VELKOPLOŠNÉ PŘEVÁŽNĚ SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ

Transkript

1 VELKOPLOŠNÉ PŘEVÁŽNĚ SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ 1 Základní vlastnosti sálavého vytápění U sálavého vytápění se většina tepelného toku sdílí do vytápěného prostoru sáláním (více než 50%). Znamená to, že se od sálající plochy ohřívají okolní plochy a od sálajících a osálaných ploch se ohřívá okolní vzduch, což je ta druhá (konvekční) složka z celkového tepelného toku. Vyplývá z toho skutečnost, že vnitřní povrchové teploty stavebních konstrukcí jsou vyšší, než je teplota vzduchu. Tepelné záření jsou vlastně elektromagnetické vlny s vlnovou délkou 0,78 až 400 µm, což je v infračervené části spektra elektromagnetických vln, které se šíří rychlostí km/s. První podlahové vytápění bylo ve starověkém Římě r. 80 p. n. l. Sergius Orata navrhnul toto starořímské hypokaustum tak, že ohniště bylo umístněno pod objektem a bez roštu se v něm spalovalo dřevo či dřevěné uhlí. Teplé spaliny proudily dutinami v podlaze, prohřívaly ji a ta sdílela teplo do vytápěného prostoru. Sálavé vytápění Je zřejmé, že se u sálavého vytápění podstatná část tepla sdílí sáláním a pouze malé množství tepelného toku se do vytápěného prostoru sdílí konvekcí. V současnosti můžeme sálavé vytápění rozdělit následovně: velkoplošné vytápění (stropní, stěnové a podlahové) celkové vytápění zavěšenými sálavými panely místní vytápění zavěšenými sálavými panely vytápění tmavými a světlými zářiči (lokální tělesa). Jak nám rozdělení již napovídá, sálavá otopná plocha může být součástí stavební konstrukce, jako její nedělitelná součást, nebo je vytvořena jako samostatná otopná plocha. Hlavní rozdíly jsou nejen v konstrukčním řešení, ale i u povrchových teplot otopných ploch, jejich měrném výkonu či volbě teplonosné látky. Velkoplošné vytápění U velkoplošného vytápění tvoří otopnou plochu obvykle některá ze stěn ohraničujících vytápěný prostor. Je to tedy strop, stěna či podlaha. Povrchová teplota otopné plochy je poměrně nízká (40 až 45 C u stropního, 55 až 60 C u stěnového a 25 až 34 C u podlahového vytápění) tudíž i teplota teplonosné látky je nízká. Otopná plocha je zahřívána teplou vodou teplým vzduchem elektricky Nízkoteplotní otopné soustavy jsou vhodné pro využívání tepla z nízkopotenciálních zdrojů. Podle použité plochy lze velkoplošné otopné soustavy rozdělit na: podlahové (povrchová teplota 25 až 34 C) stropní (povrchová teplota 40 až 45 C) stěnové (povrchová teplota 55 až 60 C) 1

2 Podíl tepelného toku sáláním u stropního vytápění je 80 %, u stěnového 65 % a u podlahového 55 % přičemž konstrukční provedení otopné plochy bývá různé. Je možno uvést dvě základní řešení: otopná plocha je nedělitelnou součástí stavební konstrukce otopná plocha je samostatná buď upevněná na některé ze stavebních konstrukcí nebo umístěná volně ve vytápěném prostoru. Volba sálavého vytápění pro zajištění tepelné pohody je dána objektem samým. Pro podlahové, stěnové a stropní musí splňovat jistá kritéria (tepelně technické vlastnosti konstrukcí musí být takové aby průměrná tepelná ztráta objektu byla menší jak 20 W/m 3, eventuálně průměrná roční spotřeba tepla nižší než 70 kwh/m 2. Z těchto údajů je patrné, že minimální energetická náročnost objektu je na prvém místě a teprve následně přichází vhodný provozní režim, možnost akumulace tepla či optimální regulace. Použitá plocha Souč.přestupu [W/m 2 Povrchová teplota plochy t.k] P ( C) Tepelný výkon [W/m )] Stropní α P - - 7,4 7,5 7, q Podlahová α P 9,2 10, q Stěnová α P ,0 11,4 11,7 q Tab. 1 Celkový součinitel přestupu tepla α p a měrný tepelný výkon q u velkoplošného sálavého vytápění Rozdělení podle Velkoplošné podlahové vytápění Teplonosné látky Teplovodní, elektrické, teplovzdušné Montáže Mokrý proces, suchý proces Provedení Meandr, plošná spirála Materiálu potrubí Kovové, plastové, vícevrstvé Uložení otopného hadu Zabudované, volně ukládané Tab. 2 Rozdělení velkoplošného podlahového vytápění U podlahového vytápění je při sdílení tepla podíl sálavé složky jen o málo větší, než je podíl složky konvekční (55 : 45 %). Tento poměr u podlahového vytápění využívá výhod obou způsobů sdílení tepla. Otopná plocha tvoří téměř celou plochu podlahy, čímž napomáhá vytvářet teplotně homogenní prostředí jak ve vertikálním, tak i horizontálním směru. Tepelně technické vlastnosti budov pro podlahové vytápění Tepelně technické vlastnosti stavební konstrukce jsou dány: tepelným odporem stavební konstrukce, teplotním útlumem stavební konstrukce, tepelnou jímavostí podlahy, průvzdušností spár tepelnou stabilitou místnosti 2

