Podlahové vytápění Fenix

Regulace tepelného výkonu

K řízení výkonu elektrických topných systémů, jako je podlahové vytápění Fenix, se používá dvoupolohová regulace založená na principu přerušení nebo obnovení dodávky elektřiny do topného okruhu při dosažení mezní hodnoty nastavené na regulátoru.

Ve většině případů je otopná plocha rozdělena na pobytové zóny a okrajové zóny, kde se teploty povrchu podlahy liší. V takovém případě musí být každý topný okruh řízen samostatně. Zařízení, kterými je regulace realizována, jsou zpravidla mnohem spolehlivější ve výkonové části než koncové prvky regulace teplovodního systému (pohony s regulačními ventily).

 

Při výběru vhodného typu regulační technologie je třeba vzít v úvahu následující skutečnosti:

•  zda topný systém, ať už podlahové vytápění Fenix nebo jiný, funguje jako doplňkový nebo primární zdroj tepla;
• provozní režim systému (ukládání, přímý);
• typ budovy;
• požadavky uživatelů.

Nejpřesnější regulace lze dosáhnout instalací samostatných regulátorů v každé místnosti. Používají se elektronické termostaty, které jsou obvykle vybaveny funkcí nočního útlumu, jehož velikost je pevně daná nebo si ji může uživatel nastavit. Termostaty mohou být doplněny spínacími hodinami s časovým programem, modernější výrobky mají časové zařízení již zabudované v konstrukci. Výběr ovládacích prvků je široký - od jednoduchých analogových až po složité digitální řídicí jednotky vybavené různými inteligentními funkcemi.

 

Regulace teploty v místnosti

Jedná se o základní způsob regulace výkonu každého elektrického podlahového vytápění, jako je například podlahové vytápění Fenix, které je určeno jako základní zdroj tepla. Používá se termostat vybavený čidlem teploty podlahy a čidlem teploty vnitřního vzduchu.

 

Snímač teploty podlahy musí být namontován v rovině topného kabelu, nejlépe v jeho středu v průsečíku úhlopříček, ale nejméně 0,5 m od jeho okraje, rovnoběžně s topnými vodiči tak, aby se vzájemně nekřížily. Aby bylo možné jej vyměnit, musí být uložen v kovové trubce, jejíž konec musí být zapečetěn.

 

Čidlo teploty vzduchu je buď zabudováno přímo ve skříňce termostatu instalovaného ve vytápěné místnosti, nebo může být externí, umístěné na stěně. Musí být umístěn ve výšce přibližně 1 200 až 1 500 mm nad podlahou, aby poskytoval co nejobjektivnější informace o aktuální teplotě. Nesmí být zakryt nábytkem, vystaven proudění vzduchu nebo tepelným ziskům z vnitřních nebo vnějších zdrojů. Termostaty s vnějším teplotním čidlem jsou vhodné pro použití v budovách, kde je třeba zabránit neoprávněné manipulaci (např. školy, hotely, veřejné budovy atd.). Jsou instalovány v rozváděči.

 

Každý termostat, který řídí teplotu podlahy, musí být vybaven omezovačem teploty podlahy, který chrání topné prvky před nežádoucím zvýšením teploty v rovině instalace topného kabelu. Musí být umístěn v rozvodné krabici ve zdi. Funguje tak, že se systém vypne z provozu, když je dosaženo maximální teploty v topné rovině.

 

Na termostatu se nastavuje požadovaná teplota vzduchu ve vytápěné místnosti a maximální teplota povrchu podlahy. Regulace pracuje tak, že udržuje teplotu vzduchu na nastavené hodnotě pomocí regulace teploty podlahy. Když teplota vzduchu nebo podlahy dosáhne nastavené hodnoty, přeruší přívod elektřiny do obvodu.

 

Regulace podle teploty venkovního vzduchu

 

Tato metoda je vhodná pro použití v místnostech s velkými prosklenými plochami, kde prostorový termostat reaguje na tepelné zisky ze slunečního záření pozdě a dochází k přehřívání v důsledku tepelné setrvačnosti systému. V tomto případě je čidlo teploty venkovního vzduchu umístěno na jižní fasádě, příslušná řídicí technika předem zjistí sluneční záření a předem sníží teplotu podlahy.

 

Ovládání na konstantní hodnotu

 

V místnostech, kde jsou tepelné zisky nebo tepelné ztráty podlahové desky pokryty jiným topným systémem, lze podlahové vytápění, ať už podlahové vytápění Fenix nebo jiné, navrhnout jako doplňkový zdroj pro zajištění příjemné teploty podlahy (kuchyně, chodby, předsíně, koupelny). K regulaci výkonu se používá termostat s teplotním čidlem zabudovaným do roviny topného kabelu, který udržuje teplotu podlahy na konstantní hodnotě. Snímač teploty je namontován v kovové trubce na úrovni topných těles, rovnoběžně s nimi, aby se vzájemně nekřížily.

