5C X 1,5

AGIDA, s.r.o. nabízí
nový a extrémně úsporný stavebnicový systém
řříízzeennýým
mii iinnffrraaččeerrvveennýým
mii hhaallooggeennoovvýým
mii zzáářřiiččii
T
Thheerrm
moo eeccoonnoom
myy pprroojjeeccttoorr
20 IN infracontrol detektor
U
Um
moožžňňuujjee
s vysokou energetickou efektivitou vytápět nebo temperovat různé
průmyslové , výrobní a sportovní haly, zimní zahrady, ustájený
dobytek, opravny, historické památky, velkoprostorové objekty
jako jsou kulturní nebo církevní budovy, skladové objekty všeho
druhu, obchody, plavecké stadiony, filmové ateliéry, muzea,
supermarkety, kuchyně, výstavní síně, tržnice a prostory, které je
třeba chránit před mrazem.
Zabezpečuje tepelnou pohodu v nepravidelně využívaném a
venkovním prostředí jako jsou kryté terasy restauraci a
předváděcích a přehlídkových ploch .
Vhodným použitím těchto zářičů lze provádět i práce za velmi
mrazivého počasí.
PPooddssttaattaa
ssyyssttéém
muu
V
Vllaassttnnoossttii
je v cíleném zónovém nebo bodové vytápění bez možnosti
ovlivňovat jeho činnost tzv. „lidským faktorem“. Jeho variabilita
je zajišťována plnou nezávislosti a autonomii jednotlivých zářičů.
Každý zářič si řídí svůj provoz sám pomoci vestavěné
monitorovací a spínací jednotky. Tím v podstatě řídí
provozní náklady.
Infračervený halogenový zářič ohřívá pouze hmotu a nikoliv
vzduch . V budovách mezi stropem a podlahou i při velkých
výškách dosahuje rozdíl teplot 2 – 3 oC. I tento fakt významně
ovlivňuje minimalizaci tepelných ztrát.
Vhodnou stavebnicovou sestavou lze zajistit uspořádání tak, aby
bylo vytápění efektivní a úsporné.
krátkovlnného infračerveného záření
Směrování tepla –vzhledem k vlnové povaze záření je
s ním možné zacházet podobně jako s viditelným světlem
II. Pronikání vzduchem – při vlnové délce záření okolo 1µm
Je přeneseno vzduchem prakticky 100 % energie vyzářené ze zdroje –
vodní páry nejsou překážkou
III Působení infračervených paprsku na lidské tělo – tepelné tj.
.
krátkovlnné infračervené záření je velmi podobné slunečnímu teplu. Až
30 % dopadajícího množství je přenášeno kůži a přímo absorbováno
tělem.
I.
Zadání:
Zajistit dynamicky ohřev prosklené výrobní haly o rozměrech:
Výška 8 m , šířka 10 m, délka 18 m, bez zateplení.
Normovaná teplota 18 o C, provoz středně těžký, pohyb osob –
obsluha až pěti strojů, dvousměnný provoz, noční temperování
a zajištěno předehřátí pracoviště i strojů ( hydraulika ).
Předpokládaná spotřeba tepla 225 W/ m2
Spotřeba tepla pro zadanou halu
40,5 KW
Topná sezóna
198 dnů
4752 hodin
192,5 MWh
Koeficient regulace kr
0,7
134,7 MWh
Koeficient snížení temperováním kt
0,75
101
Spotřeba tepla
V tabulce jsou
zohledněny
NOVÉ CENY PLYNU
A ELEKTŘINY
platné od 1. 1. 2003
MWh
363,7 GJ
MWh
Spotřeba tepla:
363,7
GJ =
101
Spotřeba paliva:
9622
Zemní
plyn (m3) kotel nízkoteplotní ( 89% )
Spotřeba tepla pro zadanou halu
40,5 MW
Topná sezóna
198 dnů
4752 hodin
192,5 MWh
Koeficient regulace kr
0,5
96,25 MWh
Koeficient temperování a předeh. ktp
0,55
53
Spotřeba tepla
MWh
190,6 GJ
Spotřeba tepla
190,6
GJ
53
MWh
Spotřeba paliva
53000
kWh
Infrazářiče IN 20
Přepočtená tabulka nákladů na vytápění podle zadané spotřeby
Druh paliva
výhřevnost, tarif
Černé uhlí
cena paliv
v Kč
Spalovací zařízení
průměrná účinnost
Ostatní
náklady
Kč/rok
Cena
tepla
kč/kWh
Spotřeba
paliva/rok
Celková
cena/rok
1,49/kg
Klasický kotel na uhlí
0,54
70000 kg
104300,-
2,19/kg
Klasický kotel na uhlí
0,86
54545 kg
119455,-
4,09/kg
Klasický kotel na koks
0,86
40645 kg
166239,-
Kotel na zplyňování
0,31
63288 kg
58858,-
0,96
52800 kg
184800,-
( 23,1 MJ/kg )
K
Kookkss
0,93/kg
dřeva
3,5/kg
Kotel na zplynování
dřeva
3,25/kg
Kotel na pelety
0,74
44070 kg
143227,-
12,6/kg
Kotel na štěpku
1,01
69300 kg
194040,-
0,63526
Kotel běžný ( 89% )
0,87
21/ kg
Kotel běžný ( 86% )
1,83
16781 kg
352407,-
13,8 / kg
Kotel na ELTO (89%)
1,33
18539kg
255843,-
0,8/kWh
S akumulační nádrží
0,99
93% )
206989
kWh
169191,-
+ 300,-/měs.
1,1/kWh
Přímotopné panely
1,34
( 98 % )
196429
kWh
222047,-
+498,-/měs.
1,0/kwh
Průměrný top. fakt. 3
0,41
64167
kWh
66231,-
350 GJ
účinnost 98 %
1,29
707 GJ
247500,-
1,1
účinnost 98 %
1,1
53000kWh
58300,-
/ kWh
(
+ 172,-/měs.
240136kW 163133,-
h 22868m3
Náklady:
H
Hnněěddéé uuhhllíí
104 300,119455,-
K
Kookkss
166239,-
D
Dřřeevvoo
58858,-
Dřevěné brikety
184800,-
ŠŠttěěppkkaa
194040,-
ZZeem
mnníí ppllyynn
163137,-
PPrrooppaann
352407,-
LLeehhkkýý ttooppnnýý oolleejj EE
255843,169191,222047,66231,247500,-
Ř
N
Říízzeennýý iinnffrraazzáářř 2200IIN
D
Daallššíí nnáákkllaaddyy vv K
Kčč..
N
Náákkllaaddyy nnaa pprroovvoozz aa úúddrržžbbuu
N
Náákkllaaddyy nnaa m
maanniippuullaaccii ,, ddoopprraavvuu aa ppřříípprraavvuu ttooppnnééhhoo m
mééddiiaa
N
Náákkllaaddyy nnaa m
mzzddyy oobbsslluužžnnééhhoo ppeerrssoonnáálluu
N
Náákkllaaddyy nnaa ssnniižžoovvaanníí eem
miissíí aa ssppáádduu
N
Náákkllaaddyy nnaa ssaannkkccee zzáákkoonnnnýýcchh ooppaattřřeenníí kk oocchhrraanněě žžiivvoottnnííhhoo pprroossttřřeeddíí
N
Náákkllaaddyy nnaa pprroohhllííddkkyy,, rreevviizzee aa kkoonnttrroollyy
D
Daallššíí
58300,-
dřevo
hnědé uhlí
černé uhlí
koks
To C
ELTO olej
PPE
EV
VN
NÁ
Á PPA
AL
LIIV
VA
A
t min.
ze.plyn
tep.čer
p
propan
CZT
T=oC
PPL
LY
YN
NN
NÁ
Á PPA
AL
LIIV
VA
A,, C
CZ
ZT
TA
AT
TE
EPPE
EL
LN
NÁ
ÁČ
ČE
ER
RPPA
AD
DL
LA
A
t = min.
T´= oC
20 IN
Ř
ŘÍÍZ
ZE
EN
NÉ
É IIN
NFFR
RA
AZ
ZÁ
ÁŘ
ŘIIČ
ČE
E 2200 IIN
N
t
D
Deem
moonnssttrraattiivvnníí hhaallaa pprroo ppoorroovvnnáánníí jjeeddnnoottlliivvýýcchh ttooppnnýýcchh médií
Rozměry haly: 10 m x 18 m = 180 m2
Na 1m2 225 W
180 x 225 = 40 500 W tj. 20 ks 20 IN 20 = 40 kW
kabel
20IN
20IN
20IN
kabel
20I
N
CYKY
CYKY
20IN
5C
X 1,5
20IN
5C X
1,5
20IN
CYKY
20IN
20IN
5C X
2,5
20IN
kabel
20IN
X 1,5
20I
N
kabel
20IN
5C
20IN
20I
N
kabel
20IN
CYKY
20
IN
20
IN
CYKY
5C
20
IN
20IN
X 2,5
K rozvaděči RSO
Vytápění rozlehlých a vysokých prostor přináší často řadu problémů a může být i neúměrně finančně náročné.
Zejména pokud je nainstalován otopný systém, který není optimální z hlediska udržení požadovaných teplot v
pracovní zóně, neodpovídá vlastnostem objektu a způsobu jeho využívání. Potom dochází ke zbytečnému
vytápění „hluchých“ míst, k vysokým tepelným ztrátám, špatnému rozdělení teplot ve vytápěném prostoru.
Jednou ze základních podmínek pro efektivní vytápění rozlehlých a vysokých prostor je volba správného systému
s ohledem na konstrukci a způsob využívání prostor.Vytápěcí sálavé soustavy s použitím infrazářičů můžeme
považovat za energeticky úsporné.Vytápění spočívá v jednoduchém systému tzv. sálání. Zdroj vyzařuje
infračervené paprsky, (elektromagnetické vlnění). Tyto paprsky se šíří přímočaře prostorem a teplo vzniká teprve
při dopadu na těleso.Na člověka působí sálavé vytápění v halách převážně nepřímo, neboť se nejdříve. Vzduch,
kterým prochází infrazáření nepohlcuje žádné záření, pouze nepatrná část záření ohřívá vodní páry, částice
prachu. Nedochází k výrazným ztrátám vlivem ohřevu okolního vzduchu.
Elektromagnetické záření
Elektromagnetická záření různých typů jsou si podobná, ale liší se vlnovou délkou. Tepelné záření je definováno
jako část spektra s vlnovými délkami od 10 –7 do 10 –4 m. Elektromagnetické záření v této oblasti se nazývá
sálání.
R
Roozzdděělleenníí iinnffrraazzáářřiiččůů zz hhlleeddiisskkaa ppoouužžiittééhhoo m
mééddiiaa
Médium
Rozdělení infrazářičů
Teplo (pára, horká voda)
Teplo (spaliny, horký vzduch)
Plyn
tmavé
světlé
kombinované
Olej
Elektrická energie
olejové
tmavé
světlé
Základní typy
stropní sálavé panely
sálavé vytápění recirkulovanými spalinami
sálavé teplomety
kompaktní infrazářiče
infrazářiče s pórovitou deskou
katalytické infrazářiče
primární sálavá plocha – keramická pórovitá deska,
sekundární sálavá plocha – postranní křidélka
sálavé teplomety
elektrické sálavé panely
infrazářiče s kovovým pouzdrem
infrazářiče s reflektorovou žárovkou
infrazářiče s Si – trubicí
infrazářiče s trubicovitou Si – lampou
Řízené infračervené halogenové zářiče 20 IN
Thermo economy projector infracontrol detector
Elektrické infrazářiče
Elektrické infrazářiče patří z hlediska předávání tepla sáláním k nejefektivnějším způsobům vytápění. Jejich
princip je velmi jednoduchý. Elektrický proud prochází tělesem s vysokým odporem. Vzniklé záření se odráží do
požadovaného prostoru pomocí reflexních ploch.
