Slika 1: Doseganje ugodja bivanja v odvisnosti od srednjih temperatur zraka in površin

Slika 2: Doseganje ugodja bivanja v odvisnosti od srednjih temperatur zraka in hitrosti zraka

Slika 3: Temperatura notranjih površin prostora v odvisnosti toplotne prevodnosti sten in zunanje temperature zraka

Slika 4: Hitrost kroženja zraka v odvisnosti od podtemperature in višine okna

Toplotno ugodje določa termično ravnotežje med človekovim telesom in njegovim okoljem. Določimo ga kot stanje v prostoru, ko za večino uporabnikov ni prehladno in ne prevroče. Doseganje ugodja v prostoru je dejansko glavna naloga ogrevalnega sistema in je v največji meri odvisna od pravilno izračunanih toplotnih potreb. Za toplotno ugodje pa ni dovolj doseči samo zahtevane temperature zraka v prostoru, temveč tudi ustrezne temperature tal, stropa in sten prostora, hitrosti gibanja zraka, relativne vlažnosti itd.

1. Določitev grelnih teles

Ogrevalna telesa (na primer radiatorje in druga ogrevala) določimo računsko glede na toplotne izgube v prostoru. V razvitejših državah obstajajo strogi predpisi o varčevanju z energijo, ki zahtevajo učinkovito izolacijo zgradb. Če se ozremo na nemške predpise o toplotnih izgubah, so znašale specifične toplotne izgube do leta 1983 od 100 do 130 W/m2. Zmanjšanje za prehodno obdobje od leta 1984 do 1994 je bilo na 70 do 90 W/m2 in po letu 1994 že na 50 do 60 W/m2. Najnovejši predpisujejo samo še 35 do 40 W/m2 specifičnih toplotnih izgub. Za pasivne hiše velja le še 10 W/m2. Pri vgradnji ogreval v prostore se zato pojavljajo dodatni pogoji, ki jih obstoječi predpisi in standardi ne vsebujejo. Sem na primer lahko prištevamo toplotne obremenitve zaradi oddajanja toplote svetlobnih teles, delovanje strojev in podobno. Obstoječi predpisi tudi ne upoštevajo spremembe glede potrebnih količin svežega zraka, zato je potrebno ogrevalni sistem obravnavati dejansko kot dinamični in ne kot statični proces.

2.Temperatura obodnih površin

Človek skoraj polovico toplote odda s sevanjem. Za doseganje primernega toplotnega ugodja so zato zelo pomembne temperature površin, ki obdajajo prostor (stene, stropovi, tla). Zaradi tega razloga morajo biti temperature obodnih površin primerno visoke. Doseganje ugodja bivanja v odvisnosti od srednje temperature zraka v prostoru in srednje temperature površin, ki ga obdajajo, je prikazano na diagramu toplotnega ugodja, slika št.1.

Pri prenizkih temperaturah obodnih površin dobimo občutek prepiha, zato je priporočljivo, da temperatura površin ni nižja od 18 °C oziroma , da je vsaj 2 - 3 K pod temperaturo zraka v prostoru.

Doseganje ugodja bivanja v odvisnosti v odvisnosti od temperature in hitrosti gibanja zraka pa je prikazano na diagramu toplotnega ugodja, slika št.2. 

3. Vpliv sevanja


Človek ne občuti toplotnega toka, ki zaradi temperaturne razlike prehaja iz njega na okolico in stene ali obratno. Zaradi tega, tudi ne moremo natančno oceniti temperature okolice. Človek oddaja toploto v okolico s prevodom toplote, konvekcijo, sevanjem ter dihanjem in potenjem. Razdelitev je približno sledeča, če upoštevamo temperaturo zraka 20 °C:

• sevanje - 49 %.
• konvekcija - 21 %.
• dihanje - 23 %,
• prevod - 7 %.

Velik vpliv na občutek ugodja ima sevanje, saj se največji del toplote izmenja s sevanjem, kar je odvisno od površinske temperature telesa in temperature okoliških sten. Če stojimo med stenama različnih temperatur, čutimo to razliko, ki jo imenujemo asimetrija sevanja. Če je razlika večja od 5 do 7 °C, občutimo to kot neugodje. To je tudi vzrok, zakaj naj bodo temperature sten čim bolj izenačene. Največji problem pri tem predstavljajo zunanje stene, predvsem steklene stene - okna, ki imajo vedno nižjo temperaturo. Površinska temperatura stene je odvisna od temperature okoliškega zunanjega zraka in toplotne prehodnosti materiala stene (slika 3). To so zato glavni razlogi, da radiatorje postavimo najpogosteje pod okno ali kadar to ni mogoče, na zunanjo steno. S tem preprečimo preveliko razliko površinske temperature med zunanjo steno in notranjimi stenami in tako dosežemo ravnotežje toplotnih tokov.