3 Požadavky na jednotlivé hodnoty, obzvlášť pak na součinitel prostupu tepla konstrukcí jsou stanoveny v normách. Součinitel U U N. Tepelná jímavost podlahové konstrukce se určuje pro zimní období na základě neustáleného tepelného stavu daného: počáteční povrchovou teplotou chodidla t N = 33 C, podlahy t P = 17 C; dobou dotyku chodidla s podlahou τ = 10 min. Podlahové plochy mají vykazovat tepelnou jímavost B N maximálně podle tab. 3 a z hlediska tepelné jímavosti se neposuzují pokud je: nášlapnou vrstvou textilovina povrchová teplota je vyšší než 26 C. Max. dovolená hodnota B N [W.s 1/2 /m 2.K] Pokles povrchové teploty Δt 10 [K] Kategorie podlahy Druh budovy a místnosti do 350 do 2,5 I. velmi teplé školy: místnosti mateřských škol a jeslí nemocnice: místnosti pro nemocné děti 351 a ,51 a. 3,40 II. teplé obytné budovy: místnosti vesměs školy: učebny, rýsovny, tělocvičny nemocnice: pokoje dospělých nemocných, ordinace, chodby, služební místnosti jiné: kanceláře, pracovny, divadla, koncertní sály, restaurace, hotelové místnosti, kina 701 a ,41 a. 3,99 III. méně teplé obytné budovy: předsíně, toalety školy: šatny, kabinety, laboratoře, chodby, toalety nemocnice: schodiště, čekárny, toalety jiné: zasedačky, chodby v podobě čekáren, sklady s obsluhou, výstavní síně, muzea, taneční sály, noclehárny, prodejny potravin nad 850 nad 5,0 IV. studené bez požadavků Tab. 3 Tepelná jímavost podlahových konstrukcí Tepelná pohoda Úkolem vytápění je zajistit tepelnou pohodu ve vytápěném prostoru. To znamená, že musíme dosáhnout takových poměrů, za kterých člověk nepociťuje ani chlad ani nadměrné teplo, nebo se mokře potí, tedy cítí se tepelně neutrálně. Vzhledem k přímému kontaktu chodidla s podlahou může u podlahového vytápění dojít k lokální tepelné nepohodě v důsledku vysoké povrchové teploty podlahy. Proto je velmi důležité znát, jaké povrchové teploty podlahy člověk akceptuje a během jaké doby kontaktu chodidla s podlahou a při jakém druhu obutí. Pro podlahy, kde se vyskytují neobutí lidé (plovárny, tělocvičny, koupelny, ap.) je rozhodující jejich skladba. Na základě teorie sdílení tepla je pak možné stanovit optimální povrchové teploty pro různé druhy podlah (viz tab. 4). Podlahy využívané obutými lidmi neovlivňují z hlediska materiálu podlahové krytiny lokální tepelnou pohodu člověka. V tomto případě se 3

4 doporučuje optimální teplota podlahy pro dlouhodobě sedící osoby 25 C a pro stojící a chodící osoby 23 C. Obecně je u podlahového vytápění rozhodující, že průměrná teplota podlahy by neměla překročit 29 C. Výjimku tvoří okrajové zóny pobytových místností a koupelny. Podlahový materiál Optimální povrchová teplota podlahy 1. min 10. min Doporučené rozmezí povrchové teploty podlahy t P [ C] Textilie 21 24,5 21,0 a. 28,0 Korek ,0 a. 28,0 Dřevo - borovice ,5 a. 28,0 - dub ,5 a. 28,0 PVC na betonu ,5 a. 28,0 Linoleum na dřevě ,0 a. 28,0 Plynobeton ,0 a. 28,5 Betonová mazanina 28, ,0 a. 28,5 Tab. 4 Optimální povrchová teplota podlahy užívané bez obutí Rovněž je důležité prostorové rozložení teplot, tedy jak v rovině vertikální tak horizontální. Vertikální rozložení ideální vytápění by mělo zajistit takové rozložení teplot s výškou místnosti, aby v oblasti hlavy stojícího člověka byla teplota vzduchu min. o 2 C nižší než je v oblasti kotníků. U podlahového vytápění je teplota v úrovni hlavy max. o 2 až 3 C nižší než v oblasti kotníků a nad zónou pobytu směrem vzhůru již jen klesá. U ostatních druhů vytápění je vertikální průběh teplot dosti nerovnoměrný. h (m) 1 IDEÁLNÍ obr. 1. Vertikální průběh teploty Horizontální rozložení teplot ovlivňuje hlavně umístění otopné plochy ve směru od obvodové ochlazované konstrukce. U podlahového vytápění je horizontální průběh teplot téměř rovnoměrný, blížící se ideálnímu, až na úzkou oblast u ochlazované konstrukce. Tento nedostatek se dá snadno kompenzovat okrajovou (intenzivní) zónou, ve které je potrubí kladeno v šířce 0,5 až 1,0 m hustěji u sebe. Je tedy kladeno s menší roztečí, než je tomu v podlaze uprostřed místnosti. 2 1,7 1 0,1 2 PODLAHOVÉ 3 ČLÁNKOVÉ 4 STROPNÍ PODLAHA STROP t ( C) 2 Konstrukce podlahového vytápění Konstrukce podlahové otopné plochy vyplývá z termínu plovoucí podlaha. Značí to, že vlastní konstrukce otopné plochy není pevně spojena s nosnou částí podlahy, ale jakoby na ní plave tak, aby jí byly umožněny veškeré dilatační změny. Konstrukci podlahové plochy tvoří: 4

