Elektrické podlahové a stropní vytápění v bytových domech

Teplotní pohoda v bytě

Základním kritériem pro hodnocení vhodnosti zvoleného otopného systému v bytě je dosažení tepelné pohody. Pro dosažení celkové teplotní pohody člověka pro odpočinek a regeneraci sil v místě pobytu je nutné zajistit minimálně tři základní podmínky:
1. Teplotu v rozsahu od 18,5 do 22 °C.
2. Relativní vlhkost vzduchu v rozsahu 40 až 70 %.
3. Proudění vzduchu v rozsahu rychlosti od 0 do 0,25 ms^-1.

Všechny tyto veličiny se vzájemně ovlivňují a vybočení u kterékoliv z nich vyvolává nepříjemný pocit u přítomných osob. Vnímaná výsledná teplota t_r je výslednicí teploty vzduchu t_ai a účinné teploty okolních ploch obklopujících vytápěný prostor t_si. Výsledná rovnice pak vypadá takto:

t_r = (t_r + t_si)/2

Toto je velmi důležitý vztah pro elektrické podlahové vytápění, a jak si dále ukážeme, lze ho s výhodou v některých případech využít.

Doporučené výpočtové teploty ve vytápěných obytných místnostech

Pro jednotlivé místnosti se používají k výpočtu vhodného vytápění tyto tzv. výpočtové teploty:

Místnost	Výpočtová teplota (°C)	Poznámka
Obytné místnosti (pokoje, ložnice, obytné haly)	20
Koupelna	24
Kuchyně	20	Je nutno zohlednit větrání
Předsíně, chodby	15
WC	20

Tabulka 1

Dalším důležitým faktorem je vertikální rozložení teploty vzduchu v místnosti. Toto je pro různé způsoby vytápění naznačeno na obrázku 1, kde je to srovnáno s představou ideálního vytápění (viz obr. 1).

Obr. 1 - Vertikální rozvrstvení teploty vzduchu v místnosti při různém způsobu vytápění

Základní definice prvků pro podlahové a stropní elektrické vytápění

Základní definice v této oblasti zavádí ČSN 33 2000-7-753: Elektrické instalace budov Část 7: Požadavky na speciální instalace nebo umístění Oddíl 753: Podlahové a stropní topné systémy. Pro ilustraci si uveďme ty nejdůležitější:

• topný kabel
  kabel pro pevnou instalaci, který je nebo není opatřen krytem nebo kovovým pláštěm a je určen jako zdroj tepla k vytápění;
• ohebný deskový topný prvek
  topný prvek sestávající z desek z elektrického izolantu laminovaného elektrickým odporovým materiálem, nebo základní materiál, na kterém jsou upevněny elektricky izolované topné vodiče;
• topná jednotka
  topný kabel nebo ohebný deskový topný prvek s pevně připojenými studenými vodiči nebo vývody, které jsou zapojeny do svorek napájecího obvodu;
• studený vodič
  izolovaný kabel nebo šňůra, určené pro připojení topné jednotky k napájecímu obvodu;
• samoomezující topný kabel
  topný kabel, jehož teplota nemůže přesáhnout 70 °C a je ho možno připojit přímo k napájení bez potřeby přechodových studených vývodů. Samoomezující topné kabely podle EN 50019, které nemohou přesáhnout 70 °C na bodu připojení, mohou být připojeny k napájecímu obvodu bez studených vodičů.

Základní výhody a nevýhody užití přímotopných a akumulačních podlahových elektrických systémů

Definice:

• přímotopný systém
  topné zařízení, podlahový nebo stropní topný systém, které vyrábí teplo z elektrické energie a rozvádí je do vytápěného vnitřního prostoru s co nejmenším časovým posunem.

Nejběžnější elektrické přímotopné podlahové systémy jsou naznačeny na obr. 2. Jedná se o podlahové elektrické vytápění v lité podlaze a v dřevěné montované podlaze (viz obr. 2a, 2b).

