Běžná sálavá topení netopí v ploše stejnoměrně. V místě, kde se pod krycí vrstvou přímo nacházejí trubky (nebo topné kabely či odporové pásky) je povrchová teplota o malinko vyšší, než v místech, kde tyto liniové zdroje tepla chybí. Rozdíl teplot může být velmi malý, ale přesto má velký vliv na účinek topení.
Představme si např. podlahové topení s trubkami od sebe 10 cm, zalité betonem. Přímo nad trubkou bude mít povrch betonu třeba 25 °C, ale o 1 cm vedle už 24,9 °C. O další 1 cm už jen 24,8 °C a o další 1 cm dál už jen 24,7 °C. Je to proto, že i beton má určitou izolační schopnost, která se projevuje teplotním spádem. Vlnové délky sálavého tepla i amplitudy jednotlivých teplotních vln tedy nebudou stejné, budou se nepatrně lišit.
Pokud si průběh těchto čtyř mírně rozdílných vln zobrazíme ilustračně – obr. 1, vidíme, že po několika sinusoidách jsou vlny již částečně od sebe posunuté. A pokud graf protáhneme ještě dále (obr. 2), zjistíme, že místy se amplitudy nacházejí dokonce i naproti sobě, takže se jejich energie navzájem ruší. Sečteme-li všechny čtyři vlny dohromady, bude výsledný průběh zářivé energie vypadat – viz obr. 3. Je to pouze ilustrační příklad, ale pro pochopení následujících řádků je dobře použitelný.
Topná skla představují plochu, která sálá v celé ploše identickou teplotou, protože pokov, který se připojuje na elektřinu, má všude stejný odpor a procházející proud zahřívá pokovené sklo dokonale rovnoměrně. Když tedy zobrazíme na obr. 4 stejné sinusoidy a sečteme-li tyto vlny stejně jako v obr. 3, vypadá výsledný průběh zářivé energie docela jinak (obr. 5).
A pokud porovnáme oba výsledné grafy, vidíme, s jak rozdílným efektem obě plochy topí (obr. 6, 7).
Další velkou výhodou topných skel je fakt, že pokov na interiérovém skle, který se ohřívá, je současně nízkoemisivní, takže sklo své teplo směrem do komory nesálá. Téměř veškeré teplo se tak vyzáří pouze do interiéru (> 90 %). Účinnost topných skel je natolik vysoká, že je lze srovnávat snad jen s tepelnými čerpadly, jejichž energetickou bilanci neurčuje jen COP (poměr topného výkonu vůči příkonu), ale i ztráty na potrubí, čerpadlech, třícestných ventilech, výměnících a také ztráty při předávání tepla do vzduchu i jeho limitní vliv na tepelnou pohodu člověka.
Dále je třeba započítat i vyšší ztrátu při větrání, protože pokud ohříváme vzduch, který pak vyměňujeme za čerstvý, spotřebujeme na jeho ohřev více, než když topíme sálavě. A také je třeba připočíst i náklady na servis a samozřejmě amortizaci velmi vysoké pořizovací ceny.
Když tuto celkovou bilanci tepelného čerpadla postavíme proti bezeztrátovému sálavému teplu od topných skel, které působí na člověka přímo ze zdroje bez mezičlánků a navíc u velkých ploch s velmi nízkou povrchovou teplotou (≈ 21 °C), která znamená minimální tepelné ztráty, vyjde nám bilance topných skel téměř vždy lepší, nemluvě o tom, že sálavé topení je mnohem příjemnější než jakékoliv jiné, ať už od radiátorů či od podlahového topení.
Pořizovací cena topných skel a hlavně jejich instalace ve srovnání s jakýmkoliv jiným topným systémem je až úsměvná – skla s nízkoemisivním pokovem se dnes používají v každém zasklení, je třeba tedy jen najít výrobce, který je dokáže vyrobit jako topná.
Vytápění je ovládáno buď ručně pomocí nastavení tepelné pohody, který řídí povrchovou teplotu skel v závislosti na aktuální teplotě vzduchu v místnosti nebo od regulace zónového topení (obr. 9). S regulací zónového topení získávají topná skla další velkou výhodu. Lze díky němu snížit spotřebu energie na vytápění naprosto zásadně, kdy i standardně zateplený dům dosahuje spotřeb téměř jako pasivní a pasivní jako nulový, protože se topí pouze v místnostech, v nichž se obyvatelé právě nacházejí.