Používají se v objektech občanské vybavenosti, v administrativních budovách, ve školství, v průmyslu a
zemědělství, v bytové zástavbě.
T
Tyyppyy eelleekkttrriicckkýýcchh iinnffrraazzáářřiiččůů,, vvllaassttnnoossttii aa ppaarraam
meettrryy
Charakteristika
Typ 1
Typ 2
Materiál
Grafitový nebo Ni – Cr slitina
Ni – Cr drát
Relativní
tepelná Nízká, 1
Střední, 2,4
intenzita [kWm-1]
Odporová
teplota 93 – 177
950
[°C]
Teplota obalu [°C] 70 – 150
840
Sálavá účinnost 1) [ 0,7 – 0,8
0,58
-]
Čas zahřátí [s]
600
180
Svítivost, viditelné Žádná
Velmi nízká,
světlo
tmavočervená
Odolnost
vůči Výborná
Výborná
tepelným rázům
Odolnost
vůči Střední
Výborná
vibracím
Odolnost
vůči Výborná
Výborná
nárazům
Odolnost vůči větru Malá
Malá
2)
Montážní pozice
Libovolná
Libovolná
Obalový materiál
Ocelová slitina
Ocelová slitina
Přizpůsobivost
Předpokládaná
životnost [h]
Typ 3
Typ 4
W – drát
Ni – Cr slitina
Vysoká, 1,25 – Střední
až
3,75
vysoká, 2,9
2230
930
272 – 300
0,86
650
0,81
Několik sekund
Vysoká,
8
lum.W-1
Výborná tepelně
odolné sklo
Střední
60
Nízká,
oranžová
Výborná
Střední
Malá
Výborná
Střední
Libovolná
Běžné
nebo
teplovzdorné
sklo
Široký
rozsah Široký rozsah Limitované
do
Wm-2 délek a Wm-2 délek a 125 až 250 a
napětí
napětí
375 W na 120 V
Nad 10 000
Nad 5 000
TTyypp 55 ♥♥
5 000
Střední
Horizontální 3)
Průsvitný Si
Široký rozsah
Wm-2 délek a
napětí, 1 délka
pro
každou
kapacitu
5 000
1) jen součástky, 2) mohou být chráněné, 3) pro jiné než horizontální použití nutno opatřit podpěrami
Tmavé elektrické infrazářiče
Elektrické sálavé panely - Typ 1. Pracují na principu ohřevu činné plochy sálavého panelu na teplotu 100 až 200
°C. Jsou tvořeny z cca 25 mm hrubého pozinkovaného ocelového panelu s grafitovým nebo niklo - chromovým
vytápěcím prvkem. Normální teploty vyzařujícího povrchu jsou 95 – 150 °C. Mohou být uloženy a připevněny
různými způsoby.
Světlé elektrické infrazářiče
U světlých infrazářičů je zdrojem sálání buď keramické tělísko nebo kovová trubička s keramickou
náplní. Tělísko nebo trubička se odporově zahřívá na teplotu 400 až 800 °C. Do vytápěného prostoru
jsou tepelné paprsky vysílané zdrojem usměrňovány rotačním nebo korýtkovým reflektorem, který je
vyroben z lesklého kovu.
Infrazářič s kovovým pouzdrem
Infrazářič s kovovým pouzdrem - Typ 2 je složený z Ni – Cr drátu uloženého v žáruvzdorné a
elektricky izolační hmotě, která je obalena kovovou trubicí. Tyto prvky mají výbornou odolnost proti
tepelným šokům, vibracím a nárazům a mohou být instalovány v libovolné poloze. Při plném napětí
dosáhne pouzdro povrchovou teplotu 650 – 980 °C. Infrazářiče obsahují reflektor, který usměrňuje
záření.
Infrazářič s reflektorovou žárovkou
Infrazářič s reflektorovou žárovkou - Typ 3 je vybaven wolframovým vláknem. Některými svými
vlastnostmi se přibližuje bodovému zdroji záření. Vlákno je uzavřené v tepelně odolném, průhledném,
mléčném nebo červeném skleněném obalu, který je zevnitř částečně postříbřený, a tím tvoří účinný
reflektor.
Infrazářič s křemíkovou trubicí
Infrazářič s křemíkovou trubicí -Typ 4 má stočený Ni – Cr drát, který je upevněn uvnitř nevakuované Si
trubice, která je uzavřena porcelánovými nebo kovovými bloky. Tyto infrazářiče jsou málo odolné proti
nárazům a vibracím, ale velmi dobře odolávají prudkým teplotním změnám. Musí být instalovány v
horizontální poloze a většinou se montují s osvětlujícím tělesem obsahujícím reflektor. Rozsah
operačních teplot je 700 – 980 °C pro cívku a přibližně 650 °C pro trubici.
Infrazářič s trubicovou Si lampou
Infrazářič s trubicovou Si lampou - Typ 5 se skládá z trubice taveného Si o průměru 9,5 mm, která je
naplněna inertním plynem. Uvnitř trubice je stočené wolframové vlákno, oddělené od stěn trubice
tantalovými přepážkami. Konce vlákna jsou uložená v utěsňovacím materiálu na koncích obalu.
Montují se horizontálně, aby se minimalizovalo prohýbání cívky a jako ochrana před přehřátím
utěsňovacího konce. Vlákno pracuje při teplotách okolo 2230 °C, povrchová teplota obalu je cca 590
°C.
Řízené infračervené halogenové zářiče
THERMO ECONOMY PROJECTOR 20 IN
INFRACONTROL DETECTOR
Sálavé vytápění halogenovými infrazářiči s krátkovlnným IR zářením 1,2 µm, kde tepelný
paprsek má účinnost 95 – 98 % a dosah 3 – 8 m / 1 sec. Vestavěná detektorická regulace
zajišťuje komfortní a přitom úsporné vytápění pracovní nebo pohybové zóny, bodu nebo
člověka s možnosti temperování a předehřívání těchto zón. Zařízení je mobilní i statické
s velkou mírou flexibility. Jednoduchá montáž je možná na běžnou síťovou soustavu.
Výpočtová metoda
Spotřeba tepla vytápěného a větraného objektu se počítá podle ČSN 060210 s přihlédnutím k nižší teplotě
vzduchu (ti). Základem je tedy rozdíl mezi teplotou vnitřního a vnějšího vzduchu.
Pro výslednou teplotu prostředí platí vztah:
tg = (ti + ts ) / 2 (°C)
tg výsledná teplota
ti vnitřní teplota vzduchu ts teplota sálavá (účinná teplota okolních ploch
PPooddm
míínnkkyy pprroo úússppěěššnnoouu iinnssttaallaaccii iinnffrraazzáářřiiččůů
•
vhodná volba otopné soustavy, která odpovídá potřebám osob pracujících v
hale, probíhajícím výrobním procesům, citlivosti skladovaného zboží, atd,
•
při instalaci světlých zářičů je třeba respektovat přípustné výšky zavěšení a
minimální vzdálenosti od hořlavých předmětů. U nás platí norma ČSN 06
0215.
Výpočet vytápění infračervenými zářiči“, která určuje nejmenší
přípustné výšky zavěšení a největší přípustné rozteče zářičů, atd. (pouze u
plynových ).
Výhody využití infrazářičů
•••
•••
•••
•••
•••
•••
•••
•••
•••
•••
•••
tteepplloottaa vvzzdduucchhuu jjee ppoodd vvnníím
maannoouu tteepplloottoouu,, pprroottoo jjssoouu nniižžššíí tteeppeellnnéé zzttrrááttyy
bbuuddoovvyy,,
nneezzppůůssoobbuujjee pprrůůvvaann,, ssnniižžuujjee ssee vvíířřeenníí pprraacchhuu vv zzóónněě ppoobbyyttuu,,
kkrrááttkkáá ddoobbaa nnáábběěhhuu ssyyssttéém
muu,,
pprroossttoorryy ssee rryycchhllee vvyyttooppíí nnaa ppoožžaaddoovvaannoouu tteepplloottuu,,
ddoobbrráá m
moožžnnoosstt rreegguullaaccee,,
vvyyttvváářříí tteeppeellnnoouu ppoohhoodduu ppřřii rreellaattiivvnněě nníízzkkýýcchh ssppoottřřeebbáácchh eenneerrggiiee,,
vvýýhhooddnnéé jjee ppoouužžiittíí vv oobbjjeekktteecchh ss hhoorrššíím
mii tteeppeellnněě tteecchhnniicckkýým
mii vvllaassttnnoossttm
mii,,
iinnffrraaččeerrvveennéé zzáářřeenníí jjee ppoocciiťťoovváánnoo jjaakkoo ppřřííjjeem
mnnéé tteepplloo,, nneeddoocchháázzíí kk žžááddnnýým
m
ttěělleessnnýým
z
m
ě
n
á
m
,
m změnám,
jjee ppoottřřeebbaa ppoouuzzee jjeeddeenn ppřříívvoodd eenneerrggiiee aa jjeeddeenn ooddvvoodd ssppaalliinn,,
ssyyssttéém
m pprraaccuujjee ttéém
měěřř nneehhlluuččnněě,,
m
miinniim
máállnníí nnáákkllaaddyy nnaa úúddrržžbbuu aa m
moonnttáážž..
Sálavé vytápění se vrací k principu, jenž je pro člověka a přírodu nejpřirozenější.
Elektromagnetické vlny vyzařované sálavým panelem, stejně jako sluneční
záření, prostupují vzduchem a aniž by ho ohřály, dopadají na pevné předměty,
jimž předávají svoji energii a ohřívají je. Stejně jako na naší planetě se ohřívá
vzduch výhradně od země, tak je i ve vytápěných prostorech vzduch ohříván od
podlahy, strojů, předmětů a i živých organismů.
1.1 Porovnání teplovzdušného a sálavého principu
Při teplovzdušném vytápění vysoké
haly je teplý vzduch vháněný do
vysokého prostoru. Stoupá jako kouř
z ohně vzhůru, aniž by teplo předal
předmětům, živým organismům anebo
podlaze. Do pracovní zóny se teplý
vzduch dostává až po naplnění celé
haly. Čím je objekt vyšší, tím je
teplovzdušný způsob vytápění méně
efektivní. Některé extrémně vysoké
objekty takto nelze vytopit. Studený
vzduch,
jenž
do
haly
proniká
netěsnostmi a jenž vzniká kontaktním
ochlazováním od střešní konstrukce,
světlíků a oken je těžší a tak se rozlévá
po podlaze. Pokud hala není neustále
promíchávána, vzniká zde efekt, jenž
můžeme pozorovat ve sklepních
místnostech nebo v mrazících boxech,
kdy teplota vzduchu klesá s klesající
výškou a nejstudenější je podlaha.
Sálavý princip přemění energii
paliva na směrované záření, jenž
prochází vzduchem beze ztrát a
po dopadu na jakoukoli hmotu se
přeměňuje v teplo a ohřívá ji.
Vzduch se ohřívá teprve od
zahřáté podlahy, předmětů a
živých
organismů,
v jejich
bezprostřední
blízkosti
je
nejteplejší. Ohřátá podlaha a pocit
“jako na sluníčku” (pracujeme
ovšem s daleko menší intenzitou
záření) vytváří velmi příjemné
pracovní prostředí . To platí v
případě, že jsou zářiče vhodně
navrženy (viz 2. kapitola - Výška
zavěšení zářičů a prostředí).
