2.1.1. DOPORUČENÉ TEPLOTY A ZPŮSOBY VYTÁPĚNÍ

Úvod

Tepelná pohoda je jedním z faktorů zajišťujících optimální prostředí pro pobyt člověka. Je to stav rovnováhy mezi subjektem a interiérem bez zatěžování termoregulačního systému. Subjektivní pocit tepelné pohody je stav, při němž je zachována rovnováha metabolického tepelného toku a toku tepla odváděného z těla při optimálních hodnotách fyziologických parametrů. Jako fyziologická kritéria slouží teplota povrchu pokožky a tepelný tok odváděný viditelným vypařováním potu. Mechanicky lze upravit tok tepla z povrchu těla změnou tepelného odporu oděvu - výměnou částí oděvu a změnou činnosti člověka. Základním kritériem, ze kterého tyto úpravy vycházejí, jsou mikroklimatické parametry v místě pobytu člověka, tj. výsledná teplota vzduchu (teplota vzduchu v místnosti ovlivněná ochlazujícími nebo naopak tepelnými účinky okolních ploch - stěn, oken, sálajících elektrospotřebičů včetně osvětlení), spolu s relativní vlhkostí a rychlostí proudění vzduchu.

Jsou dány doporučené hodnoty teplot vzduchu, které by měly zajistit pocit tepelné pohody, ale ani krátkodobý pobyt v prostředí, kde se teploty vzduchu doporučovaným hodnotám pouze blíží, nepociťuje zdravý jedinec většinou jako pocit nepohody. Rozdíly mezi produkovaným teplem a teplem odnímaným okolím tělu vyrovnávají termoregulační mechanismy. Termoregulační procesy souvisí s věkem, celkovým zdravotním stavem jedince, stavem výživy, pohybovým režimem a jsou přímo ovlivněny tepelně- vlhkostním stavem prostředí.

Je známo, že tepelná pohoda člověka má daleko větší vliv na jeho subjektivní pocit pohody, míru odpočinku i skutečnou produktivitu práce, než nežádoucí emise či obtěžující hluk. Existují zahraniční studie, které dokazují, že např. při lehké práci dochází ke stoprocentnímu výkonu člověka při teplotě 22 °C, při teplotě 27 °C klesá schopnost podávat plný výkon o 25 %, při 30 °C se dosahuje pouze 50 % z optima.

S teplotou vzduchu úzce souvisí relativní vlhkost vzduchu. V bytech s ústředním vytápěním je nutno v zimním období vzduch vlhčit. V tomto období dochází vlivem vytápění k poklesu relativní vlhkosti vzduchu na 20 % i méně. Organismus je tak vystaven nefyziologickému prostředí, kde i u zdravých jedinců dochází k intenzivnímu vysoušení sliznice horních cest dýchacích, tím klesá jejich ochranná funkce a stoupá možnost průniku škodlivých látek až do dolních cest dýchacích.

V letním období naopak vysoká relativní vlhkost spojená s vysokou teplotou může nepříznivě ovlivňovat tepelnou rovnováhu organismu omezením respirace a tím ztráty tepla.

Doporučené hodnoty

Pro zajištění tepelné pohody lze doporučit optimální hodnoty teploty vzduchu, které jsou závislé i na způsobu větrání místa pobytu. Jsou dány minimální hodnoty teplot a vzduchových požadavků, které musí použitá technická opatření (otopná soustava, nucené, případně přirozené větrání) zajistit.

Tab. 1  Normové požadavky na dispenzování otopných soustav a větrání - obytné budovy

Další doporučené hodnoty:

• Relativní vlhkost vzduchu se má pohybovat v rozmezí 30 - 60% .
• Rychlost proudění vzduchu: zimní období max. 0,15 m.s^-1; letní období max. 0,25 m.s^-1.
• Rychlost proudění vzduchu 0,35 m.s^-1 a větší může vyvolávat příjemné nebo naopak nepříjemné (většinou) pocity podle tepelného stavu organismu.

