Vykurovacie sústavy

Vykurovacie teleso odovzdá danému prostrediu potrebné množstvo tepla, čím sa zabezpečí optimálna vnútorná teplota miestnosti, ktorá je daná STN EN 12831 alebo potrebou užívateľa. Optimálna vykurovacia sústava vytvára ekonomické podmienky pre vykurovanie, t. j. pre hospodárnu prevádzku, investičné náklady, materiálovú dostupnosť, výhodnú montáž a údržbu pri prevádzke, ako aj možnosť prefabrikácie. Rozhodujúcim kritériom pre správnu voľbu vykurovacej sústavy sú vlastnosti prevádzky, charakter a druh budovy, jej tepelnotechnické a akumulačné vlastnosti a možnosť regulovania sústavy.

Okrajové podmienky výberu optimálnej vykurovacej sústavy

Komplexné požiadavky na znižovanie energetickej náročnosti budov úzko súvisia nielen s technickým riešením, ale aj environmentálnou zaťaženosťou prostredia a ekonomickou efektívnosťou. Každý objekt sa musí posúdiť z viacerých aspektov a samostatne. Energetická náročnosť budovy je určená veľkým množstvom okrajových podmienok z vonkajšieho i vnútorného prostredia, ako aj charakterom prevádzkovania jednotlivých zariadení zabezpečujúcich potrebnú kvalitu mikroklímy v budove. Tieto okrajové podmienky by sme mohli rozdeliť do piatich skupín:

• klimatické podmienky,
• architektonické riešenie budovy,
• tepelnotechnické vlastnosti konštrukcií,
• vplyv zariadení techniky prostredia,
• vplyv prevádzky a údržby.

Vykurovacie sústavy ústredného (centrálneho) vykurovania

Ústredné (centrálne) vykurovanie budov charakterizuje výroba – príprava teplonosnej látky v ústrednom zdroji tepla, v ktorom sa uskutočňuje premena energie z paliva na teplo a odovzdáva sa teplonosnej látke. Táto sa za pomoci ležatých a zvislých potrubných rozvodov dopravuje do vykurovacích telies, ktoré dodávajú teplo do vykurovaného priestoru.

Obr. 2  Využitie solárnej energie pomocou solárnych kolektorov (zdroj: firemné podklady REHAU)
a – aplikácia solárnych kolektorov na strechu		b – príslušenstvo solárnej techniky

Klasický zdroj tepla sa môže umiestniť v suteréne  (stacionárne plynové kotly, kotly na tuhé palivo alebo biomasu) alebo priamo v niektorej miestnosti budovy (nástenné kombinované plynové kotly) (obr. 1). V kotle sa ohrieva teplonosná látka, ktorá sa prostredníctvom potrubného rozvodu dostáva k vykurovacím telesám. Tieto ohrievajú vzduch v interiéri a zabezpečujú tepelnú rovnováhu medzi tepelnými stratami a tepelnými ziskami. Obeh teplonosnej látky je prirodzený, tzv. gravitačný alebo nútený, kde obeh zabezpečuje obehové čerpadlo. Zdroj tepla môže využívať aj obnoviteľné zdroje energie, a to najmä slnečnú energiu, a teplo z okolitých plôch (obr. 2, obr. 3).

Obr. 3  Využitie solárnej energie a geotermickej energie pomocou (zdroj: firemné podklady ISOMAX)
a – energetickej strechy	b – energetickej fasády
c1 – zemného zásobníka tepla	c2– zemného zásobníka tepla
d1 – rekuperačného výmenníka na vzduch	d2 – rekuperačného výmenníka na vzduch
e – strojovňa energetických systémov	f – nasávanie a výfuk rekuperačného výmenníka tepla

Podľa druhu použitej teplonosnej pracovnej látky pre zvolenú vykurovaciu sústavu ide spravidla o:

• parné alebo horúcovodné vykurovanie – používa sa najmä na vykurovanie veľkopriestorových objektov, ako sú priemyselné, športové a výstavné haly, hangáre, sklady a pod. (obr. 4);

Obr. 4  Parné alebo horúcovodné vykurovanie stanica (zdroj: firemné podklady KOTRBATÝ)
a – aplikácia zavesených sálavých panelov	b – odovzdávacia stanica

• teplovodné vykurovanie – tepelnú pohodu zabezpečuje teplovodná vykurovacia sústava s teplotným spádom 90/70 °C, prípadne iným, napr. 80/60 °C, a klasické vykurovacie telesá (obr. 5). Rozvodné potrubia od zdroja tepla po vykurovacie telesá sú v najnižšom podlaží (pod stropom suterénu alebo prízemia), alebo sa zabudujú do teplovodného kanála, prípadne priamo do vrstvy podlahy. Obeh teplonosnej látky môže byť s prirodzeným obehom, alebo s núteným obehom za pomoci obehového čerpadla umiestneného za kotlom, resp. priamo v kotle. Stredná teplota vykurovacích telies je 80, resp. 70 °C;

