Ogrevanje in razporeditev toplote v prostoru
Pri ogrevanju ni pomembno samo, koliko toplote naprava odda, ampak tudi kam ta toplota pride.
V visokih prostorih se topel zrak naravno dviga,
zato so lahko temperature pod stropom bistveno višje kot v območju, kjer se zadržujejo ljudje.
Dobra razporeditev toplote pomeni, da čim več koristne toplote ostane tam, kjer jo dejansko potrebujemo.
Kaj pomeni stratifikacija zraka?
Pri ogrevanju se zrak segreje, njegova gostota se zmanjša in zato se začne dvigati. V višjih prostorih lahko zaradi tega nastanejo temperaturne plasti – temu pravimo stratifikacija.
Temperatura zraka pri tleh je lahko precej nižja kot pod stropom. To je posebej izrazito v visokih halah, delavnicah, skladiščih in drugih višjih prostorih, kjer je med delovno cono in stropom več metrov višinske razlike.
Če se velik del toplega zraka zadržuje pod stropom, imamo lahko tam visoko temperaturo, medtem ko je v delovni coni še vedno prehladno.Pri ogrevanju visokega prostora zato ni pomembno samo proizvesti dovolj toplote, ampak jo tudi zadržati oziroma vračati v območje, kjer jo potrebujemo.
Zakaj je temperatura pod stropom lahko toliko višja?
Topel zrak se zaradi manjše gostote dviga, hladnejši pa ostaja nižje. Če v prostoru ni dovolj mešanja zraka, se ta pojav med ogrevanjem postopoma povečuje.
Na temperaturno razliko po višini vplivajo višina prostora, način ogrevanja, temperatura vpihanega zraka, mesto in smer vpihovanja ter gibanje zraka v prostoru. Zato dve enako visoki hali z enako notranjo temperaturo pri tleh nimata nujno enake temperaturne slike po višini.
Posebej neugodno je, kadar ogrevalna naprava topel zrak dovaja visoko v prostor, ta pa se ne uspe dovolj učinkovito spustiti proti območju zadrževanja ljudi.
Temperatura, izmerjena na enem mestu v prostoru, zato ne pove vedno, kako je toplota po prostoru dejansko razporejena.
Temperaturni gradient pove, za koliko se spremeni temperatura zraka na meter višine. Običajno ga izražamo v K/m. Temperaturna razlika 1 K je pri takšnem primerjanju enaka temperaturni razliki 1 °C.
Če se temperatura z višino povečuje, lahko razliko približno zapišemo:
ΔT = g × Δh
kjer je:
ΔT – temperaturna razlika med dvema višinama [K]
g – temperaturni gradient [K/m]
Δh – višinska razlika [m]
Primer: če je temperaturni gradient 0,5 K/m in primerjamo zrak na višini 1 m ter 9 m, je višinska razlika 8 m:
ΔT = 0,5 × 8 = 4 K
Če imamo torej v delovni coni približno 20 °C, bi bila pri takšnem poenostavljenem primeru temperatura na višini 9 m približno 24 °C.
To ni univerzalna vrednost za vse prostore, ampak prikaz, kako lahko že razmeroma majhen temperaturni gradient pri veliki višini povzroči občutno temperaturno razliko.
Kaj pomeni temperaturni gradient po višini prostora?
Zakaj je toplota pod stropom tudi energijska izguba?
Višja temperatura pod stropom ne pomeni samo neenakomernega udobja. Poveča lahko tudi toplotne izgube skozi streho in zgornje dele objekta, saj so te izgube povezane s temperaturno razliko med notranjostjo in zunanjostjo.
Poenostavljeno lahko prehod toplote skozi del ovoja zapišemo:
Q̇ = U × A × ΔT
kjer je:
Q̇ – toplotni tok oziroma izguba [W]
U – toplotna prehodnost konstrukcije [W/m²K]
A – površina konstrukcije [m²]
ΔT – temperaturna razlika med notranjo in zunanjo stranjo [K]
Če je pod streho zaradi stratifikacije namesto 20 °C na primer 24 °C, je pri enaki zunanji temperaturi temperaturna razlika skozi streho večja in z njo tudi toplotni tok navzven.
To lepo pokaže bistvo: toplota, ki se po nepotrebnem kopiči pod stropom, ni samo na napačnem mestu – povečuje lahko tudi izgube objekta.
Kaj je destratifikacija in zakaj jo uporabljamo?
Destratifikacija pomeni zmanjševanje temperaturnih razlik med spodnjim in zgornjim delom prostora z mešanjem zraka. Namen ni ustvariti dodatne toplote, ampak toploto, ki se je že zbrala pod stropom, ponovno vključiti v ogrevanje uporabnega dela prostora.
To je posebej pomembno v visokih industrijskih halah, skladiščih, delavnicah, športnih objektih in drugih prostorih z veliko višino. Če je pod stropom bistveno topleje kot v delovni coni, lahko z ustreznim kroženjem zraka del te toplote usmerimo navzdol.
S tem lahko zmanjšamo temperaturno razliko po višini, izboljšamo razmere v delovni coni in zmanjšamo potrebo po dodatnem dovajanju toplote.
Destratifikacijski ventilator torej ne ogreva prostora – pomaga bolje uporabiti toploto, ki je v prostoru že prisotna.
Kako spravimo topel zrak izpod stropa nazaj v delovno cono?
Za destratifikacijo uporabljamo ventilatorje, ki zrak iz zgornjega dela prostora usmerjajo proti spodnjim območjem in povzročijo počasno kroženje oziroma mešanje zraka.
Pri tem cilj ni ustvariti močnega zračnega toka na ljudeh. Pomembno je, da zračni tok doseže spodnji del prostora z dovolj energije za mešanje, vendar v delovni coni ne povzroča neprijetnega prepiha.
Zato so pomembni višina vgradnje, smer vpihovanja, doseg zračnega curka, razporeditev ventilatorjev in njihove nastavitve. Pri velikih halah je pogosto potrebnih več naprav, da se učinek enakomerno porazdeli po prostoru.
Dobra destratifikacija ne pomeni čim več zraka – pomeni dovolj nadzorovanega gibanja zraka, da zmanjšamo temperaturne plasti brez poslabšanja udobja v delovni coni.