 

Regulace tepelného výkonu akumulačního podlahového vytápění

 

V akumulačním režimu existuje časová prodleva mezi fází odběru energie a její přeměny na teplo a fází přenosu tepla do prostoru, přičemž vybíjení systému probíhá samovolně a lze jej jen stěží ovlivnit regulační technikou. Regulace výkonu je proto obtížnější než v přímém režimu a ani kvalita tepelné pohody není vždy optimální. Vhodným řešením je doplnit základní podlahové vytápění, například podlahové vytápění Fenix, dynamickým systémem (elektrické konvektory, radiátory, přímé vytápění v okrajové zóně).

 

K regulaci výkonu se používá ekvitermní regulace, která řídí nabíjení systému v závislosti na venkovní teplotě a zbytkovém teple v podlaze. Regulátory jsou rovněž vybaveny omezovačem teploty podlahy, který chrání topná tělesa před překročením přípustné teploty v rovině uložení topného kabelu. Pro umístění snímače teploty podlahy platí stejné zásady jako u přímého systému. Čidlo teploty venkovního vzduchu se instaluje na severní straně budovy na místě chráněném před slunečním zářením ve výšce přibližně 2 až 3 m nad zemí. Snímač se vloží do instalační krabice. Topný systém může být zabudován do obvodového zdiva (omítky), aby se lépe přizpůsobil tepelné setrvačnosti budovy.

 

Nabíjení lze řídit ručně nebo automaticky. Při ručním ovládání je třeba ručně nastavit různé parametry podle počasí a doby spotřeby energie. Při automatickém řízení mají regulátory zabudovanou funkci, která upravuje charakteristiky nabíjení a podle aktuálního počasí nezávisle nastavuje začátek nabíjení, dobu poklesu a dobu vybíjení. Může se jednat o předběžnou nebo následnou kontrolu. Při dopředném řízení je systém instruován, aby nabíjel od začátku trvání nízkého tarifu po požadovanou dobu. Při následné kontrole se potřebná doba nabíjení v rámci doby nízkého tarifu počítá od konce doby nízkého tarifu. Dopředné řízení je vhodné v případech, kdy jsou doby nabíjení stejné nebo kdy jsou začátky a konce dob nabíjení časově nepravidelné. V ostatních případech lze zvolit následnou kontrolu.

 

Regulátory novej generácie pracujú na princípe fuzzy logiky. Nastavená teplota na zapnutie/vypnutie systému sa môže pohybovať v určitom intervale. Regulátor dokáže rozlíšiť napríklad dočasný pokles- teploty vplyvom otvoreného okna a posúdiť, či ho vykompenzuje naakumulované teplo v podlahe. Regulátory staršej generácie ovládajú výkon vykurovania zapínaním/vypínaním prívodu elektrickej energie do okruhu pri dosiahnutí nastavenej hodnoty teploty, takže pri krátkodobých výkyvoch môže dochádzať k striedavému prekurovaniu.

 

Hromadné ovládání signálu dálkového ovládání (HDO)

 

Spotřeba elektřiny v elektrizační soustavě není během dne rovnoměrná, vyskytují se v ní špičky a přebytky. Závisí na řadě faktorů, které vyplývají ze zvyklostí lidí, technologických postupů ve výrobě a jsou ovlivněny povětrnostními podmínkami (venkovní teplota, oblačnost atd.). Z hlediska hospodárnosti je třeba vytvořit podmínky, aby distribuční zařízení a elektrárny byly využívány optimálně, tj. aby spotřeba energie byla co nejrovnoměrnější, ale zároveň aby byly vytvořeny podmínky pro to, aby nevznikaly výrobní ztráty a nebyli omezováni spotřebitelé.

 

Energetické společnosti ovlivňují spotřebu elektřiny jednak prostřednictvím cenových tarifů, které jsou podmínkou dodávek energie a vytvářejí tlak na spotřebu mimo špičku, jednak operativně, prostřednictvím hromadného dálkového ovládání. Hromadné dálkové ovládání umožňuje dálkově uvolnit nebo zablokovat elektrické spotřebiče z řídicího centra v závislosti na konkrétních podmínkách v distribuční síti (obrázky 5.39 a 5.40). V minulosti byly HDO řízeny pouze akumulační spotřebiče, v současné době se obvod rozšířil na spotřebiče s malou i velkou spotřebou, jako jsou akumulační ohřívače vody v domácnostech a průmyslu, akumulační a přímotopné elektrické vytápění, tepelná čerpadla, zařízení pro přípravu krmiv v zemědělství, klimatizační zařízení, elektrické pece v průmyslu a potravinářství, čerpací zařízení ve vodárnách, lázních, bazénech atd.