Pro tento účel jsou nejvhodnější trojskla s jednou fólií (Uskla ≈ 0,25 W/m².K + vynikající akustika), kde statiku zajišťuje prostřední tlusté sklo, aby to topné, interiérové mohlo být co nejtenčí (obr. 10). Sklovina s tloušťkou 3 mm se totiž rozehřeje z 5 na 30 °C během několika vteřin, čímž zajistí téměř okamžitou tepelnou pohodu. Než se tedy obyvatelé po návratu domů stačí svléci z kabátů a vyzout z bot, je díky rychlosti sálání ≈ 300 000 km/s v denních zónách (obývací hale, kuchyni, koupelně a dalších nastavených místnostech) příjemně.
Jak se sáláním skel ohřívají i ostatní předměty a stěny, a od nich i vzduch, snižuje se postupně povrchová teplota skel ze startovních 30 °C na udržovacích 20–21 °C, což u velké plochy skel bohatě stačí, ale především takto nízká povrchová teplota znamená oproti radiátorům s teplotou 40–50 °C nebo podlahovému topení s teplotou cca 30 °C podstatně menší tepelný spád a tedy i mnohem menší únik tepla.
Rychlejšímu prohřátí prostoru, a tedy i celkové spotřebě tepla velmi účinně napomáhají termoizolační stěrky na stěnách a stropě a na podlaze korek, tedy „teplé“ a sálavé materiály, jejichž hlavní funkcí je, že vyzáří absorbované teplo rychleji, než jej stačí vedením odvést do zimy. Bohužel s tímto jevem dnes žádné tepelnětechnické výpočty nepočítají, izolační vlastnosti materiálů se měří pouze v ustáleném stavu (který nikdy reálně nenastane), takže i když tyto materiály uspoří hodně energie, jsou odbornou veřejností odmítány (obr. 11).
Všechny předměty, které se od skel během jejich sálání prohřívaly (zdi, nábytek atd.), po jejich vypnutí své nabyté teplo postupně vyzařují. Tedy náběh tepelné pohody může být díky rychle rozehřáté velké ploše skel okamžitý, ale ochlazení je velmi pozvolné. I tohoto jevu topný systém využívá (spínací hysterezí), aby co nejefektivněji využil již naakumulovanou energii.
V nočních zónách (ložnice) se s příchodem obyvatel domů skla na tak vysokou teplotu nerozehřívají, ale jen např. na 15 °C, později i na 18 °C, aby místnost postupně do večera rozehřály. Odchodem obyvatel z domu se pak celý dům přepne na temperování (např. 5 °C) a čeká na jejich příchod, aby se opět bleskově nastartoval.
Nastavení zónového topení lze samozřejmě libovolně přeprogramovat podle vlastních představ pro každou místnost zvlášť (webová aplikace) nebo lze řídit topení pouze manuálně – k tomu je na každém regulátoru teploty skel přepínač [MAN <> AUT].
Důležitá je tedy co největší plocha topných skel, aby mohl být jejich povrch ohříván na co nejnižší teplotu – tím je zajištěn maximální komfort i nejnižší spotřeba. Pokud by ale plocha skel byla malá, je třeba ji pro docílení stejného topného výkonu ohřívat na vyšší teplotu, kdy již vzniká riziko, že začne proudit v komorách plyn, který přenese mnohem více tepla ven do zimy (hnacím motorem pro proudění plynu v komoře je právě rozdíl teplot na stěnách). Proto i vícekomorové řešení (ekvivalent čtyřskla nebo pětiskla) má zde velké opodstatnění, protože rozděluje komory na více přepážek s menším teplotním rozdílem, takže proudění plynu uvnitř komor nevzniká ani při několikaminutové náběhové fázi topení (30 °C), než dojde k postupnému vyhřátí vzduchu na teplotu 21 °C.
MICHAL BÍLEK
Michal Bílek (*1970)
je absolventem SPŠ Elektrotechnické, po maturitě emigroval do Německa. Do ČR se vrátil v roce 1993, kdy začal pracovat v odvětví TZB. V současnosti působí jako CEO ve třech společnostech a jako prezident nadnárodní asociace SIGFA. Díky celoživotnímu samostudiu a mnohaletým zkušenostem v oboru se dnes věnuje vývoji nových řešení pro stavebnictví se zaměřením na úsporu energie a solární zisky.