Doporučené teplotní parametry pro dlouhodobý pobyt člověka jsou 19 - 24°C. Toto navýšení proti normovým hodnotám lze snadno dosáhnout tam, kde je lokální vytápění, případně bytové kotelny. U centrálních zdrojů, které jsou omezeny stanoveným přídělem energie, lze problém nižší teploty řešit jen zakoupením přídavného topného tělesa a přizpůsobením oděvu.

U malých dětí, starých, oslabených nebo podvyživených lidí nastává pocit tepelné pohody skutečně až při vyšší teplotě prostředí - cca 23 - 24°C. Hlavně tam, kde je vytápění nedostatečné je vhodné vybavit interiér materiály s vysokou schopností tepelné akumulace - koberce, PVC s izolační vrstvou, dřevěné materiály a pod.

Obecně lze říci, že v bytech s teplotou vzduchu v rozmezí 19 - 24°C hrozí minimální zdravotní riziko i pro staré lidi, jestliže jsou přiměřeně oblečení a mezi teplotou okolních povrchů (stěn) a teplotou vzduchu v místnosti není větší rozdíl než 2°C při rychlosti proudění vzduchu přibližně 0,2 m.s^-1. V zimním období je nutné se vyvarovat nekontrolovaného větrání, větrat krátce co největším průřezem větracího otvoru. V letním období je třeba se snažit o snížení negativního dopadu vysokých teplot na lidský organismus.

Je možno použít následující opatření:

1.  Snížení o sálání okenních ploch a přestupu tepla do vnitřních prostor stíněním - žaluzie, okenice, stříšky, rolety, závěsy a pod.
2.  Zvýšení proudění vzduchu ve vnitřních prostorách a tím zvýšení evaporačního ochlazení zpocené kůže (pozor na míru ochlazení, v extremních případech může dojít i k prochladnutí organismu) a zlepšení individuálního pocitu z tepelného diskomfortu.
3.  Redukce pohybové intenzity a tím redukce celkové ztráty potu na únosnou úroveň.
4  Dostatečný příjem tekutin.

Kriteria tepelné pohody lze vyjádřit pomocí tzv. součtové teploty :

a) pro zimní období

t_v = t_i + t_u < 38°C

t_v - součtová teplota (°C)
t_i - teplota vzduchu v místnosti (°C)
t_u - účinná teplota okolních povrchů - stěn (°C)

Příklad:

Jsou-li v rohovém bytě v zimě "vymrzlé" stěny o povrchové teplotě cca 12°C, musí být pro zajištění tepelné pohody v místnosti teplota vzduchu 26°C, při teplotě povrchu stěn 18°C je dostatečná teplota vzduchu 20°C.

b) pro letní období

t_v = t_i + t_u < 51°C

Problémem z hlediska tepelné pohody jsou vyhřáté obvodové zdi domů a velikost zasklených ploch. Je zapotřebí fasády a okna stínit a v bytech zajistit zvýšené proudění vzduchu (ne průvan).

Doporučovaná max. teplota vzduchu v místnosti pro letní období je 26°C.

Přestože v zimním období dochází vlivem vytápění k velkému poklesu vlhkosti vzduchu ve vytápěném prostoru, jsou v bytě místa, kde mohou naopak být velké zdroje vlhkosti po celý rok - tab.2.

Tab. 2   Produkce vlhkosti v bytech

Je třeba, aby při vyšší vlhkosti vzduchu nemohlo docházet k orosování stěn místností jak z důvodů hygienicko-zdravotních (růst plísní atd.), tak estetických, ale i ekonomických, tj. nezanedbatelný nárůst energetických nákladů při poklesu tepelně izolačních odporů vlhkých stěn. Povrchy se orosují, jestliže jejich teplota dosáhne teploty "rosného bodu". Teploty rosného bodu v závislosti na teplotě vzduchu a relativní vlhkosti jsou v následující tabulce 3.

