Lekcia 01-2 · Kapitola 01

Ako sa teplo šíri a voda ako nosič tepla

1.3 Ako sa teplo šíri

Teplo sa šíri tromi spôsobmi: vedením, prúdením a sálaním. V dome pôsobia všetky tri naraz.

Tri spôsoby šírenia tepla. Vedenie rozhoduje o tepelných stratách stien, prúdenie o prenose tepla vzduchom a vodou, sálanie o pocite pohody.

Vedenie (kondukcia): teplo postupuje pevnou látkou od častice k častici. Materiál opisuje súčiniteľ tepelnej vodivosti λ (lambda) vo W/(m·K); čím nižšia λ, tým lepší izolant.
Prúdenie (konvekcia): teplo nesie pohybujúci sa vzduch alebo voda. Prirodzené vzniká samo, nútené vyvolá ventilátor alebo čerpadlo.
Sálanie (radiácia): každý povrch vyžaruje neviditeľné infračervené žiarenie. Zohreje povrch, na ktorý dopadne, vzduch po ceste takmer nie.

Klasický radiátor odovzdáva väčšinu tepla prúdením. Podlahové, stropné a stenové vykurovanie odovzdáva väčšinu tepla sálaním, preto sa volajú sálavé (veľkoplošné) systémy. Človek necíti len teplotu vzduchu, ale aj teplotu povrchov okolo seba. Pri studenej stene mu je chladno aj pri 22 °C, pri teplej podlahe príjemne aj pri 20 °C.

Operatívna teplota značka t_o, °C: Teplota, ktorú človek naozaj pociťuje. Pri pokojnom vzduchu je to približne priemer teploty vzduchu a priemernej teploty okolitých povrchov. Vzduch 20 °C a povrchy 24 °C dávajú pocit 22 °C.

Tepelná pohoda: Stav, keď človeku nie je teplo ani chladno. Závisí od teploty vzduchu a povrchov, prúdenia vzduchu, vlhkosti, oblečenia a činnosti. Orientačne: v zime 20–22 °C, v lete 24–26 °C, relatívna vlhkosť 40–60 %, rýchlosť vzduchu do 0,2 m/s.

1.4 Voda ako nosič tepla

Teplo treba zo zdroja dopraviť do miestností. Voda to zvládne v tenkej rúrke, vzduch by potreboval hrubé potrubie.

Merná tepelná kapacita značka c, jednotka kJ/(kg·K): Koľko tepla treba na ohriatie 1 kg látky o 1 K. Voda má 4,18 kJ/(kg·K), v praktických jednotkách 1,163 Wh/(kg·K). Vzduch má približne 1,0 kJ/(kg·K), betón približne 0,9 kJ/(kg·K).

Teplotný spád zápis napr. 35/30 °C: Dvojica teplôt: voda na prívode a voda na spiatočke. Ich rozdiel je ΔT. Spád 35/30 °C znamená ΔT 5 K.

Základný vzťah pre teplo je Q = m · c · ΔT: hmotnosť krát merná kapacita krát rozdiel teplôt. Na ohriatie 200 l vody z 10 °C na 50 °C treba 200 × 1,163 × 40 = 9 300 Wh, teda 9,3 kWh.

Pre tečúcu vodu sa hmotnosť nahradí prietokom (1 m³ vody váži približne 1 000 kg) a vyjde priamo výkon:

Teplotný spád na vykurovacom okruhu. Voda odchádza zo zdroja teplá, v podlahe odovzdá teplo a vracia sa o 5 K chladnejšia. Prenesený výkon určuje prietok a ΔT.

Na ohriatie 1 m³ vody o 1 K treba 1,163 kWh, na 1 m³ vzduchu len 0,00034 kWh. Voda teda v rovnakom objeme prenesie približne 3 500-krát viac tepla. Preto sa teplo po dome rozvádza vodou v tenkých rúrkach a vzduchom sa rieši vetranie.