Podlahové vytápění Fenix

Regulace tepelného výkonu

Na řízení výkonu elektrických systémů vytápění, například podlahového kúrení Fenix, se používá dvoupólová regulace, založená na principu přerušení, resp. obnovení dodávky elektrické energie do vytápěcího okruhu při dosažení mezí hodnoty nastavené na regulátoru.

Vytápěcí plocha se ve většině případů dělí na bytové zóny a okrajové zóny, kde jsou odlišné povrchové teploty podlahy. V takovém případě musí být každý vytápěcí okruh regulován samostatně. Zariadenia, ktorými sa regulácia realizuje, sú spravidla oveľa spoľahlivejšie vo výkonovej časti ako koncové prvky regulácie teplovodného systému (pohony s regulačnými armatúrami).

Při volbě vhodného typu regulační techniky je potřeba brát do úvahy:

• zda vytápěcí systém, či už jde o podlahové kúrenie Fenix nebo jiný, pracuje jako doplňkový nebo jako základní zdroj tepla;

• provozní režim systému (akumulační, přímý);

• typ objektu;

• nároky uživatele.

Nejpřesnější regulaci lze dosáhnout osazením samostatných regulátorů v každé místnosti. Používají se elektronické termostaty, které jsou zvykle vybavené funkcí nočního poklesu, přičemž jeho velikost je pevná nebo ji uživatel může nastavit. Termostaty lze doplnit spínacími hodinami s časovým programem, modernější výrobky mají časové zařízení už zabudované v konstrukci. Možnost výběru řídicích prvků je široká - od jednoduchých analogových po komplexní digitální řídící jednotky vybavené různými inteligentními funkcemi.

Regulace podlahové teploty místnosti

Jedná se o základní způsob řízení výkonu jakéhokoli elektrického podlahového vytápění, například podlahového kúrení Fenix, navrženého jako základní zdroj tepla. Používá se termostat vybavený snímačem teploty podlahy a snímačem teploty vzduchu v interiéru.

Snímač teploty podlahy je zabudovaný v rovině uložení vytápěcího kabelu, nejlépe v jej středu v průsečíku úhlopříček, minimálně však 0,5 m od jej okraje, rovnoběžně s vytápěcími vodiči tak, aby se vzájemně nekřížily. Aby ho bylo možné vyměnit, je uložený v kovové trubce, jejíž konec se utěsní.

Snímač teploty vzduchu je zabudovaný buď přímo ve skříni termostatu instalovaného ve vytápěné místnosti, nebo může být externí, umístěný na stěně. Umiísťuje se přibližně ve výšce 1 200 až 1 500 mm nad podlahou tak, aby poskytoval co nejobjektivnější informace o reálné teplotě. Nesmí být zaclovený nábytkem, vystavený prouděním vzduchu nebo tepelným ziskům z vnitřních nebo vnějších zdrojů. Termostaty s externím snímačem teploty se vhodně uplatňují v objektech, kde je potřeba zabránit jejich manipulaci nepovolanými osobami (například ve školách, hotelích, objektech veřejné správy a pod.). Instalují se do rozvaděče.

Každý termostat, který reguluje teplotu podlahy, musí být vybaven omezeníkem teploty podlahy, který chrání vytápěcí prvky před nežádoucím zvýšením teploty v rovině uložení vytápěcího kabelu. Je umístěný v připojovací skříni ve stěně. Pracuje tak, že při dosažení maximální teploty ve vytápěcí rovině vypne systém z provozu .

Požadovaná teplota vzduchu ve vytápěné místnosti a maximální povrchová teplota podlahy se nastavuje na termostatu. Regulační zařízení pracuje tak, že udržuje teplotu vzduchu na nastavené hodnotě regulací teploty podlahy. Při dosažení nastavené hodnoty teploty vzduchu nebo teploty podlahy přeruší dodávku elektrické energie do okruhu.