Tab. 3   Teploty rosného bodu
 
 

Z tabulky vyplývá, že snížení teploty rosného bodu vzduchu (a tím zamezení orosování povrchů) dosáhneme snížením teploty vzduchu v místnosti (větráním). Toto je však možné pouze tehdy, je-li vlhkost venkovního vzduchu nižší, než vlhkost vzduchu v místnosti. Je-li poměr vlhkosti obrácený, větráním vlhčím vzduchem sice snížíme teplotu vzduchu v místnosti, ale vlhkostní poměry se ještě zhorší.

Vlastní teplota povrchu stěn je dána stavební konstrukcí a tepelnou akumulací obvodových stěn. Nesmí zde vznikat tzv. tepelné mosty, kde je v zimě teplota stěny trvale pod teplotou rosného bodu vzduchu. Jsou to místa s vysokou vlhkostí, podporující růst plísní. Řešením je dodatečná izolace stěn.

V místech s trvale vysokým zdrojem vlhkosti zabráníme provlhání stěn nepropustnou vrstvou místo omítky, příp. pod omítku.

V ostatních částech bytu, kde tyto zdroje vlhkosti nejsou a kde člověk tráví většinu času (obývací pokoje, ložnice, pracovny) je vlhčení vzduchu v zimním období žádoucí. Dlouhodobý pokles vlhkosti (kolem 20 %) má negativní dopad na zdravotní stav lidí. Částečně lze vlhkost zvýšit snížením teploty - větráním. Další zvýšení zajistí zvlhčovače vzduchu. Možností je několik.

Různé typy "odpařovačů" zavěšených na tělesech ústředního topení nemají pro zvýšení vlhkosti v interiéru význam (velmi malé množství odpařené vody), znatelnější účinek mají dekorační vodní fontánky se stále protékající vodou. Spolehlivým zařízením jsou zvlhčovače vzduchu, buď vodní s odparem vody z vodní hladiny a smáčených povrchů, jejichž optimální funkce je závislá na pravidelné údržbě a čištění přístroje. Bez problémů jsou parní zvlhčovače s regulátory vlhkosti, které zaručí dodržení nastavené požadované relativní vlhkosti vzduchu v místnosti a eliminují možnost pomnožení patogenních mikroorganismů ve vodních zvlhčovačích. Pozor je nutno dát na ultrazvukové zvlhčovače, protože ultrazvuk v některých frekvencích je lidským a především dětským organismem vnímán, přestože ho "neslyšíme". Mohou pak následovat pocity únavy, nesoustředěnost, agresivita apod.

Pozor: Nepoužívat zvlhčovače v letním a části přechodných období, kdy je vlhkost vzduchu vysoká.

Způsoby vytápění

Lze je rozlišit buď podle druhu použitého paliva, nebo podle energetického výkonu.

Zdroje tepla podle druhu paliva:

• tuhá paliva;
• kapalná paliva;
• plynná paliva (včetně bioplynu);
• elektrická energie;
• alternativní zdroje energie:
  • solární;
  • větrná;
  • geotermální;
  • tepelná čerpadla;
  • odpadní teplo.

Zdroje tepla podle výkonů:
*  lokální topidla - zdroj pro jednu místnost;
*  bytové kotelny;
*  domovní kotelny - zdroj pro jeden byt, objekt i více objektů;
*  blokové kotelny;
*  výtopny - zdroj pro investiční celky;
*  teplárny - zdroj pro ucelenou městskou aglomeraci.

Mimo lokální topidla je pro provoz zdrojů tepla důležité stanovení otopného období, tj. doby po kterou je nutno objekty vytápět. Toto vyplývá z platné Vyhlášky FMPE č.94/1987 Sb.. Ve smyslu této Vyhlášky se s vytápěním v otopném období začne, jestliže průměrná denní teplota venkovního vzduchu poklesne pod 13 °C ve dvou po sobě následujících dnech a jestliže podle předpovědi vývoje počasí nelze očekávat oteplení ani pro následující třetí den. Dodavatel a odběratel tepla se však mohou dohodnout jinak.