Oddajanje toplote človekovega telesa v okolico naj bo čim bolj enakomerno na vseh mestih v prostoru. Enostransko ohlajevanje ali ogrevanje človeka znižuje toplotno ugodje v prostoru, zato naj razlika toplotnega toka ne bo večja od 20 - 30 W/m2. Občutek neugodja je posebej velik, če je strop topel, tla pa hladna. Pri tem je pomemben vpliv materiala talne obloge, ki ga opišemo s toplotno vpojnostjo materiala. Vsekakor je ugodneje, če imamo hladnejši strop in tople stene.


4. Vpliv konvekcije


V prostori se zrak ohladi na dva načina:

• da prehaja na hladne površine prostora,
• z mešanjem z zrakom, ki vstopa skozi odprta vrata in okna zaradi njihove netesnosti.

Gostota zraka se zaradi temperaturnih razlik spremeni, kara povzroči vzgon in gibanje zraka. Hitrost toka zraka ob steni, ki ima okna, določa temperaturna razlika med stenami in zrakom v prostoru Dtok (»podtemperatura okna«, glede na smernice VDI 6030, slika 4).

Vpliv ogrevala (radiatorja), ki je postavljen pod okno zunanje stene, ima poleg naloge izenačevanja sevanja še nalogo segrevanja zraka, ki prehaja skozi steklene površine. Pomembna je tudi širina ogrevala, ki naj bo vsaj enaka širini okna.

Pri tem ne smemo zanemariti vpliv ogrevala na hitrost gibanja zraka, ki je manjša, pri manjši temperaturni razliki. Prevelike hitrosti zraka (prepih) prav tako neugodno vplivajo na počutje.


5. Smernice VDI 6030


Novejši predpisi o toplotni izgubah v razvitejših državah nimajo toliko poudarka na razdelitvi toplotne energije v zgradbi (razvod, toplotni vir), temveč je poudarek bolj na prehodu toplote v prostoru oziroma samih ogrevalih. Za stanovalca je pomembno, da se dobro počuti v prostoru in da ga manj zanima, kako sistem deluje in po kakšnih predpisih. To pomeni, da ne zadostuje več, da ogrevalni i sistem ustreza standardom, predpisom in zahtevanim tehničnim parametrom, temveč mora projektant upoštevati tudi specifične zahteve za udobje uporabnika. Takšen pristop k projektiranju prinašajo tudi smernice VDI 6030. Razmerja posameznih vplivnih veličin so izražena v neenačbi:


(Dt_zs . A_zs) + (Dt_ok. A_ok) £ (Dt_og . A_og)

V neenačbi pomenijo:
Dt_zs (°C, K) - podtemperatura zunanje stene (razlika med temperaturo njene notranje površine in zraka v prostoru)
A_zs (m²) - površina zunanje stene
D_ok (^°C, K) - podtemperatura okna (razlika med temperaturo zastekljene površine in zraka v prostoru)
A_ok(m²) - površina okna
Dt_og (°C, K) - nadtemperatura ogrevala (razlika med temperaturo ogrevala in zraka v prostoru)
A_og(m²) - površina ogrevala


Iz neenačbe je razvidno, da so zmnožki in temperatur v medsebojni odvisnosti. Za površino ogrevala jemljemo zmnožek njegove širine in višine, za temperaturo ogrevala pa vzamemo temperaturo vode v njem. Toplotno moč ogreval pa določimo po standardu DIN 4701.


6. Zaključek


Da v ogrevalnem sistemu dosežemo visoko stopnjo ugodja, je potrebno nameniti veliko pozornost izbiri in namestitvi ogreval. Potrebno je upoštevati osnovna pravila in sicer:ogrevalo postavimo pod ali pred okno, ogrevalo postavimo na zunanje stene, ogrevalo mora biti ustrezne velikosti.



Viri:

• DIN 4701
• Smernice VDI 6030