Regulace podlahové teploty venkovního vzduchu

Tento způsob je vhodné použít v místnostech s velkými rozměrnými plochami, kde prostorový termostat neskoro reaguje na tepelné zisky ze slunečního ozáření a vzhledem k tepelné ztrvačnosti systému dochází k překurování. V takovémto případě se snímač teploty venkovního vzduchu umístí na jižní fasádě, příslušná regulační technika zachytí s předstihem sluneční ozáření a vopřed sníží teplotu podlahy.

Regulace na konstantní hodnotu

Pro místnosti, ve kterých jsou tepelné zisky nebo základní tepelnou ztrátu kryje jiný vytápěcí systém, může být podlahové vytápění, či už podlahové kúrenie Fenix nebo jiné, navrženo jako doplňkový zdroj na zajištění příjemné teploty podlahy (kuchyně, chodby, haly, koupelny). Na regulaci výkonu se používá termostat se snímačem teploty, zabudovaným v rovině uložení vytápěcího kabelu, přičemž teplota podlahy se udržuje na konstantní hodnotě. Snímač teploty je uložený v kovové trubce v úrovni vytápěcích prvků, rovnoběžně s nimi tak, aby se vzájemně nekřížily.

Regulace tepelného výkonu akumulačního podlahového vytápění

Při akumulačním režimu je mezi fází odberu energie a její přeměnou na teplo a fází odovzdání tepla do prostoru časový posun, přičemž vybíjení systému probíhá samovolně a dá se jen těžko ovlivnit regulační technikou. Proto je regulace výkonu náročnější než při přímém režimu a ani kvalita tepelné pohody není vždy optimální. Vhodným řešením je doplnění základního podlahového vytápění, například podlahového kúrení Fenix, dynamickým systémem (elektrické konvektory, radiátory, přímé vytápění v okrajové zóně).

Na regulování výkonu se používá ekvitermická regulace, která řídí nabíjení systému v závislosti od venkovní teploty a zbytkového tepla v podlaze. Regulátory jsou zároveň vybavené omezeníkem teploty podlahy na ochranu vytápěcích prvků před překročením dovolené teploty v rovině uložení vytápěcího kabelu. Při umístění snímače teploty podlahy platí stejné zásady jako při přímém systému. Snímač teploty venkovního vzduchu se instaluje na severní straně objektu na místě chráněném před slunečním zářením ve výšce přibližně 2 až 3 m nad terénem. Snímač se vkládá do instalační skříně. Aby se vytápěcí soustava lépe přizpůsobila tepelné ztrvačnosti objektu, může se zapustit do venkovního murování (omítky).

Nabíjení se dá řídit ručně nebo automaticky. Při ručním řízení je potřeba nastavit ručně různé parametry podle počasí a času odberu energie. Při automatickém řízení mají regulátory zabudovanou funkci, která upravuje charakteristiky nabíjení, přizpůsobí začátek nabíjení, čas poklesu a čas vybíjení samostatně, podle aktuálního počasí. Může jít o řízení s předstihem nebo následné řízení. Při řízení s předstihem systém dostane pokyn na nabíjení od začátku trvání nízké tarify a to na potřebný čas. Při následném řízení se potřebný čas nabíjení v rámci času s nízkou tarifou počítá od času skončení nízké tarify. Řízení s předstihem je vhodné pro případy, kdy jsou časy nabíjení stejné nebo jsou začátky a konce nabíjecích období časově nepravidelné. Následné řízení lze volit v ostatních případech.

Regulátory nové generace pracují na principu fuzzy logiky. Nastavená teplota na zapnutí/vypnutí systému se může pohybovat v určitém intervalu. Regulátor dokáže rozlišit například dočasný pokles teploty vlivem otevřeného okna a posoudit, zda ho vykompenzuje naakumulované teplo v podlaze. Regulátory starší generace ovládají výkon vytápění zapínáním/vypínáním přívodu elektrické energie do okruhu při dosažení nastavené hodnoty teploty, takže při krátkodobých výkyvech může docházet ke střídavému překurování.

