Levné topení - prevence tepelných ztrát
Ve fyzice se teplo popisuje jako energetický stav hmoty související s pohybem její částic - molekul. Teplota je momentální stav této energie. V běžné praxi se hovoří o energetické bilanci budovy a spotřebiče - pece nebo krbu, které mají teplo vyrobit. Energii měříme v kilowattech (kW). Je to srovnatelná jednotka bez ohledu na to, zda teplo vyrobíme spálením dřeva, uhlí, plynu, nebo nám ho dodá elektrárna. V minulosti se pro měření energie používala jiná jednotka - kalorie.
Tepelné ztráty budovy se udávají v kW
Výpočet tepelných ztrát objektu vyžaduje odborné posouzení, zatímco výkon topidla definuje poměr náplně dřeva a času; například 2,1 kg paliva za hodinu generuje výkon 5,5 kW. Dvanáctihodinový provoz spotřebuje 25,2 kg dřeva, což energeticky odpovídá 66 kWh. Na rozdíl od elektrických ohřívačů mají pece značnou tepelnou setrvačnost, potřebují čas na nahřátí tělesa i komína a nelze je okamžitě vypnout. Efektivní užívání vyžaduje pochopení těchto fyzikálních procesů a specifickou obsluhu zařízení.
Výkony a měření
Topit kamny na dřevo ještě neznamená, že dům vytopíme.
Vytápění nezahrnuje jen jednoduchý výkon, měřitelný v kilowattech. Je to také o tepelné pohodě, tepelné akumulaci, setrvačnosti, tepelné stabilitě, přičemž se zohledňuje fyziologie, jakož i schopnosti a vlastnosti prostoru, který vytápíme, zvyklosti, očekávání a kultura ohně.
Při výkonu je důležitá i časová posloupnost
Nejprve se v peci musí vytvořit teplota vhodná pro hoření, pak na nahřátí pláště pece, následně k předání tepla do okolního prostoru a až potom na vyhřátí prostoru. Víme však, že prostor rychle nevytopíme. Při pořízení pece proto zvažujeme, za jaký čas od zátopu budeme chtít teplo v místnosti.
Pokud potřebujeme teplo rychle, doporučuje se uvažovat o krbové vložce. Pokud ho nepotřebujeme hned, ale chceme ho udržet více hodin, hledáme stavěnou pec přiměřené hmotnostní kategorie. Seriózní firma by měla umět poradit a doporučit, jakou pec potřebujete.
Příklad:
Na štítku výrobku - pece je uvedeno: výkon 4,5 kW, náplň paliva 2 kg - více se obvykle neudává, byť by na něm měla být uvedena i účinnost, např. 65%, zda doba hoření 2 hodiny. Výkon 4,5 kW je takzvaný nominální výkon - tedy potřebný výkon. Pokud bude tedy v peci náplň 2 kg dřeva a shoří za 1 hodinu, bude její úhrnný výkon 4,5 kWh. To už je srovnatelné například s cennou elektřiny. Uvedený výkon umíme započítat i do celkové tepelné bilance.
Zmíněných 4,5 kWh dostaneme, samozřejmě, pokud náplň dřeva shoří úplně. Čili udaná účinnost,jak skutečně pec spaluje, v našem případě dosáhne výkon 4,5 kWh, což je však pouze 65% z toho, kdyby pec spalovala na 100%. Zjistíme to jednoduše trojčlenkou. Výsledek je 6,9, takže za ideálních podmínek bychom z 2 kg dřeva získaly 6,9 kWh / h. Ve skutečnosti to však není možné a uvedeme, proč pec na dřevo nemůže být účinná na 100%.
Měřeními bylo zjištěno, že z kilogramu dřeva získáme 2,9 - 4,1 kWh / kg. Energie ve dřevě je stále stejná, rozhodující je čas, za který dřevo spálíme. Pokud 1 kg dřeva spálíme za 1 hodinu, získáme například 3,3 kWh, ale v průběhu půlhodiny bude okamžitý - nominální - výkon spotřebiče 6,6 kW. Pokud bude toto dřevo hořet 3 hodiny, bude momentální výkon pece 1,1 kWh. Tyto údaje často výrobci zkreslují a konečně slíbený výkon lze docílit pouze neustálým běháním s kolečkem plným dřeva.
Tepelná pohoda
Tepelnou pohodu lze definovat jako pocit spokojenosti s tepelným stavem prostředí, když nepociťujeme ani chlad, ani zimu. Tepelná pohoda závisí na několika faktorech - měřitelnou teplotu, teplotu okolních stěn a předmětů, průvanu či aktivity, kterou v místnosti právě provádíme.
Množství tepla, které produkuje lidské tělo, má být v rovnováze s okolím. Tepelná rovnováha je stav, kdy se tělu odebírá tolik tepla, kolik produkuje. Tepelná pohoda je individuální pocit. Pokud je v místnosti nadpoloviční většina lidí, kteří se cítí v pohodě - tepelné -, pak můžeme mluvit o tepelné pohodě.
Teplota vzduchu
Základní podmínkou tepelné pohody je přiměřená teplota vzduchu. Teplota se měří ve výšce 150 cm od podlahy. Kdysi takto naměřená hodnota postačila jako kritérium tepelného komfortu.
Ve skutečnosti však tento údaj nestačí, zejména při lokálním topení. Vždyť stačí studená podlaha, jemný průvan a v místnosti se necítíme příjemně, přestože teploměr se nás snaží přesvědčit o opaku.
Tepelná stabilita
Lokální vytápění vyžaduje vysokou tepelnou stabilitu zajištěnou akumulací tepla do těžkých konstrukcí, jako jsou cihlové stěny, zatímco lehké materiály typu dřeva či polystyrenu energii neudrží a způsobují rychlé ochlazení prostoru.
Nedostatečná akumulační schopnost vede k extrémním teplotním výkyvům (např. 28 °C večer vs. 16 °C ráno), což norma ČSN koriguje požadavkem na maximálně osmihodinovou topnou přestávku.
Přesný výpočet tepelné pohody musí zohledňovat tepelné ztráty budovy, intenzitu výměny vzduchu i schopnost vnitřních povrchů ukládat energii. Rozhodujícími ukazateli zůstávají vzájemný poměr teploty vnitřních povrchů a teploty vzduchu v místnosti.
Během vytápění platí:
- Teplota vzduchu v místnosti spolu s průměrnou teplotou vnitřních povrchových ploch místnosti ≤ 38 ° C.
- Po skončení topné přestávky je stav vyhovující, pokud platí:
- Teplota vzduchu spolu s teplotou povrchů ≤ 32 ° C.
- Tepelná stabilita by se měla vypočítat již při přípravě projektu, jestliže se v domě počítá s lokálním topením. Při stavbě často třeba řešit skutečnost, která bývá jiná než výpočty, proto vždy počítáme s rezervami. Tepelně technické výpočty pro lokální topení jsou důležité, komplikovanější než pro běžné vytápění. Neměly by se zanedbávat. Kvalitní výpočet tepelné techniky pro rodinný dům někdy bývá poměrně obsáhlý a podrobný a jeho provedení je poměrně drahé, ale vrátí se v podobě kvalitního topení a tepelné pohody.