5 podkladový beton tepelně-akustická izolace obvodový tepelně izolační a dilatační pás hydroizolace reflexní fólie otopný had betonová mazanina podlahová krytina. obr. 2. Řez konstrukcí Provedení otopné plochy Otopná podlahová plocha poskytuje projektantovi několik variant. Jednotlivé varianty lze rozdělit takto: a) podle způsobu provedení otopné plochy provedení suchým způsobem provedení mokrým způsobem provedení přes klima desky či obdobné prvky b) podle tvarování otopného hadu ve tvaru meandru ve tvaru plošné spirály obr. 3 Meandr Plošná spirála Volba vhodné varianty provedení podlahové otopné plochy závisí na více faktorech. Nejdůležitější je však zohlednění vlivu ochlazovaných stěn, tj. vytváření okrajových zón. Rovněž nezanedbatelná je minimalizace teplotní nerovnoměrnosti povrchu podlahy, kterou lze eliminovat bifilárním způsobem kladení otopného hadu. Zde lze dosáhnout jakéhosi zprůměrování teploty otopné vody dvou vedle sebe běžících potrubí a tak dosáhnout vyrovnané povrchové teploty po celé podlaze. Tento účinek se však výrazněji projeví u meandrové pokládky. obr. 4. Bifilární způsoby kladení 5

6 Provedení suchým způsobem Jak je patrné na obr. 5, potrubí je uloženo do izolační vrstvy pod betonovou deskou. Od cementového potěru jsou trubky odděleny speciální vrstvou, tvořenou buď plastovou, nebo kovovou fólií. Kovová lamela pod fólií zvyšuje pevnost podlahy a umožňuje rovnoměrný rozvod tepla obr. 5 Suchý způsob provedení Legenda: 1- podlahová krytina, 2- cementový potěr, 3- hydroizolace 4- fólie, 5- trubka, 6- tepelná izolace, 7- nosná konstrukce Podlaha vytvořená na suchý způsob pracuje s vyššími teplotami otopné vody. Přívodní teplota vody se pohybuje v rozsahu 40 až 70 C. Tento způsob se využívá tam, kde nám postačují nižší měrné tepelné výkony do 50 W/m 2, např. jako dodatková otopná plocha, či kde stačí pouze temperovat nebo se požaduje nízká konstrukční výška podlahy (rekonstrukce). Provedení mokrým způsobem Otopný had je zabetonován přímo do betonové vrstvy nad tepelnou a zvukovou izolací. Předpokládaná teplota přívodní otopné vody je 35 až 55 C a podlaha pracuje s měrným tepelným výkonem nad 50 W/m obr. 6. Mokrý způsob provedení Legenda: 1- podlahová krytina, 2- cementový potěr, 3- trubka 4- tepelná izolace, 5- hydroizolace, 6- nosná konstrukce Modulové- klima podlahy Klima podlahy jsou duté profilované desky či pásy, které se vyrábějí přímo pro tento účel. Kladou se na tepelnou izolaci jako souvislá plocha a hydraulicky se mezi sebou propojují. Takovýto způsob provedení je na obr. 7. Jejich výhodou je vyšší pružnost otopné soustavy, nízká konstrukční výška a rovnoměrné rozložení povrchové teploty podlahy. Takto 6

7 vytvořená otopná podlaha pracuje s nízkými teplotami vstupní otopné vody v rozmezí 25 až 35 C. b Tvarování Neméně důležitý je způsob tvarování hadu. obr. 7 Klima podlaha Meandrový způsob u tohoto způsobu kladení se topný voda nejdříve vede k ochlazovaným stěnám, teplota otopné vody klesá od obvodové konstrukce k vnitřní stěně, což umožňuje rovnoměrnější rozložení teplot ve vytápěné místnosti. Oblouky se tvarují pod úhlem 180, což vyžaduje použití potrubí menšího průměru (např. 16 x 2 či 17 x 2 mm). l Plošná spirála u tohoto způsobu kladení je povrchová teplota podlahy po celé její ploše rovnoměrná. Nevýhodou je pokles vnitřní teploty v horizontálním směru od vnitřní k obvodové konstrukci. Tato nevýhoda se dá eliminovat vytvořením okrajové (intenzivní) zóny. Pro uložení trubek do spirály se většinou navrhují trubky 18 x 2 a 20 x 2 mm, neboť tvarování umožňuje menší poloměry (úhel 90 ). Oba způsoby umožňují kladení s okrajovou intenzivní zónou (obr. 8). obr. 8 Spirála s okrajovou zónou Meandr s okrajovou zónou Tato okrajová zóna eliminuje negativní vliv ochlazovaných konstrukcí na vytváření místní tepelné nepohody. Okrajová zóna se umisťuje k okenní ochlazované stěně či do rohu objektu v šířce 0,5 až 1,0 m. 3. Montáž Pokládka otopné podlahy předpokládá dokončené omítky na všech stěnách sousedících s podlahou, osazené zárubně dveří a dokončený kotlový okruh. V objektu jsou osazeny rozdělovače, sběrače a ostatní zařizovací a ovládací prvky soustavy. Před pokládkou tepelné izolace se u nosné části podlahy odstraní nedostatky, jako jsou nerovnosti, nečistoty, mastné skvrny apod. Po úpravě podkladu se kladou souvisle obvodové izolační pásy. Pokud je to 7

