Porovnání účinnosti litinových radiátorů a moderních panelových radiátorů?

Jsou litinové radiátory tak účinné jako moderní panelové radiátory?
Ano! Z hlediska předávání energie (tepla) můžeme říci, že se předá vždy do místnosti tolik energie (tepla) kolik se do radiátoru (bez ohledu na typ) dodá. Aby bylo v místnosti dostatečně teplo záleží především na správném navržení velikosti radiátoru a samozřejmě celého otopného systému (včetně rozvodů, kotle, použití termostatických regulačních ventilů, vnitřní i vnější izolace budovy, atp.). Pomocí kalkulačky například na stránkách laurens.cz můžete jednoduše zjistit orientační výkon potřebný pro velikost vaší místnosti a na základě toho vyhledat dostatečně velký radiátor, který pokryje zjištěnou teplenou ztrátu.

Účinnost litinových i panelových otopných těles je přibližně stejná. Litinové radiátory mají díky své mohutné konstrukci větší vnitřní objem než panelové radiátory. Proto je pro ohřev litinového otopného tělesa zapotřebí více energie než pro ohřev panelového. Na druhé straně lze říci, že tuto nevýhodu litinové radiátory kompenzují díky výrazně delšímu sálání resp. pomalejšímu ochlazování.

Z toho plyne, že efektivitu a ekonomickou účinnost topení docílíme spíše vhodným výběrem účinného kotle, nastavením a regulací otopného systému (např. vypínáním topení v místnostech, kde není potřeba) a ne typem radiátoru.

Co je to účinnost?
Je to fyzikální veličina, která udává poměr mezi výkonem a příkonem stroje při vykonávání práce.

Díváme-li se na otopný systém můžeme říci, že "strojem" v něm je radiátor a "vykonávanou prací" je vyzařování tepla - množství záření, které je vyzařováno na jednotku plochy za sekundu nebo množství tepla vydávané radiátorem v daném čase. Celkovou energii můžeme tedy interpretovat jako energii teplé vody, která je přiváděna do otopného tělesa (radiátoru). Účinnost otopného tělesa je poměr energie potřebné pro jeho ohřev ku energii z něj vyzařované.

Účinnost radiátoru = energie vyzařovaná / energie potřebná k ohřevu 

V praxi lze zjednodušeně říci, že existují tři fáze provozu otopného systému:

• zahřívání
• normální provoz a
• ochlazování

Zahřívání
Zákon o zachování energie nám říká, že celková energie na vstupu musí být rovna celkové energii na výstupu. Ve vztahu k otopnému systému můžeme říci, že energie teplé vody se rovná energii vyzařované z radiátoru plus energii potřebné k jeho ohřevu.

Energie teplé vody = energie vyzařovaná radiátorem + energie potřebná k ohřevu radiátoru

Z výše uvedené souvislosti vyplývá, že zvyšováním množství energie potřebné k ohřevu otopného tělesa snižujeme energii (teplo) vyzařovanou otopným tělesem. Nabízí se otázka, zda a kdy bude energie potřebná k ohřevu radiátoru rovna nule. Na tuto otázku lze odpovědět otázkou:

Kolik energie je potřeba pro zahřátí 1 kg litiny ze 16°C na 60°C?
Měrná tepelná kapacita (c), charakterizuje přijímání tepla homogenní látkou. Kolikrát větší je tepelná kapacita látky, tolikrát větší teplo přijme látka při ohřátí o jeden stupeň (Kelvina nebo Celsia). Vysoká měrná tepelná kapacita znamená, že je zapotřebí velké množství energie k ohřevu materiálu, ale také to, že materiál přijme spoustu tepla, které bude v případě litiny pomalu chladnout. Z běžných látek největší měrnou tepelnou kapacitu má voda a to je jeden z důvodů, proč se používá jako přenosové médium v otopných soustavách.

Měrná tepelná kapacita litiny (litinového radiátoru) je 0.46 což znamená, že je zapotřebí 460 joulů je pro zahřátí 1kg litiny o 1°C. Měrná tepelná kapacita oceli (ocelového radiátoru) je velmi podobná z čehož plyne, že energie potřebná pro zahřátí 1kg oceli je zhruba stejná jako pro 1kg litiny. Rozdíl mezi těmito dvěma radiátory není v materiálu, ale v hmotnosti tělesa a především v zahřívání objemu média, které je několikanásobně (2,3 i 4 krát) větší než v deskovém radiátoru.

Je pravdou, že v praxi trvá prvotní zahřátí litinového radiátoru déle než zahřátí tenkého deskového radiátoru. Takže lze s jistotou říci, že litinové radiátory jsou z hlediska zahřívání méně účinné než tenčí, panelové radiátory.

Energie potřebná pro ohřev 1kg vody o 1°C je 4181 joulů; což je 9 krát více energie, která je potřebná k zahřátí než na stejnou hmotnost litiny nebo oceli. Dáme-li tyto úvahy do souvislosti je zřejmé, že rozdíly jsou poněkud zanedbatelné a vše závisí na tom, jak účinný zdroj energie (kotel) zajišťuje přísun energie pro ohřev vody v ústředním topení.

Normální provoz
Teplo vyzařované je v rovnováze s teplem vody v otopném tělese. Názorně lze tento vztah demonstrovat na absolutně černém tělese. Černé těleso a nebo černý zářič je ideální těleso, které pohlcuje veškeré záření všech vlnových délek, dopadající na jeho povrch. Absolutně černé těleso je současně ideální zářič, ze všech možných těles o stejné teplotě vysílá největší možné množství zářivé energie. Celkové množství energie, které se vyzáří z povrchu absolutně černého tělesa za jednotku času a rozložení intenzity záření podle vlnových délek závisí jen na jeho teplotě.

