Veľa ľudom pripadá tento úvod ako mylne pozitívny. Teplo predsa stúpa nahor, ako tvrdí odborná stavebná obec, takže je stropné vykurovanie nezmysel a bodka.
Kde je pravda?
Nahor stúpa len teplý vzduch. Bežné lokálne vykurovacie zariadenia síce účinne ohrievajú vzduch a roznášajú ho po miestnosti, ale rovnako alebo ešte intenzívnejšie sálajú teplo do okolia na steny, k stopu aj k podlahe a tým ich rýchlo ohrievajú. Podlaha býva však týmto vykurovacím zariadením najmenej osálaná a prúdenie teplého vzduchu ju neohreje takmer vôbec, pretože k nej „padá” chladný vzduch. Naopak strop aj blízke steny potom, čo sa ohrejú, sálavo ohrievajú aj podlahu.
Príklad: Keď lokálne kachle ohrejú strop na 35 °C, tak podľa zákonov fyziky (Stefanov-Boltzmannov zákon) tento strop odovzdáva podlahe, ktorá má teplotu 15 °C žiarivú energiu s intenzitou 120 W/m2. Iba teplý vzduch s týmto účinkom chladnú podlahu nikdy neohrieva...
Tepelné žiarenie
Jedná sa o neviditeľné širokospektrálne elektromagnetické žiarenie, ktoré vypĺňa vonkajší priestor, miestnosti v budovách, dutiny aj samotný objem telies, vrátane múrov a iných stavebných konštrukcií. Ak je povrchová teplota všetkých stien miestnosti, podlahy aj stropu 10 °C (T = 283,15 K), je aj priestor miestnosti vyplnený tepelným žiarením v teplote 10 °C. Typická je dynamika tohto žiarenia: Každá z plôch miestnosti sála do priestoru žiarivú energiu podľa Stefanov-Boltzmannovho zákona (tu v intenzite σT4= 364,5 W/m2) a zároveň rovnaké žiarenie prijíma z priestoru.
Princíp stropného vykurovania
Zhotovme strop tak, aby celá jeho plocha vykurovala, tzn. aby sme v každom okamžiku mohli ohriať celú plochu stropu na potrebnú teplotu. Počiatočná povrchová teplota všetkých štyroch stien, podlahy aj stropu je 10 °C. Ohrev stropu môže byť realizovaný napr. sieťou vykurovacích rúrok v strope pod jeho povrchom.
1. fáza: Pri štvorcovej ploche stropu a podlahy 5×5 = 25 m2 a ploche každej zo štyroch stien 5×3 = 15 m2 ohrejeme v prvom kroku strop až na 48 °C, aby sme ihneď dosiahli pobytovej priestorovej teploty tepelného žiarenia tP = 20 °C, vyhovujúcej pre pobyt ľudí.
Štartovacia teplota stropu 48 °C plynie z geometrie miestnosti. Je zvolená tak, aby priemer 4. mocnín termodynamických teplôt stropu (48 + 273,15)
kde ti a Ai sú počiatočné teploty v °C, resp. plochy stropu, podlahy a štyroch stien v m2.
2. fáza: Sálanie stropu v teplote 48 °C a priestorové žiarenie v teplote tP = 20 °C rýchlo ohrieva chladné steny a podlahu. Aby sme udržali priestorovú teplotu na rovnakej úrovni tP = 20 °C, musíme krátko po štarte znižovať teplotu stropu zo štartovacej úrovne 48 °C, to znamená znižovať výkon stropného vykurovania až do doby, kedy sa teplotne ustália všetky stropom ohrievané povrchy pri požadovanej priestorovej teplote 20 °C. Ustálené teploty nevykurovaných povrchov stien v miestnosti závisia na priestorových teplotách za týmito stenami a ich tepelnoizolačných vlastnostiach, hlavne potom na teplotách vonkajších povrchov domu, tj. fasády a strechy.
Teplota vzduchu v miestnosti
Žiarenie stropu a priestorové žiarenie ohrieva vďaka skleníkovému efektu aj vzduch v miestnosti, ktorý rýchlo príjme teplotu priestorového žiarenia tP. Výnimkou je niekoľko dm hrubá vzduchová vrstva, susediaca s povrchmi: tu sa realizuje teplotný gradient (spád) od teploty priestorového žiarenia tP k teplote povrchu ti. Týka sa to či už vykurovaného stropu, tak aj vnútorných povrchov obvodových stien, ktoré sú na protiľahlej strane ochladzované. Až na tieto okrajové vrstvy má vzduch v miestnosti všade rovnakú teplotu (vznikne teplotné plató).
Regulácia teploty
Princíp tohto vykurovania je v tom, že rýchlo ohrejeme stop tak, aby priestorová teplota tP bez dlhého čakania zodpovedala požiadavke. K tomu je potrebná rýchla reakcia stropného vykurovania; jeho prevedenie by malo umožniť, aby požiadavka na zmenu teploty stropu bola realizovaná do niekoľkých minút.
Po ustálení požadovanej teploty v miestnosti, tzn. nielen teploty stropu a vzduchu, ale tiež obklopujúcich stien, podlahy, nábytku apod., je teplota vykurovacej stropnej plochy len niekoľko stupňov nad izbovou teplotou. Jedná sa o najviac nízkoteplotný a teda zároveň najúčinnejší spôsob vykurovania. Príklad: Dňa 18. januára 2019 pri vonkajšej teplote +3,5 °C bola priestorová teplota v redakčnej miestnosti nášho vydavateľstva 21,8 °C pri teplote vykurovaného stropu 23,6 °C; teplota vykurovanej vody bola 24,5 °C.
Tepelná pohoda
Okrem toho, že je stropné vykurovanie najúčinnejšie, čiže najviac šetrí energiu, je pobyt pod ním veľmi príjemný. S tým súvisí aj to, že sa jedná o vykurovanie s najrýchlejšou reakciou: To platí dvojnásobne, keď sa už vo fáze príprav a plánovania stropného vykurovania sústredíme na to, aby bol prechod tepla z teplovodných vykurovacích rúrok alebo elektrických fólií rovno k vykurovanému stropnému povrchu čo najrýchlejší.
Záver
Stropné vykurovanie je riešenie, ktoré pripomína Slnko hrejúce zhora. Na jeho pochopenie je potrebné porozumieť tepelnému žiareniu a tomu, že žiarenie nepreskakuje len medzi studenými a ohriatymi telesami, ale že zaplňuje priestor podobne ako plyn (fyzika používa pojem fotónový plyn), ktorý zdieľa energiu s povrchmi. Tepelné žiarenie je dominujúcim médiom všetkých teplosmenných dejov v priestore a umožňuje popísať stropné vykurovanie, ale aj iné priestorové teplosmenné deje oveľa presnejšie a elegantnejšie, než rôzne teplovzdušné hypotézy.
