurovaniu je viera, že „teplo predsa vždy stúpa nahor, a preto je toto vykurovanie fyzikálny nezmysel“. Lenže realita je iná.
Poznámka
Vysoká účinnosť stropného vykurovania a zároveň presnosť jeho teplotného nastavenia je zrejmá už z toho, že intenzita tepelného sálania rastie so štvrtou mocninou termodynamickej teploty T4. To znamená, že aj malá zmena teploty vykurovacieho stropu vyvolá znateľnú pocitovú zmenu. A naopak, aj veľká zmena vonkajšej teploty si vynúti len malú zmenu teploty vykurovacieho stropu, v praxi väčšinou žiadnu.
Prednosti stropného vykurovania
Je ich viac a všetky stoja za to. Ide o nízkoteplotné vykurovanie, kedy miestnosť vykuruje celá veľká plocha stropu, ktorého teplota tak ani v silných vonkajších mrazoch neprekročí 30 °C. Bežné zimné ustálené teploty stropu sú od cca 25 do 27 °C; to sú výsledky reálneho stropného vykurovania vo vykurovacej sezóne 2018/19. Vyššia teplota sa realizuje len pri rýchlom spustení vykurovacej sústavy z vychladnutého stavu.
Život pod stropným vykurovaním
„Najpádnejším“ argumentom proti stropnému vykurovaniu je, že sa pod ním prehrieva hlava a stráca sa tak sústredenosť. Avšak osoby, ktoré boli vo vykurovacom období pozvané na návštevu objektu s celoplošným stropným vykurovaním, nič podobné nezaznamenali. Keď si v celej budove nevšimli radiátory, teplovzdušné fukáre atď., čudovali sa a pýtali, či máme podlahové vykurovanie. Keď počuli, že je v dome inštalované stropné vykurovanie v celej ploche stropu nad každou miestnosťou, čudovali sa ešte viac: „Ale veď je ten strop studený(!),“ rozprávali, keď bezkontaktným teplomerom odčítali teplotu stropu, ktorá bola len o niekoľko °C teplejšia ako bola teplota podláh a stien.
Sálavá podstata stropného vykurovania a chladenia
Vzduch sa síce účastní teplozemnných dejov medzi vykurovacím telesom a vykurovaným priestorom, avšak len okrajovo a odvodene. Výnimkou sú len teplovzdušné vykurovacie zariadenia, ktoré do miestnosti vháňajú prievan teplého vzduchu, ktorý bol ohriaty kdesi mimo miestnosť, napríklad v kotolni. Vráťme sa ale k téme:
Ohriaty vykurovací strop predovšetkým sála podľa svojej teploty do priestoru miestnosti tepelné žiarenie (sálanie). Intenzitu tohto sálania presne popisuje Stefanov−Boltzmannov zákon I = σεT4, kde σ = 5,67·10-8 W/(m2K4) je Stefanova–Boltzmannova konštanta, ε =1 je emisivita povrchu stropu a T je termodynamická teplota v K. Pri teplote 27 °C sála strop do interiéru teplo s intenzitou 460 W/m2.
- Sálavý strop nielen, že sála, ale tiež prijíma tepelné žiarenie, ktoré voči nemu naopak „vysiela“ zo začiatku chladná podlaha, steny miestnosti a iné interiérové povrchy, hlavne nábytok. Ak je ich počiatočná teplota povedzme 15 °C, sála vnútorný priestor k stropu s intenzitou necelých 391 W/m2, takže strop v tejto chvíli celkovo vydáva do priestoru miestnosti energiu cca 69 W/m2.
- S tým, ako strop postupne ohrieva podlahu aj steny miestnosti, je od ich rastúceho sálania sám ohrievaný; počiatočný energetický príkon (tzn. teplotu vykurovacej vody) preto postupne znižujeme.
- Po relatívne krátkom čase sa teploty v miestnosti ustália. Priestorová teplota sálania dosiahne požadovanej hodnoty, povedzme 21 °C, a to pri povrchovej teplote stropu, povedzme 24 °C. Od priestorového sálania sa rýchlo dorovná aj teplota vzduchu na 21 °C. Strop pri týchto ustálených teplotách dodáva do miestnosti energiu necelých 18 W/m2. To pokrýva tepelnú stratu miestnosti.