Řízení signálem hromadného dálkového ovládání (HDO)

Odběr elektrické energie ze sítě není během dne rovnoměrný, vyskytují se intervaly špiček a intervaly přebytku energie. Závisí na mnoha faktorech vycházejících ze zvyklostí lidí, z technologických procesů ve výrobě a jsou ovlivněny počasí (venkovní teplota, oblačnost atd.). Z hlediska hospodárnosti je potřeba vytvořit takové podmínky, aby byly rozvaděčové zařízení a elektrárny využity optimálně, tedy co nejlépe vyrovnat odběr energie, ale zároveň vytvořit podmínky, aby nevznikaly ztráty ve výrobě a nedocházelo k omezení odběratelů.

Energetické podniky ovlivňují odběr elektrické energie jednak pomocí cenových tarifů, které jsou podmínkou části dodávky energie a vyvolávají tlak na odběr energie mimo špičky, a dále operativně pomocí hromadného dálkového ovládání. Hromadné dálkové ovládání umožňuje uvolňovat nebo blokovat elektrické spotřebiče dálkově ze zásobníkového střediska v závislosti na konkrétních podmínkách v distribuční síti (obr. 5.39 a 5.40). V minulosti se HDO ovládaly jen akumulační spotřebiče, v současnosti se oběh rozšířil na spotřebiče maloodběru i velkoodběru, jako jsou např. akumulační ohřívače vody v domácnostech i v průmyslu, akumulační i přímé elektrické vytápění, tepelná čerpadla, zařízení na přípravu krmiva v zemědělství, klimatizační zařízení, elektrické pece ve výrobě průmyslové i potravinářské, čerpací zařízení vodárny, koupelny, bazény atd.

Řízení odběru má příznivý vliv na:

• snížení nákladů za nákup energie,

• lepší využití elektráren a minimalizaci nákladů na výrobu elektrické energie,

• dokonalejší využití investic do rozvaděčového zařízení distribučních sítí tím, že lze připojit větší počet akumulačních a jiných spotřebičů.

Provoz elektrického podlahového vytápění

Provoz elektrického podlahového vytápění (EPV) - podlahového vytápění Fenix a dalších závisí od:

• pracovního režimu,

• energetické náročnosti,

• stavebního objektu.

Pracovní režim elektrického podlahového vytápění

V závislosti na čase odběru elektrické energie ze sítě rozlišujeme tři základní pracovní režimy elektrického podlahového vytápění:

• akumulační,

• poloakumulační,

• přímý.

Podlahové vytápění Fenix nabízí sestavy pro každý z těchto pracovních režimů.

Akumulační režim EPV

Pracovní cyklus tohoto způsobu vytápění je rozdělen do dvou etap. V první etapě (čas nabití) probíhá spojitý odběr elektrické energie ze sítě, která se mění na teplo a ukládá v akumulační hmotě podlahy. To se děje v čase sníženého zatížení sítě, nejčastěji v noci, a to 8 až 10 hodin (platnost nízkého tarifu). V druhé etapě (čas vybití) je systém zablokován. Probíhá samovolný výdej naakumulované energie do prostoru, což je provázeno postupným poklesem teploty povrchu podlahy.

Omezený čas nabití má za následek zvýšený instalovaný výkon, z čehož vyplývá požadavek na větší dimenzi elektrického přípojného vedení. Velký připojovací výkon způsobuje v lokalitách s nízkou kapacitou elektrických sítí problémy s připojením většího množství odběratelů.

Akumulační typ vytápění je náročný na konstrukci podlahy, bere z výšky místnosti a klade zvýšené požadavky na nosnost stropní desky.

