Jedním z problémů, s nímž se při současných cenách energií chtějí vypořádat majitelé a uživatelé průmyslových hal, je hledání úspor ve vytápění. Prvním krokem, který lze v tomto ohledu udělat, je omezit tepelné ztráty způsobené teplotní stratifikací.
Teplotní stratifikace je jev, při němž ohřátý vzduch stoupá směrem vzhůru ke stropu budovy, a ten chladný se drží u podlahy. Takové topení je tedy v důsledku stratifikace ztrátové, protože je potřeba udržet dobrý tepelný komfort, zejména v nižších částí hal a budov, bez ohledu na to, zda je část pod střechou přetopená.
Teplotní stratifikace má relativně jednoduché a cenově dostupné řešení: použití destratifikátorů například AIRMIX, zařízení která mají za úkol stlačit teplý vzduch od stropu směrem dolů. Obecně lze říci, že pokud jste naměřili rozdíl teplot mezi spodní a horní částí haly vyšší než 5 °C, pak dává použití destratifikátorů smysl i ve vaší hale. Při jejich použití je však potřeba nezapomínat na fakt, že destratifikátory pro svůj provoz spotřebovávají elektrickou energii a výsledná úspora nemusí být tak výrazná, jak bychom očekávali.
Jestliže však o pořízení systému vytápění teprve uvažujete, a nebo jej chcete v nejbližší době modernizovat, máme pro vás lepší a levnější řešení. Ekonomičtější nejen ve fázi prvotní investice, ale i při následném provozu. Tím je správná instalace a výběr vhodných teplovzdušných ohřívačů.
Ukázka na reálném příkladu
Uživatel haly Altran chtěl řešit ve své hale problém stratifikace pomocí destratifikátorů. Před samotnou montáží jsme ho požádali o možnost měření, abychom zjistili proč k takto výrazné stratifikaci dochází.
Dále jsme se rozhodli prozkoumat, jak se stratifikace projevuje při vytápění za použití plynových infrazářičů COMPACT a jak při použití plynových teplovzdušných ohřívačů ALFA. Oba tyto systémy jsme proto nainstalovány u nás v hale Montáž, což nám umožnilo sledovat provoz za srovnatelných podmínek.
Ale vraťme se k Altranu. Hala je moderní dobře izolovaná PUR panely a ohřívače vzduchu ALFA1 jsou zde instalovány pod stropem. Osadili jsme tedy halu teplotními čidly z našeho systému iLersen.NET a prováděli kontinuální měření po celý kalendářní týden včetně víkendu. Dále jsme uskutečnili sérii měření v hale Lersen Montáž, při kterých jsme porovnávali vytápění plynovými infrazářiči COMPACT a ohřívači vzduchu ALFA2 za stejných provozních a teplotních podmínek v exteriéru i interiéru samotné haly.
Výsledek měření nám poskytl užitečné informace pro další praxi a ukázal nám, na co si dávat pozor, aby bylo možné stratifikaci eliminovat na úroveň infrazářičů.
*Teplotní čidla iLersen.NET pro měření stratifikace na hale Lersen Montáž, instalována po 1m.
Na základě našeho měření můžeme vyvrátit dva mýty, které se o tepelné stratifikaci často vyskytují:
Prvním z nich je domněnka, že při použití ohřívačů vzduchu stratifikace automatiky nastane a je proto potřeba v každém případě instalovat destratifikátory nebo použít k vytápění infrazářiče, které stratifikaci nevytváří. My jsme naopak zjistili, že k tepelné stratifikaci dojít vůbec nemusí, a to ani v případě velmi vysokých hal, a destratifikátory tudíž nejsou nutné. Měření v hale Montáž potvrdilo, že rozdíly teplot ve výšce 1,5 m a 7,5 m nad podlahou jsou zanedbatelné. U obou typů topných systémů (teplovzdušné a infra) se rozdíly v naměřených teplotách pohybovaly na úrovni 1 – 2 °C.
Druhým mýtem je, že ohřívače vzduchu, jsou-li instalovány pod stropem a foukají vertikálně dolů, fungují jako destratifikátory. Nefungují. Naopak, ohřívače instalované pod stropem stratifikaci výrazně zvyšují.
Jaké konkrétní závěry jsme z měření odvodili?
Průběhy měření jsme zanesli pro lepší přehlednost do grafu níže.