8 8 m 8 m 8 m nutné, člení se podlaha na dilatační celky s maximální plochou 40 m 2. Okolo architektonicky komplikovanějších částí jako jsou sloupy, rohy a výklenky se izolační pásy pevně uchytí (např. hřebíkem). Dilatační spáry jsou z hlediska odolnosti a trvanlivosti plovoucí podlahy nejdůležitější součástí. Dilatační spára se musí provést tak, aby umožnila skutečné rozpínání podlahy. Šířka spáry má být 8 až 10 mm a má být vyplněna stálepružnou hmotou. Pro velikost dilatačních ploch se doporučuje maximálně 40 m 2 avšak optimálně cca 25 m 2. Plochy vymezené dilatačními spárami by měly mít, pokud to lze, čtvercový půdorys. Délka dilatačního celku by neměla přesáhnout 8 m a poměr stran 1 : 2. Návrh dilatačních spár je podmíněn i půdorysným řešením místnosti. Půdorysy tvaru L, T č i Z se dělí na obdélníková či čtvercová pole a dilatační spáry se umísťují i v místech přestupu vnějších dveří. Dělení větších dilatačních celků ukazuje obr m obr. 9 Dělení dilatačních celků Po položení okrajových dilatačních pásů klademe tepelnou a zvukovou izolaci. Tato izolace může být v podobě samostatných desek nebo jako tzv. rol-jet a falt-jet, což umožňuje vytvářet systémové role. Izolační desky klademe těsně k sobě tak, aby vytvořily souvislou vrstvu. Někdy se k sobě fixují kovovými sponami, nebo se lepí k sobě. Tepelnou izolaci začínáme klást od krajů místnosti k jejímu středu, čímž zároveň fixujeme dilatační pás na obvodě stěn. Hydroizolační fólie PVC či PE se klade volně na povrch izolačních desek. Okraje jednotlivých pásů se překrývají minimálně 20 cm a po obvod místnosti se vytahují nad okraj obvodového izolačního pásu. Hydroizolační fólie může plnit i funkci reflexní. V případě použití systémových desek fólie odpadá, neboť systémové desky jsou povrchově upraveny tak, aby převzaly její funkci. Potrubí otopného hadu se upevňuje: přivazováním na síť plastovými příchytkami na síť do plastových lišt plastovými příchytkami do izolační desky vtlačováním trubek do systémové desky spojováním lamelových kazet spojováním modulových klima podlah 8 8

9 Systém s kari sítí Plastové příchytky Systémová deska Plastová lišta Při upevňování plastovými příchytkami na síť se nejdříve vytvoří kari síť, která se osadí příchytkami. Do příchytek se pak vtlačí trubka otopného hadu. V tomto případě se zjednoduší celá montáž oproti výše uvedenému způsobu jedna a dojde i k lepšímu kontaktu trubky s betonovou mazaninou. Další způsob představuje kladení plastových lišt s jednoduchými spojkami na izolační vrstvu. Trubky se poté vtlačí do předlisovaných otvorů v liště podle potřebné rozteče dané výpočtem. Velmi jednoduchý způsob pokládky umožňuje fixace plastovými příchytkami (spony, hřeby) do izolační vrstvy. U tohoto způsobu buď ručně či speciálním vtlačovacím náčiním upevňujeme trubky k tepelně izolační vrstvě tak že perforujeme reflexní fólii i tepelně izolační vrstvu. V případě systémových desek je jejich horní část účelově tvarována do řady výstupků, mezi které se potrubí vtlačí v potřebné rozteči či v potřebném ohybu. Montáž se v tomto případě výrazně zrychluje, čímž se v konečném důsledku zlevňuje i práce. Ukládání modulových klima podlah představuje zcela odlišný přístup. Otopný had je nahrazen klimadeskami, které představují integrované duté desky, jejichž propojením se vytvoří celá podlahová otopná plocha. 9

