Představení elektrického sálavého vytápění nové generace

V posledních několika letech se na trhu ČR (a na světovém trhu přibližně od roku 1998) stále častěji objevují elektrická sálavá topidla nové generace - topná tělesa, jejichž výhody jsou založeny na principu infračerveného ohřevu. Již delší dobu je známo, že infračervené vytápění (šíření tepla radiací=sáláním) má značné výhody proti konvekčnímu vytápění, které funguje na sdílení tepla teprve vzduchem ohřátým zdrojem tepla – topným tělesem. Elektrická sálavá topidla mají řadu provozních, ale i „organizačních" výhod (mobilnost, bezhlučnost, provoz bez spalin...ad. – blíže uvedeny v odstavci „Výhody elektrických sálavých topidel").

Nejnovější vědecké poznatky
U elektrických sálavých topidel nové generace jsou využívány výsledky nejnovějších vědeckých poznatků firem Philips a General Electric v oboru tepelné techniky. Jsou to především trubice HeLen. Trubice HeLen je ze speciálního křemenného skla (pro maximální propustnost infračerveného záření) a obsahuje elektricky žhavené wolframové vlákno. Vlákno je žhaveno na teplotu 2600 °C, takže vyzařuje maximálně v blízké infračervené oblasti s vlnovou délkou okolo 1000 nm (viditelné světlo je v rozsahu zhruba 400 až 800 nm).

Trubice HeLen v elektrických sálavých topidlech nové generace může být v počtu jedna až několik trubic. Často se využívá elektrických sálavých topidel pro místní ohřev v rozlehlých skladových, dílenských a podobných průmyslových prostorách. Teplo se směřuje na přítomné osoby, zbytek skladu stačí vytápět na nižší teplotu (zónové vytápění).
Na současném trhu elektrických sálavých topidel existuje i provedení se zvýšenou odolností proti vlhkosti. To je velmi dobře použitelné například pro přitápění ve venkovních prostorách – terasách či balkónech, na předzahrádkách, v průmyslových prostorách, v silničním a železničním průmyslu ...aj.

Proč právě elektrická sálavá topidla?
Elektrická sálavá topidla působí s okamžitým tepelným účinkem na tělesa, na která dopadne infračervené tepelné záření (760 až 2000 nm - oblast IČ A podle obr. 1).

Obr. 1. Rozdělení elektromagnetického záření. UV – ultrafialové záření, VIS – viditelné světlo, IČ – infračervené záření

Nejde o přímotopy
V případě elektrického sálavého vytápění nejde o vytápění tzv. „přímotopy"! Jde o elektrická sálavá topidla pracující na principu tepelných účinků infračerveného záření.
Ještě nedávno propagované a dnes stále méně využívané elektrické přímotopy jsou technicky provedeny tak, že elektricky žhaveným prvkem (zpravidla spirálou) nejprve ohřívají okolní vzduch. Teplý vzduch cirkulací v místnosti stoupá ke stropu ... a u podlahy je chladno. V interiérech, nebo dokonce v průmyslových prostorách, je dosažení tepelné pohody při použití přímotopů proto poměrně velmi zdlouhavé. Pro průmyslové prostory s častou venkovní ventilací jsou elektrické přímotopy dokonce zcela nevhodné.