Obr. 2a - Elektrické vytápění v lité podlaze, Obr. 2b - Elektrické vytápění v dřevěné podlaze

Obr. 3 - Elektrické akumulační vytápění v lité podlaze

Definice:

• akumulační podlahové topné systémy
  topný systém, ve kterém v závislosti na stanovené periodě nabíjení se časově omezeně dostupná elektrická energie mění na teplo, které je postupně rozváděno hlavně povrchem podlahy do vytápěného vnitřního prostoru s určeným časovým posunem.
  Velmi často je tento systém doplněn o doplňkové podlahové topení, takže v podstatě tvoří tzv. hybridní topný systém.
• doplňkové podlahové topení
  přímotopné systémy zabudované do podlahové konstrukce například v okrajových pásmech podlahy při venkovních stěnách, které doplňuje teplo rozváděné akumulačním podlahovým topným systémem.

Nejběžnější elektrický akumulační podlahový systém je naznačen na obrázku 3. Jedná se o podlahové elektrické vytápění v lité podlaze s akumulační betonovou vrstvou.

Výhody a nevýhody elektrického přímotopného a akumulačního vytápění

• nevytápěná plocha
  plocha podlahy, která je zcela zakryta po umístění vnitřního zařízení, nebo je ponechána volná pro vestavěné vnitřní zařízení.

Výhody	Nevýhody
Nižší nároky na dimenzování distribuční sítě, přípojky, hlavního domovního vedení (2 až 2,5x) ve srovnání s elektrickým akumulačním vytápěním	Nutnost úprav podlah pro položení otopných prvků
Menší nároky na topnou část podlahy (oproti akumulačnímu elektrickému podlahovému vytápění)	Nutnost koordinace se zařizovacím plánem místností, omezení variability vnitřního vybavení - nutnost definování nevytápěné plochy
U objektů s dostatečnou tepelnou izolací lze uložit i do dřevěné konstrukce podlahy	Problematické opravy při uložení v betonové vrstvě
Lze použít pro vytápění malých prostorů v centru dispozice bytu (koupelny)	Nebezpečí poškození při laickém zásahu do podlahy (vrtání, zatloukání hřebíku atd.)
Esteticky ani fyzicky neruší ve vytápěném prostoru	Vyšší cena za odběr elektřiny

Tabulka 2 - Přímotopné elektrické podlahové vytápění

Výhody	Nevýhody
Vyrovnání odběrového diagramu v době celkově sníženého odběru elektřiny	Vysoké nároky na dimenzování distribuční sítě, přípojky, hlavního domovního vedení (2 až 2,5x) ve srovnání s elektrickým přímotopným vytápěním
Cenově nejpříznivější sazba za elektřinu v nízkém i vysokém tarifu	Stavební náročnost vytvoření betonové akumulační vrstvy s dostatečnou časovou konstantou
Esteticky ani fyzicky neruší ve vytápěném prostoru	Nutnost koordinace se zařizovacím plánem místností, omezení variability vnitřního vybavení - nutnost definování nevytápěné plochy
	Problematické opravy při uložení v betonové vrstvě

Tabulka 3 - Akumulační elektrické podlahové vytápění

Ochrana před nebezpečným dotykem neživých částí

Ochrana automatickým odpojením napájení - Jako ochranného prvku se užije chrániče se jmenovitým vybavovacím proudem nepřesahujícím 30 mA.

Doplňující pospojování - kde je užito topného vodiče s vodivým krytem (například opletem nebo ovinutím kovovým páskem) nebo je zřízen rošt nad podlahovými topnými prvky (tak, jak například předepisuje ČSN 33 2000-7-701 a ČSN 33 2000-7-702), spojí se s ochranným vodičem elektrické instalace pomocí doplňujícího pospojování.

Ochrana použitím zařízení třídy ochrany II nebo rovnocennou izolací

Obvody napájející zařízení (topné vodiče) s třídou ochrany II nebo rovnocennou izolací musí mít přídavnou ochranu tvořenou chráničem se jmenovitým vybavovacím proudem I_Δn nepřesahujícím 30 mA.
Ochrana nevodivým okolím a neuzemněným místním pospojováním se nesmí použít.
Ochrana elektrickým oddělením - pokud se použije, musí být provedeno v souladu s ČSN 33 2000-4-41 článkem 413.5.1, 1. odrážka, pro každý okruh topení.