Sálavé vytápění je ve své podstatě velice úsporné a pokud je systém dobře vyprojektován, je ve
vytápěné hale velmi příjemné pracovní prostředí. Často se však setkávám s opačným názorem lidí
pracujících “pod zářičem”. Hlavním důvodem je často nevhodné umístění zářiče s velkým výkonem z
malé plochy. Porovnáváme-li sálavé vytápění a pobyt na slunci, musíme si uvědomit fakt, že
intenzita slunečního záření na zemi a ve výšce dvou metrů je naprosto stejná, na rozdíl od zářičů. U
lineárních systémů vzroste intenzita záření na polovině vzdálenosti od zářiče dvakrát, u bodových
zdrojů dokonce čtyřikrát.
Pokud se nám intenzita záření takto zvětšuje s výškou, nastává problém v tom, že i když je u nohou
vyšší teplota vzduchu, je zde nižší pocitová teplota než v úrovni hlavy. Je to způsobeno velikým
rozdílem energií dopadajících na jednotku plochy v těchto dvou rovinách. Člověk je zvyklý na to, že
jeho nohy jsou v teple. Pokud svítí slunce, je v bezprostřední blízkosti země teplota vzduchu vyšší
řádově o desítky °C a intenzita záření je stejná jako na hlavě. Velmi nepříjemné pracovní prostředí,
kdy je “teplo” na hlavu a na nohy “zima” dokážeme vytvořit i zářičem, jenž má minimální výkon když ho nevhodně umístíme.
Pokusím se zde tento problém vysvětlit a popsat zde své vlastní zkušenosti. Pro projektanty zde
uvádím některé jednoduché algoritmy pro každodenní praxi. Ty mi umožňují provádět “výpočty” z
hlavy, přímo v hale, jež se má vytápět (omlouvám se odborníkům za zjednodušování a absenci
rozsahu mých tvrzení).
2.1 Intenzita záření - jak ji určit
Intenzita záření je bezesporu nejdůležitější ukazatel při hodnocení sálavého systému z hlediska
pohody na pracovišti. Je to vlastně sálavá energie dopadající na jednotku plochy a tak ji velmi
jednoduše vypočteme. Určíme, jakou plochu zářič pokryje sáláním a tímto číslem podělíme jeho
jmenovitý (sálavý) výkon. To nám dá reálnou představu o “průměrné” intenzitě záření v určité
hladině (vzdálenosti) od zářiče respektive od bodového zdroje.
“Kompaktní” a “tmavé” trubkové zářiče mají velmi podobnou rozptylovou charakteristiku - viz
předchozí obrázek. V příčné rovině zářič sálá zhruba do úhlu 40 až 50° od normály. V podélné rovině
je tento úhel asi 15°. Ve většině případů můžeme rozptyl v podélné rovině zanedbat a plochu
pokrytou zářením vypočítáme jako: 2 * vzdálenost zářiče * délka zářiče. Při použití bodových zdrojů
záření má osálaná plocha tvar kruhu, kde r = vzdálenost od zdroje.
Takto vypočtená intenzita je “průměrná” v uvažované ploše, odchylka (větší intenzita ve středu
plochy, nižší intenzita na kraji plochy) by ale neměla být větší než 6 15 % u “lineárních” zářičů
(“kompaktní” a “tmavé”) a zhruba 6 30 % u bodových zdrojů záření.
Jako příklad zde uvedu srovnání intenzity sálání lineárního zářiče a tří bodových zdrojů :
Vytápíme halu dlouhou 36 metrů, širokou 12 metrů, výška 6,5 metru (vhodná pro sálavé vytápění).
3
Potřebný instalovaný výkon vypočteme na 72 kW (na 1 m je to 25 W výkonu).
V prvním případě použijeme zářič délky 30 metrů s nastaveným výkonem : 72 kW.
V druhém případě uvažujeme tři zdroje (“světlé” zářiče) o výkonu 72 / 3 = 24 kW.
Zářiče jsou zavěšeny ve výšce 6 metrů nad podlahou.
Velikost ozářené plochy : Lineární zářič Bodové zdroje
Na podlaze : (2 x 6,0) * 30 metrů = 360 m2 (6,0 * 6,0) * 3,14 = 113 m2
Ve výšce 3,0 m : (2 x 3,0) * 30 metrů = 180 m2 (3,0 * 3,0) * 3,14 = 28 m2
Ve výšce 4,5 m : (2 x 1,5) * 30 metrů = 90 m2 (1,5 * 1,5) * 3,14 = 7 m2
Intenzita na podlaze:
72 kW / 360 m2 = 200 W / m2 24 kW / 113 m2 = 215 W / m2
3,0 m od zdroje: 72 kW / 180 m2 = 400 W / m2 24 kW / 28 m2 = 860 W / m2
1,5 m od zdroje: 72 kW / 90 m2 = 800 W / m2 24 kW / 7 m2 = 3 440 W / m2
- U lineárních zářičů vzroste intenzita záření na polovině vzdálenosti 2 krát
- U bodového zdroje vzroste intenzita záření na polovině vzdálenosti 4 krát
Dovoluji si upozornit na to, že maximální přípustná teplota na konstrukci jeřábu je 45°C (dle
2
“jeřábové” normy). Sluneční záření má průměrnou intenzitu okolo 800 W / m a v létě skrze světlík
jeřáb “lehce” ohřeje na 70°C. V zimě to samozřejmě není tolik, ale 30 až 40°C lze na konstrukci
“spolehlivě” naměřit.
Pokud se chceme výpočtem ještě více přiblížit realitě, musíme brát v úvahu typ zářiče a takto
vypočtenou hodnotu vynásobit jistým koeficientem (“účinností distribuce záření”?). Při volbě tohoto
čísla bereme v úvahu sálavou účinnost zářičů, to je poměr energie sálání do požadovaného směru a
jmenovitého výkonu zářiče.
U “světlých” zářičů - tento koeficient značně závislý na kvalitě výrobku samotného. Výrobce
většinou udává 100% účinnost zářičů, ale pro naše potřeby musíme uvažovat s tím, že minimálně 30
až 50 % výkonu jde do teplého vzduchu. Část záření jde do stran a vzhůru (zvláště v případě, že je
zářič nakloněn). Pro naše potřeby volíme koeficient 0,4 až 0,5.
U “tmavých” zářičů jsou komínové ztráty zhruba 20 až 30 % a záření je směrováno reflektorem. Zde
hodně záleží na stavu a čistotě této odrazné plochy. V případě nového zářiče je tento koeficient
zhruba 0,6 až 0,7. Pokud je zářič v normálním provozu a pokud je reflektor pravidelně čištěn a
vyměňován, můžeme se pohybovat v rozmezí 0,5 až 0,6.
“Kompaktní” systémy mají komínové ztráty 2 až 4 %. Jejich sálavá účinnost je díky izolovanému
krytu velmi vysoká. Tyto zářiče ale někdy mají “plochou” charakteristiku rozptylu (účinný úhel
vyzařování je větší jak 45° od normály, ve směru normály je intenzita technicky snižována) a tak je
ozářená plocha větší. Dle výrobku volíme koeficient 0,8 - 0,9.
2.2 Intenzita záření - přepočet výkonu na 1 metr délky zářičů
Konkrétní těleso je velmi dobře charakterizováno sálavým výkonem z jednoho metru. Jak se mění
délka zářiče konkrétního typu, tak se mění jeho celkový výkon. Využijeme toho, výpočet se
zjednoduší, když u daného typu zářiče vypočteme výkon z jednoho metru a ten dělíme šířkou
osálaného pásu, případně šířkou plochy v pracovní rovině.
Výkon zářiče z jednoho metru přímo určuje minimální výšku jeho zavěšení
Pokud výkon zářiče lineárně roste s jeho rostoucí délkou, můžeme u daného typu
zářičů provádět výpočet intenzity záření bez ohledu na konkrétní délku.S rostoucí
výškou zavěšení se snižuje poměr intenzity záření na podlaze a v pracovní zóně naštěstí.
2.3 Intenzita záření - hygienická norma a zkušenosti s různými druhy zářičů
Hygienická norma celkem “moudře” omezila intenzitu záření ve vytápěných halách na hodnotu 200
W na jeden metr plochy. Je sice pravda, že sluneční záření má intenzitu mnohem vyšší (zhruba 800
2
W na m ) a je dosti dobře “snesitelné”, ale podmínky v interiéru a ve volném prostoru jsou úplně
jiné. To si dobře uvědomíme, když jsme několik minut zavřeni ve stojícím automobilu. Pro určení
maximální zátěže lidí je však kromě vlastní intenzity velmi důležitý způsob směrování záření.
Popíši zde tři druhy sálavých systémů a pokusím se vysvětlit, jak je to možné, že i při zhruba
“stejné” intenzitě záření v pracovní zóně, mají naprosto rozdílný komfort pracovního prostředí.
Jako příklad uvedu návrh sálavého vytápění haly o rozměrech 12 x 12 metrů se střední výškou 6
metrů. Odhadnu ztráty pomocí “oblíbeného” vzorečku pro výpočet instalovaného výkonu a to tak, že
3
3
objem haly ( 860 m ) vynásobím 25 W na 1 m . Výsledek zaokrouhlím podle katalogu výrobků a
zvolím tělesa o výkonu 24 kW. Zatím nedělám (velkou) chybu.
Konstrukce haly mi tedy umožní zavěšení bodových zdrojů do 6,5 metru nad podlahou. V
každém případě mi výrobce garantuje minimální výšku zavěšení. Pokud by v hale nežili lidé (třetinu
života), bylo by všechno v pořádku. Jedná se však o výrobní halu a je zde několik stálých pracovišť,
a tak u všech alternativ provedu kontrolní výpočet intenzity sálání.
2.3.1 “Bodové” zářiče – o celkovém výkonu výkon 24 kW, výška zavěšení 6,5 metru
Zvolím referenční hladinu ve výšce ramen - 5 m od zářičů. Účinnost distribuce záření do pracovní
zóny ze zkušenosti zvolím 50% (a to leckterému “světlému” zářiči fandím).
Plocha referenční hladiny je : 5 x 5 x 3,14 = 80 m2
Intenzita v pracovní zóně je : 24 000 W / 80 m * 50 % = 150 W / m2
Jak už jsem se zmínil, horní hranice přípustné intenzity záření je dle hygienické normy 200 W na m2.
U “bodových” zdrojů záření je moje osobní zkušenost výrazně jiná. Měl jsem tento zářič v kanceláři.
Byl na kolečkách, a tak pro mě nebyl problém si nastavit jakoukoliv intenzity záření (samozřejmě
měřenou cejchovaným přístrojem). Zkoušel jsem si na sobě pracovní prostředí, jenž jsem
projektoval pro jiné. Výsledkem těchto pokusů je moje subjektivní stupnice snášenlivosti sálání
(přicházejícího z jednoho bodu:
-25 W / m2 na prahu citlivosti pokožky
2
- 25 až 75 W / m příjemné pocity, lze trvale snášet
- 75 až 125 W / m2 příjemné pocity, ne však trvale
2
- 125 až 150 W / m nepříjemné pocity, trvale snesitelné, lze vydržet
- 150 až 175 W / m2 dvacet minut a dost, vhodné pro rozmrazování
2
- 175 W / m a více pár minut a začínám se připalovat
Tyto hodnoty platí pro práci v sedě (u počítače), bez možnosti se otočit a nebo popojít
někam jinam. Pokud bych měl trávit třetinu svého života “pod zářičem” jenž sálá z jednoho
místa, intenzita sálání by nesměla překročit 100 W na m2 ( při 18°C teploty vzduchu ).