10 4. Skladba podlahy Podkladový beton je nosnou částí, která tvoří podklad pro samotnou otopnou plochu. Při zalití otopného hadu do vrstvy betonu 4 až 6 cm vysoké bude nosná část podlahy zatížena hmotností 80 až 100 kg/m 2. Povrch nosné části podlahy musí být rovný, a pokud se podlahová otopná plocha klade na podklad, který umožňuje pronikání vlhkosti do své konstrukce, musí se povrch nosné části podlahy opatřit hydroizolační fólií o tloušťce min. 0,2 mm. Tepelně akustická izolace musí kromě izolačních vlastností splňovat i další požadavky. Jedná se hlavně o dostatečnou pevnost a malou stlačitelnost použitého materiálu. Tato vrstva se provádí hlavně z polystyrénových desek, překrytých hydroizolační fólií proti zatékání do spár mezi deskami. Podle umístění podlahy se její výška pohybuje od 30 do 80 mm. Akustickou a tepelnou izolaci dodávají výrobci i jako základní desku podlahového vytápění (tzv. systémová deska). Vnější hrany desek jsou profilované a při ukládání pak desky do sebe pevně zapadají, čímž tvoří souvislou vrstvu bez spár. V tomto případě není potřebná další fólie a nevznikají rovněž zvukové mosty. Jako izolační materiál se používají vypěněné plasty nebo vláknité izolace: polystyrénové desky PS 20 či 30 SE polystyrénové desky PST SE (působí i jako akustická izolace) desky z tvrzeného polystyrénu desky z tvrzeného polyuretanu polyetylénová pěna vysoké hustoty jako akustická izolace. Hustota těchto materiálů má být 20 kg/m 3 a stlačitelnost nesmí překročit 5 mm. Otopné podlahy, které ohraničují prostory s podstatně nižší teplotou, by se měly opatřit tepelnou izolací tak, aby součinitel prostupu tepla odpovídal požadavku U = 0,45 W/m 2.K. Tepelná izolace, která sestává z více vrstev má pouze jednu vrstvu akustické izolace. Příčinou je velká stlačitelnost akustické izolace (3 až 4 mm jedné vrstvy), která by mohla způsobit zlomení otopné podlahové plochy. Pro provedení tepelně izolačního a dilatačního pásu se doporučují tabule či pásy tloušťky 8 až 10 mm, které dobře kompenzují tepelnou roztažnost plovoucí betonové vrstvy. Okrajové izolační pásy se kladou podél všech stěn vytápěné místnosti mezi plovoucí podlahu a stěny. Je nutné izolační pásy klást i kolem sloupů a do dělících dilatačních spár. Montážní organizace obvykle dodávají pásy s rozměry 100 x 10 mm. Hydroizolace je spojitá izolační ochrana povrchu tepelně izolační vrstvy proti vnikání vlhkosti z betonové mazaniny tak, aby voda nezhoršovala tepelně izolační vlastnosti tepelné izolace. Všechny místnosti, kde podlaha leží přímo na rostlé zemi, je třeba opatřit bariérou proti vlhkosti. Zde se doporučuje použít fólii z PVC tloušťky 0,1 až 0,2 mm či ve značně nepříznivém případ 2 x 0,2 mm, kterou je možno svařovat. Při svařování fólie je třeba dodržet min. 8 cm překrytí. Tepelně reflexní fólie může u některého provedení plnit rovněž funkci hydroizolace. Tato izolace má význam pro snižování tepelného toku směřujícího od otopného hadu směrem dolů. Část tepla sdílená otopným hadem je tak odrážena od reflexní fólie, tedy od mikrotenké vrstvy hliníku zpět směrem nahoru k vytápěnému prostoru. Při použití reflexní fólie je prokázaná 10

11 možná úspora energie do výše 9 %. Při kladení se doporučuje asi 5 až 6 cm překrytí fólie s bodovým přelepením lepicí páskou. Tepelně reflexní fólie se vytahuje asi 1 cm nad dilatační pásku. Je jí rovněž možné svářet či spojovat za studena speciální lepicí páskou u vlhkých místností. Betonová mazanina používaná u podlahové otopné plochy je obohacena plastifikátory pro lepší zatékání pod a kolem trubek. Plastifikátory však obecně nezlepšují její vlastnosti vzhledem k vedení tepla. Anhydritové podlahové mazaniny lze použít pouze tehdy, když se k upevnění potrubí nepoužila kari síť a měděné rozvodné potrubí, neboť sádra působí na kov korozívně. Do anhydritového potěru není potřebná žádná přísada. Betonová směs nesmí být tečící. Je mylné se domnívat, že lépe obteče trubky. To musí zajistit správné složení směsi. Minimální tloušťka betonové vrstvy nad trubkami je 20 mm. Tam kde se očekává extrémní zátěž, vkládá se ještě armovací rohož z ocelových prutů 50 x 50 x 2 mm. Betonování se provádí při natlakovaném otopném hadu. Přetlak se v průběhu prací hlídá, jelikož každý pokles tlaku v soustavě může znamenat porušení otopného hadu. S topnou zkouškou by se nemělo začít dříve než 2 dny po ukončení betonování. Samotný provoz by neměl začít dříve než 28 dní po položení podlahové krytiny. Požadovaná povrchová teplota podlahy se dosahuje postupně po 5 C denně. Dilatační spáry rozdělují jednotlivé vrstvy v celém jejich průřezu od tepelné izolace až k povrchu podlahy (nášlapné vrstvě). Výstužné a nosné ocelové armatury se musí přes dilatační spáru přerušit. Povrchy spár se vyplňují trvale pružným tmelem. Přes dilatační spáru prochází jen nutné minimum potrubí (přívodní a vratné). Toto potrubí je přes dilatační spáru vedeno v chráničce o délce min. 0,5 m na každou stranu od spáry. Podlahová krytina musí být navržena taková, aby její tepelný odpor vyhovoval podmínce U 2 W/m 2.K. Tomuto požadavku odpovídají téměř všechny běžné podlahové krytiny. Nedoporučují se textilní krytiny s délkou vlasu nad 10 mm, PVC s pryžovou podložkou a parkety z měkkého dřeva. Nejvhodnější krytinou jsou keramické či kamenné dlaždice do výšky 6 mm. Vzhledem k lepšímu vedení tepla se krytina neklade volně, ale lepí se či klade do vrstvy cementového potěru. Parkety se volí z tvrdého dřeva do tloušťky 8 mm. Vlýsky jsou méně vhodné. Druh podlahy je pevnou součástí návrhu a nelze později libovolně podlahovou krytinu měnit, jelikož bychom změnily její tepelný odpor. 5. Potrubí otopného hadu Pro podlahové vytápění respektive pro otopné hady se používají trubky z: nerezu (chromniklové oceli) mědi plast a vícevrstvé plast kov. Zdánlivě ideální nerezové potrubí naráželo v praxi na problém spojování. Svařování vyžaduje v tomto případ speciální technologický postup, protože jinak dochází k nežádoucí rekristalizaci. Rovněž při pájení natvrdo stříbrnou pájkou se často vyskytne nebezpečí koroze. Začátkem sedmdesátých let však nastal obrat, když firma Mannesmann vyvinula spoj 11

