Odporový ohřev

Množství tepla vytvořeného elektrickým proudem procházejícím topným rezistorem se ztrátovým výkonem P za čas t.

Při ohřevu vznikají ztráty dané způsobem ohřevu (přímý/nepřímý), únikem tepla do okolí mimo ohřívaný materiál a podobně. Tyto ztráty se empiricky zahrnují jako účinnost ohřevu.

Ohřátí látky

Množství tepla Q, potřebného na ohřátí látky o hmotnosti m s měrnou tepelnou kapacitou c:

Příklady k výpočtu

1. Spočítejte, jaký výkon by mělo mít topné těleso, aby za minutu ohřálo litr vody z 20°C na bod varu . Jaký proud poteče do tělesa, když bude připojeno na napětí 230V? Topné těleso má účinnost ohřevu 98% a měrná tepelná kapacita vody je 4186 J·kg^-1·K^-1. [5,7kW; 24,75A]
2. Jak dlouho bude trvat ohřátí vody, když výkon topného tělesa bude jen 2000W? [2m50s]
3. Spočítejte, kolik tepla bude zapotřebí a za jak dlouho ohřeje 20 kg železa odporová pec o výkonu 23,25kW z 20°C na 1020°C. Účinnost ohřevu pece je 86% a měrná tepelná kapacita železa je 450 J·kg^-1·K^-1. [9MJ; 7m30s]

Způsoby elektrického vytápění objektů

• elektrické přímotopné zdroje
• elektrické akumulační zdroje
• tepelná čerpadla

Elektrické přímotopné zdroje

• odporové či halogenové přímotopy
  
  
  nejdražší způsob vytápění, proudící vzduch víří prach, vhodné pro rychlé ohřátí málo využívaných prostor.
• infrapanely, sálavé panely
  
  
  
  Teplo předávají především sáláním, méně víří vzduch, ohřívají přímo předměty a osoby.
• ventilátorové teplovzdušné topení
  
  Velké zabudované teplovzdušné systémy jsou variantou pro hlavní vytápěcí systém. Pomalu proudící vzduch pod francouzskými okny zamezí jejich rosení.
• topné odporové kabely a fólie

  Topný kabel a folie
  
  
  Topení podlahou nebo stropem je výhodné snadnou regulací, nízkými teplotami, minimálním vířením prachu a tepelnou pohodou způsobenou velkoplošným předáváním tepla. Podlahové topení je velmi příjemné, musí se však dodržet maximální teplota povrchu 27°C. U stropních fólií může být teplota povrchu vyšší, až 45°C.

  Samoregulační topný kabel
  
  
  
  
  Samoregulační topný kabel zajistí automatické přizpůsobení topného výkonu chladnějším místům podlahy například v prostorech u francouzských oken, nebo naopak teplejším místům, které prohřívá dopadající sluneční záření, případně pod kobercem nebo nábytkem.

• kapalinové elektrické topné žebříky


Topné žebříky jsou vhodné do malých prostor (koupelen) kde je lze zároveň využít jako sušáky pro ručníky.
• olejové elektrické radiátory
  
• elektrické kotle ústředního vytápění
  

Elektrické akumulační zdroje

• akumulační kamna
  
  
• topné odporové kabely a fólie s akumulačními prvky
  
  Teplo z topných kabelů se akumuluje do betonu, což zajistí vytápění v době přerušení napájení kabelů během vysokého tarifu.

  
  Teplo z topné folie se akumuluje do sádrokartonu, který sálá do ohřívaného prostoru

• akumulační teplovodní zásobníky
  
  Teplo se akumuluje do vody ve velkém tepelně izolovaném zásobníku, odkud se postupně odebírá.

Tepelná čerpadla

Tepelná čerpadla umožňují vytápět teplem odebraným z nízkopotenciálních zdrojů. Účinnost takovéhoto vytápění je popisována tzv. topným faktorem, jehož hodnota je teoreticky v rozsahu 2 až 6, prakticky bývá 2 až 4.

P_Z je ztrátový výkon - neboli jaký tepelný výkon je potřeba dodat na pokrytí ztrát vytápěného objektu, P_K je příkon kompresoru tepelného čerpadla a případných dalších pomocných zařízení (například oběhových čerpadel).

Princip

Kompresor stlačí plynné médium, čímž dojde k jeho ohřátí a zvýšení tlaku. V kondenzátoru vlivem zvýšeného tlaku a vyššího bodu varu dojde ke zkapalnění (kondenzaci) média, přičemž se uvolněné teplo předává do okolí.
Zkapalněné médium odtéká přes škrtící (redukční) ventil, který způsobí snížení tlaku do výparníku, kde se vlivem sníženého bodu varu odpařuje a odebírá teplo z okolí.
Plynné médium je nasáváno kompresorem a koloběh pokračuje.

Animovaný princip

Vzduch-vzduch

Vnější výměník s výparníkem je ohříván venkovním vzduchem poháněným ventilátorem. Odebrané teplo se ve vnitřním výměníku s kondenzátorem předává vzduchu v místnosti, předávání je opět urychleno ventilátorem.

Země-voda

V zemním vrtu o maximální hloubce 100m je umístěna plastová trubka ve tvaru U. Trubkou cirkuluje nemrznoucí směs, která se stabilní teplotou země kolem 4°C ohřívá a ve výměníku u výparníku se z ní teplo odebírá. Vrtů může být i více, na 1kW výkonu tepelného čerpadla je zapotřebí asi 12m vrtu. Místo vrtu lze použít i plošný kolektor v nezámrzné hloubce.

Animovaný princip

Voda-voda

Ze zdrojové studny je odčerpávána voda, která má stabilně teplotu kolem 10°C, ze které se ve výměníku u výparníku odebírá teplo a voda se vypouští zpět do země vsakovací studnou.

Animovaný princip

Vzduch-voda

Vnější výměník s výparníkem je ohříván venkovním vzduchem poháněným ventilátorem. Odebrané teplo se ve vnitřním výměníku předává vodě a využívá se k ohřevu užitkové vody a vody v ústředním topení.

Animovaný princip

Výpočet výkonu a metody výpočtu vytápění

Vytápění elektřinou je sice nejdražší, ale v případě pasivního domu vzhledem k nižším pořizovacím nákladům a také nižším sazbám elektřiny i pro ostatní spotřebiče vychází ekonomicky lépe než jiné způsoby.

Výpočet elektrického vytápění

Přibližný vzorec pro výpočet elektrického příkonu k vytápění místnosti:

Φ_Z celkové ztráty místnosti, V_m objem místnosti, S_od plocha oken a dveří, S_zp plocha zdí a podlahy, ϑ_i požadovaná vnitřní teplota, ϑ_e minimální venkovní teplota.

Podrobný výpočet

Podrobný výpočet se provádí počítačovými programy, které podle skladby zdí, použitých materiálů a rozměrů určí jednotlivé části ztrát.

Φ_C celkové ztráty místnosti, Φ_p ztráty místnosti prostupem zdmi, okny a dveřmi, Φ_v ztráty větráním, Φ_f teplo vyprodukované osobami v místnosti

q měrné tepelné ztráty, ϑ_i požadovaná vnitřní teplota, ϑ_e minimální venkovní teplota, V_m objem místnosti.

Měrné tepelné ztráty nesmí překročit normami povolenou hodnotu řádově 1W·K^-1·m^-3.

Elektrický ohřev vody

• Boiler
  
• Průtokový ohřívač
  
• Samoregulační topný kabel pro přihřívání vody v rozvodech