Intenzita v pracovní zóně by byla zhruba : 24 kW / (2 x 5 m x 8 m) * 0,6 = 180 W / m2V
daném případě ani toto řešení není vhodné z hlediska pracovního prostředí. Celá
referenční hladina je na hranici snesitelnosti.
I když tato hodnota intenzity sálání není (dle mé subjektivní stupnice snášenlivosti
bodového zdroje) hodnocena příliš lichotivě, mohu prohlásit, že při takovémto způsobu
vytápění bude hala vykazovat velmi příjemné pracovní prostředí.
2.3.4 Porovnání jednotlivých řešení
Zásadní rozdíl porovnávaných systémů je ve velikosti vlastní ozařované plochy :
• V případě použití bodového zdroje sálání, na hlavu dopadá záření z jednoho směru.
Přímo pod zářičem ohřívá jen temeno. Pokud se na zářič díváme ze strany, ohřívá nám jen
obličej. Pokud k němu stojíme bokem či zády, je ohříván buď jen zátylek nebo jen jedno
ucho.
Zvětšení plochy, na kterou dopadá záření, neplatí jenom pro hlavu. Při použití bodového
zdroje záření je vztažná plocha skutečná rovina. Při použití velkoplošného zdroje je
vztažnou plochou celý povrch. V hale je to vlastně celá plocha podlahy včetně všech
strojů, materiálu, nerovností atd. Člověk samozřejmě také vnímá rozdíl v ozáření
jednotlivých částí těla.
Čím více je směrů, odkud na člověka současně dopadá záření, tím větší může být jeho
celková intenzita. Velmi zhruba plati
1. U bodového zdroje záření je maximální “dovolená” intenzita : 100 W / m2
2.
Pokud
na
člověka
dopadá
záření
v
jedné
rovině
pootočeno alespoň o 90°, lze připustit celkovou intenzitu sálání do : 150 W / m2
“plynule”
3.
U
velkoplošného
zdroje,
kdy
záření
dopadá
ve
všech
“plynule” pootočeno, lze připustit celkovou intenzitu sálání : 200 W / m2
rovinách
2.4 Sálavá složka - co to je, a jak zjistit její velikost
Velmi zjednodušeně řečeno, sálavá složka vyjadřuje rozdíl mezi teplotou okolního vzduchu a
teplotou tělesa, na které dopadá záření. Mnozí lidé často hovoří o tom, že na sluníčku naměřili třeba
60°C. Tato teplota je samozřejmě závislá na tom, jak sluníčko pálilo, ale také na tom, z jakého
materiálu byl teploměr, případně jeho kryt. Rozdíl teploty na slunci a ve stínu je vlastně sálavá
složka.
Sálavou složku budeme měřit ve ° K a pro naše účely ji budeme chápat jako “rozdíl mezi pocitovou
teplotou a teplotou okolního vzduchu” Takovéto použití samozřejmě předpokládá že zanedbáme
rychlost proudění vzduchu (což si v halách vytápěných sálavým systémem můžeme dovolit) a též
očekáváme jednotný mundúr všech zaměstnanců a stejně nastavenou termoregulaci.
Je jasné, že “sálavá složka” je úměrná intenzitě dopadajícího záření. Mám k dispozici spoustu
měření teplot na ocelové desce položené v určité vzdálenosti od zářiče, ale zde se jedná o člověka a
ten představuje velmi složitý systém na to, abychom mohli cokoli “vědecky” měřit (těžko například
lze při teplotě vzduchu 20°C naměřit na pokožce člověka vzdáleného pět metrů od zářiče teplotu
23°C, no, to by nebylo ze života). Mě samotnému se osvědčil velmi jednoduchý výpočet sálavé
složky, kupodivu je v souladu s měřeními.
Sálavou složku u lineárního zářiče vypočítáme tak, že výkon zářiče z jednoho metru (v kW)
dělíme vzdáleností od zářiče a celé to vynásobíme 10.
Tento výpočet můžeme provádět z hlavy a to je někdy moc důležité. Pro další výklad jsem vypočtené
hodnoty zaznamenal do přehledné tabulky. Zelenou barvou jsem označil prostor, kde by se lidé
budou cítit příjemně. Modrá barva znamená, že sálavý systém není plně využit, žlutá a červená jsou
barvy latentních úpalů a nepříjemných pocitů.
Tabulka - Hodnota sálavé složky v závislosti na výkonu z 1 metru zářiče a
vzdálenosti od zářiče (uváděná výška nad podlahou dává smysl barevnému
značení) :
•
•
•
při použití “světlých” zářičů je možné tuto tabulku upravit dle intenzity záření
zářič o výkonu 6 kW na 1 metr délky můžeme vytvořit tak, že dáme vedle sebe dva zářiče
o výkonu 3 kW / m (zhruba to platí, když jejich vzájemná vzdálenost není větší jak
vzdálenost vyšetřovaného místa od zářiče)
pro další úvahy a pro zjednodušení jsem stanovil referenční hladinu ve výšce 2 metry
2.5 Pocitová teplota
Jak již bylo naznačeno, pocitová teplota je subjektivní veličina a vyjadřuje, jak je komu
teplo a nebo zima vůči teplotě vzduchu. V různém prostředí můžeme mít stejnou pocitovou
teplotu. Rozhodující měrou je závislá na teplotě okolního vzduchu. Pokud je člověk v
proudu sálavé energie, má pocitovou teplotu vyšší, pokud je v proudu vzduchu (na větru)
tak ji má nižší. Záleží také na tom jak je ustrojen, jaká je vlhkost vzduchu, jak se vyspal a
podobně. Jedním z důvodů, proč je sálavé vytápění úspornější je fakt, že můžeme mít v
hale nižší teplotu vzduchu při stejné pocitové teplotě. To je ale také důvod, proč je někdy
sálavé vytápění zatracované.
6 Vertikální průběh teploty vzduchu v pracovní zóně
definice pocitové teploty lze vyvodit závěr, že maximálních úspor energie dosáhneme tím,
že snížíme teplotu vzduchu v hale na minimum a pracovníka “řádně” prohřejeme sáláním.
Toto však není ta pravá cesta k úspoře a důsledkem takovýchto realizací je následná
demontáž zářičů a návrat k starým dobrým “saharám”. Smutné na tom je, že lze skutečně
ušetřit až 75% energie a opravdu je možné vytvořit příjemnější pracovní prostředí. Ne tedy
to “peklo”, kdy mají lidé strach o vlasy a potí se jim ramena, zatímco od nohou jde
nepříjemný chlad. Má to být přesně naopak.
Základním pravidlem pro vytvoření “příznivých” podmínek pro lidi v hale je
zásada, že nejvyšší pocitová teplota musí být u nohou.
Celý problém je v tom, že na podlaze je nižší sálavá složka než ve dvou metrech nad
podlahou. Pak se může stát, že i když je u nohou vyšší teplota vzduchu, je zde nižší pocitová
teplota, protože rozdíl sálavých složek je větší než rozdíl teplot vzduchu - a to je špatné
řešení.
Rozdíl sálavých složek můžeme odečíst z tabulky č. 1. Je zde dobře patrné, že velmi
nepříjemné pracovní prostředí dokážeme vytvořit i zářičem, jenž má výkon “pouze” 1 kW
z jednoho metru délky - pokud ho zavěsíme do 3 metrů (bohužel, tato výška je některými
výrobci doporučovaná i pro zářiče o daleko větším výkonu z metru).
Rozdíl sálavé složky u podlahy a ve výšce 2 metry nad podlahou, nesmí být vyšší jak
rozdíl teplot v těchto místech.
Rozdíl teplot vzduchu u podlahy a ve dvou metrech je závislý na intenzitě vytápění.
Zhruba platí, že na každých 10 W výkonu na 1m3 prostoru je rozdíl teplot 1°C.
Pro naši potřebu platí
A. Intenzita vytápění na m3 prostoru je 15 W / m3 - rozdíl teplot vzduchu je : 1,5°C
B. Intenzita vytápění na m3 prostoru je 20 W / m3 - rozdíl teplot vzduchu je : 2,0°C
C. Intenzita vytápění na m3 prostoru je 25 W / m3 - rozdíl teplot vzduchu je : 2,5°C
Je třeba podotknout, že uváděný průběh teploty vzduchu není stejný v celé pracovní
zóně, a že se každá hala chová trochu jinak v závislosti na velikosti a kvalitě oken, stěn a
světlíků. Pokud se však budeme řídit zde popsanou metodikou, nebude vytápěcí systém
příliš “obtěžovat” pracovníky, což by mělo být výsledkem našeho snažení.
2.7 Vyhodnocení a možnosti zlepšení systému
Pokud se vrátíme k tabulce číslo 1, můžeme velmi jednoduše určit zmiňovaný rozdíl sálavé složky a
3
rozhodnout o vhodnosti sálavého vytápění. Bohužel, instalovaný výkon na 1m prostoru bývá velmi
3
často nižší jak uvažovaných 25 W na m a tak zpravidla dojdeme k závěru, že pocitová teplota na
hlavě bude vyšší jak na nohou. To platí především pro výšky zavěšení okolo šesti metrů a pro
“tmavé” nebo “kompaktním” zářiče, jejichž výkon z jednoho metru je okolo 4 kW. Samozřejmě se to
týká všech “světlých” zářičů v těchto výškách. Čtyři kilowaty z jednoho metru nám ve výšce šesti
metrů nad podlahou dají rozdíl sálavých složek vyšší jak 3°K a dochází zde k nepříjemnému
přehřívání horních partií pracovníků. V případě zářičů jenž pracují pouze v režimech zapnuto /
vypnuto lze nepříjemné dopady sálání odstranit následujícím řešením
Zatím jsme uvažovali řešení, jenž je znázorněno na obrázku
číslo 6. Zářiče jsou v hale rozmístěny tak, že ozáří celou
plochu podlahy. Pokud toto řešení není vhodné z hlediska
maximální intenzity záření nebo z hlediska vyšší pocitové
teploty v horních partiích těla, je dobré si uvědomit, že 100 %
výkon soustavy potřebujeme na roztápění haly, tedy na
přechod z útlumové teploty na teplotu provozní a tento
přechod je realizován před začátkem pracovní doby. Po
převážnou dobu nám stačí výkon poloviční.
Takovéto řešení se může dobře realizovat, ale pouze za
předpokladu, že vytápěný prostor slouží jako sklad a nebo
v něm pracuje pár zaměstnanců jenž nejsou omezováni
v pohybu.
Na obrázku číslo sedm je použit
dvojnásobný počet zářičů o
polovičním
výkonu.
Toto
uspořádání
nám
umožňuje
regulovat systém tak, že každý
druhý zářič je vypnut a pak je
vytápěná plocha ozářená v
pracovní době pouze poloviční
intenzitou sálání a rozdíl mezi
sálavou složkou na podlaze a ve
výšce 2 metry nad podlahou je
též
poloviční.
Toto
řešení
výrazně se zlepšuje vnímání
intenzivního záření při potřebě
100 % výkonu a tak zde můžeme
jít až na horní hranici hygienické
normy.
Maximální
výkon
systému je navrhován pro
případ, že venkovní teplota
vzduchu dosahuje pouze 12°C respektive -15°C. Tato
situace však nastává jen pár
dní do roka a z hlediska celé
topné sezóny nepředstavuje
významnou část. Pro výrobní
halu je rozumný požadavek,
aby ještě při 50% výkonu
soustavy byla rovnoměrně
ozářená celá plocha haly.