Vytápěním se vyrovnávají tepelné ztráty objektu tak, aby vnitřní teplota vzduchu neklesala spolu s poklesem teploty vzduchu venkovního. Pro vytápění na optimální hodnoty je třeba si uvědomit, jakým způsobem se na dodržení teplot podílí infiltrace, tj. přirozené větrání netěsnostmi oken, dveří, neuzavíratelných větracích průduchů a štěrbin. Zatímco tepelná ztráta prostupem obvodovými stěnami je při určité venkovní teplotě stálá, působí trvale a lze ji vytápěním rovnoměrně eliminovat, je tepelná ztráta infiltrací proměnlivá podle okamžité rychlosti a směru větru a při bezvětří může být i nulová. V takovém případě se dá vytápění těžko regulovat, potíže jsou tím větší, čím větší je podíl infiltrace. Např. je-li za běžných klimatických podmínek tepelná ztráta infiltrací 10 %, za bezvětří se tímto 10-ti procentním omezením úniku tepla zvýší teplota v místnosti z 20 na 24 °C (platí pro venkovní teplotu -15°C), při podílu infiltrace 20 % dojde ke zvýšení vnitřní teploty na 29°C, což již znamená značné přetápění.

V současné době se z důvodů energetických úspor provádí dodatečné utěsňování oken, ale u většiny oken pak zmenšení provzdušností spár infiltrace zpravidla nevyhovuje z hlediska hygienického a je nezbytné se u některých místností starat o dostatečné umělé větrání v době, kdy se místnosti skutečně používají.

Vytápěcí soustava a druh otopých těles musí být voleny s ohledem na využití prostorů a vykonávanou činnost a je nutno posoudit i další činitele určující stav vnitřního prostředí:

a)  Vertikální a horizontální rozložení teplot v místnosti, které je dáno umístěním otopných ploch v místnosti a druhem použité otopné plochy.

b)  Víření prachu v místnosti, způsobené:

*  ventilátory teplovzdušného vytápění nebo akumulačních kamen s dynamickým vybíjením
*  samovolným prouděním vzduchu v místnosti tím, že teplý vzduch stoupá vzhůru a současně uvolňuje prach z podlahových krytin a podlah - při podlahovém vytápění.

c)  Vytváření odérů, ke kterému dochází při spalování prachu nebo při intenzivnějším uvolňování některých látek z konstrukcí a zařízení místností při vyšších teplotách - při vytápění akumulačními kamny nebo infrazářiči.

d)  Vliv na pokles relativní vlhkosti vzduchu u zařízení pracujících s vysokou teplotou.

e)  Hluk způsobený provozem ventilátorů nebo při ohřevu některých topidel.

f)  Vliv na rozložení elektromagnetického pole v místnosti zvláště v případě elektrických tapet, fólií nebo topných kabelů podlahového vytápění.

g)  Otopná tělesa musí být hladká a snadno čistitelná.

h)  V prostorách určený pro pohyb a pobyt dětí musí být otopná tělesa zakrytována, max. teplota otopných ploch je 70oC.

i)  Rozdíl teploty v místě hlavy a kotníků nemá být větší než 3oC.

j)  Maximální teplota vytápěných podlah by neměla překročit 28oC.

Je známo, že vytápění fosilními palivy v bytové zástavbě je jedním ze základních zdrojů znečišťování ovzduší. Je provázeno emisemi oxidů síry, dusíku, uhlíku, tuhými úlety, včetně směsí stopových prvků (např. těžké kovy), dále emisemi těžkých organických látek a řady dalších látek anorganické i organické povahy. K dispozici jsou údaje vyplývající ze sčítání obyvatelstva a bytů z roku l991:

V České republice je 65 % bytů odkázáno na pevné palivo, 32 % využívá plyn, 1,5 % je vytápěno elektricky. Zbývajících 1,5 % jsou alternativní zdroje energie. Poněkud lepší situace je ve velkých městech např. Praha má "jen" 53,5 % otopných systémů s fosilními palivy, 42,5 % plynových topidel a 4 % elektrických. V těchto lokalitách také dochází k výrazně rychlejšímu snižování spotřeby fosilních paliv zaváděním jiných vytápěcích systémů. Přechod na ekologičtější paliva je podporován i státními dotacemi.