Ochrana proti přehřátí - topné jednotky

Aby se v případě podlahových nebo stropních topných systémů v budovách zabránilo přehřátí, musí se použít alespoň jednoho z dále uvedených prostředků pro omezení teploty v pásmu topení na maximálně 80 °C:

• vhodný návrh topného systému;
• vhodná instalace topného systému;
• použití ochranných zařízení.

Topné jednotky musí být připojeny k elektrické instalaci pomocí studených vodičů nebo svorek. Toto neplatí pro samoomezující topný kabel, jehož teplota nemůže přesáhnout 70 °C na místě připojení. Topné jednotky musí být připojeny ke studeným vodičům pouze pomocí trvalých spojů.

Zamezení nepříznivých vlivů stavby na topné jednotky

Topné jednotky nesmí křižovat dilatační spáry. Topné jednotky pro instalaci na podlaze z betonu nebo podobného materiálu musí být IP X7.

Označování a předávání informací

Nová ČSN 33 2000-7-754 zavádí na základě zkušeností nové požadavky na prokazatelné informace pro montážní firmy a uživatele. Je zcela jednoznačně definováno, že dodavatel musí zajistit pro každý topný systém výkres obsahující tyto podrobnosti:

• typ topných jednotek;
• počet instalovaných topných jednotek;
• délku/plochu topných jednotek;
• měrný příkon na jednotku povrchu;
• rozložení topných jednotek;
• umístění topných jednotek;
• umístění přípojných krabic;
• vodiče, ochrany apod.;
• instalovaná/vytápěná plocha;
• užité napětí;
• určený měrný odpor;
• určená proudová nebo nadproudová ochrana;
• stanovený vybavovací proud I_Δn chráničů.

Dále je touto normou stanovena povinnost, kde má být tato informace kromě jiného uložena. Tento dokument/výkres musí být stále přístupně uložen v rozváděči topného systému.

Pro studené vodiče (napájecí rozvody) a kontrolní vodiče instalované v pásmu vytápěných ploch se musí brát v úvahu zvýšení teploty okolí.

Přítomnost cizích pevných těles - dodavatel topného systému musí informovat ostatní dodavatele (nejlépe prokazatelně - písemně), že se nesmí používat v ploše, kde jsou instalovány podlahové nebo stropní topné jednotky, žádných pronikajících prostředků, jako jsou vruty pro zarážky dveří, kotvení nábytku a podobně.

Povinné informace pro uživatele prostor s podlahovým vytápěním

Nevytápěné plochy
Pro nezbytné zařízení vnitřních prostorů musí být upraveny nevytápěné plochy tak, aby se tímto zařízením nebránilo vysílání tepla.

Poskytování informací dodavatelem pro uživatele instalace
ČSN 33 2000-7-753 požaduje, aby při dokončení instalace dodavatel topného systému poskytl investorovi - majiteli budovy nebo jeho zástupci popis topného systému. Dodavatel topného systému musí informovat majitele, že popis topného systému zahrnuje všechny potřebné informace, například pro opravy. Navíc podle této normy musí být majitel požádán (v tomto případě nejlépe prokazatelně - písemně), aby předal včas instrukce pro použití topné instalace uživatelům těchto prostor.

Dodavatel topného systému musí předat vhodný počet kopií provozních pokynů majiteli nebo jeho zástupci při dokončení. Jedna kopie provozních pokynů pro použití musí být trvale připevněna na vnitřní straně dveří v každé příslušné rozvodnici nebo v její blízkosti.