Regulovatelnost systému je problematická. Systém není schopen pružně reagovat na náhlé změny provozních podmínek (změna teploty v důsledku změny počasí nebo tepelných zisků). Také nastávají problémy s zajištěním tepelné pohody v odpoledních hodinách při poklesu teploty venkovního vzduchu a v přechodných obdobích. Vzhledem k velké tepelné setrvačnosti je třeba ho navrhnout do masivních staveb se stejným tepelným režimem a bez velkých rozmrazových ploch.

I když uvedená charakteristika není pro akumulační systém velmi příznivá, tento způsob vytápění má nezastupitelnou roli jako regulační prvek při vyrovnávání odběrů ze sítě a ještě v nedávné minulosti byly akumulační odběry cenově výhodné a upřednostňovány při schvalování žádostí o elektrické vytápění.

Poloakumulační režim EPV

Tento režim vytápění by se dal charakterizovat i jako akumulační režim s rozloženým časem nabití. Pracovní cyklus systému je stejný jako u akumulačního režimu a skládá se z dvou etap - z etapy nabití a etapy vybití. Etapa nabití systému může být rozložena do více časových pásem, přičemž hlavní odběr elektrické energie probíhá v noci, a v případě potřeby, což není vždy nutné, se systém může dobit i během dne, převážně v odpoledních hodinách. Z toho vyplývají i menší nároky na kvalitu tepelné izolace pod rovinou uložení vytápěcích kabelů a tloušťku akumulační vrstvy podlahové konstrukce. Vzhledem ke zkrácenému času odběru energie a možnosti dobití se snižuje potřebný instalovaný výkon zdroje.

V porovnání s akumulačním odběrem se snižují investiční náklady na konstrukci podlahy, zdroj tepla a dimenzi přípojky. Elektrizační síť není zatížena takovými nárazovými odběry a zvyšuje se možný počet připojených odběratelů na danou dimenzi sítí v příslušné oblasti. Systém je lépe regulovatelný, z čehož vyplývají i úspory energie při provozu v porovnání s předchozím typem. Je vhodný do novostaveb s celodenním provozem. Vzhledem ke stále poměrně velké tepelné setrvačnosti je jím problematické zabezpečit tepelnou pohodu v přechodném období.

Přímý režim EPV

Pracovní režim tohoto způsobu vytápění je diametrálně odlišný od předchozích dvou typů. Zdroj tepla odebírá elektrickou energii ze sítě podle potřeby během celého provozu s výjimkou času blokace systému, což je minimálně 2 hodiny denně.

Systém charakterizuje minimální tloušťka vytápěcí podlahy, protože odpadá požadavek na akumulaci tepla. Naopak, je žádoucí zvýšit dynamiku systému, což se dosáhne kladením roviny uložení vytápěcího kabelu co nejblíže k nášlapné vrstvě podlahy. Pokud se vytápěcí prvky instalují do vrstvy betonu, má tato jen krycí funkci. Instalovaný výkon je téměř o polovinu nižší než u akumulačního režimu, z čehož vyplývá i menší dimenze elektrické přípojky a možnost napojit na danou kapacitu elektrizační sítě o polovinu větší počet odběratelů.

Díky minimální tloušťce podlahové konstrukce a možnosti uložení vytápěcí plochy i na existující podlahu bez nutných demolačních prací, lze systém využít při rekonstrukci vytápěcí soustavy. V porovnání s akumulačním a poloakumulačním režimem se vyznačuje krátkým časem náběhu (30 až 120 minut v závislosti na použité podlahové krytině a tloušťce betonové vrstvy), lepší regulovatelností, pružnou reakcí na změnu provozních podmínek, což znamená úspory energie. Není to typický přímý systém s okamžitou reakcí na zásah regulátoru. Určitá tepelná setrvačnost, která je dána plošnou hmotností nášlapné vrstvy, je vhodná na překlenutí času blokace systému bez snížení kvality tepelné pohody.