Jestliže by intenzita záření
v pracovní rovině od jednoho
zářiče byla 100 W / m2 , vždy
dva zářiče se svým zářením
překrývají a tak je výsledná
maximální hodnota na hranici
200 W / m2
Ř
Ř
n
n
N
T
h
m
o
o
n
o
m
p
o
o
m
o
h
o
u
p
o
n
%
o
n
u
o
u
Řííízzzeeen
nééé iiin
nfffrrraaazzzááářřřiiičččeee 222000 IIIN
NT
Th
heeerrrm
mo
o eeeccco
on
no
om
myyy p
prrro
ojjjeeecccttto
orrr m
mo
oh
ho
ou
u tttrrrvvvaaallleee p
prrraaaccco
ovvvaaattt n
naaa 555000 --- 111000000%
% vvvýýýkkko
on
nu
u... JJJssso
ou
u
vvvyyyb
a
v
e
n
y
v
e
s
t
a
v
ě
n
o
u
d
e
t
e
k
t
o
r
i
c
k
o
u
r
e
g
u
l
a
c
í
,
j
e
n
ž
n
a
t
e
m
p
e
r
o
v
á
n
í
a
p
ř
e
d
e
h
ř
e
v
h
a
l
y
a
t
e
c
h
n
o
l
o
g
b
baavveen
nyy vveessttaavvěěn
no
ou
u d
deetteekktto
orriicckko
ou
u rreeg
gu
ullaaccíí,, jjeen
nžž n
naa tteem
mp
peerro
ovváán
níí aa p
přřeed
deeh
hřřeevv h
haallyy aa tteecch
hn
no
ollo
og
giiieee
p
p
o
u
o
n
d
d
n
V
p
o
n
d
o
b
h
d
n
n
N
n
p
o
o
n
po
ou
užžžiiijjjeee vvvýýýkkko
on
nd
dllleee zzzaaad
dááán
nííí... V
Vp
prrraaaccco
ovvvn
nííí d
do
ob
běěě sssiii „„„h
hlllíííd
daaajjjííí“““ řřřííízzzeeen
nééé iiin
nfffaaazzzááářřřiiičččeee 222000 IIIN
N sssvvvééé vvvlllaaassstttn
nííí p
prrro
ovvvo
ozzzn
nííí
n
á
k
l
a
d
y
.
D
o
b
a
n
á
b
ě
h
u
z
á
ř
i
č
e
n
a
1
0
0
%
v
ý
k
o
n
j
e
p
o
u
z
e
1
s
e
k
u
n
d
a
a
z
h
l
e
d
i
s
k
a
c
e
l
k
o
v
é
d
o
b
y
p
r
o
v
o
z
n
á
k
l
a
d
y
.
D
o
b
a
n
á
b
ě
h
u
z
á
ř
i
č
e
n
a
1
0
0
%
v
ý
k
o
n
j
e
p
o
u
z
e
1
s
e
k
u
n
d
a
a
z
h
l
e
d
i
s
k
a
c
e
l
k
o
v
é
d
o
b
y
p
r
o
v
o
z
u
náklady. Doba náběhu zářiče na 100% výkon je pouze 1 sekunda a z hlediska celkové doby provozu
u
m
m
n
m
n
miiin
niiim
mááállln
nííí ...
Při posuzování “účinnosti” toho kterého projektu, je podle mého názoru důležitější posoudit kvalitu distribuce
tepla do pracovní zóny, než jen fyzikální podstatu tohoto procesu. Jinak řečeno, existují kvalitní
“teplovzdušná” řešení, jenž svými parametry daleko předčí některé “sálavé” systémy. Pravdou však je, že
zde velkou roli hraje výška a stav haly. Do tři metrů výšky, nemá vůbec cenu uvažovat o sálání. Od pěti
metrů výše se zase výrazně projevují jeho přednosti.
To je samozřejmě dáno tím, že teplý vzduch
(vzduch je symbol pro pohyb a vrtkavost) se
jako nosné médium energie daleko hůře
směřuje
k
podlaze
(na
rozdíl
od
elektromagnetického
záření).Účinnost
se
projevuje hlavně rozdílem teploty vzduchu v
pracovní zóně a pod střechou. Na obrázku je
znázorněno výškové rozložení teplot vzduchu u
teplovzdušného (respektive horkovzdušného) a
sálavého
vytápění.
Rozdíl
mezi
“teplovzdušným” a “horkovzdušným” systémem
je způsoben teplotou vzduchu, na kterou je
vzduch v agregátech ohříván a kvalitou jeho
distribuce. Rozdílné průběhy teplot u sálavých
systémů jsou dány jejich sálavou účinností.
Celková “účinnost” systému - jak ji určit
Pro přesné stanovení potřebného výkonu v hale, a pro výpočet roční spotřeby paliva je
třeba do “správných” vzorečků dosadit správné “hodnoty”. Nechci zde uvádět seznamy
výrobků a jejich výrobcem deklarovaných vlastností (pokud jim to nebude ke cti) ale
spíš se zaměřím na to, podle čeho by i laik rozpoznal kolik energie mu ten který
systém dodá do pracovní zóny a kolik “páry spotřebuje na pískání”.
Jsem si plně vědom toho, jak je celková účinnost těžko prokazatelná. Vycházím sice z
několika laboratorních kalorimetrických měření ale ty postihují jen jednu z mnoha
vlastností toho kterého systému. Pro jejich “objektivní” měření by muselo stát vedle
sebe několik stejných hal a v každé by musela být stejná teplota (vzduchu, pocitová ?)
při různém systému topení. Rozdílná hodinová spotřeba energie by pak byla měřítkem
“účinnosti”.
Zcela obecně je u sálavých systémů celková účinnost daná součinem účinnosti hoření,
přeměny energie v sálavou složku, přeměny sálavé složky v teplo (poměr “pohlcené”
energie podlahou a energie sálavé složky), dále pak účinností přeměny tepla podlahy
v teplý vzduch atd. Po konečném vynásobení všech těchto “účinností” nám v pracovní
zóně mnoho tepla nezbude. Musíme si však uvědomit, že kromě “komínových” ztrát se
nám teplo do haly dostává (ale jinam než chceme). Teplý vzduch od zářiče (v deseti
metrech) nám také ovlivní teplotu v pracovní zóně (skrze zvýšená sálání střešního
pláště). Kdyby tomu tak nebylo, nefungovaly by vůbec horkovzdušné systémy.
Účinnost sálání - kvalita distribuce tepla
K zajištění maximální účinnosti zářičů slouží různá technická opatření. Některá jsou
patrná z prospektů na první pohled, některá si zaslouží podrobnější popis v
následujících odstavcích. Vycházím z toho, že si zářiče nekupujeme každý rok, aby
bylo všem na první pohled jasné o jakou kvalitu jde (na rozdíl od aut, kdy skoro každý
ví, co to je přímé vstřikování a co to je “turbo”). Nechci nikomu tvrdit, že je něco lepší a
něco horší, záleží vždy na tom, k čemu dané zařízení budeme využívat. Pokud použiji
“automobilový” příměr, je například vysoká spotřeba a nízká cena auta výhodná pro
uživatele, jenž auto využívá minimálně. Pokud někdo jezdí každý den, může se mu
rozdíl v nákupní ceně “vytratit” během jednoho roku. Pro dobrou “sálavou účinnost” je
rozhodující minimální ohřívání vzduchu od zářiče a jeho odstínění (zabránění tomu,
aby zářič sálal nahoru). Tato energie totiž zůstává pod střechou a “neúčastní” se přímo
vytápění pracovní zóny. Pokud zářič po několika sezónách “věnuje” více energie na
ohřívání vzduchu než na sálání, mohou být roční provozní náklady několikanásobné
(záleží na konkrétní hale - samozřejmě).
Účinnost přeměny sálání v teplo
Alespoň krátce na toto téma. Obecně platí, že čím je nižší teplota zářiče, tím se sálavá
energie méně odráží od pevných předmětů. U slunečního záření (teplota 5 000°C) je
odraz měřitelný ale pro “kompakty” jsem neměl dispozici měřící přístroj s takovou
citlivostí, abych dokázal měřit rozdíl mezi přirozeným sáláním podlahy a součtem
přirozeného sálání a odrazu. Dokonce ani materiálová konstanta neměla měřitelný vliv
na tento proces. Tím mám na mysli to, že jsem pod “kompaktním” zářičem naměřil
stejnou teplotu na podlaze i na předmětech jenž mají povrch speciálně upravený pro
maximální odrážení slunečních paprsků. Jednalo se o leštěný povrch bílého laku s
křídovým plnidlem. Samozřejmě tyto stejné teploty byly naměřeny ve stejný okamžik
od zapnutí zářiče a byly rozdílné od teploty okolního vzduchu.
Stanovení celkové účinnosti
Celkovou účinnost není možné stanovit jako součin všech uváděných účinností. Pokud
je například sálání směřováno vzhůru, takovýto přístup by ho zcela vyřadil z
vytápěcího procesu. Když si ale uvědomíme, že se záření zčásti odráží, a že střešní
plášť také sálá, je i tato energie “částečně” využita pro vytápění pracovní zóny.
Tyto informace jsou určeny spíše k tomu, abychom si uvědomili, že nejen roční
spotřeba elektrické energie nebo plynu, ale dokonce i “tepelné ztráty” jsou u různých
systémů různé. Že je úplně normální, když různé projekty mají různý instalovaný výkon
(a není třeba projektanta považovat za podvodníka). Pokud při posuzování nabídek
vytápěcích systémů kalkulujeme s cenou za jeden kW instalovaného výkonu, musíme
si uvědomit, zda jsou systémy srovnatelné a zda náhodou jeden ze systémů skutečně
nevystačí s polovičním výkonem pro požadované vytápění haly.
Pokud chceme vytápět vysokou halu, musíme si nejprve zjistit parametry uvažovaných
vytápěcích systémů a pak teprve alternativně vypočítat “tepelné ztráty” objektu. Velmi
často se dopouštíme omylu, když navrhujeme systém podle “tepelných ztrát”
vypočtených pro jiný způsob vytápění. Potřebný “tepelný výkon” je totiž do určité míry
závislý na použitém principu, ale hlavně na kvalitě a provedení použitých vytápěcích
agregátů a na vlastní koncepci návrhu . To platí jak pro sálavé systémy, tak pro
horkovzdušné (HVJ) a teplovzdušné (TVJ) jednotky. Musíme si tedy uvědomit, že velikost
instalovaného výkonu je závislá na “účinnosti” zařízení.
V předchozích textech je také popsáno, jak se u jednotlivých způsobů vytápění mění
vlastní infiltrace. Zkušenosti ukazují, že tento aspekt může u velmi vysoké haly způsobit až
několikanásobné navýšení potřebného výkonu, když porovnáváme velmi propracované
řešení s řešením jednoduchým. Pokud je nutné z vytápěného prostoru (dle hygienických
požadavků, jenž jsou zcela na místě) odsávat spaliny vzniklé vytápěním, musíme u
běžných hal s “normální” infiltrací počítat se značným nárůstem instalovaného “tepelného
výkonu”. U
U ssyyssttéém
muu vvyyttááppěěnníí řříízzeennýým
mii hhaallooggeennoovvýým
mii iinnffrraazzáářřiiččii TThheerrm
moo eeccoonnoom
myy
pprroojjeeccttoorr ttyypp 2200 IIN
i
n
f
r
a
c
o
n
t
r
o
l
d
e
t
e
c
t
o
r
t
e
n
t
o
n
á
r
ů
s
t
v
š
a
k
n
e
h
r
o
z
í
,
p
r
o
t
o
N infracontrol detector tento nárůst však nehrozí, protožžee
nneevvyylluuččuujjee ssppaalliinnyy.
