V našich klimatických podmínkách se vytápí a přitápí v průměru 7 až 8 měsíců v roce. Na vytápění připadá 55 až 60 % spotřebované energie v domácnosti. Vzhledem k uvedeným skutečnostem je žádoucí věnovat zvýšenou pozornost způsobu vytápění i přípravě teplé vody. Při správné volbě zdroje tepla, optimalizaci otopné soustavy dodržování zásad energeticky úsporného chování je možné snížit spotřebu energie, vynaloženou na vytápění až o 30 %.

Využití elektrické energie pro vytápění

Nejdůležitějšími údaji pro návrh efektivního a hospodárného vytápění jsou tepelně technické parametry vytápěných místností a z těchto údajů vypočítané tepelné ztráty.

Podle zvoleného systému elektrického vytápění a provozu vytápěcího zařízení se dále volí postup pro výpočet příkonu tepelného zdroje.

Varianty vytápění

Lokální vytápění

Jedná se o vytápění jednotlivých místností. Součástí každého topidla bývá i termostat, který umožňuje regulaci teploty nezávisle pro jednotlivé místnosti.

Výhody:

Poměrně jednoduchá obsluha, regulace teploty pro jednotlivé místnosti. Možnost jednoduchého přímého vyhodnocení spotřeby paliva na domácím měřiči.

Nevýhody:

Nutnost řešení ohřevu teplé vody odděleně od topné soustavy. Horší regulace. Malá setrvačnost otopného systému.

Ústřední vytápění

Většinou se jedná o systémy, kdy je teplo vyráběno v kotli, který je zpravidla umístěn v kotelně. Teplo a teplá voda je pak do místa spotřeby dopravována tepelnými rozvody. Topným mediem je většinou voda. Topnými spotřebiči jsou radiátory, konvektory nebo systémy podlahového nebo stropního vytápění.

Varianta je Etážové vytápění - kotel je umístěn v každém patře objektu a vytápí vždy jen toto patro.

Výhody:

Poměrně jednoduchá obsluha, snadná regulace vytápění.

Nevýhody:

Ve srovnání s lokálním vytápěním vyšší pořizovací náklady. Vyšší nároky na spotřebu paliva.

Přímotopné vytápění

Při použití přímotopného systému nesmí příkon pro vytápění překročit 60 W/m³ vytápěného prostoru.

Příkon [kW]se stanoví podle vztahu:

P = Q_c × k

k - koeficient průběhu vytápění.

Q_c - celkové tepelné ztráty [kW].

Hodnoty koeficientu průběhu vytápění

Výhody vytápění pomocí elektrických topidel bez akumulace tepla

• Nejnižší nároky na dimenzování distribuční sítě, přípojky, hlavního domovního vedení. Zhruba dvakrát nižší nároky ve srovnání s akumulačním vytápěním.
• Nízké pořizovací náklady na otopnou soustavu. Nejnižší ze všech elektrických otopných soustav.
• Jednoduchá obsluha, údržba a opravy.

Nevýhody vytápění pomocí elektrických topidel bez akumulace tepla

• Limitovaný odběr v nízkém tarifu.
• Nejvyšší cena elektřiny ve vysokém tarifu.

Akumulační vytápění

Akumulační kamna s nabíjecí dobou 8 h

Akumulační kamna můžeme podle způsobu vybíjení rozdělit do tří skupin.

Při stanovení příkonu tepelného zdroje je nutné vycházet z celkové denní potřeby tepla Q_d. Tato hodnota závisí na celkových tepelných ztrátách Q_c, na požadované době vytápění na plnou teplotu T_v (včetně doby náběhu na plnou teplotu) a době tlumeného vytápění T_t.

Denní potřeba tepla se stanoví podle vztahu:

Q_d = Q_c × T_v

Q_d - denní potřeba tepla [kWh].

Q_c - celkové tepelné ztráty [kW].

T_v - doba vytápění na plnou teplotu [h].

Příkon [kW]se stanoví podle vztahu:

P = Q_d × k_v

k_v - koeficient průběhu vytápění

Doba náběhu se uvažuje do 0,5 h (pro akumulační kamna typu II a III).

Doba tlumeného vytápění je nahrazena statickým vybíjením a je obsažena v koeficientu průběhu vytápění.

Tento koeficient závisí na délce přerušení dynamického vybíjení kamen T_s. Což je počítáno od skončení nabíjení, a to pouze před a mezi dobou plného dynamického vybíjení. Zahrnuje i statické ztráty během nabíjecí doby.

Výpočtová doba vytápění na plnou teplotu T_v je maximálně 12 hodin pro kamna typu II.