12 nerezových trubek lisovanými objímkami z autentické nerezové oceli. I přesto se používá jen výjimečně. Široké použití má měkké měděné potrubí s přednostmi jako je: vysoká odolnost vzhledem ke korozi malá tloušťka stěny malá hmotnost vztažená na metr potrubí velká pevnost jednoduchá a rychlá montáž dobrá možnost přizpůsobení se stavebním podmínkám jednoduché a bezpečné spoje baktericidní účinek atd. U podlahového vytápění se převážně používají měkké trubky F22 dodávané ve svitcích (kolech), které jsou potaženy vrstvou PVC, což zabraňuje vzniku bodové koroze při působení betonových či omítkových směsí a zároveň částečně umožňuje trubce dilatovat. Snad nejvíce využívaným plastovým potrubím ve vytápění je síťovaný polyetylén (PEX) u podlahového, stěnového i stropního vytápění. Pro soustavy podlahového vytápění je nejdůležitější vlastností ohebnost potrubí, protože jen potrubí položené v podlahové konstrukci dostatečně hustě zaručuje dostatečný tepelný výkon a rovnoměrné rozložení teplot. V poslední době se u nás začíná využívat vícevrstvé potrubí, tedy potrubí složené z více vrstev nestejného materiálu. Vícevrstvé potrubí se skládá ze základní plastové trubky, hliníkového pláště ve šroubovici navíjeného nebo s podélným švem a ochranné plastové vrstvy. Dobrou soudržnost jednotlivých vrstev zajišťuje speciální přilnavá vrstva. U vícevrstvého potrubí je kompenzována nevýhoda plastových trubek velká teplotní délková roztažnost. Hodnoty délkové teplotní roztažnosti se blíží hodnotám příslušejícím hliníku (0,025 mm/m.k). Ačkoli se potrubí vyznačuje poměrnou tuhostí, stále si zachovává výbornou ohebnost. Potrubí se spojuje mechanicky spojkami nebo polyfúzním svářením. 6. Provedení elektrického podlahového vytápění Elektrické podlahové vytápění klade na svůj návrh a provozování stejné požadavky jako teplovodní podlahové vytápění. V tomto případě však není v podlahové otopné ploše otopný had v podobě svazku trubek, ale je zde uložen buďto topný kabel nebo topná rohož. Elektrické podlahové vytápění topnými kabely má již s ohledem na konstantní výkon kabelů svá specifika. Může být navrhováno jako: akumulační poloakumulační přímotopné O akumulační schopnosti rozhoduje především plošná hmotnost betonové vrstvy nad topnými kabely a její tepelná vodivost. Mírou akumulace je časová konstanta τ A, což je doba, za kterou se při nabíjení ohřeje akumulační vrstva o 1 K. 12

13 [s] kde s a je tloušťka akumulační vrstvy [m] c a měrná tepelná kapacita akumulační vrstvy [J/kg.K] ρ a hustota akumulační vrstvy [kg/m 3 ] Λ a tepelná propustnost od roviny uložení kabelů směrem do vytápěné místnosti [W/m 2.K] Λ b tepelná propustnost od roviny uložení kabelů směrem dolů [W/m 2.K] Časová konstanta τ A u plně akumulačních podlah má být nejméně 8 hodin, nejlépe 10 až 12 hodin. U budov s celodenním provozem se žádá ještě více, až 15 hodin. Poloakumulační soustavy mají τ A od 4 do 8 hodin a soustavy s časovou konstantou kratší než 4 hodiny se již označují jako prakticky přímotopné. Požadovaný výkon otopné plochy se musí pokrýt příslušnou délkou kabelu o konstantním výkonu [W/m]. Na trhu se objevují i topné rohože, které usnadňují realizaci podlahových otopných soustav. Základem takové rohože je podkladové kovové pletivo nebo tkanina šířky 0,5 až 1,0 m s pravidelnou čtvercovou strukturou. Na tomto podkladu je naformován meandr z topných kabelů s příslušnou roztečí. Rozteč spolu s měrným lineárním zatížením rozhoduje o velikosti měrného instalovaného příkonu na 1 m 2 topné rohože. 7. Výpočet teplovodního podlahového vytápění Při výpočtu podlahového teplovodního vytápění se vychází z následujících kritérií: tepelná rovnováha ve vytápěném prostoru tepelná ztráta vytápěného prostoru tepelně-technický výpočet otopné podlahové plochy hydraulický výpočet otopné podlahové plochy Tepelná rovnováha ve vytápěném prostoru Podlahová otopná plocha s tepelným příkonem Q p sdílí teplo do vytápěné místnosti sáláním na chladnější plochy ΣQ spj a menší množství sdílí konvekcí do vzduchu Q kp. Rovnici tepelné rovnováhy prostoru, který je vytápěn sálavou velkoplošnou otopnou plochou můžeme zapsat vztahem: α p. S p. (t m t u ) = Σ[Λ j, S j. (t j t e )] + ρ. c. V. (t i t e ) kde α p celkový součinitel přestupu tepla [W/m 2.K], S p velikost otopné plochy [m 2 ] t m střední teplota otopné plochy [ C] účinná teplota okolních ploch [ C] t u [W] 13