Obr. 5  Teplovodné vykurovacie sústavy s vykurovacími telesami (zdroj: firemné podklady KORADO)
a – doskové vykurovacie teleso	b – rebríkové vykurovacie teleso
c – podokenný konvektor	d – horizontálne členené vykurovacie teleso
e – vykurovacie teleso so zrkadlom	f – vertikálne členené vykurovacie teleso

• nízkoteplotné vykurovanie (obr. 6) – tepelnú pohodu zabezpečuje vykurovacia sústava s nízkoteplotnými sálavými podlahovými plochami s teplotným spádom 45/30 °C alebo stenovými (stropnými) plochami s teplotným spádom 60/40 °C. Zdroj tepla pracuje s teplotným spádom 90/70 °C alebo 80/60 °C. Úprava teplonosnej látky sa uskutočňuje v zmiešavacej armatúre a obeh pracovnej látky zabezpečuje obehové čerpadlo. Úprava teplonosnej látky sa môže uskutočniť aj v špeciálnom výmenníku tepla. Vykurovaciu plochu tvorí podlaha, resp. stena, kde sú zabudované rúry z ocele, medi alebo z plastov. Povrchová teplota podlahy pri podlahovom vykurovaní je max. 28 až 29 °C, pri stenovom vykurovaní do 40 až 50 °C;

Obr. 6  Veľkoplošné nízkoteplovodné vykurovacie sústavy (zdroj: firemné podklady REHAU)
a – podlahové vykurovanie	b – detail systémovej dosky so spojom v potrubí
	c – predizolované potrubné systémy

• teplovzdušné vykurovanie/vetranie (obr. 7) – teplonosnou látkou je ohriaty teplý vzduch, ktorý sa dopravuje do miestností prostredníctvom vzduchotechnických potrubí a pohyb teplonosnej látky je prirodzený (pohyb vzduchu je pomalý), alebo nútený (pomocou ventilátora – pohyb vzduchu je usmernený a rýchly;

Obr. 7  Teplovzdušná vykurovacia/vetracia sústava v rodinnom dome (zdroj: firemné podklady ATREA)
a – rekuperečná jednotka	b – podlahová výustka
	c – vzduchotechnické rozvody v podlahe

• kombinované vykurovanie (obr. 8) – použije sa pri ňom kombinácia opísaných vykurovacích sústav, napr. teplovodné vykurovanie s teplotným spádom 90/70 °C a nízkoteplotné podlahové sálavé vykurovanie s teplotným spádom 45/30 °C. Spravidla každý okruh má samostatné čerpadlo a teplota pracovnej látky sa upravuje zmiešavacími armatúrami v závislosti od vonkajšej teploty, ide o tzv. ekvitermickú reguláciu.

Obr. 8  Kombinovaná vykurovacia sústava (zdroj: firemné podklady UNIVENTA)
a – kombinované nízkoteplotné veľkoplošné podlahové a stenové vykurovanie,	b – kombinácia nízkoteplotného veľkoplošného podlahového vykurovania s podlahovými konvektormi

Lokálne vykurovacie sústavy

Pri lokálnych vykurovacích sústavách (obr. 9, obr. 10) sa zdroje tepla umiestňujú priamo do vykurovaných miestností a majú zároveň úlohu vykurovacích telies. Tento spôsob vykurovania je vhodný pre objekty, ktoré disponujú dvoma až tromi miestnosťami, v ktorých sa použijú miestne zdroje tepla, alebo pre veľkopriestorové objekty. Je to najjednoduchší spôsob zabezpečenia tepelnej pohody vo vykurovanej miestnosti.

Obr. 10  Lokálne elektrické vykurovanie rodinných a bytových domov (zdroj: firemné podklady FENIX)
a – elektrické akumulačné kachle	b – elektrický sálavý panel
	c – elektrické podlahové vykurovanie

Zdroj tepla (zároveň vykurovacie teleso) odovzdáva teplo do priestoru:

• konvekciou – ohrieva okolitý vzduch a spôsobuje jeho pohyb,
• sálaním – ohrievajú sa okolité plochy.

Aj lokálne vykurovacie sústavy možno kombinovať, napr. plynové infražiariče a plynové vzduchotechnické (VZT) súpravy.