 

Řízení poptávky má pozitivní dopad na:

• snížení nákladů na nákup energie,
• lepší využití elektráren a minimalizace nákladů na výrobu elektřiny,
• lepší využití investic do zařízení distribuční sítě připojením většího počtu úložných a jiných zařízení.

 

 

 

Provoz elektrického podlahového vytápění

 

Provoz elektrického podlahového vytápění (EHF) - podlahového vytápění Fenix a dalších závisí na:

• provozní režim,
• spotřeba energie,
• stavební objekt.

 Provozní režim elektrického podlahového vytápění

 V závislosti na době odběru elektrické energie z elektrické sítě existují tři základní provozní režimy elektrického podlahového vytápění:

• akumulace,
• poloakumulace,
• přímý.

Podlahové vytápění Fenix nabízí dráhy pro každý pracovní režim.

Režim akumulace EPV

Pracovní cyklus tohoto režimu vytápění je rozdělen do dvou fází. V první fázi (doba nabíjení) dochází k průběžnému odběru elektrické energie z elektrické sítě, která se přeměňuje na teplo a ukládá se do akumulační hmoty podlahy. K tomu dochází v době sníženého zatížení elektrické sítě, nejčastěji v noci mezi 8. a 10. hodinou (platnost nízkého tarifu). Ve druhé fázi (doba vybíjení) je systém zablokován. Dochází k samovolnému vybíjení akumulované energie do prostoru, které je doprovázeno postupným poklesem teploty povrchu podlahy.

 

Omezená doba nabíjení má za následek zvýšený instalovaný příkon, což znamená požadavek na větší rozměr elektrické přípojky. Velký připojovací výkon ztěžuje připojení velkého počtu zákazníků v místech s nízkou kapacitou elektrické sítě.

 

Akumulační vytápění je náročné na konstrukci podlahy, ubírá z volného prostoru a klade zvýšené nároky na nosnost stropní desky.

Ovladatelnost systému je problematická. Systém není schopen pružně reagovat na náhlé změny provozních podmínek (změna teploty v důsledku změny počasí nebo tepelných zisků). Problémy jsou také se zajištěním tepelné pohody v odpoledních hodinách, kdy teplota venkovního vzduchu klesá, a v přechodných obdobích. Vzhledem k vysoké tepelné setrvačnosti je třeba je navrhovat do masivních budov se stejným tepelným režimem a bez velkých prosklených ploch.

Přestože výše uvedené vlastnosti nejsou pro akumulační systémy příliš příznivé, má tento způsob vytápění nezastupitelnou úlohu jako regulační prvek při vyrovnávání odběru z elektrické sítě a donedávna byl odběr z akumulace cenově zvýhodněn a zvýhodněn při schvalování žádostí o elektrické vytápění.

Režim poloakumulace EPV

 

Tento způsob ohřevu lze také popsat jako akumulační režim s rozloženými dobami nabíjení. Pracovní cyklus systému se stejně jako v režimu skladování skládá ze dvou fází - fáze nabíjení a fáze vybíjení. Fázi nabíjení systému lze rozložit do několika časových pásem, přičemž hlavní odběr energie probíhá v noci, a v případě potřeby, což není vždy nutné, lze systém dobíjet i během dne, většinou odpoledne. Z toho vyplývají i menší nároky na kvalitu tepelné izolace pod rovinou topných kabelů a na tloušťku akumulační vrstvy podlahové konstrukce. Díky zkrácené době spotřeby energie a možnosti dobíjení se snižuje potřebný instalovaný příkon zdroje.

 

Investiční náklady na podlahovou konstrukci, zdroj tepla a připojovací dimenzi jsou ve srovnání s akumulačním odběrem nižší. Elektrická soustava není zatěžována takovými přepětími a zvyšuje se možný počet zákazníků připojených k dané velikosti sítě v dané oblasti. Systém je lépe regulovatelný, což vede k úsporám energie při provozu ve srovnání s předchozím typem. Je vhodný pro nové budovy s celodenním provozem. Vzhledem ke stále poměrně vysoké tepelné setrvačnosti je problematické zajistit tepelnou pohodu v přechodném obdob

 

Přímý režim EPV

Způsob práce tohoto způsobu ohřevu se diametrálně liší od předchozích dvou typů. Zdroj tepla odebírá elektřinu ze sítě podle potřeby po celou dobu provozu, s výjimkou doby výluky systému, která je minimálně 2 hodiny denně.