14 Λ j tepelná propustnost j-té stavební konstrukce [W/m 2.K] S j plocha j-té stavební konstrukce [m 2 ] t j střední povrchová teplota j-té stavební konstrukce [ C] t e venkovní oblastní výpočtová teplota [ C] ρ hustota vzduchu [kg/m 3 ] c měrná tepelná kapacita vzduchu [J/kg.K] V objemový průtok vzduchu [m 3 /s] t i je teplota vzduchu v místnosti [ C] Pravá strana v následující rovnici není nic jiného než celková tepelná ztráta místnosti. Při výpočtu podlahové otopné plochy se vychází z předpokladu, že střední povrchová teplota podlahy nepřekročí hygienicky přípustné hodnoty a tepelný výkon podlahové otopné plochy bude krýt tepelné ztráty místnosti. Hlavním výkonovým parametrem je měrný tepelný výkon q při fyziologicky přípustné střední povrchové teplotě podlahové plochy t p [ C]. Za předpokladu, že po obou stranách stropu je stejná vnitřní teplota t i = t' i, se střední povrchová teplota t p počítá ze vztahu kde ( ) ( ) [ C] Λ a je tepelná propustnost vrstev nad trubkami [W/m.K] α p celkový součinitel přestupu tepla na povrchu otopné plochy [W/m 2.K] t m střední teplota otopné vody [ C] t i výpočtová vnitřní teplota [ C] m charakteristické číslo podlahy [m -1 ] l rozteč trubek [m] Celkový součinitel přestupu tepla α p se určí součtem součinitelů přestupu tepla sáláním a prouděním ze vztahu α p = α sp + α kp [W/m 2.K] Součinitel přestupu tepla sáláním α sp t p [ o C] Δt = t p t i [K] α sp [W/(m 2.K)] 5,38 5,51 5,64 5,77 5,93 6,09 6,24 6,40 Pro podlahové vytápění je běžné používat t p = 25 až 34 C a α sp = 5,4 až 5,6 W/(m 2.K), pro stropní vytápění t p = C a α sp = 5,775,93 a pro stěnové t p = C a α sp = 6 až 6,4 W/m 2.K. Součinitel přestupu tepla prouděním α kp Pro podlahové vytápění α kp = 2,0. Δt 0,33 Δt = t p t i [K] α kp [W/(m 2.K)] 3,42 3,64 3,83 4,00 4,32 4,58 4,93 14

15 Pro stropní vytápění v místnostech, kde dochází k proudění vzduchu vlivem pohybu lidí a ochlazováním vnějších stěn se doporučují tyto hodnoty: α kp = 1,75 W/(m 2.K) při t p 50 C a šířce otopné plochy b > 1 m α kp = 2,3 W/(m 2.K) při t p > 50 C a šířce otopné plochy b < 1 m Pro stěnové vytápění α kp = 1,55. Δt 0,33 t p [ o C] Δt = t p t i [K] α kp [W/(m 2.K)] 4,35 4,65 4,92 5,17 5,38 Charakteristické číslo podlahy (závislé na intenzitě ochlazování na obou stranách vrstvy) při respektování válcového tvaru zdrojů se počítá ze vztahu ( ) [m -1 ] kde Λ b je tepelná propustnost vrstev pod trubkami [W/(m 2.K)] λ d součinitel tepelné vodivosti materiálu, do kterého jsou zality trubky [W/(m 2.K)] d vnější průměr trubek [m] Při výpočtu tepelné propustnosti vrstvy nad trubkami Λ a kde a je tloušťka jednotlivých vrstev nad osou trubek [m] λ a součinitel tepelné vodivosti jednotlivých vrstev nad osou trubek [W/(m 2.K)] U podlahy se doporučuje počítat se součinitelem přestupu tepla na povrchu otopné plochy α p = α sp + α kp = 5,4 + 4 = 9,4 [W/(m 2.K)] Tepelná propustnost vrstvy pod trubkami se určí ze vztahu [W/(m 2.K)] kde R str je tepelný odpor stropní desky [m 2.K/W] α p součinitel přestupu tepla na spodní straně otopné podlahy [W/(m 2.K)] (obvykle se volí α p = 8) Střední povrchová teplota podlahové otopné plochy nemá z fyziologických důvodů přestoupit hodnotu: t p = 27 až 28 C u místností pro trvalý pobyt (obytné místnosti, kanceláře, ) t p = 30 až 32 C u pomocných místností, kde člověk jen příležitostně přechází (předsíně, chodby, schodiště, ap.) t p = 32 až 34 C u místností, kde člověk převážně chodí bos (plovárny, lázně, ap., a u okrajových zón u ochlazovaných stěn). 15

