Průběhy teploty vzduchu a pocitové teploty ve vytápěném objektu.

vloženo: 29.6.2011

Projekt :          Vytápění skladového prostoru sálavým systémem

1.       Úvod

Tento rozbor teplot vychází z původního zadání nabídky číslo 123 ze dne 23.2.1965. Dále předpokládáme původní rozměry haly – 78 x 28 metrů se střední výškou cca. 10 metrů. Rovněž technické charakteristiky materiálů budovy jsou uvažovány jako v původní studii. Pro vytápění vlastní haly je navržena kombinace sálavého panelu o výkonu zhruba 115 kW a teplovzdušných jednotek o výkonu cca. 150 kW. Celkem tedy 265 kW. Následující text popisuje, jak se bude hala chovat při různých teplotách venkovního vzduchu a jaký podíl na vytápění bude mít sálavý systém a systém teplovzdušných jednotek.

2.       Podklady pro výpočet tepelného výkonu

navrhovaná teplota v hale                 12°C - teplota vzduchu v pracovní zóně
7°C - teplota vzduchu u stěn skladu (minimálně 5°C)

vliv sálání na pocitovou teplotu        v pracovní zóně zhruba 3° K
podrobně je vliv zachycen na obrázku v kapitole 4.
navrhovaná pocitová teplota             15°C - v pracovní zóně,
v ostatních prostorách stejná jako teplota vzduchu

navrhovaná teplota útlumu               minimálně 5°C v celé hale

Útlum je uvažován mimo pracovní dobu, soboty a neděle, svátky.

Teplotní rozdíl 5°C je minimální pro transmisi tepla z pracovní zóny do ostatních prostor.

V případě poklesu teploty ve skladové části pod 5°C a nebo v případě poklesu teploty v pracovní zóně pod 12°C budou spuštěny TVJ
(předpokládáme, že v té době bude zářič pracovat na 100% výkonu).

norma vnější teploty (denní průměr)            - 15°C - výpočtová oblast Písek

předpokládaná vzduchová výměna při použití kompaktních systémů
maximálně 0,5 x / hodinu

Daný technický návrh předpokládá, že provozní otevírání jedněch vrat nebude delší
jak 10 minut za hodinu.

3.       Výsledky výpočtu instalovaného výkonu

Pro udržení teploty vzduchu okolo 7°C (mimo pracovní zónu) a 12°C (v pracovní zóně) je zapotřebí různého výkonu při různých venkovních teplotách. Rozdílu teplot v pracovní zóně a mimo tuto zónu, je dosaženo instalací zářiče právě nad pracovní plochu. V případě, že by byla hala vytápěna pouze teplým vzduchem, bude teplota vzduchu v celé hale přibližně stejná. Při vytápění haly pouze zářičem, bude dosaženo právě onoho rozdílu teplot a tento bude zhruba uvažovaných 5°C (maximálně 7°C a to při roztápění haly). Závislost potřebného výkonu a venkovní teploty je zachycena v následující
tabulce.

Kompaktní zářič má v hale vysoké deset metrů daleko lepší účinnost distribuce tepelné energie do pracovní zóny než teplovzdušné vytápění. Vzhledem k tomu, že výkon 115 kW bezpečně pokryje převážnou část topné sezóny a při vytápění dochází k již zmiňovanému efektu různých teplot v pracovní zóně a mimo ni, je navrhované řešení optimální z hlediska ročních provozních nákladů. Navrhovaný výkon 265 kW musí kromě vlastních tepelných ztrát objektu zajistit dostatečně rychlou akceleraci systému při přechodu z nočního útlumu na denní teplotu. Časové rozložení činnosti zářiče a TVJ v průběhu topné sezóny je zachyceno na následujícím obrázku.

4.       Rozložení teploty vzduchu a pocitové teploty v hale

Následující zobrazení byly primárně vytvořeny výpočtovým programem AUDITERM a následně upraveny grafickým programem pro začlenění do textu.

Na obrázku je znázorněn průběh teploty vzduchu a pocitové teploty v určité vzdálenosti od zářiče. Jedná se o řez halou kolmo na její osu a to zhruba v polovině zářiče. Pocitová teplota je tvořena součtem teploty vzduchu a sálavé složky. Pocit tepla máme například na sluníčku, kdy za teplot vzduchu okolo 5° můžeme mít pocit, jako by teplota okolí byla 15°C. Pak říkáme, že sálavá složka je 10°K. Přímo pod zářičem je sálavá složka (navýšení k teplotě vzduchu) 4°K, a tak při teplotě vzduchu 12°C máme pocit jako by měl vzduch teplotu 16°C. Čím jsme dál od zářiče, tím klesá jednak teplota vzduchu, ale také sálavá složka. Ve vzdálenosti více jak 15 metrů od tělesa je pocitová teplota rovna teplotě vzduchu, jelikož sálavá složka je téměř nulová. Hygienická norma omezuje intenzitu záření na rozumnou hodnotu 200 W / m² a tak je tato velikost sálavé složky téměř maximální ( Intenzita slunečního záření je zhruba 600 W /m² ).

Na dalším obrázku je zachycena situace na podlaze objektu. Pocitové teploty jsou znázorněny pomocí izoterm (spojnic bodů se stejnou pocitovou teplotou). U protilehlé strany haly je samozřejmě pocitová teplota rovna teplotě vzduchu. Tato skutečnost má velmi příznivý vliv na roční spotřebu paliva. Jde o to, že tepelné ztráty této části budovy jsou po převážnou část zimy minimální ( je třeba si uvědomit, že průměrná teplota venkovního vzduchu je během topné sezóny ± 5°C). Pokud je objekt vytápěn pouze zářičem, je i situace pod střechou je velmi příznivá. Namísto teplota kolem 20°C je pod střešním pláštěm pouze 8 až 12°C.

5.       Závěr

Při výpočtu rozložení teplot nebyl brán ohled na regály v objektu. Ty budou samozřejmě zářič stínit, a tak průběhy mohou být mírně odlišné. Ze zkušenosti s tímto typem vytápění ovšem vyplývá, že regály nemají velký vliv na cirkulaci vzduchu v hale.

Navrhované řešení je z hlediska maximálních úspor paliva nejvýhodnější, když je regulace upravena následovně: - Teplovzdušné agregáty topí pouze v případě, že zářič již běží na 100% výkonu a nemůže halu vytopit. Poměr času, kdy fungují TVJ a kdy topí zářič bude zhruba 1 : 8.

Životnost zářiče je daná počtem hodin provozu, při kterých nedojde k závažným poruchám a opravám, jenž jsou ve své finanční náročnosti rovny prvotní investici. Životnost „běžných“ tmavých zářičů s teplotou trubic ( 300- 350°C) je v rozmezí 7 500 až 12 000 hodin (pět až deset let provozu). Navrhované řešení ovšem předpokládá činnost zářiče zhruba 2 500 až 3 500 hodin během jedné topné sezóny. Vzhledem k této zátěži je nutné použít nízkoteplotní sálavý pás s maximální teplotou trubic 250°C. Pracovní teplota je ovšem 180 až 240°C (viz přiložený prospekt).

U TVJ předpokládáme nasávání ohřívaného vzduchu z vnitřního prostoru haly. Pokud v hale nebudou nainstalovány „destratifikátory“, je nutné u TVJ nastavit patřičný doběh (vypnutý hořák, běžící ventilátor). Přívod čerstvého vzduchu není při nízkých venkovních teplotách nutné zajišťovat. Pro větrání v létě doporučujeme část světlíku navrhnut s protipožární větrací klapkou.

Autor článku  Petr Vágner