Klimatické stropy
Tepelná čerpadla jsou stále více využívána pro efektivní provoz plošného vytápění především novostaveb. V rezidenčních budovách čerpadla vyrábějí teplo hlavně pro podlahové vytápění. Jejich chladicí potenciál tak zůstává nevyužit. Klimatický strop dokáže obojí – vytápění i chlazení.
Tři mouchy jednou ranou
Hlavním cílem vytápění a chlazení bylo vždy příjemné vnitřní klima. Dnes existuje i ekologická energetická bilance a samozřejmě by měl být systém investičně i provozně co nejekonomičtější. To zní jako nutný kompromis, ale ve skutečnosti je optimální řešení pro všechny tři požadavky stejné: klimatické stropy pro vytápění a chlazení.
Automaticky v tom hledáte háček, ale žádný není: lidé prostě tradičně spoléhají na špatné přenosové systémy (špatnou kombinaci systémů) pro vytápění a chlazení.
V této kapitole se dozvíte, čím klimatické stropy přispívají k pohodlnějšímu vnitřnímu prostředí, proč jsou tak výhodné (ziskové) a proč podporují ochranu klimatu jako žádný jiný systém vytápění a chlazení.
Topení a chlazení jedním systémem
Teoreticky můžete chladit jakýmkoli povrchem, i včetně podlahy. Kvůli kontaktu nohou však trpí pohodlí a výkon podlahy je omezený. Klimatizační systémy mohou poskytnout více chlazení, ale často způsobují nepříjemně studený průvan s využitím velkého množství energie.
Topení bez konvekce je příjemné a účinné
Silné chlazení bez průvanu
Teoreticky můžete chladit jakýmkoli povrchem, i včetně podlahy. Kvůli kontaktu nohou však trpí pohodlí a výkon podlahy je tím omezený. Klimatizační systémy mohou poskytnout více chlazení, ale často způsobují nepříjemný studený průvan s využitím velkého množství energie.
Proto se stropní chlazení právem etablovalo jako nejlepší chladicí systém: výkonný, pohodlný a účinný.
Topení a chlazení pomocí sálání
Jak tepelné sálání funguje
O tepelném sálání se dnes hodně mluví, ale málokdo skutečně pochopil, jak to funguje. To někdy vede ke skepsi:
„Topení stropem? Ale teplý vzduch pak nemůže stoupat a šířit se po místnosti?“
Celý život ohříváme vzduch, proto je tato námitka pochopitelná – ale také dokazuje, že jsme stále neporozuměli fyzikálním základům tepelného záření.
Proto si zde vysvětlíme, jak výměna tepelného záření funguje a k čemu slouží.
Přenos tepla bez vzduchu
Slunce je přirozeným dodavatelem energie pro Zemi. Kromě viditelných světelných paprsků vyzařuje i neviditelné infračervené paprsky – tzv. tepelné záření. Toto záření urazí k Zemi 149 600 000 km. Rovnoměrně proniká do bezvzdušného prostoru i do zemské atmosféry. Teprve když paprsky dopadnou na pevný povrch – například na zem nebo na kůži živé bytosti – předávají svou hřejivou energii.
Pokud budeme mít na paměti toto, pak nám budou jasné hned tyto dvě věci:
1. Tepelné záření přenáší energii i na velké vzdálenosti
2. Vzduch nehraje roli
Každý povrch vyzařuje teplo
Bez slunečních tepelných paprsků by naše země byla ledovou pouští.
„Ale proč potom po západu slunce neumrzneme?“
Protože povrchy vyhřívané sluncem akumulují teplo a vyzařují ho do svého okolí nepřetržitě: horké povrchy vyzařují hodně tepla a studené povrchy vyzařují málo. Tepelné paprsky z předmětů se chovají úplně stejně jako sluneční paprsky: pronikají vzduchem – aniž by jej ohřívaly – a přenášejí svou energii přímo na další povrchy. Tato vzájemná výměna záření způsobuje vyrovnání teplot všech povrchů. Na jakoukoli vzdálenost. A to je přesně to, co používáme k vytápění a chlazení. Stejně jako slunce – jen mnohem šetrnější s malými teplotními rozdíly.
Teplé povrchy vyzařují hodně tepla – studené povrchy vyzařují málo tepla.
Teplý povrch tedy přenáší více tepelného záření na studený povrch, než od něj zpětně přijímá.
Teplý povrch se ochlazuje a studený se ohřívá. Teploty se vyrovnávají – na jakoukoli vzdálenost a beze změny teploty vzduchu.
Topení: Sálání versus konvekce
Klimatický strop se v režimu vytápění jemně zahřeje a toto teplo rovnoměrně vyzařuje do místnosti. Výměna sálání způsobuje zahřívání i ostatních povrchů v místnosti – podlahy, stěn a nábytku.
Pro lidi vytvářejí celoobvodové teplé plochy velmi příjemné vnitřní klima bez ohřívání vzduchu.
Topení klimatickým stropem
Klimatický strop přivádí teplo do místnosti téměř výhradně výměnou tepelného záření. V důsledku toho ohřívá především povrchy: stropy, stěny, podlahy a nábytek jsou teplejší než vzduch. A čím jsou povrchy teplejší, tím více tepla vyzařují.