*Měření stratifikace hala Altran, vertikální instalace ALFA1 pod stropem, výška instance 8 m.
Z grafu je patrná opakovaná akcelerující stratifikace. Dojde k ní vždy, když:
- Je spuštěn hořák topidla, a z topidla začne vycházet ohřátý vzduch.
- Otevřou se vrata a do haly začne pronikal studený vzduch z exteriéru.
Z grafu je také patrné, že v některých extrémních situacích vystoupá rozdíl teplot až na 10 °C.
Pro porovnání jsme udělali sérii měření při srovnatelných podmínkách na hale Montáž ve výrobním závodě Lersen.
I naše hala je moderní, dobře izolovaná PUR panely, s výškou stropu 8 m. Při testech jsme oproti instalaci v Altranu použili nové ohřívače vzduchu ALFA2 s inteligentním řízením výkonu, jehož důsledkem je snížení a stabilizace teploty mezi vstupním a výstupním vzduchem na úrovni 20°C. Ohřívače jsou instalovány na stěně a spodní hrana je ve výšce 3 m. Měření opět probíhalo po dobu jednoho kalendářního týdne.
*Měření stratifikace hala Lersen, horizontální instalace ALFA2 na stěně, výška instance 3m.
Graf ukazuje, že rozdíly teplot jsou zde minimální. Obvyklý rozdíl teplot je na úrovni 1°C, maximálně 1,5°C.
Takovýmto průběhem stratifikace se obvykle chlubí pouze infrazářiče, avšak naše měření ukázala, že stejného efektu lze dosáhnout i s plynovými ohřívači vzduchu ALFA2, což je jednoznačně skvělá zpráva.
Aby bylo možné i při použití teplovzdušných ohřívačů eliminovat stratifikaci na úroveň infrazářičů je nutné při instalaci ohřívačů vzduchu striktně dodržet následující podmínky:
- hala v níž má k instalaci teplovzdušných ohřívačů dojít, musí být dobře izolovaná. U špatně izolovaných hal je lépe použít infrazářiče a nebo halu prostě zaizolovat.
- je nutné zabránit prostupu studeného vzduchu z exteriéru, např. přes otevřená vrata. Velmi užitečné jsou v tomto směru vratové clony IOTA.
- doporučujeme použít teplovzdušný ohřívač ALFA2 nebo ZETA, který má dT ohřívaného vzduchu do 20 °C a současně má dlouhý účinný dosah proudu vzduchu více než 20 m
- posledním, ale nejdůležitějším, pravidlem je instalovat ohřívače vzduchu pouze na stěnu do maximální výšky spodní hrany 3 m.
Co se děje, když je ohřívač vzduchu instalován vertikálně pod stropem ukazuje následující obrázek.
Jakmile se spustí axiální ventilátor vzniká pod stropem, v prostoru nad ohřívačem vzduchu, mírný podtlak a naopak u země mírný přetlak. Když se k této situaci přidá ještě fakt, že dT vzduchu u starých modelů ohřívačů vzduchu byla až 30°C, dochází k tomu, že teplý vzduch začne stoupat ke stropu. V případě, že se v této situaci navíc otevřou vrata a do haly začne bez zábran pronikat studený vzduch z exteriéru, situace se ještě více zhorší.
Oproti tomu, když jsou ohřívače vzduchu ALFA2 naistalovány správně na stěně ve výšce 2,5 – 3 m, tak díky své nízké dT 20°C a dlouhému dosahu proudu vzduchu nad 20m, je výsledná situace diametrálně odlišná, viz následující obrázek.
Axiální ventilátor vytváří mírný podtlak ve výšce 3 – 3,5 m, nikoli pod stropem. Ohřívaný vzduch díky tomu cirkuluje pouze nad zemí. Nízká dT a dlouhý dosah proudu vzduchu dává ohřátému vzduchu dostatek času, aby mohl předat svou energii do prostoru haly nad podlahou. Při zbytkové rychlosti už ohřívaný vzduch nemá dostatečnou teplotu, aby mohl stoupat a tím nastala stratifikace.
Díky vysoké účinnosti spalování ALFA2, která se pohybuje kolem 94 %, relativně nízké dT a dlouhému dosahu proudu vzduchu lze očekávat roční úsporu plynu o více než 10% a to vše bez investice do destatifikátorů a spotřebovávání pomocné elektrické energie.