16 Při daných výchozích teplotách t m a t i závisí střední povrchová teplota t p především na rozteči trubek l. Ostatní veličiny jsou buď přibližně konstantní, nebo mají na výsledek jen malý vliv. Ze základních rovnic lze sestavit pomocný diagram pro určení střední povrchové teploty. Z diagramů lze také odečítat měrný tepelný výkon q otopné plochy q = α p (t p t i ) [W/m 2 ] a měrný tepelný tok podlahové otopné plochy směrem dolů q při stejných vnitřních teplotách nad otopnou plochou i pod ní ( ) [W/m 2 ] Při rozdílných teplotách na obou stranách podlahy t i t' i se počítá měrný tepelný tok na spodní straně podlahy ze vztahu ( ) ( ) [W/m 2 ] Tento tepelný tok představuje ztrátu tepla, kterou je třeba co nejvíce omezit. V případě, kdy je pod podlahou nevytápěná místnost je nutno volit větší tepelný odpor vrstvy pod trubkami 1/Λ b než u místností ve vyšších podlažích. Nejčastěji se požaduje, aby tepelná ztráta q' nebyla větší než 10 až 15 % užitečného tepelného výkonu q. Tepelný odpor vrstvy pod trubkami je třeba zvětšit na hodnotu ( ) [m 2.K/W] kde poměr n se volí obvykle 0,05 až 0,15. Skladba vrstev podlahy směrem a Λ a [W/(m 2.K)] beton + lepená keramická dlažba 8,0 beton + keramická dlažba na maltu 7,0 beton + PVC 8,0 beton + jekor 5,5 beton + vlysy 4,5 beton + kovral 3,8 beton bez povrchové vrstvy 8,5 beton s armovacím železem 9,3 Tab. 4 Tepelná propustnost Λ a podlahových vrstev Skladba vrstev podlahy směrem b Λ b [W/(m 2.K)] ocelobetonová deska, vyrovnávací vrstva, KARI síť 3,2 ocelobetonový dutinový panel, vyrovnávací vrstva, KARI síť 2,2 strop MIAKO (HURDIS), KARI síť 1,8 16

17 Skladba vrstev podlahy směrem b Λ b [W/(m 2.K)] ocelobetonová deska, vyrovnávací vrstva, polystyrén 4 cm, PE, KARI síť 0,8 dutinový panel + vyrovnávací vrstva, polystyrén 4 cm, PE, KARI síť 0,7 strop MIAKO + vyrovnávací vrstva, polystyrén 4 cm, PE, KARI síť 0,67 ocelobetonová deska, vyrovnávací vrstva, polystyrén 6 cm, PE, KARI síť 0,6 dutinový panel + vyrovnávací vrstva, polystyrén 6 cm, PE, KARI síť 0,55 strop Miako + vyrovnávací vrstva, polystyrén 6 cm, PE, KARI síť 0,5 beton, lepenka, vyrovnávací vrstva, polystyrén 6 cm, PE, KARI síť na rostlé půdě 0,35 Tab. 5 Tepelná propustnost Λ b podlahových vrstev t i [ o t pmax [ o C] C] q [W/m 2 ] Tab. 6 Měrný tepelný tok q v závislosti na vnitřní teplotě t i a teplotě povrchu t p Podlahová krytina Tepelný odpor R [m 2.K/W] PVC 0,01 Keramické dlaždice 0,02 Vlysy z tvrdého dřeva 0,04 PVC s pryží 0,05 Koberec (podle výšky) 0,07 až 0,22 Tab. 7 Tepelný odpor nejběžnějších podlahových krytin Pro místnosti ležícími pod jinými vytápěnými místnostmi se celková otopná plocha S p určí ze vztahu [m 2 ] kde Q c je celková tepelná ztráta místnosti počítaná podle ČSN EN U místností, nad kterými není podlahové vytápění (např. nejvyšším podlaží) se otopná plocha počítá ze vztahu 17

18 [m 2 ] a celkový tepelný příkon otopné plochy Q pc je pro oba případy dán vztahem Q pc = (q + q ). S p [W] Skutečný výkon podlahové otopné plochy je větší o tepelný tok, který sdílí okrajová plocha, ve které nejsou položeny trubky. Šířka okraje r závisí na charakteristickém čísle podlahy m, což vyjadřuje empirický vztah [m] Tato šířka okraje, tedy vzdálenost první trubky otopného hadu od stěny r se respektuje při návrhu tj. při umístění otopného hadu podlahy. Vzdálenost krajní trubky otopného hadu od stěny ukazuje obr. 10. t o je střední teplota podlahy okraje t r teplota na konci okraje t p střední teplota otopné plochy l rozteč trubek Tepelný výkon okrajové plochy Q o je vyjádřen vztahem tr to r l tp ti ( ) [W] kde O p je obvod otopné podlahové plochy vymezený krajními trubkami [m] S p otopná podlahová plocha ohraničená krajní trubkou [m 2 ] Vliv nábytku na vysokých nohách je možné zanedbat. V ploše pod nábytkem s nízkýma nohama se výkon podlahové otopné plochy snižuje o více jak 50 %. 18