Obr. 9  Lokálne plynové vykurovanie priemyselných hál (zdroj: firemné podklady ABSOLUTGAZ)
a – tmavé plynové infražiariče	b – svetlý plynový infražiarič
	c – plynová teplovzdušná jednotka

K ideálnemu rozloženiu teplôt v zvislom smere sa najviac približuje podlahové vykurovanie. Podľa druhu použitého paliva, resp. energie rozlišujeme špeciálne vykurovacie sústavy so zdrojom tepla na:

• tuhé palivo (mäkké a tvrdé drevo, hnedé uhlie, brikety, koks)
• kvapalné palivo (ľahký a ťažký vykurovací olej),
• plynné palivo (zemný plyn, bioplyn, propán, bután),
• elektrickú energiu (priamovýhrevné, akumulačné, zmiešané).

Hygienické požiadavky na vykurovacie sústavy

Najviac používanými sústavami techniky prostredia v budovách u nás, ale aj v zahraničí sú nasledujúce vykurovacie a vetracie, resp. klimatizačné sústavy: konvekčné vykurovacie sústavy s vykurovacími telesami, veľkoplošné teplovodné podlahové vykurovanie, vykurovacie sústavy so zavesenými sálavými panelmi a infražiaričmi, sústavy s vetracími alebo klimatizačnými jednotkami.

Pre jednotlivé sústavy sú charakteristické tieto hygienické a bezpečnostné požiadavky, ktoré následne môžu ovplyvniť voľbu, resp. použitie týchto sústav:

• konvekčné vykurovacie sústavy s vykurovacími telesami – povrchová teplota by nemala byť vyššia ako 80 °C, vykurovacie telesá by mali byť ľahko dostupné a mali by byť ľahko čistiteľné, ľahko montovateľné atď.;
• veľkoplošné teplovodné podlahové vykurovanie – povrchová teplota podlahy by nemala prekročiť nasledujúce hodnoty:
  • priestory, kde sa prevažne stojí 24 až 26 °C
  • obytné a administratívne priestory 28 až 29 °C
  • kúpeľne, chodby, bazény 32 až 35 °C  

• vykurovacie sústavy so zavesenými sálavými panelmi (ZSP) a infražiaričmi (IŽ) – minimálna výška zavesenia panelov a infražiaričov by mala byť taká, aby v oblasti temena hlavy nebola výsledná teplota guľového teplomeru vyššia ako 25 °C a maximálna hustota sálavého toku od ZSP a IŽ by nemala prekročiť hodnotu 200 W/m².
• sústavy s vetracími alebo klimatizačnými jednotkami – maximálna rýchlosť vzduchu v pobytovej zóne nesmie prekročiť hygienické požiadavky podľa druhu technológie a prevádzky, rozdiel teplôt privádzaného a vnútorného vzduchu vo vykurovanom priestore nesmie byť väčší ako 10 až 25 °C, v priemysle sa volí aj 40 °C.

Záver

Na základe analýzy jednotlivých vykurovacích sústav, fyzikálneho princípu odovzdávania tepla a hmoty, odporúčaného použitia do nízkych alebo vysokých, zateplených alebo nezateplených priestorov, prípadne analýzy ich výhod a nevýhod, možno konštatovať, že z energetického, ekonomického, ale aj environmentálneho hľadiska začínajú sa vo svete preferovať kombinované vykurovacie sústavy, hoci počiatočné investičné náklady predstavujú najväčšiu položku. Kombinované vykurovacie/vetracie sústavy spájajú v sebe výhody viacerých vykurovacích sústav a zároveň ich kombináciou sa eliminujú nedostatky. Možno tiež konštatovať, že kombinované vykurovacie sústavy sú maximálne energeticky úsporné a vytvárajú v pobytovej zóne človeka optimálnu vnútornú klímu.

doc. Ing. Daniel Kalús, PhD.
Katedra TZB, Stavebná fakulta STU, Bratislava, e-mail: daniel.kalus@stuba.sk
Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK, číslo 3, ročník 2007.

Literatúra
1. Petráš, D. a kol.: Nízkoteplotné vykurovanie a obnoviteľné zdroje energie. Bratislava: Jaga, 2001.
2. Lulkovičová, O. a kol.: Zdroje tepla a kotolne. Bratislava: Jaga, 2004.
3. Chmúrny, I.: Tepelná ochrana budov. Bratislava: Jaga, 2003.
4. Nagy, E.: Nízkoenergetický dom. Bratislava: Jaga, 2002.
5. Petráš, D., Kalús, D., Koudelková, D.: Vykurovacie sústavy. Cvičenia a ateliérová tvorba. Bratislava: SvF STU, 2000.
6. Petráš, D., Koudelková, D.: Teplovodné a elektrické podlahové vykurovanie. Bratislava: JAGA, 2004.

Webové stránky
www.tzb-info.cz
www.kotrbaty.cz
www.atrea.sk
www.regulus.sk
www.rehau.sk
www.pasivnedomy.sk
www.ekoskola.sk
www.isomax.com.pl
www.polytherm.de
www.minib.cz
www.ekosla.sk