Výhody elektrických sálavých topidel
– okamžitý tepelný účinek – elektrická sálavá topidla pracují na infračerveném sálavém principu radiace – šíření tepelné energie zářením-sáláním, namísto konvekce - proudění tepla ohřevem okolního vzduchu v prostorách. Proto infračervené teplo nevyvětrává!
To je při užití elektrických sálavých topidel v silničním nebo železničním průmyslu velmi důležité!
– odpadají tedy ztráty tepelné energie při vedení tepla – většina stavebních materiálů má koeficient pohltivosti 80 až 90 %, pohltí tedy většinu dopadajícího záření;
– zónové vytápění – protože elektrická sálavá topidla mohou tepelně působit pouze v daných sekcích (zónách), není nutné vytápět celý jinak nevyužívaný prostor;
– jednoduchá instalace – do výkonu 3 kW je možné elektrický sálavý tepelný zdroj napájet z běžné zásuvky jednofázové elektrické instalace. Minimální výška, ve které je možné umístit elektrická sálavá topidla, je v závislosti na výkonové variantě již od 1,8 m výšky;
– nepotřebují přívod kyslíku – v okolí elektrických sálavých topidel nevznikají žádné spaliny, jsou tedy daleko šetrnější ke svému okolí než zářiče plynové;
– okamžitý účinek a snadná regulace – doba náběhu na plný výkon i doba jejich doběhu při vypnutí se pohybuje maximálně v několika vteřinách; elektrické sálavé tepelné zdroje mohou bez potíží dosáhnout i maximální plošnou hustotu energie povolovanou hygienickými normami, to je 200 W/m2;
– mobilnost – lze je snadno přemístit do jiné pozice, nebo odvézt do jiného objektu;
– bezhlučnost, účinnost, možnost ohřevu technologických procesů,
– možnost vysoušení stěn nebo nahřívání technologií – jsou další a doprovodnou funkcí použití elektrických sálavých topidel. Navíc tuto funkci lze oproti klasickým způsobům vytápění využít bez ohledu na počasí a atmosférické podmínky, například i za deštivých dní;
– ekonomické úspory – nejnovější druh elektrického sálavého vytápění je zaměřen na energetickou úspornost. Prakticky veškerá elektrická energie je přeměněna na využitelné teplo a nedochází ke ztrátám. Díky tomu lze v porovnání s jinými druhy vytápění dosáhnout až 80 % úspor.
– administrativní úspory – pro instalaci elektrických sálavých topidel není zapotřebí projektová dokumentace, administrativní řízení a technologická instalace specializovanou firmou. Přitom tepelný účinek elektrických sálavých topidel je okamžitý;

Elektrická sálavá topidla jak pro průmysl, tak pro domácí využití
Velké průmyslové prostory – haly, sklady, výrobní a manipulační prostory ...ad. – musejí kromě požadavků na účel jejich využití vyhovovat také „pracovním" požadavkům, tedy požadavkům na dostatečný komfort práce (zákoník práce ve znění účinném od 1. 1. 2013, naposledy novelizován zákonem č. 385/2012 Sb. ze dne 24. října 2012; úplné znění zákona č. 262/2006 Sb.).
Takovými požadavky rozumíme dostatečné osvětlení, přiměřenou hlučnost, prašnost ... a v neposlední řadě také požadavky na tepelnou pohodu (ČSN EN ISO 7730 Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu. Evropské norma ISO 7730, která byla jako ČSN EN ISO 7730 převzata do soustavy českých technických norem).
Vedle tří možných „klasických" druhů vytápění velkých průmyslových prostor – teplovzdušné („sahary" – vzduchové fukary), teplovodní (ústřední topení s pevnými radiátory), vytápění pevnými palivy (kamna, topná tělesa) je možné zvolit netradiční způsoby – spalování biomasy, kogenerační jednotky, tepelná čerpadla ... Z ekonomického hlediska jde však u kteréhokoliv z uvedených způsobu vzhledem k pořizovacím nákladům o investičně náročnou akci.
Nová generace elektrického vytápění elektrickými sálavými topidly, která se v poslední době dostává do popředí zájmu jak techniků, tak investorů, má oproti jmenovaným nesporné výhody, a to nejen ekonomické, ale i provozní.
K ekonomické otázce cen elektřiny je nutno uvést, že zatímco ceny plynu i pevných paliv totiž za posledních deset let stouply bez valného zájmu médií o desítky (plyn) nebo dokonce o stovky (pevná paliva) procent (!), u elektřiny šlo vždy pouze o jednotky procent.
K otázce pořizovacích nákladů je nutno uvést, že rozhodne-li se provozovatel pro některou z klasických technologií (kotel jako zdroj tepla, rozvody, tělesa, regulace ...ad.), pak pořízení takového topného systému do průmyslových prostor obnáší kromě vlastní instalace zvolené technologie též prováděcí projekt a řadu s tím spojených nezbytných administrativních opatření.
Rozhodne-li se provozovatel pro novou generaci elektrického vytápění elektrickými sálavými topidly, vyhne se nejen všem uvedeným komplikacím, ale získá další výhody z této technologie vyplývající.

Díky technickému pokroku i v oblasti zdrojů infračerveného záření dochází ke stále vyšší účinnosti sálavých topidel. K nejdokonalejším typům elektrických sálavých topidel v současné době patří topidla s parabolickými hliníkovými reflektory, vyráběné např. firmami Tansun a Burda [6].
V současné době jsou dováženy do ČR firmou Able Electric, spol. s r. o. pod obchodním názvem „elektrická sálavá topidla" pro jasné odlišení od všech starších typů křemenných zářičů.