 

Systém se vyznačuje minimální tloušťkou topné podlahy, protože není vyžadována akumulace tepla. Naopak je žádoucí zvýšit dynamiku systému, čehož se dosáhne položením roviny uložení topného kabelu co nejblíže pod podlahovou vrstvou. Pokud jsou topná tělesa instalována ve vrstvě betonu, plní pouze krycí funkci. Instalovaný výkon je téměř poloviční oproti akumulačnímu režimu, což má za následek menší velikost elektrické přípojky a možnost připojení polovičního počtu zákazníků na danou kapacitu elektrické sítě.

 

Díky minimální tloušťce podlahové konstrukce a možnosti umístit otopnou plochu na stávající podlahu bez nutných bouracích prací lze systém použít při rekonstrukci otopné soustavy. Ve srovnání s akumulačním a poloakumulačním režimem se vyznačuje krátkou dobou náběhu (30 až 120 minut v závislosti na použité podlahové krytině a tloušťce betonové vrstvy), lepší regulovatelností, pružnou reakcí na změny provozních podmínek, což znamená úsporu energie. Nejedná se o typický přímý systém s okamžitou odezvou na zásah řídicí jednotky. Určitá tepelná setrvačnost, která je dána povrchovou hmotností vrstvy dlažby, je vhodná k překlenutí doby blokování systému, aniž by byla ohrožena kvalita tepelné pohody.

 

Také investiční náklady jsou díky menší tloušťce podlahy, menšímu rozměru elektrické přípojky, nižšímu instalovanému příkonu zdroje tepla a nižšímu statickému zatížení podlahových konstrukcí nižší než u ostatních režimů.

 

Provoz elektrického podlahového vytápění v budovách

Díky variabilitě provozních režimů, jednoduché regulaci tepelného výkonu (zapnuto/vypnuto) a možnosti použití známých regulačních strategií se elektrické podlahové vytápění hojně využívá v budovách různého druhu pro vytápění interiéru nebo exteriéru. Lze jej provozovat v budovách s trvalým využitím, s přerušovaným využitím nebo jako doplňkové vytápění.

 

Předměty s trvalým způsobem použití

 

Elektrické podlahové vytápění jako trvalý zdroj tepla se používá v obytných budovách (rodinné domy, bytová výstavba), nemocnicích, jeslích a mateřských školách, rekreačních a lázeňských zařízeních, horských hotelech a chatách. Topný systém je navržen jako jediný zdroj tepla a pokrývá celkovou tepelnou ztrátu vytápěné místnosti. Lze jej použít v přímém, akumulačním nebo poloakumulačním režimu v závislosti na požadavcích uživatele, podmínkách budovy a možnostech rozvodné soustavy elektrické energie z hlediska požadovaného napájení v dané lokalitě. Zákazník si může vybrat z mnoha systémů, k dispozici je například podlahové vytápění Fenix.

 

Aby topný systém fungoval optimálně, musí být jeho tepelný režim přizpůsoben tepelnému režimu budovy. Akumulační a poloakumulační verze by měly být navrženy pro masivní, těžké budovy s minimální plochou průhledných konstrukcí. Přímá verze je díky své dynamické odezvě na zásah regulační techniky v závislosti na časové konstantě vhodná pro budovy s jakýmkoli typem obvodového pláště.

 

Akumulační systém může mít vzhledem k omezené době odběru energie problémy se zajištěním tepelné pohody ke konci doby vybíjení, například v případě náhlého zhoršení počasí. Místnosti je nejlepší používat ihned po dokončení nabíjení systému. Proto je tato metoda vhodná pro budovy s převážně dopoledním provozem nebo v kombinaci s doplňkovým konvekčním systémem. Poloakumulační a přímý systém zajistí tepelnou pohodu během celodenního užívání budovy. U modernizace zdrojů tepla, pokud se uvažuje o elektrickém podlahovém systému, se jako nejpřijatelnější a často jediná alternativa jeví přímá varianta.