I investiční náklady díky menší tloušťce podlahy, menší dimenzi elektrického přípojky, nižšímu instalovanému výkonu zdroje tepla a menší statické zatížení stropních konstrukcí jsou nižší než u ostatních režimů.

Provoz elektrického podlahového vytápění ve stavebních objektech

Díky variability pracovních režimů, jednoduché regulaci tepelného výkonu (zapni/vypni) a možnosti využití známých způsobů regulačních strategií nachází elektrické podlahové vytápění široké využití v objektech různého charakteru na vytápění interiéru nebo exteriéru. Může být provozováno v objektech s trvalým režimem využití, občasným režimem využití nebo jako doplňkové vytápění.

Objekty s trvalým režimem využití

Elektrické podlahové vytápění jako trvalý zdroj tepla se uplatňuje v objektech bytového charakteru (rodinné domy, bytová výstavba), nemocnicích, jídelnách a mateřských školách, rekreačních a lázeňských zařízeních, horských hotelích a chatách. Vytápěcí systém se navrhuje jako jediný zdroj tepla a kryje celkovou tepelnou ztrátu vytápěné místnosti. Možno ho aplikovat v přímém, akumulačním i poloakumulačním režimu, závisí to od požadavků uživatele, podmínek stavby a možností rozvodné elektrizační soustavy z hlediska potřebného výkonu v dané lokalitě. Na výběr má zákazník z mnoha systémů, například je k dispozici podlahové kúrenie Fenix.

Aby vytápěcí systém pracoval optimálně, je třeba zosouhlasit jeho tepelný režim s tepelným režimem objektu. Akumulační a poloakumulační verzi je vhodné navrhovat do masivních, těžkých staveb s minimální plochou transparentních konstrukcí. Přímá verze díky dynamické reakci na zásah regulační techniky v závislosti od časové konstanty se uplatní ve stavbách s obvodovým pláštěm jakéhokoli typu.

Akumulační systém vzhledem na omezený čas odberu energie může mít problémy se zajištěním tepelné pohody ke konci času vybíjení například při náhlém zhoršení počasí. Místnosti je nejlepší využívat bezprostředně po ukončení nabíjení systému. Proto je tento způsob vhodný pro objekty s převážně dopoledním provozem nebo v kombinaci s doplňkovým konvekčním systémem. Poloakumulační a přímý systém zajišťuje tepelný komfort po celodenním využití objektu. Při rekonstrukcích zdroje tepla, pokud se uvažuje o elektrickém podlahovém systému, se jako nejpřijatelnější a často jediná alternativa jeví přímá verze.

Tepelná pohoda se zajišťuje individuální regulací výkonu zvlášť pro každý vytápěný interiér. V případě přímého režimu se používá regulace teploty vzduchu na konstantní hodnotu nebo v závislosti od teploty venkovního vzduchu, v případě akumulačního a poloakumulačního režimu výlučně v závislosti od teploty venkovního vzduchu. Regulátor zároveň zajišťuje, aby teplota povrchu podlahy (v rovině uložení vytápěcího kabelu) nepřekročila nastavené hodnoty, stanovené hygienickým předpisem v souladu s charakterem místnosti. Na regulaci se používají termostaty, které jsou umístěny buď přímo v místnosti, nebo v rozvaděči. Termostaty starší generace pracují na principu přerušení/obnovení dodávky elektriny do systému, pokud se dosáhne některá z nastavených hodnot. Pro zvýšení komfortu bydlení jsou často doplněny spínacími hodinami s možností naprogramovat vytápěcí režim na několik dní dopředu (pracovní dny, víkendy, prázdniny). Termostaty novější generace pracují jako inteligentní programovatelná zařízení, která mají časový člen zabudovaný ve své konstrukci. Řídí teplotu vzduchu a teplotu podlahy při optimálních provozních nákladech. Zajišťují tepelnou pohodu na základě posouzení teplotního gradientu v místnosti a dokážou určit čas potřebný na dosažení požadované teploty.