Základné vlastnosti stropného vykurovania
Vykurovanie, nech už akékoľvek, by malo predovšetkým rýchlo reagovať na regulačný podnet, či už si vnútornú teplotu praje zmeniť používateľ, alebo si intenzitu vykurovania vynútia zmeny vonkajšej teploty. Snaha preto je, aby teplota vykurovacieho stropu reagovala na novú teplotnú požiadavku okamžite. Vykurovacie stropy, ktoré v tomto článku popisujeme, reagujú veľmi rýchlo: Ide o teplovodné stropné vykurovanie, kde prestup tepla od temperovanej vody v medených stropných rúrkach prebieha cez necelých 5 mm hrubú a tepelne veľmi vodivú dosku priamo na povrch stropu. Ak dôjde k regulačnému povelu, nová teplota stropu sa ustáli do niekoľkých minút. Rýchlosť prestupu tepla z vykurovacej vody k povrchu vykurovacieho stropu je veľmi dôležitá. Dodajme, že rýchlu reakciu stropného vykurovania je možné realizovať aj elektrickými vykurovacími fóliami a rohožami za predpokladu, že zaistíme rýchly prestup tepla od fólie k povrchu stropu.
Návrh stropného vykurovania/chladenia
U stropného vykurovania zatiaľ priemysel neponúkol ucelené riešenie stropu s prípravou pre stropné vykurovanie. Dôvodom je pozoruhodná neznalosť sálavých teplosmenných dejov zo strany stavebných tepelných technikov, ktorí navrhujú a realizujú domové vykurovacie sústavy iba v podobe stenových radiátorov alebo podlahového vykurovania. Slovenská "stavebná tepelná mantra" znie, že teplo vždy stúpa nahor. V skutočnosti stúpa nahor len teplý vzduch, zatiaľ, čo sálanie je všetkými smermi a väčšinou aj energeticky silne dominantné.
Z nášho pohľadu je k realizácii vykurovacieho stropu vhodné využiť napríklad sadrokartónové stropné konštrukcie a realizovať vhodné zakrytie stropu doskami, ktoré sú ideálne po celom povrchu ohrievané vykurovacím médiom (vykurovacia voda, elektrina). To je aj prípad popísaného systému vykurovania.
Pobytová pohoda
Na toto téma píše Wikipedia (ku dňu 18/6/2019) pozoruhodné nezmysly. Hlavne menuje „objektívne faktory, to znamená štyri veličiny, ktoré sú merateľné a ovplyvniteľné technickými prostriedkami a ktoré ovplyvňujú pobytovú pohodu. Sú to:
- teplota vzduchu,
- vlhkosť vzduchu,
- rýchlosť prúdenia vzduchu,
- teplota okolitých stien či predmetov.“
Určujúci faktor pre pocit tepelnej pohody, teda teplota priestorového tepelného žiarenia v miestnosti, ale chýba. Doplňme preto, že teplota vzduchu je kompletne odvodená od teploty priestorového tepelného žiarenia, tzn. povrchových teplôt v miestnosti. Výnimkou je, keď intenzívnym vetraním vháňame do miestnosti chladný alebo horúci vzduch. Pre pobytovú pohodu, rovnako ako pre teplotu vzduchu je podstatné, že záleží hlavne na teplote priestorového žiarenia.
Mýty:
1. Stropné vykurovanie je nezmysel. Každý predsa vie, že teplo stúpa nahor! Ohriaty strop nedokáže miestnosť rovnomerne ohriať, podlaha ostáva dlho studená!
Pravda: Hlavným transportným mechanizmom pri zdieľaní tepla v priestore je tepelné sálanie. Vzduch a jeho prúdenie má len druhotnú úlohu. Lenže ľudské oko sálanie nevidí a tento fakt dal tuhý život myšlienke, že sa teplo šíri len vedením a prúdením tepla. Priestorové sálanie samotné ustáli priestorovú teplotu v miestnosti (ak nie je intenzívne vetraná) a priemere povrchových teplôt v miestnosti, vážených podľa plochy. Vzduch nič neriadi; teplota vzduchu len nasleduje teplotu povrchov a priestorového sálania.
2. Lepšie je podlahové vykurovanie. Nie je zima od nôh a navyše mi na hlavu nesála teplo!
Pravda: Sálať teplo na hlavu nemôže, lebo, ako už bolo popísané, strop je len o niekoľko °C teplejší než priestorové sálanie v miestnosti a tým aj teplota vzduchu: človek tento rozdiel nedokáže ani zaznamenať!