Nejčastější chyba - rovnocenná náhrada
Velmi častou chybou při návrhu sálavého systému je nahrazení stávajícího výkonu méně
účinného zařízení stejně velikým výkonem nové technologie. Pokud jsou například
nahrazovány horkovzdušné parní jednotky novým topením, není možné potřebný výkon
budoucího systému stanovit jako součet “štítkových” hodnot stávajících agregátů. Někdy
dokonce dojde k tomu, že je poptávaný výkon ještě větší než stávající.:
Při rekonstrukci vytápěcího systému byly parní rozvody s parními jednotkami nahrazovány novou
technologií. Vzhledem k tomu, že v stávajícím stavu nebyly schopny v pracovním prostoru zajistit
požadovanou teplotu, byl sečten jejich “štítkový” výkon a součet takto vypočtených “tepelných ztrát”
byl vynásoben patřičným koeficientem. Tímto “zadáním” bylo obesláno velké množství
dodavatelských firem. Některé z nich si dokonce halu prohlédly a provedly vlastní výpočty. Měl
jsem možnost některé tyto nabídky porovnávat a nepřekvapila mě nepřímá úměra mezi celkovým
výkonem a cenou za kW. Firmy, dodávající moderní a kvalitní systémy s propracovaným řešením
nabízely “tepelný výkon” téměř poloviční, než byl požadavek investora. Naproti tomu projekty s
instalací jednoduchých technologií navrhovaly vyšší výkon než byl poptávaný.
Problémy při použití platných norem
Pro návrh teplovzdušného vytápění platí ČSN 06 0210. Dle této normy je potřebný
“tepelný výkon” roven tepelným ztrátám objektu. Pro sálavé systémy je v platnosti norma
ČSN 06 0215. Tato norma však nerespektuje Směrnice o hygienických požadavcích na
pracovní prostředí č. 46 a vazba na bilanci tepelných ztrát pro stěny, strop a okna
neodpovídá současné technické vyspělosti sálavých systémů a samotných staveb.
Tato norma vznikala v době kdy sálavé systémy byly zastoupeny převážně “světlými” zářiči Tyto
infrazářiče jsou dnes překonané a pro určení reálného výkonu moderních systémů tato norma
nevyhovuje. Zajímavým způsobem řeší problematiku předpis DVGW, jenž je používán v Německu.
Tato situace nutí projektanty a dodavatelské firmy k vytváření vlastních výpočtových programů. Pro
sálavé systémy by tyto programy mohly, dle mého názoru, využívat některé algoritmy z normy pro
teplovzdušné vytápění. Samozřejmě je třeba výpočet “opřít” o seriózní měření a hlavně je třeba dle
zkušenosti dosadit technické parametry toho kterého systému. U sálavého vytápění navíc platí i
omezení intenzity záření a tak je celá tato problematika daleko složitější, musíme hledat výkon
optimální, jenž je vždy spojen s konkrétním řešením.
Proč je důležité stanovení “optimálního” výkonu
Kromě nezanedbatelné skutečnosti, že je většinou více výkonu za více peněz, jsou u
sálavého vytápění s nadměrnou rezervou výkonu spojena jistá rizika (na rozdíl od
teplovzdušného vytápění, kde je patřičná rezerva na místě). Pokud je výkon nedostatečný,
hrozí “jen” snížení teploty vzduchu ve vytápěném prostoru. To je velmi nepříjemné, ale
neprojevuje se to každý rok a pokud ano, trvá tato situace jen zlomek dní topné sezóny.
Pokud je výkon sálavého systému navržen optimálně, zářiče pracují v období největších mrazů na
100% výkon. Zda tomu tak je se dá zjistit při vyhodnocování topné sezóny. Dnes používané
regulátory jsou schopné monitorovat činnost zářičů a tak máme k dispozici poměr času, kdy zářič
topil a kdy byl odstaven (jakou dobu běžel na 1 stupeň, na 2 stupeň …atd. - u zářičů s
modulovaným výkonem). U neregulovaných zářičů je prodloužení náběhových časů při maximálním
výkonu dostatečně kompenzované snížením intenzity záření v pracovním prostoru po celou topnou
sezónu. Projektanty tato zpětná vazba upozorňuje na chyby při výpočtu a umožňuje jim
zdokonalování jejich “výpočetního programu”.
U zářičů s modulovanou regulací výkonu využíváme jejich 100% výkon na přechod z útlumového
režimu na provozní teplotu a ten se většinou odbývá mimo pracovní dobu, většinou ráno, tedy v
době minimálních venkovních teplot. V okamžiku příchodu zaměstnanců na pracoviště je hala
vyhřátá a k udržení nastavené teploty stačí výkon menší. Výhoda modulace výkonu tedy spočívá v
tom, že po dobu celé pracovní doby je zářič v provozu, tedy nebliká (nestartuje a nevypíná se) i
když nepracuje naplno. Jedině v tomto případě se může uplatnit jedna z hlavních výhod sálavého
vytápění - snížení teploty vzduchu při stejné pocitové teplotě.
Z hlediska komfortu pracovního prostředí je tedy ideální, když zářič běží nepřerušovaně. U
“tmavých” zářičů bez modulovaného výkonu však tento stav nastává pouze pár dní do roka. Jak je
patrné z obrázku, je při průměrných venkovních teplotách okolo 0°C poměr “zapnuto-vypnuto”
zhruba 1 : 1. To tedy platí v případě, že je soustava navržena na optimální výkon, v případě že je
předimenzovaná může být tento poměr ještě nepříznivější. Musíme si znovu uvědomit, že 100%
výkon potřebujeme hlavně na “roztopení” haly z útlumu na provozní teplotu. Pro stanovení
“optimálního” výkonu je u sálavého vytápění třeba velkých zkušeností.
Na grafu je znázorněn průběh topné sezóny
pro výpočtovou oblast Písek. Teplota nižší jak
výpočtová ( - 15°C ) je pouze asi tři dny v
roce. Průměrné venkovní teploty vyšší jak 0°C
trvají dvě třetiny topné sezóny, ta trvá 235 dní.
Při 50% výkonu soustavy zářiče s regulací
Z/V běží jen polovinu pracovní doby. Zářiče s
modulovanou regulací běží nepřetržitě, na
50% svého jmenovitého výkonu.
Jak stanovit “optimální” výkon ve vytápěné hale
I když tento výpočet není tak složitý, doporučuji konzultaci s projektantem, jenž se danou
problematikou zabývá. Jedná se zde o to, že je nejprve nutné zvolit filozofii návrhu vytápění a k
tomu je třeba zkušeností a velkého množství vstupních informací. Pokud si vyjasníme všechny
okolnosti (a to si nedovedu představit jinak než konzultací s uživatelem), můžeme provést
alternativní výpočty “optimálního” instalovaného výkonu.
Popis všech možností a aspektů lehce přesahuje rozsah těchto textů a případné zjednodušení
může být zavádějící. Před případnou konzultací by si měl zájemce ujasnit pár údajů. Na další
stránce uvádím některé důležité parametry, o kterých by se mohlo hovořit. Pokud mi tuto stránku
zašlete vyplněnou, samozřejmě Vám rád “optimální” výkon orientačně určím. Před případnou
realizací je ovšem třeba tento údaj upřesnit na základě všech dostupných informací.
T
T
h
n
p
m
h
p
o
o
o
b
m
o
Teeeccch
hn
niiiccckkkééé p
paaarrraaam
meeetttrrryyy h
haaalllyyy aaa vvvýýýp
po
očččttto
ovvvááá o
ob
blllaaasssttt --- m
mííísssttto
o :::
R
R
o
m
n
h
d
Ro
ozzzm
měěěrrryyy vvvlllaaassstttn
nííí h
haaalllyyy d
dééélllkkkaaa ::: šššííířřřkkkaaa ::: vvvýýýššškkkaaa
M
M
o
n
u
h
n
Maaattteeerrriiiááálllyyy kkko
on
nssstttrrru
ukkkccceee ssstttřřřeeeccch
hyyy ::: ssstttěěěn
n :::
Zhodnotit kvalitu haly z hlediska infiltrace (vzduchové výměny), popsat, jak je hala
stará, jaký je to typ haly, v jakém je stavu, zda jsou v hale technologické zdroje
tepla, kdy pracují:
Zda je v hale jeřáb a jaký je to typ, připojit řez halou, zda hala navazuje na další
objekty:
Charakter provozu a typ výroby v haly
Na jakou teplotu vzduchu v pracovní zóně chceme halu vytápět :
Bude v hale jedna, dvě nebo tři směny, nebo bude provoz nárazový :
Kolik bude v hale zaměstnanců a co budou dělat (práce v sedě a nebo těžká
výroba), schéma výroby, připojit půdorys :
Ekonomické parametry
Pro posouzení vhodnosti systému je dobré vědět, zda uvažované zařízení má sloužit
dočasně a nebo investor počítá s jeho dlouhodobým využitím.
Zda a v jaké vzdálenosti je dostupný rozvod zemního plynu. Pro stanovení
návratnosti systému je dobré vědět co nejvíce o stávajícím způsobu vytápění. Hlavní
je stávající spotřeba tepla a jeho cena. V těchto případech doporučuji konzultaci na
místě.
1.0 Výpočtová metoda
Postup výpočtu úzce souvisí s vývojem konstrukce zářiče a podmínek pro projektování Tato
předložená výpočtová metoda využívá obecných pramenů i vlastních zkušeností.
1.1 Výpočet spotřeby tepla
Spotřeba tepla vytápěného a větraného objektu se počítá podle ČSN 06 02 10 s přihlédnutím
k nižší teplotě vzduchu (ti) Základem je tedy rozdíl mezi teplotou vnitřního a vnějšího
vzduchu.
Pro výslednou teplotu prostředí platí vztah :
ti+ts
tg = ------- (°C)
2
tg (°C) - výsledná teplota
ti (°C) - vnitřní teplota vzduchu
ts (°C) - teplota sálavá
(účinná teplota okolních ploch)
Dosažení tepelné pohody a poměru teploty vzduchu (ti) a teploty sálavé (ts) při teplovzdušném, resp. konvekčním
a sálavém vytápění vyjadřuje
malá. Konstanta Is (intenzita sálání) zohledňuje vlivy poměru ploch bodových zářičů k
obklopujícím chladnějším plochám, jakož i výsledný součinitel sálání. Faktor 0,072 je
empiricky zjištěná hodnota, podložená zkušenostmi.
Pro stanovení intenzity sálání Is slouží diagram 1
Při vytápění řízenými infračervenými zářiči se teplota vzduchu určí následovně:
ti = tg - 0,072 Is(°C)
V tomto vztahu hodnota 0,072 Is má význam náhradní sálavé teploty (ts). U zářičů je sálavá
plocha s velmi vysokou povrchovou teplotou v poměru k plochám stropu, světlíků, stěn, oken
a podlahy velmi
2
Jako příklad je volena teplota vzduchu ti=+11°C, pak Is= 90 W/m a výsledná teplota tg=+18°C.
Je-li známa spotřeba tepla budovy dle ČSN 06 02 10 pro konvekční vytápění s
připočítatelnou hodnotou pro větrání prostoru, potom se určí spotřeba tepla při použití
infrazářičů takto:
Q celk
Q inst = -------f
Q inst (kW) - spotřeba tepla pro vytápění světlými infrazářiči
Q celk (kW) - spotřeba tepla pro konvekční vytápění a větrání
f (-)
- faktor, zohledňující podíly sálavého, konvekčního
a odvedeného tepla (spalinami) : f = 1,
O jakou úsporu tepla jde, je nejvíce vidět na příkladu :
Q celk
500
Q inst = -------- = ------- = 333 kW
f
1,5
Z toho vyplývá, že se jedná o snížení instalovaného výkonu o 33% .