Objekty s občasným využitím

Elektrické podlahové vytápění jako občasný zdroj tepla má široké aplikační možnosti:

• V prostorech bytového charakteru, které se nevyužívají pravidelně. K těmto prostorům patří například víkendové chaty, garáže, místnosti na hobby dílny v bytových domech a pod. Během období, kdy se objekt nebo prostor nevyužívá, nesmí vytápěcí systém zamrznout a na začátku provozu se musí zabezpečit rychlý ohřev interiéru. Tyto požadavky splňuje podlahový systém v přímé verzi s minimální časovou konstantou (instalace prvků přímo pod nášlapnou vrstvu). Při komfortnějším vybavení, kdy je systém řízen programovatelným regulačním zařízením s možností uvést ho do provozu tak, aby zajišťoval tepelnou pohodu v čase využití objektu, lze použít i ostatní vytápěcí režimy. Tato možnost je zřídkavější a z ekonomických důvodů přichází do úvahy za předpokladu, že využití prostoru po spuštění systému bude dlouhodobější (víkendové chaty). Další možností je zapínání vytápění prostřednictvím telefonu, kdy je interiér zahřát už v čase příchodu do objektu. Tepelný výkon se reguluje jako v případě objektů s trvalým režimem využití.

• V prostorech nebytového charakteru, využívaných občasně. K prostorům tohoto typu lze zařadit chrámy, kostely, stadiony, tribuny, kde se lidé zdržují krátkou dobu (1 až 2 h). Není potřeba vytápět celý interiér, ale jen jeho část. Z vytápěcích prvků přicházejí do úvahy díky malé stavbě tloušťce a jednoduché montáži elektrické rohože a fólie. Ukládají se na spodní část (teplo sálá na nohy) nebo na operadlo (teplo sálá na záda), pod koberec nebo dlažbu, pracovní stoly (ohřev rukou) a pod. Regulaci systému zpravidla zajišťuje termostat vybavený snímačem teploty v rovině uložení vytápěcího kabelu.

• V prostorech nebytového charakteru, které se i využívají pravidelně několik dní v týdnu, ale jiný způsob vytápění by byl neekonomický nebo nevhodný. Do této skupiny patří především průmyslové výrobní haly, nevytápěné skladovny, dílny a pod. Lidé se zde často zdržují i 24 hodin denně, ale vytápět takové rozsáhlé prostory by bylo jednak velmi náročné (velká konstrukční výška) a jednak neekonomické (téměř nemožná regulace - velký výskyt cizího tepla ze strojů). Vytápění se v takových případech řeší vytvořením tepelných ostrovů, tedy přímo vytápějí se pracovní místa, místa pobytu lidí, manipulační plochy. Opět se vhodně uplatňují vytápěcí rohože a fólie, případně podlahový systém v přímém režimu. Na regulaci se používají termostaty vybavené snímačem teploty v rovině uložení vytápěcího kabelu.

Na trhu je dostupných víceero systémů podlahového vytápění, například i podlahové kúrenie Fenix.

Doplňkové vytápění

Elektrické podlahové vytápění, například podlahové kúrenie Fenix, v přímém režimu jako doplňkový zdroj tepla se navrhuje:

• do prostorů, kde jsou tepelné zisky (haly, chodby, WC) na zajištění příjemné teploty povrchu podlahy;

• do prostorů, kde je základní tepelná ztráta kryta jiným vytápěcím systémem a nechceme mít chladnou podlahu (kuchyně, koupelny);

• na zajištění tepelné pohody v přechodném období, kdy je hlavní vytápěcí systém mimo provozu.

Provoz systému řídí termostat vybavený snímačem teploty podlahy. Výkon vytápění se určuje v těchto případech na základě účelu místnosti, složení podlahy a požadavků na dynamiku soustavy.

Použitá literatura:

Dušan Petráš, Miroslav Kotrbatý: Vytápění velkoprostorových a halových objektů