Výpočtová doba vytápění na plnou teplotu T_v je maximálně 10 hodin pro kamna typu I.

1 akumulační cihly

2 Topná tělesa

3 Tepelná izolace

4 Připevňovací lišta

5, 6 Ovladač

7 Ventilátor

8 Čidlo zbytkového tepla

9 Vzdušný tok

10 Přední stěna s izolací

Hodnoty koeficientu průběhu vytápění (k_v ) pro typy akumulačních kamen

Výhody použití akumulačních kamen

• Vyrovnání odběrového diagramu v době celkově sníženého odběru.
• Akumulační kamna mohou nahradit lokální vytápění. Tato rekonstrukce je časově a finančně málo náročná ve srovnání s realizací teplovodního vytápění.
• Možnost využití sazby v nízkém i vysokém tarifu podle potřeby odběratele.

Nevýhody použití akumulačních kamen

• Vysoké nároky na dimenzování distribuční sítě a přípojky domovního vedení.
• Malá pohotovost systému, není schopen pružně reagovat na výkyvy v okamžité potřebě tepla.
• Nutnost řešit odděleně ohřev teplé vody.
• Velikost a vysoká hmotnost kamen.
• U statických akumulačních kamen nepružnost vybíjení, nejsou schopny reagovat na okamžitou zvýšenou potřebu tepla.
• Vysoké povrchové teploty kamen.
• Hluk u dynamických akumulačních kamen, který je způsobený ventilátorem.
• Částečné přepalování mikročástic.

Akumulační podlahové vytápění

Elektrické podlahové vytápění jeho schopnost akumulace tepla závisí zejména na tloušťce betonové vrstvy, ve které je systém topných kabelů uložen, na tepelném odporu spodní tepelně izolační vrstvy a na tepelném odporu nášlapné vrstvy (podlahové krytiny). Tyto vlivy jsou zohledněny v časové konstantě podlahy T_e. Tato konstanta současně určuje rychlost ohřevu a ochlazování podlahy tj. tepelnou setrvačnost.

Časová konstanta je dána vztahem:

T_e = (dL × gL × cL ) / k₁ + k₃

dL - tloušťka betonové vrstvy s topnými kabely [m].

gL - měrná hmotnost betonu [kg/m³].

cL - měrná tepelná kapacita betonové akumulační vrstvy [J/kg/K].

k₁ - součinitel prostupu tepla z topné roviny podlahy nahoru k jejímu povrchu[W/ m²/K].

k₃ - součinitel prostupu tepla z topné roviny podlahy dolů do základové desky[W/m²/K].

Pro akumulační podlahové vytápění je nutná časová konstanta podlahy minimálně 12 hodin.

Příkon [kW]se stanoví podle vztahu:

P = (2,5 až 3) × Q_d

Výhody použití podlahového akumulačního vytápění

• Vyrovnání odběrového diagramu v době celkově sníženého odběru.
• Nelimitovaný odběr v nízkém tarifu.
• Zvláštní sazba za elektřin v nízkém i vysokém tarifu.
• Toto vytápění neruší ve vytápěném prostoru, nezabírá prostor.
• Příznivé rozložení teplot v prostoru.

Nevýhody použití podlahového akumulačního vytápění

• Vysoké nároky na dimenzování distribuční sítě a přípojky domovního vedení.
• Stavební náročnost a finanční náročnost.
• Malá pohotovost systému, není schopen pružně reagovat na výkyvy v okamžité potřebě tepla.
• Nutnost řešit odděleně ohřev teplé vody.
• Problémy v případě poruch.
• Nepružnost vybíjení.
• Řešení interiéru musí být souladu s podlahovým vytápěním.

Ústřední teplovodní vytápění

Ke stanovení denní potřeby tepla je u těchto soustav nutné uvažovat i dobu tlumeného provozu tj. vytápění na nižší vnitřní teplotu T_t.

Do doby vytápění T_v je zahrnuta i doba náběhu na plnou teplotu, která závisí na tepelně technických vlastnostech stavby, době topné přestávky nebo na výši teploty při tlumeném vytápění.

Pokud není doba náběhu doložena výpočtem, uvažuje se maximálně:

• z tlumeného vytápění 2 h
• při topné přestávce 2 až 3 h.

Součet doby vytápění, doby náběhu na plnou teplotu (T_v) a doby tlumeného vytápění (T_t) nemůže překročit 24 h za den.

Jestliže při provozu dochází k poklesu teploty o víc jak 5 °C musí se provádět výpočet podle ČSN 73 0540-4 v závislosti na vychládání objektu.