1.2 Určení počtu zářičů
Dle spotřeby tepla
Qinst
333
------- = ------- = 33,3
20IN
10
t.j. 34 ks zářičů
Takto stanovený počet je minimální možný. Nepodaří-li se kuželem jádrového sálání (60° alt.
75°) osálat požadovanou plochu, je nutno počet zářičů zvýšit .Při plošném vytápění je třeba ,
aby se přímky ohraničující sousední kužele jádrového sálání protínaly ve výši min.1,5m nad
podlahou. Při navrhování je vhodné nakreslit příčný a podélný řez vytápěným prostorem.
Navíc je možno instalovat jednotlivé zářiče se samostatným ovládáním nad
1.3 Hygienické podmínky
Přímé osálání výrobních ploch a tím také lidí, kteří se pohybují ve vytápěné oblasti, vyžaduje
uspořádání bodových zdrojů tepla s vysokou povrchovou teplotou tak , aby nedocházelo k
nadměrnému osálání.
Zkoušky a měření, prováděná s pomocí infračervené kamery (termovize), stanoví následující
minimální výšky zavěšení :
Tab.1
Typ zářiče
20 IN
Jmen. výkon
Poloha osy sálání
kW
kolmo k zemi
náklon 15°
náklon 30°
2
3,5 m
3,4 m
3,2 m
Uváděné minimální výšky platí pro teplotu vzduchu ti=10°C a rychlost proudění vzduchu v=0,3 m/s.
Při odchylkách teploty vzduchu vyplývají minimální výšky zavěšení z následující tabulky:
Tab.2
ti - teplota vzduchu v prostoru
0°C
5°C
15°C
f1 - korekční součinitel
0,91
0,95
1,1
Při rychlostech vzduchu větších než 0,3 m/s se upravují min. výšky zavěšení následujícím korekčním
součinitelem f2:
Tab.3
v
0,5 m/s
0,7 m/s
0,9 m/s
f2
0,91
0,85
0,81
Z pohledu výše uvedených podmínek může být zářič vytipován a instalován, avšak je nutno
vzít ještě v úvahu místní podmínky stavebního provedení a možnost odvodu spalin.
Dále je zapotřebí dodržet minimální vzdálenost nad zářičem u tepelně citlivých stavebních
dílů. Není-li možné dodržet předepsané vzdálenosti, musí se konstrukční díly chránit
izolačními deskami nebo odstíněním (el.motory jeřábů atd.).
Bezpečné vzdálenosti pro elektrické instalace ve směru sálání:
Tab.4
10IN
0,45 m
20IN
0,65 m
Elektromagnetické spektrum je škála elektromagnetického vlnění. Ukazuje různé druhy
elektromagnetického vlnění (záření – kratší vlnové délky).
Elektromagnetické vlnění
– má dvě navzájem neoddělitelné složky. Elektrickou charakterizuje
vektor intenzity el. pole E a magnetickou vektor mag. indukce B.
Vektory E a B jsou navzájem kolmé, mají souhlasnou fázi a jejich kmity
probíhají napříč ke směru, kterým se vlnění šíří.
Elektromagnetické vlnění je vlnění příčné a má vlastnosti vlnové a
kvantové:
vlnové (odraz, lom, ohyb, interference, polarizace)
kvantové (fotoelektrický jev)
Šíří se vakuem rychlostí c = 3 ⋅ 108 m ⋅ s–1. To je mezní rychlost ve vesmíru.
Mezi frekvencí kmitání, vlnovou délkou a rychlostí šíření je vztah:
c=λ⋅f
Elektromagnetické spektrum podle vlnových délek pří šíření ve vakuu:
Rozhlasové vlny (radiové vlny) (λ = 103 – 10–1 m → 1 km – 1 dm)
Zdrojem rádiových vln je elektromagnetický oscilátor. Do prostoru se vlnění dostává přes anténu –
elektromagnetický dipól. Kolem dipólu se vytvoří elektromagnetické pole se složkou elektrickou a
magnetickou – šíří se prostorem a přenáší energii kmitů oscilátoru.
Podle vlnové délky se rádiové vlny dělí na
– dlouhé (DV, LW) → f = 150 – 300 kHz; λ = 2000 – 1000 m
→ pásmo rádiového vysílání – dlouhé vlny (LW) – Radiožurnál
→ dlouhé vlny se šíří na velké vzdálenosti a lze je zachytit všude, i
v údolích, kam se kratší vlnové délky nedostanou
– střední (SV, MW, AM) → f = 0,5 – 2 MHz; λ = 600 – 150 m
– krátké (KV, SW) → f = 6 – 20 MHz; λ = 50 – 15 m
→ krátké vlny se odrážejí od ionosféry (začíná ve výšce 60 – 80 km nad zemským
povrchem, obsahuje určité množství molekul vzduchu rozštěpených na ionty a volné
elektrony → chová se jako vodivá plocha. Stav ionosféry se mění vlivem slunečního
záření, mění se i podmínky šíření krátkých vln v různých denních a nočních dobách)
⇒ mají velký dosah
– velmi krátké (VKV) → f = 20 – 300 MHz; λ = 15 – 1 m
→ používají se k přenosu televizního signálu, pásmo rozhlasového vysílání FM
(87,5 – 108 MHz)
→ vysílač a přijímač musí být přibližně v přímce, na které není překážka. Proto se
dnes používají satelity – mezi oběžnou dráhou a povrchem není žádná překážka
– v pásmu na rozhraní rádiových vln a mikrovln jsou i frekvence pro mobilní sítě (900 a 1800 MHz) – vysoká
frekvence umožňuje přenos velkého množství informací. Mezi mobilem a vysílačem ale nesmí být silná
překážka (stavby, kopec).
Mikrovlny (λ = 10–1 – 10–4 m → 1 dm – 0,1 mm)
–
–
v pásmu mezi rádiovými vlnami a infračerveným zářením
určité vlnové délky rozkmitávají molekuly vody ⇒ mikrovlnné trouby – kmitání molekul vody vyvolává
tření, ohřívá se; ohřev je stejnoměrný po celém objemu.
Infračervené záření ((λλ == 1100–––444 –– 77,,66 ⋅⋅ 1100–––777 m
m→
→ 00,,11 m
mm
m –– 776600 nnm
m))
–– nněěkkddyy oozznnaaččoovváánnoo jjaakkoo IIRR ((iinnffrraarreedd)) zzáářřeenníí nneebboo tteeppeellnnéé zzáářřeenníí ((ppoom
mooccíí IIRR zzáářřeenníí ssee ššíířříí
tteepplloo zzáářřeenníím
m,, aa ttoo ii vvaakkuueem
m;; nneejjlleeppššíím
m ppřřííkkllaaddeem
m jjee ttoo,, žžee ppoovvrrcchh ZZeem
měě jjee zzaahhřříívváánn
sslluunneeččnníím
z
á
ř
e
n
í
m
)
.
m zářením).
ZZddrroojjeem
m jjee kkaažžddéé ttěělleessoo,, kktteerréé m
máá tteepplloottuu vvyyššššíí nneežž jjee aabbssoolluuttnníí nnuullaa.. PPůůvvooddeem
m IIRR zzáářřeenníí jjssoouu
zzm
ě
n
y
e
l
e
k
t
r
o
m
a
g
n
e
t
i
c
k
é
h
o
p
o
l
e
v
y
v
o
l
a
n
é
p
o
h
y
b
e
m
m
o
l
e
k
u
l
.
P
o
h
y
b
m
o
l
e
k
měny elektromagnetického pole vyvolané pohybem molekul. Pohyb molekuull jjee zzppůůssoobbeenn
vvnniittřřnníí eenneerrggiiíí –– zzáávviissíí nnaa tteepplloottěě.. SStteejjnněě ttaakk ttěělleessaa zzaahhřřááttáá nnaa vvyyššššíí tteepplloottuu jjssoouu ppůůvvooddcceem
m
ssiillnněějjššííhhoo IIRR zzáářřeenníí.
Vlastnosti
není viditelné okem ⇒ využívá se v dálkových ovladačích, protože neruší signál – je v jiné části spektra a
zároveň ho nevnímáme.
proniká mlhou a znečištěným ovzduším ⇒ vidění v mlze → infralokátory
pomocí vhodných přístrojů je lze zachytit a ve tmě ho okem nevnímáme, ale přístroji ano
⇒ brýle pro noční vidění, funkce videokamer pro noční natáčení (jako osvětlení slouží IR
záření – vnímáme jen tmu, ale kamera zachytí zřetelně osvětlené předměty).
– infračervenými brýlemi lze pozorovat v naprosté tmě – lidské tělo vyzařuje IR záření –
pomocí brýlí se snímá i v nejhlubší tmě.
– při pohlcování IR záření probíhá tepelná výměna – energie elektromagnetického vlnění se
mění na vnitřní energii pohlcujícího tělesa ⇒ infrazářiče (slouží k vytápění)
–
–
SSvvěěttlloo
((λλ == 77,,66 ⋅⋅ 1100–––777 –– 33,,99 ⋅⋅ 1100–––777 m
m→
→ 776600 nnm
m –– 339900 nnm
m))
ZZddrroojjee ssvvěěttllaa
– přirozené: slunce, oheň, hvězdy
– umělé: žárovka, zářivka, výbojka, laser
- chromatické: složené ze světla více vlnových délek, např. bílé světlo (složené ze sedmi
barev)
– monochromatické: 1 vlnová délka – laser
– vyvolává v lidském oku světelný vjem. Pomocí světla získáváme nejdůležitější
informace o světě kolem nás – u světla rozeznáváme jeho intenzitu – jiná je v poledne
a jiná při stmívání – a barvu – závisí na vlnových délkách obsažených ve světle.
Světelné spektrum je část elektromagnetického spektra, ve kterém je zobrazena závislost
barev světla na vlnových délkách:
červená (650 nm) → oranžová (600 nm) → žlutá (580 nm) → zelená (525 nm) → modrá (450
nm) → fialová (400 nm)
– uvedené vlnové délky jsou střední vlnové délky pro dané barvy – podobný odstín je i pro
okolní vlnové délky)
–
Ultrafialové záření (λ = 3,9 ⋅ 10–7 – 10–8 m → 390 nm – 10 nm)
Zdrojem – tělesa zahřátá na velmi vysokou teplotu – Slunce (hvězdy), rtuťové výbojky
(horské slunce), elektrický oblouk (sváření)
Vlastnosti
– reaguje s fotografickou deskou
– způsobuje zánět spojivek
– způsobuje v menších dávkách zhnědnutí kůže a produkci vitamínu D, ve vyšších dávkách
rakovinu kůže
– působí jako desinfekce – ničí mikroorganismy
– jako přirozená ochrana proti UV záření slouží ozónová vrstva (součástí stratosféry, velmi
tenká; ozon O3 se rozkládá, když se dostane do kontaktu s freony)
–
–
při dopadu na určité látky se mění na viditelné světlo ⇒ ochranné prvky bankovek
vyvolává luminiscenci, pohlcováno obyčejným sklem
Rentgenové záření (λ = 10–8 – 10–12 m → 10 nm – 1 pm)
(dříve paprsky X), vzniká na speciálních elektronkách – rentgenkách při zabrzdění elektronů
emitovaných žhavenou katodou a urychlených potenciálovým rozdílem 10 kV až 400 kV
mezi anodou a katodou. Na cestě mezi katodou a anodou je antikatoda – druhá anoda, která
svírá s přímkou katoda-anoda úhel 45°, je z wolframu. Rentgenové záření vzniká změnami
elektro-magnetického pole v atomovém obalu (rozměry atomu 10–8 – 10–10 m → vlnová
délka)
– brzdné záření – elektrony, které dopadají na anodu mají proměnnou rychlost a jejich
zabrzdění má za následek vyzařování elektromagnetických vln se spojitým spektrem
– charakteristické záření – má nespojité čárové spektrum a vlnové délky spektrálních čar
závisí na materiálu anody.