Dle výše uvedeného lze říci, že bílá otopná tělesa budou většinu viditelného dopadajícího světla odrážet zatímco tmavá (černá) otopná tělesa budou světlo pohlcovat.

V tomto příkladu budeme předpokládat, že je radiátor nalakovaný černou barvou.

Stefanův-Boltzmannův zákon popisuje celkovou intenzitu záření absolutně černého tělesa. Podle tohoto zákona lze při dané teplotě (60°C) stanovit intenzitu záření na jednotku plochy a jednotku času pro černé otopné těleso na 697J za sekundu na jeden metr čtvereční.

A jak je to v porovnání s deskovým otopným tělesem?
Deskové otopné těleso v černé barvě bude vydávat 697J, tzn. přesně stejné množství energie při stejném teplotách na metr čtvereční za sekundu jako litinový radiátor. Z toho lze uvozovat, že otopné těleso (radiátor) je v podstatě pouze nosič resp. nádoba na teplou vodu, které předává energii formou záření.

Tepelný výkon radiátoru je daný především teplotou média, jeho objemem a velikostí plochy. Lze říci, že při stejných parametrech (objem, plocha) je litinový radiátor je při stejné teplotě vody uvnitř radiátoru stejně účinný jako deskové otopné těleso.

Ochlazování
Stejně jako v případě ohřevu je při ochlazování klíčem k vysvětlení měrná tepelná kapacita, tj. energie potřebná pro změnu teploty 1 kg materiálu o 1°. V tomto příspěvku jsme již zabývali tím, že pro ohřev litinového tělesa je zapotřebí více energie než pro deskové otopné těleso. To je dáno jednoduše tím, že hmotnost samotné litiny je vyšší než u plechového ocelového tělesa. Také jsme se dozvěděli o zákonu zachování energie - Celkové množství energie (všech druhů) izolované soustavy zůstává zachováno. Celková energie izolované soustavy stálá (časově neměnná). Energie tedy v izolované soustavě nemůže samovolně vznikat ani zanikat. Druh energie se však může měnit, např. mechanická energie může přecházet na teplo apod.

Budeme-li sledovat otopné těleso na makroskopické úrovni můžeme říci, že mezi ohřátou vodou v radiátoru, silnou stěnou litinového radiátoru a okolním chladným vzduchem dochází k neustálému pohybu miliard částic, ve kterých je obsažena určitá energie, která se nazývá vnitřní energie. Částice tak ohřívají okolní vzduch, který je po ohřátí méně hustý jako okolní vzduch a stoupá směrem vzhůru (podobně jako například horkovzdušný balón). Více chladný vzduch se přesune do prázdného prostoru, kde se opět zahřeje a opět stoupá. Tím vzniká v místnosti konvekce – neboli šíření tepla prouděním – a dochází k ochlazování radiátoru.

Kinetická energie částic vyzařovaných z radiátoru, která se mění na teplo a ohřívá okolní vzduch je úměrná teplotnímu spádu (velký teplotní rozdíl znamená rychlejší ochlazování) a povrchové ploše otopného tělesa. Současně měrná tepelná kapacita železa určuje, že pro ochlazení 1kg železa o jeden stupeň je zapotřebí -460 Joulů (stejně jako je potřeba 460J k ohřevu 1kg železa o 1 stupeň teploty). Tato energie se přeměňuje na teplo právě radiací částic do vzduchu kolem otopného tělesa (radiátoru).

Z předchozích odstavců již víme, že ohřev tenkého panelového radiátoru na určitou teplotu (60°C) trvá méně času a vzhledem k hmotnosti i objemu vody potřebuje méně energie než litinový radiátor.

Mohutný litinový radiátor, který potřebuje pro ohřev na určitou teplotu kvůli objemu i hmotnosti více energie i času má více energie při stejné teplotě než ocelový deskový radiátor. Z toho plyne, že energie, která se mění na teplo pomocí radiace částic je větší a je předávána déle než energie z ocelových článkových radiátorů. Dále zle říci, že díky delšímu času ochlazování zajišťují litinové radiátory předávání resp. přeměnu energie na teplo do místnosti i poté, co je zdroj energie (kotel) mimo provoz.

Verdikt
Ohřev litinových radiátorů trvá déle než u deskových ocelových radiátorů. Ochlazování litinových radiátorů naopak trvá déle než u deskových radiátorů. Tím lze říci, že účinnost obou typů radiátorů je přibližně stejná. Litinový radiátor má díky své mohutnosti větší vnitřní objem, což vyžaduje větší přísun energie z kotle. To je však vyváženo akumulačními vlastnostmi litinového radiátorů a pomalejším ochlazováním. Z hlediska trvalejšího provozu však můžeme říci, že následné „udržování“ otopného systému s litinovými radiátory na stálé teplotě je právě díky akumulačním vlastnostem účinnější než u ocelových nízko objemových radiátorů, které chladnou rychleji.

Na závěr lze říci, že účinnost neřeší radiátory, ale především vhodně zvolený kotel v kombinaci s vhodně zvolenou regulací otopného systému (např. termostatickými ventily), použití tepelných izolací (zateplení domu, výměna oken, těsnění dveří) nebo využitím pasivních zářičů tepla (např. domácí spotřebiče, tělesné teplo člověka). Především tím lze zamezit plýtvání s energií a šetřit tak na celkové spotřebě tepla.

Ing. Milan Ondrášek