Denní potřeba tepla se stanoví podle vztahu:

Q_d = Q_dd × Q_dn

Q_dd = Q_c /h × (T_vd + T_td × f)

Q_dn = Q_c /h × (T_vn + T_tn × f)

Příkon [kW]se stanoví podle vztahu:

P = Q_d / T_n

Q_d - celková denní potřeba tepla.

Q_dd - potřeba tepla v době denní od 6 do 22 hodin.

Q_dn - potřeba tepla v době noční od 22 do 6 hodin.

T_vd - požadovaná doba vytápění na plnou teplotu v době denní od 6 do 22 hodin.

T_vn - požadovaná doba vytápění na plnou teplotu v době noční.

T_td - požadovaná doba tlumeného vytápění v době denní.

T_tn - požadovaná doba tlumeného vytápění v době noční.

T_n - doba nabíjení při výpočtové venkovní teplotě dané klimatické oblasti.

f - koeficient vlivu obvodových stěn (viz ČSN 73 0548, čl. 48 – 50)

• těžké stěny, f = 0,3.
• středně těžké stěny, f = 0,4.
• lehké stěny, f = 0,5.

h - účinnost otopného systému (nesmí být nižší jak 0,95).

Objem akumulační vodní nádrže se vypočítá ze vztahu:

V = (Q_dd × 0,95)/ D t [m³]

D t – je rozdíl (tepelný spád) mezi jmenovitou provozní teplotou v nádrži a teplotou vratné vody.

Koeficient 0,95 zahrnuje účinnost systému 95 %, výtěžnost akumulační nádrže, převod jednotek a měrné teplo vody.

Tento vztah platí pouze pro válcové stojaté nádoby. Pokud ho použijeme pro ležaté nádoby musí se vypočtený objem navýšit o 10 %, pro hranaté stojaté se navyšuje o 5 %. Ležaté hranaté nádoby mají nižší výtěžnost, proto se téměř nepoužívají.

Výhody použití teplovodního elektrického vytápění

• Vyrovnání odběrového diagramu v době celkově sníženého odběru.
• Nelimitovaný odběr v nízkém tarifu.
• Zvláštní sazba za elektřin v nízkém i vysokém tarifu.
• Snadný přechod na jiné palivo výměnou kotle, otopná soustava může být zachována.
• Možnost regulace cyklu nabíjení a vybíjení.
• Možnost přípravy teplé vody.

Nevýhody použití teplovodního elektrického vytápění

• Vysoké nároky na dimenzování distribuční sítě a přípojky domovního vedení.
• Stavební náročnost a finanční náročnost.
• Prostorová náročnost daná nutností instalovat akumulační nádrže.
• Nutná izolace akumulačních nádrží a rozvodů v nevytápěných prostorách.
• Problémy v případě poruch.
• Nepružnost vybíjení.

Hybridní vytápění

Současně s výše uvedenými typy elektrického vytápění existují ještě smíšené typy.

Hybridní kamna

Je kombinace akumulačních kamen s přímotopnou vložkou.

Výhody použití hybridních kamen

• Vyrovnání odběrového diagramu v době celkově sníženého odběru.
• Hybridní akumulační kamna mohou nahradit lokální vytápění. Tato rekonstrukce je časově a finančně nenáročná ve srovnání s realizací teplovodního vytápění.
• Vysoká pružnost vybíjení, možnost reakce na okamžitou potřebu tepla.
• Zvláštní sazba za elektřinu v nízkém i vysokém tarifu.
• V případě poruchy některé z části kamen, částečně vytápění místnosti je zajištěno druhým zdrojem.

Nevýhody použití hybridních kamen

• Částečně zvýšené nároky na dimenzování distribuční sítě a přípojky domovního vedení.
• Malá pohotovost systému, není schopen pružně reagovat na výkyvy v okamžité potřebě tepla.
• Nutnost řešit odděleně ohřev teplé vody.
• Velikost a vysoká hmotnost kamen.
• Zvýšené náklady na elektrické rozvody a regulační prvky.

Hybridní vytápění akumulační podlahové s přímotopným vytápěním

Výhody použití

• Vyrovnání odběrového diagramu v době celkově sníženého odběru.
• Vysoká pružnost vybíjení, možnost reakce na okamžitou potřebu tepla.
• Zvláštní sazba za elektřinu v nízkém i vysokém tarifu.
• V případě poruchy některé z části otopného systému je místnost částečně vytápěná druhou částí.

Nevýhody použití

• Vysoké nároky na dimenzování distribuční sítě a přípojky domovního vedení.
• Stavební náročnost a finanční náročnost.
• Nutnost řešit odděleně ohřev teplé vody.
• Problémy v případě poruch akumulační otopné soustavy.
• Zvýšené náklady na elektrické rozvody a regulační prvky.