Vlastnosti
– reaguje s fotografickou deskou
– pohlcováno v závislosti na protonovém čísle ⇒ diagnostika (rentgen)
– pohlcováno v závislosti na tloušťce látky ⇒ defektoskopie
(zjišťování trhlin nebo vzduchových bublin v odlitcích)
– vysoká pronikavost – proniká kovy
– ionizuje vzduch; způsobuje ionizaci některých látek
Další využití
– k léčbě zhoubných nádorů (ničí buňky), při zjišťování struktury látek (díky vln. délce 10–8
– 10–10)
Záření γ (jaderné) (λ < 10–12 → < 1 pm)
Zdrojem jaderného vlnění jsou změny elektromagnetického pole při jaderných reakcích.
Radioaktivní záření γ neexistuje samovolně, ale doprovází záření β nebo α (jsou vyzařovány
radionuklidy).
γ - je nejpronikavější jaderné záření (vedle α a β), lze jej zeslabit silnou vrstvou železobetonu
nebo materiálem obsahujícím jádra těžkých prvků (Pb). V magnetickém a elektrickém poli se
neodchyluje → elektromagnetické vlnění. Má silné ionizační účinky a v důsledku fotoefektu
uvolňuje z látek nabité částice.
Vlastnosti
– podobně jako rentgenové záření je pohlcováno podle struktury – používá se
v defektoskopii → zjišťování vad v součástkách (γ záření je pronikavější než rentgenové
záření → stačí menší dávky; pro získání γ záření stačí radioaktivní látka ⇒ γ záření je pro
defektoskopii výhodnější než rentgenové záření)
– způsobuje genetické změny, nemoc z ozáření (po genetických změnách buněk může dojít
k rakovinnému bujení)
VENKOVNÍ VÝPOČTOVÉ TEPLOTY A OTOPNÁ OBDOBÍ DLE LOKALIT
Lokalita (místo měření)
Benešov
Beroun (Králův Dvůr)
Brno
Bruntál
České Budějovice
Český Krumlov
Děčín (Březiny,Libverda)
Frýdek-Místek
Hradec Králové
Chomutov (Ervěnice)
Jablonec nad Nisou (Liberec)
Jihlava
Karlovy Vary
Karviná
Kolín
Liberec
Litoměřice
Mladá Boleslav
Náchod (Kleny)
Nový Jičín
Nymburk (Poděbrady)
Olomouc
Ostrava
Pardubice
Plzeň
Praha (Karlov)
Prachatice
Přerov
Příbram
Semily (Libštát)
Svitavy (Moravská Třebová)
Šumperk
Tábor
Trutnov
Ústí nad Labem
Vsetín
Vyškov
Zlín (Napajedla)
Žďár nad Sázavou
Nadmořská
výška
h
[m]
327
229
227
546
384
489
141
300
244
330
502
516
379
230
223
357
171
230
344
284
186
226
217
223
311
181
574
212
502
334
447
317
480
428
145
346
245
234
572
Venkovní
výpočtová
teplota
te
[°C]
-15
-12
-12
-18
-15
-18
-12
-15
-12
-12
-18
-15
-15
-15
-12
-18
-12
-12
-15
-15
-12
-15
-15
-12
-12
-12
-18
-12
-15
-18
-15
-15
-15
-18
-12
-15
-12
-12
-15
Otopné období pro
tem=12 °
tes
[°C]
3,5
3,7
3,6
2,7
3,4
3,1
3,8
3,4
3,4
3,7
3,1
3,0
3,3
3,6
4,0
3,1
3,7
3,5
3,1
3,3
3,8
3,4
3,6
3,7
3,3
4,0
3,3
3,5
3,0
2,8
2,9
3,0
3,0
2,8
3,6
3,2
3,3
3,6
2,4
d
[dny]
234
225
222
255
232
243
225
225
229
223
241
243
240
223
216
241
222
225
235
229
217
221
219
224
233
216
253
218
239
243
235
230
236
242
221
225
219
216
252
tem=13 °
tes
[°C]
3,9
4,1
4,4
4,0
3,8
3,5
4,2
3,8
3,9
4,1
3,6
3,5
3,8
4,0
4,4
3,6
4,1
3,9
3,7
3,8
4,2
3,8
4,0
4,1
3,6
4,3
3,8
3,5
3,8
3,4
3,4
3,5
3,5
3,3
3,9
3,6
3,7
4,0
3,1
d
[dny]
245
236
224
232
244
254
236
236
224
233
256
257
254
234
226
256
232
235
250
242
228
231
229
234
242
225
267
252
230
259
284
242
250
257
229
236
229
220
270
tem=15 °
tes
[°C]
5,2
5,3
5,1
4,8
5,1
4,6
5,5
5,1
5,2
5,2
5,1
4,8
5,1
5,3
5,9
5,1
5,2
5,1
4,8
5,2
5,5
5,0
5,2
5,2
4,8
5,1
5,1
5,1
4,9
4,7
4,8
5,2
5,0
5,0
5,0
4,9
4,9
5,1
4,7
d
[dny]
280
268
263
315
279
288
269
269
279
264
298
296
293
267
257
298
263
267
292
280
262
262
260
265
272
254
307
259
290
303
286
277
289
298
256
270
260
257
318
Snížení venkovní výpočtové teploty s ohledem na nadmořskou výšku
Venkovní výpočtová teplota
Snížená venkovní výpočtová teplota
Nadmořská výška
te
[°C]
[°C]
nad 400 m n.m.
-12
-15
nad 600 m n.m.
-15
-18
nad 800 m n.m.
-18
-21
Za posledních 25 let prováděli Čínští a Japonští výzkumníci a klinici rozsáhlý výzkum
týkající se terapie infračerveným zářením a oznámili mnoho provokativních zjištění. V
Japonsku je "Infračervená společnost", skládající se z lékařů a fyzioterapeutů, kteří provádějí
hlubší výzkum a dávají podporu zdravotnímu významu infračervených paprsků a léčbě
pomocí nich.
Největší rozvoj po stránce ekonomické zaznamenaly infračervené lampy s vlnovou délkou o
rozsahu 2 - 25 mikronů, které se hlavně objevily na trhu v Evropě, Austrálii i na Východě.
Bylo prodáno přibližně 700 tis. ITS pro zdravou regeneraci těla a dalších 30 mil. lidí
akceptovalo léčbu infračervenými paprsky. Němečtí terapeuti se nezávisle na tom zaměřili na
metodu kompletní léčby lidského organismu infračerveným zářením.
TERAPEUTICKÉ ÚČINKY TEPLA
Následující souhrn je z knihy: Therapeutic Heat and Cold, 4th edition, ED. Justus F. Lehmann M. D., Williams and
Wilkons, Chapter 9, anebo vypsáno z ostatních kapitol z této knihy.
1. Zvyšuje roztažnost kolagenových tkání
•
•
•
Tkáně zahřáté do 45 °C a poté podstupující protažení jsou vystaveny neelastickému
residuálnímu prodloužení 0,5 - 0,9 %. Toto protažení zůstává i po skončení
protahování. K tomuto protažení nedochází při protahování za klasické tělesné teploty.
Proto 20 protahovacích sezení, může vést k prodloužení délky tkáně kolem 10 - 18 %.
Tento efekt je velmi hodnotný právě při práci s ligamenty, klouby, šlachami, fasciemi
a synoviálními tkáněmi, které byly jakýmkoli způsobem poškozeny.
Výše citované experimenty jasně ukazují, že aplikace infračerveného záření
dohromady s protahováním ( práce ) anebo rozsáhlý pohyb zajišťuje daleko větší
residuální prodloužení tkáně, než by tomu bylo za klasické tělní teploty.
2. Přímo snižuje kloubní tuhost
•
Je pozorováno 20 % snížení kloubní tuhosti u revmatoidních kloubů prstů při prohřátí
tkání na 45 °C oproti 33 °C.
3. Snižuje svalový spasmus
•
Tento účinek je pravděpodobně dosažen z důvodu působení jak na primární a
sekundární afferentní nervy z míšních buněk, tak na Golgiho tělíska. Výsledky obou
těchto mechanismů demonstrují, že jejich maximální výkon je v rozmezí terapeutické
teploty dosažitelné právě infračerveným zářením.
4. Poskytuje snížení bolesti.
•
Teplo může vést ke zvýšení produkce endorfinů a k uzavření tzv. Melzack a Wall
spinálních vrátek, oba tyto efekty snižují bolest.
5. Zvýšení průtoku krve
•
•
•
•
Zahřívání části těla způsobuje reflexně modulovanou vasodilataci ve vzdálených
tělních partiích přesto, že nedojde ke změně centrální tělní teploty.
Zahřívání svalů způsobuje zvýšení průtoku krve podobný tomu, jaký zažíváme při
cvičení.
Zvýšení teploty způsobuje zvýšení průtoku krve a dilataci přímo v kapilárách,
arteriolách a venulách, pravděpodobně přímým působením na jejich hladkou
svalovinu. Uvolnění bradykininu, způsobeného aktivitou potních žláz, také zapříčiňuje
zvýšení krevního toku a vasodilataci.
Celotělní hypertermie, s následujícím zvýšením teploty tělního jádra, ještě více
zvyšuje vasodilataci přes snížení hypotalamické aktivity vedoucí ke snížení
sympatického napětí na arteriovenózních anastomózách. Vasodilatace je rovněž
vyvolávána axonálními reflexy, které mění vasomotorickou rovnováhu.
6. Pomáhá při rozkládání zánětlivých infiltrátů, edémů a výpotků.
•
Zvýšené periferní prokrvení způsobuje transport nutný ke snižování edémů, což
pomáhá zastavit záněty, snižuje bolest a urychluje hojení.
Hlubokou penetrací, cca 4 cm do hloubky, produkovanou infračervenými paprsky ITS,
dochází k efektu prohřátí hluboko ve svalových tkáních a vnitřních orgánech. Tělo na tento
hluboko-hřevný stimul reaguje přes hypotalamický systém zvýšením srdečního objemu a
rytmu. Tato přínosná srdeční zátěž vede k žádoucímu kardiovaskulárnímu tréninku a
zlepšování kondice.
ITS ARTERIOSKLERÓZA, HYPERTENZE A KORONÁRNÍ ONEMOCNĚNÍ
Finští výzkumníci tvrdí, že pravidelné používání sauny zlepšuje elasticitu a poddajnost cév z důvodu pravidelné
dilatace
a
kontrakce
cév
způsobené
saunou.
Němečtí výzkumníci zjistili zlepšení viskozity krevní plazmy.
ÚČINKY NA IMUNITNÍ SYSTÉM
Dr. Paro uvádí, že zvýšení tělesné teploty vede k usmrcení bakterií a virů nebo u některých
druhů alespoň k zástavě jejich reprodukčního cyklu. Při infekci organismu dochází současně
ke zmnožení leukocytů odpovědných za likvidaci infekce.
.
Hupka, J. a kolektiv Fyzikálna terapia. Martin, Osveta 1993
Jones, S., S., a Bailey, B., K.: Sweat your to radiant health. Let's Live Magasine, June 1994
Weider research group report: Weider's Muscle and Fitness Magazine, January 1992
Journal of the Medical Association (JAMA), 7. srpen 1981