Odborné články

Radiátory do budov s téměř nulovou spotřebou energie

Od zrodu myšlenky posunout současnou technickou úroveň radiátorů na trhu do nové konstrukční, výkonové a nadčasové dimenze s vysokou efektivitou sdílení tepla do vytápěného prostoru, která doposud nebyla nastíněna ani odbornou vizí v kruhu výrobců nebo na akademické půdě, uplynulo několik let. Zrod myšlenky byl významně podpořený novou legislativou Evropské unie v oblasti energetické náročnosti budov, která byla v České republice zakotvena v zákoně č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů.

Budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Vyplývajícím tématem z nových pravidel o hospodaření s energií pro výrobce technických zařízení budov, mezi které patří i výrobci radiátorů, je také hodnocení zdrojů vytápění a efektivní sdílení tepla při vytápění. Hlavním cílem legislativního rámce hospodaření energií je dosažení standardu budov s téměř nulovou spotřebou energie snížením energetické náročnosti a zároveň zajištěním efektivního provozu technických zařízení budov. Doporučeným řešením, vycházejícím z pravidel pro vytápění budov, jsou nízkoteplotní teplovodní otopné soustavy a otopné plochy s nízkou tepelnou setrvačností. Požadované vlastnosti lze docílit malou hmotností radiátoru, malým obsahem teplonosné látky, velkou teplosměnnou plochou zajišťující sdílení tepla sáláním do vytápěného prostoru a konvekcí. Z tohoto důvodu používaná metodika při hodnocení budov za účelem prokázání dosaženého standardu budovy s téměř nulovou spotřebou zahrnuje i teplovodní otopná tělesa – radiátory, které mají nejlépe hodnocenou účinnost sdílení tepla oproti široké nabídce otopných ploch realizovaných na trhu. Teplovodní otopná tělesa s vysokým podílem sálání bez účasti nucené konvekce v nízkoteplotních otopných soustavách jsou významným benefitem promítajícím se do snižování energetické náročnosti budov.

Vzhledem ke konsenzu v odborných kruzích v problematice sdílení tepla mají otopná tělesa, která splňují výše uvedená kritéria v nízkoteplotních otopných soustavách, příležitost významného uplatnění na trhu.

Efektivní geometrie otopné plochy

Firma ELVL, výrobce teplovodních otopných těles a elektrických radiátorů BITHERM, si stanovila zadání pro další vývoj a konstrukci teplovodních otopných těles. Zadání vychází ze současného stavu techniky a zároveň je podložené legislativou, která směruje další vývoj v oboru ke snižování spotřeby energie úsporami a efektivitou technických zařízení budov. Rozšiřujícím zadávacím kritériem pro vývoj teplovodních radiátorů, provozovaných v nízkoteplotních otopných soustavách, je nepřijatelnost nucené konvekce (ventilátoru) s napojením na neobnovitelnou primární energii.

Při řešení úkolu firemní vývojový tým odhalil příznivou cestu, která spočívá v efektivní geometrii otopné plochy radiátoru, postavené na směrovém rozložení hustoty sálavého toku definovaném Lambertovým kosinovým zákonem a aplikovaném v konstrukčním systému BITHERM Logic. Směrové rozložení hustoty sálavého toku má soustředěný maximální sálavý tok vyzařovaný ve směru normály. Pokud zvolíme vhodně členitou a geometricky uspořádanou otopnou plochou korespondující s pravidlem Lambertova zákona, pak lze docílit v průmětu otopné plochy radiátoru násobnou hustotu sálavého toku směrovanou s největší intenzitou do vytápěného prostoru.

Lambertův kosinový zákon

Qω = Qn · cos ω
Qω - sálavý tok odchýlený od normály o úhel ω
Qn - maximální sálavý tok ve směru normály
dS - elementární sálavá ploška

V konečném výsledku byl na základě Lambertova pravidla navržený a zkonstruovaný univerzální tepelný zářič pod označením W3Q, který v průmětné ploše radiátoru téměř ztrojnásobuje hustotu sálavého toku směrovaného s největší intenzitou do vytápěného prostoru. To má za následek intenzivní sdílení a zužitkování sálavého toku v prostoru interiéru, zvýšení střední radiační teploty místnosti a s tím související i snížení nákladů na vytápění.

Zářič W3Q

Princip sdílení tepla zářením patentovanou konstrukcí zářiče W3Q je vyobrazený v detailu půdorysného řezu nástěnného radiátoru. Barevně je znázorněný sálavý tok vyzařovaný s největší intenzitou z bočních šikmých ploch lamel a sekundárního zářiče do vytápěného prostoru. Průmětná plocha radiátoru tak vyzařuje trojnásobnou hustotu záření s největší intenzitou.