Dalo by se tedy říci: Čisté tepelné záření z klimatického stropu přemění každý povrch v místnosti na jemně temperovaný systém plošného vytápění. Vzduch naopak zůstává příjemně svěží a nepřehřívá se. Toto vnitřní klima je pro lidi mimořádně pohodlné.
Teplá voda protéká potrubím ve stropě a ohřívá jeho povrch. Vzduch se ohřívá na teplém povrchu stropu.
Teplý vzduch nemůže stoupat ani se ochlazovat na stropě: konvekce je zpomalena. Teplo se na podlahu, stěny a nábytek přenáší pouze tepelným zářením.
Všechny povrchy jsou nyní teplejší než vzduch v místnosti. Stejně jako strop vyzařují své teplo jemně a rovnoměrně do místnosti.
Topení podlahovým topením
Podlahové vytápění přivádí shodně 50 % tepla do místnosti konvekcí a sáláním tepla.
Vysoká konvekční složka znamená, že vzduch se na podlaze ohřívá a na chladnějších plochách stropu a stěn se opět ochlazuje.
To znamená, že vzduch v místnosti je vždy teplejší než povrchy – jinak by tento neustálý pohyb vzduchu neexistoval. Tepelné záření neohřívá povrchy natolik, aby zpomalilo konvekci. Proto vzduch v místnosti cirkuluje vysokou rychlostí a dochází k jevům, jako je studený vzduch dopadající na okna.
Teplá voda protéká trubkami v podlaze a ohřívá její povrch. Na teplém povrchu se ohřívá vzduch.
Teplý vzduch stoupá vzhůru a předává své teplo chladnějšímu vzduchu nahoře povrchy a klesá zpět na podlahu: vzduch cirkuluje v místnosti.
Podlaha také vyzařuje tepelné záření. V důsledku silné konvekce však povrchy zůstávají vždy chladnější než vzduch.
Chlazení: Sálání versus konvekce
Pro chlazení se využívá výměna záření v opačném směru: Když se povrchy v létě zahřejí, vyzařují hodně tepla.
Klimatický strop absorbuje toto tepelné záření a rozptyluje je svou chladicí vodou. Tiše a bez studeného průvanu.
Chlazení pomocí stropního chlazení
Přímé sluneční záření a odpadní teplo mohou v létě způsobit výrazné zahřátí stěn a podlahy. Tyto přehřáté povrchy vyzařují velké množství tepla a narušují přirozenou regulaci tepla lidí.
Proto ochlazujete strop: Všechny přehřáté povrchy nyní předávají své teplo prostřednictvím výměny záření do chladnějšího klimatického stropu, kde je nepřetržitě odváděno s chladicí vodou. Povrchy se ochlazují a do místnosti vyzařují méně tepla. Nyní mohou lidé vyzařovat své přebytečné teplo zpět do chladnějšího prostředí a cítit se pohodlně.
V ideálním případě je klima strop doplněn o řízené větrání obývacího pokoje: To odvlhčuje vzduch při hygienické výměně vzduchu a umožňuje tak libovolnou úroveň klimatizace.
Pokud jsou plochy v létě vyhřívané, vyzařují do místnosti velké množství tepla.
Studená voda nyní prochází potrubím klimatizačního stropu, aby ochlazovala povrch stropu.
Chlazený povrch stropu pohlcuje tepelné záření z místnosti. Toto teplo trvale odvádí svou chladicí vodou.
Výměna záření mezi chladným stropem a teplými povrchy nyní také ochlazuje stěny, podlahu a nábytek.
Chlazené plochy vyzařují do místnosti méně tepla a umožňují tělu pohodlně regulovat svou teplotu bez pocení.
Tělo také preferuje předávání přebytečného tepla na chladnější povrchy prostřednictvím výměny záření.
Chlazení pomocí klimatizace
Lidé dávají přednost předávání přebytečného tepla chladnějším povrchům prostřednictvím tepelného záření. Pokud jsou okolní povrchy na to příliš teplé, potí se, aby se více ochladily odpařováním. Klimatizace podporuje tuto odezvu foukáním studeného vzduchu do celé místnosti.
To sice zmírňuje příznaky přehřátí, ale neodstraňuje jeho příčinu:
Stěny zůstávají teplé a stále vyzařují příliš mnoho tepla. Tělo se potí kvůli sálání tepla a mrzne kvůli studenému průvanu. Z dlouhodobého hlediska je to nepříjemné a zvyšuje se riziko nachlazení.
Povrchy se ohřívají – vlivem slunečního záření a odpadního tepla od lidí a techniky. Toto teplo vyzařují do místnosti a brání tak člověku v přirozené regulaci tepla.
Protože lidé nyní sami stěží odvádí teplo.
Vzhledem k tomu, že teplé povrchy brání regulaci tepla výměnou záření, lidé se potí, aby se ochladili odpařováním.
Studený průvan z klimatizace odpařuje pot a ochlazuje pokožku.
Studený vzduch dočasně zmírňuje přehřívání lidí, ale neodstraňuje příčinu: tepelné záření z okolních povrchů zůstává nepříjemně silné.
Lidé se nadále potí přes teplé vnější povrchy a dlouhodobě mrznou kvůli chladnému průvanu.