U rodinných domků i jednotlivých bytů se bude z důvodů ekologických a energetických postupně zvyšovat podíl elektrického vytápění. Odpadá zde problém znečištění vnějšího i vnitřního prostředí spalinami. Preferováno je přímotopné elektrické vytápění s případnou možností dálkového ovládání spotřebičů (z teplárny) s možností operativního ovlivnění zatížení elektrizační soustavy.

V současné době se můžeme setkat s následujícími druhy elektrického vytápění:

• přímotopné - infrazářiče, sálavé panely, konvektory, elektrické radiátory, teplovzdušné jednotky, topný kabel, závěs nebo tapeta;
• akumulační - akumulační kamna statická, s klapkou nebo dynamická, topný kabel;
• hybridní - elektrická - akumulační kamna;
• teplovodní - ústřední nebo etážové.

Zatím nejčastějším systémem vytápění bytů je teplovodní vytápění s vytápěcími tělesy v každé místnosti (bez ohledu na zdroj energie - zpravidla kotle na pevná, kapalná nebo plynná paliva). Teplonosným médiem je voda o teplotě 90/70 °C. Jednou z nejčastějších závad tohoto typu vytápění je nedotápění nejvyšších nadzemních podlaží. Je to způsobeno technických stavem systému - zavzdušňováním otopných těles. Každý uživatel bytu by měl provádět pravidelné odvzdušňování odvzdušňovacími ventily umístěnými přímo na otopných tělesech (i v případě zabudování automatického odvzdušňovacího zařízení je nutná pravidelná kontrola).

Je nutno rozlišovat, jakým způsobem se děje přenos tepla od zdroje tepla do prostoru. Jde převážně o dva způsoby - sálání a konvekce.

Sálavé vytápění poskytuje tepelnou pohodu při nižších teplotách vzduchu v místnosti - rozhodující je výsledná teplota vzduchu. Proto i při tomto způsobu vytápění je lépe dát přednost deskovým otopným tělesům před článkovými. I když k dosažení potřebného tepelného výkonu je zde třeba větší průmětná plocha deskového tělesa než u otopných těles článkových, je výsledkem lepší rozložení teplot v prostoru a zmenšení transportu prachových částic vlivem proudění ohřátého vzduchu.

Klasické sálavé vytápění, tj. infračervené zářiče (ať už plynové nebo elektrické) jsou vhodné pro použití v průmyslových velkoprostorových halách, v bytové zástavbě se používají pouze elektrické zářiče k temperování malých místností s občasným pobytem - koupelny, WC. Výhodou je rychlý ohřev vzduchu v místě okamžitého pobytu člověka.

V menší míře se v bytové zástavbě vyskytuje podlahové vytápění, které dává velmi příznivé rozložení teplot v místnosti.

Nejčastěji se s ním setkáme v rodinných domcích, nebo tam, kde jsou bytové jednotky součástí např. velkých administrativních budov apod.

Pro pocit tepelné pohody je pak rozhodující teplota a materiál podlah (tab.4).

Tab. 4   Optimální teploty podlah ve vytápěných objektech

Tepelně technické vlastnosti vrstev podlahy jsou důležité hlavně tam, kde chodí neobutí lidé (koupelny, ložnice). Podlahy, kde se pohybují obutí lidé, z hlediska použitého podlahového materiálu ovlivňují tepelný stav člověka podstatně méně. V tomto případě jsou doporučené optimální teploty podlahy 25 °C pro sezení a 23 °C při stání a chůzi.