Qn1 - maximální sálavý tok boční strany zářiče 1
Qn2 - maximální sálavý tok boční strany zářiče 2
Qn3 - maximální sálavý tok sekundárního zářiče
S - sekundární zářič
T - tepelná izolace

Sekundární zářič společně s tepelnou izolací vytváří podkladovou nosnou desku radiátoru, která se upevňuje přímo na stěnu pomocí kotevních lišt. Sekundární zářič plní dvě funkce, a to funkci absorbéru dopadajícího vyzařovaného tepla zadní stranou hlavního zářiče a následně zářiče, který ze svého povrchu vyzařuje volným prostorem mezi lamelami maximální sálavý tok absorbovaného tepla do vytápěného interiéru. Tepelná izolace zamezuje ztrátě tepla přiléhající stavební konstrukcí, ke které u běžných radiátorů dochází. Sekundární zářič dosahuje při vytápění povrchové teploty blízké teplotě hlavního zářiče a tím se významnou měrou podílí i na účinnější konvekci. Naproti tomu klasický deskový radiátor dosahuje na povrchu stěny za radiátorem podstatně nižší povrchovou teplotu z důvodu nižší emisivity omítky a úniku tepelného toku do stavební konstrukce. Nižší povrchová teplota stěny za radiátorem se projevuje menším konvekčním účinkem.

Porovnání vlastností radiátorů se zářičem W3Q s konkurencí

Pro porovnání vlastností a zejména účinnosti sdílení tepla u radiátorů BITHERM se zářičem W3Q je zvolena široká nabídka otopných těles realizovaných na trhu včetně podlahových. Pokud si zobrazíme sálavé teplotní pole klasického deskového radiátoru v horizontální rovině kolmé na čelní průmětnou rovinu radiátoru a porovnáme jej se sálavým teplotním polem radiátoru se zářičem W3Q o stejné průmětné ploše a stejných teplotních podmínkách, je z vyobrazení naprosto zřejmý rozdíl ve sdílení tepla sáláním. Sálavé teplotní pole u radiátoru se zářičem W3Q zaujímá větší prostor intenzivního záření a zároveň zvyšuje hustotu záření v prostoru vyznačeném tmavší barvou. Zde vzájemně proniká záření s největší intenzitou vyzařované postranními úhlově orientovanými ploškami lamel zářiče se zářením vystupujícím z průmětné plochy radiátoru.

Pokud porovnáme radiátory BITHERM se zářičem W3Q s dalšími konkurenčními produkty viz Tab. 1 a Tab. 2, mají radiátory BITHERM výrazně vyšší účinnost sdílení tepla na jednotku zastavěného prostoru (Kritérium využití zastavěného prostoru otopným tělesem).

Další předností otopných těles BITHERM s tepelným zářičem W3Q je malý obsah teplonosné kapaliny, vysoký podíl tepelného záření směrovaný do vytápěného prostoru na celkovém tepelném výkonu radiátoru, eliminace ztráty tepla vyzařovaného zadní stranou radiátoru do přiléhající stavební konstrukce přesměrováním sálavého toku do vytápěného prostoru sekundárním zářičem, snadné čištění při běžném úklidu, kterým se předchází nežádoucímu usazování prachových částic i mikrobiálního původu zejména u podlahového provedení tělesa. Velice praktickým řešením je i provedení s odklopným zářičem, které umožňuje přístup pod zářič například u podlahového provedení nebo k sekundárnímu zářiči u nástěnného provedení.

Konstrukce radiátorů BITHERM je od počátku zahájení výroby v roce 2001 postavena na konstrukčním sytému BITHERM Logic, který s tepelným zářičem W3Q umožňuje aplikace podlahového, nástěnného, vestavného a přisazeného provedení s připojením na teplovodní otopnou soustavu přes připojovací armaturu. Konstrukční systém BITHERM Logic také nabízí výrobu radiátorů v samotném elektrickém provedení bez kapaliny nebo v kombinovaném provedení s elektrickým topným tělesem zabudovaném v teplovodním radiátoru a zapojeném do otopné soustavy. Konstrukční systém BITHERM Logic je univerzálním řešením zakázkové a malosériové výroby otopných těles a elektrických radiátorů, který nabízí moderní design a kvalitu otopných ploch s vysokou tepelnou účinností sdíleného tepla do interiérů.