 

Tepelný komfort je zajištěn individuální regulací výkonu zvlášť pro každý vytápěný interiér. V případě přímého režimu je teplota vzduchu regulována na konstantní hodnotu nebo v závislosti na teplotě venkovního vzduchu; v případě akumulačního a poloakumulačního režimu je regulována výhradně v závislosti na teplotě venkovního vzduchu. Regulátor zároveň zajistí, aby teplota povrchu podlahy (v rovině instalace topného kabelu) nepřekročila stanovené hodnoty stanovené hygienickým předpisem v souladu s charakterem místnosti. K ovládání se používají termostaty, které jsou umístěny buď přímo v místnosti, nebo v rozváděči. Termostaty starší generace fungují na principu přerušení/obnovení dodávky elektřiny do systému, pokud je dosaženo některé z nastavených hodnot. Pro zvýšení komfortu bydlení jsou obvykle vybaveny spínacími hodinami s možností naprogramovat režim vytápění na několik dní dopředu (všední dny, víkendy, svátky). Termostaty nové generace fungují jako inteligentní programovatelná zařízení, která mají zabudovaný časovač. Regulují teplotu vzduchu a teplotu podlahy při optimálních provozních nákladech. Zajišťují tepelnou pohodu tím, že vyhodnocují teplotní gradient v místnosti a mohou určit dobu potřebnou k dosažení požadované teploty.

 

Budovy s přerušovaným užíváním

 

Elektrické podlahové vytápění jako přerušovaný zdroj tepla má širokou škálu využití:

• V obytných oblastech, které nejsou pravidelně využívány. Mezi takové prostory patří například víkendové chaty, garáže, hobby dílny v obytných domech apod. V době, kdy se budova nebo prostor nepoužívá, nesmí topný systém zamrznout a interiér musí být při zahájení provozu rychle vyhřátý. Tyto požadavky splňuje podlahový systém v přímém provedení s minimální časovou konstantou (pokládka prvků přímo pod zemní vrstvu). Pro komfortnější zařízení, kdy je systém řízen programovatelným řídicím zařízením s možností uvedení do provozu pro zajištění tepelné pohody v době užívání budovy, lze použít i jiné režimy vytápění. Tato možnost je vzácnější a z ekonomických důvodů je vhodnější za předpokladu, že využití prostoru po uvedení systému do provozu bude dlouhodobější (víkendové chaty). Další možností je zapnutí vytápění prostřednictvím telefonu, kdy je interiér v době příchodu do objektu již vyhřátý. Tepelný výkon je regulován stejně jako u budov s trvalým užíváním.
• V prostorách nebytového charakteru, které se používají přerušovaně. Do tohoto typu prostor lze zařadit chrámy, kostely, stadiony, tribuny, kde se lidé zdržují krátkou dobu (1 až 2 h). Není nutné vytápět celý interiér, ale pouze jeho část. Mezi topnými tělesy přicházejí v úvahu elektrické rohože a fólie, a to díky své malé konstrukční tloušťce a snadné instalaci. Umísťují se na dno (teplo sálá do nohou) nebo na záda (teplo sálá do zad), pod koberce nebo dlaždice, pracovní stoly (ohřívání rukou) atd. Systém je obvykle řízen termostatem vybaveným teplotním čidlem v rovině topného kabelu.
• V nebytových prostorách, které jsou sice pravidelně využívány několik dní v týdnu, ale jejichž vytápění by bylo neekonomické nebo nevhodné. Do této skupiny patří především průmyslové výrobní haly, nevytápěné sklady, dílny apod. lidé se zde často zdržují i 24 hodin denně, ale vytápět takto velké prostory by bylo jednak velmi obtížné (velká stavební výška), jednak neekonomické (téměř nemožné regulovat - vysoký výskyt cizího tepla od strojů). Vytápění se v takových případech řeší vytvářením tepelných ostrovů, tj. přímo se vytápějí pracoviště, místa pobytu osob, manipulační plochy. Opět jsou vhodné topné rohože a fólie nebo podlahový systém v přímém režimu. K regulaci se používají termostaty vybavené teplotním čidlem v rovině topného kabelu.

Na trhu je k dispozici řada systémů podlahového vytápění, včetně systému podlahového vytápění Fenix.

Doplňkové vytápění

 

Jako doplňkový zdroj tepla se doporučuje elektrické podlahové vytápění, například podlahové vytápění Fenix, v přímém režimu:

• v místech, kde dochází k tepelným ziskům (haly, chodby, toalety), aby byla zajištěna příjemná teplota povrchu podlahy;
• v místnostech, kde je základní tepelná ztráta pokryta jiným topným systémem a nechceme mít studenou podlahu (kuchyně, koupelny);
• k zajištění tepelné pohody v přechodném období, kdy je hlavní topný systém mimo provoz.

Provoz systému je řízen termostatem vybaveným snímačem teploty podlahy. Topný výkon se v těchto případech určuje na základě účelu místnosti, složení podlahy a požadavků na dynamiku systému.

Použité odkazy:

Dušan Petráš, Miroslav Kotrbatý: Vytápění velkoprostorových a halových objektů