Efektívne vykurovania hál

idb journal
01.2013
PDF icon Efektívne vykurovania hál

Vykurovanie veľkoobjemových priestorov je v praxi pre ich prevádzkovateľov v porovnaní s vykurovaním bežných obytných priestorov spravidla energeticky a finančne výrazne náročnejšie. Je to napriek faktu, že priemyselné priestory bývajú vykurované na podstatne nižšie teploty a po dobu podstatne kratšiu ako obytné alebo kancelárske priestory. Príčinou je , že vykurovacie systémy navrhované do veľkoobjemových priestorov nezohľadňujú všeobecne známe fyzikálne zákony a zanedbávajú špecifiku vysokých priestorov.

Podstatná časť energie a teda nákladov sa vynakladá na ohrev tej časti priestoru, ktorá nie je prevádzkovateľom reálne využitá, no táto z hľadiska vynaložených nákladov zbytočne spotrebuje ich podstatnú časť.

Poznanie a eliminácia tohto fenoménu vedie k energeticky úsporným systémom a k výraznému zníženiu nákladov na zabezpečenie požadovaného teplotného komfortu.

Vysoké náklady nie sú v mnohých prípadoch iba dôsledkom horších izolačných vlastností priemyselných budov pôvodných konštrukcií.

Snahy riešiť zníženie nákladov iba zateplením objektu bez riešenia primárnej efektivity vykurovacieho systému ako takého vedie síce k zníženiu nákladov na vykurovanie, ale dosiahnutá návratnosť vynaložených nákladov vedie zvyčajne k rozčarovaniu prevádzkovateľa.

V nasledovnom článku sa budeme venovať základným fyzikálnym princípom šírenia tepla, ich porovnaním, porovnaním dostupných technických systémov, princípom návrhu úsporných vykurovacích systémov a princípom efektívneho riadenia vykurovania.

Teoretické východiská

Najprv si skúsme objasniť, čo je to vlastne teplo, a ako ho človek pociťuje. Teplota hmoty je jedným z prejavom jej energie, akým je napríklad tepelné kmitanie molekúl hmoty.

Táto energia sa môže v zásade šíriť troma spôsobmi:

  • konvekciou – prúdením,
  • kondukciou – vedením,
  • elektromagnetickým vlnením – sálaním.

Prvý a druhý spôsob šírenia tepelnej energie využívajú práve konvekčné teplovzdušné vykurovacie systémy. V tomto prípade sa tepelná energia vzduchu zohriateho od konvektorov alebo teplovzdušných výmenníkov šíri do priestoru postupným odovzdávaním energie – tepla, pričom sa samotný zdroj tepla ochladzuje. Nevyhnutnou podmienkou takéhoto šírenia tepla je hmotné prostredie, pretože odovzdávanie energie – tepla prebieha bezprostredným dotykom molekuly hmoty s vyššou teplotou molekule hmoty s nižšou teplotou. Človek vo vykurovanom priestore sa stáva súčasťou takejto tepelnej výmeny a teplo pociťuje ako bezprostrednú tepelnú energiu okolitého vzduchu a premetov, ktorých sa dotýka. Je zrejmé, že pre konvekčne vykurovaný priestor platí pravidlo, podľa ktorého teplota vzduchu tv (zohriateho konvektormi) je vyššia (maximálne rovná) než teplota okolitých predmetov tp (ktoré sa majú od neho zohriať).

Tretí spôsob šírenia tepelnej energie – sálaním si väčšinou ani neuvedomujeme, a pritom sa s ním stretávame dennodenne. Je to spôsob, akým slnko odovzdáva tepelnú energiu povrchu Zeme, od ktorého sa následne ohrieva vzduch. V tomto prípade nejde o odovzdávanie tepla vedením – konvekciou, ale elektromagnetickým vyžarovaním určitej vlnovej dĺžky. Energia elektromagnetického vyžarovania sa mení na teplo až po dopade vlnenia na povrch predmetov, ktoré túto energiu absorbujú. Platí tu fyzikálna symetria medzi vyžarovaním a pohlcovaním energie čierneho telesa. Ak teleso zohrievame, začne emitovať elektromagnetické vlnenie – energiu, do svojho okolia. Ak je táto energia pohltená iným telesom, spôsobí to jeho zohriatie. Táto vlastnosť je využívaná pri sálavom vykurovaní, keď sálavé vykurovacie telesá – žiariče, ktoré sú umiestnené v určitej výške nad podlahou, emitujú elektromagnetické vlnenie, to s veľmi malými stratami prechádza vzduchom a po dopade na podlahu je ňou pohlcované, čo má za následok zvýšenie teploty podlahy a predmetov, na ktoré vlnenie dopadá. Od takto zohriatej podlahy sa následne zohrieva vzduch. Vplyv sálavého vykurovania na človeka je podobný ako v prírode. Možno to prirovnať prechádzke slnečným jarným dňom. Teplota vzduchu ešte nie je vysoká, ale vplyv slnečných lúčov už zohrieva zem a človek ich pociťuje ako príjemné teplo. Je zrejmé, že pre sálavý ohrev platí pravidlo, podľa ktorého je teplota predmetov tp vyššia (maximálne rovná) ako teplota vzduchu tv.

(Pozn. rovnosť medzi teplotou vzduchu a predmetmi v oboch prípadoch platí len vo veľmi dobre tepelne izolovaných priestoroch. V praxi sa v priemyselnej výstavbe s podobnými priestormi stretávame len veľmi zriedka a týmto prípadom sa v ďalšom nebudeme zaoberať).

Uvedené vlastnosti možno zobraziť na príklade priemyselnej haly nasledovne:

Prenos tepla konvekciou:    tv > tp

Prenos tepla sálaním:         tv < tp

Aby sme mohli porovnať účinnosť konvekčného a sálavého vykurovania v typickej priemyselnej hale, skúsime analyzovať požiadavky na stav tepelnej pohody človeka a energetickú náročnosť oboch systémov vykurovania.

... Viac sa dočítate v priloženom PDF.