Výhody infračerveného záření v oblasti okolo 1000 nm
– v této oblasti se ještě téměř neuplatňuje skleníkový efekt, záření tedy není pohlcováno ani rozptylováno ani vodní parou, ani dalšími skleníkovými plyny, přímý ohřev vzduchu zářením je minimální,
– šíření infračerveného záření v této oblasti je velmi podobné šíření světla, je možné použít jednoduché parabolické kovové reflektory (hliník) k jeho usměrnění,

Ke zlepšení účinnosti elektrických sálavých topidel nové generace jsou použity dvě speciální úpravy:
– Vnitřek trubice z křemenného skla (pro maximální propustnost infračerveného záření) je pokryt speciální zlatou vrstvou, která pohlcuje značnou část z 5 % příkonu vyzařovaného jako viditelné světlo (viz obr. 2) a mění je na další infračervené záření, čímž roste účinnost vyzařování v infračervené oblasti na 96 až 98 %.
– Trubice je vyplněna plynným halogenem, který reaguje s wolframem, odpařovaným z povrchu vlákna, na halogenid wolframu, který se v těsné blízkosti povrchu vlákna vysokou teplotou rozkládá a způsobuje zpětnou depozici wolframu na vlákno. Tím je zabráněno jednak ztenčování wolframového vlákna jeho odpařováním, jednak snižování průhlednosti trubice usazováním wolframu na jejím vnitřním povrchu. Tak je dosahováno velmi dlouhé doby životnosti křemenných zářičů, až 7000 hodin, a to bez znatelného snižování účinnosti zářiče s jeho stárnutím.
Relativně vysoká teplota wolframového vlákna, 2600 °C, způsobuje, že se maximum záření soustřeďuje do úzké oblasti blízkého infračerveného záření 760 až 2000 nm (oblast IČ A podle obr. 1). Proto je účinek elektrických sálavých topidel nové generace mnohonásobně efektivnější, než tomu bylo u dosud známých tzv. „infrazářičů".

Obr. 2. Vyzařovací křivky zdrojů infračerveného záření pro různé teploty. Červená křivka odpovídá nejčastějším případům plynových zářičů.

Z obr. 2 je patrné, jak výhodný je tvar vyzařovací křivky křemenného zářiče v porovnání se staršími zářiči pracujícími s nižší teplotou vyzařování okolo 900 °C (většina plynových zářičů).

Zvolená teplota zářiče odpovídá maximálnímu podílu vyzařování v oblasti IČ A při ještě velmi malém podílu viditelného světla (u trubic HeLen je tento podíl ještě snížen vnitřní úpravou trubice zhruba na polovinu), jak znázorňuje obr. 3.

Obr. 3. Podíl různých složek záření na celkovém vyzářeném výkonu pro žhavené wolframové vlákno v závislosti na jeho teplotě.

Sálavé vytápění a ekonomika
Otázce vytápění průmyslových prostor je věnována zvýšená pozornost zejména i proto, že investiční náklady na efektivní, bezporuchové vytápění a jeho provoz jsou zpravidla velmi vysoké. Provoz velkých průmyslových prostor je obvykle finančně velmi náročný na vůbec samo zbudování klasického topného systému – kotel, rozvody, tělesa ... znamená další mnohatisícovou investici. Navíc k otázce pořizovacích nákladů je nutno uvést, že rozhodne-li se provozovatel pro některou z klasických technologií (kotel jako zdroj tepla, rozvody, tělesa, regulace ...ad.), pak pořízení takového topného systému do průmyslových prostor obnáší kromě vlastní instalace zvolené technologie též prováděcí projekt a řadu s tím spojených nezbytných administrativních opatření.
Elektrická sálavá topidla tuto otázku zcela odstraňují! K ekonomické otázce cen elektřiny je totiž nutno uvést, že zatímco ceny plynu i pevných paliv totiž za posledních deset let stouply bez valného zájmu médií o desítky (plyn) nebo dokonce o stovky (pevná paliva) procent (!), u elektřiny šlo vždy pouze o jednotky procent.

Závěr
Použití elektrických sálavých topidel je ve srovnání s jinými typy vytápění výhodnější variantou. Navíc vyjmenované výhody, zejména jednoduchost a časové hledisko instalace, mobilita a operativnost ... ad., se mohou uplatnit v dnešní době mnohem výrazněji – budovu (sklad, hangár, výrobnu ... apod.) lze provozovat v podstatě okamžitě k požadovanému účelu, i se zajištěním tepelné pohody.
Nová generace elektrických sálavých topidel zkrátka nabízí jak pro domácí, tak pro průmyslové využití progresivní řešení.

Více informací na www.salava-topidla.cz.