Popis musí obsahovat nejméně tyto informace:

1. popis konstrukce topného systému, zvláště hloubku topných jednotek;
2. schéma rozmístění s informací týkající se
   • rozdělení topných okruhů a jejich stanovený příkon;
   • umístění topných jednotek v každém vnitřním prostoru;
   • podrobností, které byly vzaty v úvahu při instalaci topných jednotek, například nevytápěné plochy, doplňková topná pásma, nevytápěné vymezené plochy pro upevnění prostředků pronikajících do krytiny podlah;
3. údaje o použitém regulačním zařízení s příslušnými schématy a s rozměry polohy čidel pro teplotu podlahy a podmínky počasí, pokud jsou použity;
4. údaje o typu topných jednotek a jejich maximální provozní teplotě.

Instrukce pro použití
Dále ČSN 33 2000-7-753 vyžaduje od dodavatele, aby zajistil instrukce pro použití, které musí obsahovat nejméně tyto údaje:

• popis topného systému a jeho funkce;
• provoz topné instalace v prvním období vytápění v případě nové budovy, například s ohledem na vysychání;
• provoz regulačního zařízení pro topný systém na obytné ploše a rovněž na doplňkových topných pásmech, pokud nějaká jsou;
• v případě podlahových a stropních topných systémů informace o omezení umístění vnitřního zařízení apod.;
• užití přídavných podlahových krytin, např. koberců s tloušťkou > 10 mm může vést k vyšší teplotě podlahy a tím nepříznivému ovlivnění výkonu topného systému;
• kusy vnitřního zařízení pevně zakrývající podlahu a/nebo vestavěné skříně mohou být umístěny pouze na nevytápěných plochách;
• vnitřní zařízení jako koberce, sedací a odpočívací nábytek s přehozy, které zčásti pevně nezakrývají podlahu, se nemohou umísťovat na doplňkové topné plochy, pokud nějaké jsou;
• omezení týkající se výšky vnitřního zařízení v případě stropních topných systémů. Skříně s výškou stejnou, jako má vnitřní prostor, se mohou umísťovat pouze pod tu plochu stropu, kde nejsou instalovány topné prvky;
• rozměry umístění doplňkových topných pásem a ploch umístění;
• požadavek, že v případě tepelných podlahových a stropních systémů se nesmí nic upevňovat do podlah, případně stropů. Z tohoto požadavku jsou vyloučeny jen nevytápěné plochy. Kde je to vhodné, uvedou se alternativní možnosti.

Možnost využití poznatků z ČSN 33 2000-7-754 a ČSN 33 2000-7-701 v oblasti podlahového vytápění v koupelnách

Jak již bylo uvedeno v úvodní části tohoto článku, rozhodujícím prvkem z hlediska uživatele je tepelná pohoda v místnosti. V poslední době se využívá podlahového elektrického přímotopného systému především v bytových prostorách, kde potřebuji topení nezávislé na otopném systému v bytovém domě či v rodinném domku. Touto místností je především koupelna. Zde je tedy pro návrh podlahového elektrického vytápění nutno vzít v úvahu jak základní požadavky vyplývající z ČSN 33 2000-7-754, řešící obecnou problematiku podlahového a stropního vytápění, tak z ČSN 33 2000-7-701, řešící problematiku elektrických rozvodů v koupelnách. Z aplikace těchto dvou norem vyjde návrh podlahového vytápění s použitím topných vodičů s ochranným vodivým krytem (či s topnými vodiči bez ochranných krytů, avšak s dodatečnou ochrannou vodivou mříží), přičemž jak ochranný vodivý kryt, tak ochranná mříž je připojena k místnímu doplňujícímu pospojování a tím i k ochrannému vodiči PEN. Obvod pro napájení tohoto topení je v rozvodnici vybaven proudovým chráničem I_Δn nepřesahujícím 30 mA. Potud by bylo vše z hlediska splnění elektrotechnických požadavků bez problému. Problém však nastává s ohledem na poměrně velké nevytápěné plochy (plochy zabrané půdorysem obezdívky vany) s dosažením tepelné pohody. V praxi se ukázalo, že při využití požadavku ČSN 33 2000-7-701 na vodiče uložené ve stěnách v hloubce nepřesahující 50 mm lze tuto pohodu docílit.

ČSN 33 2000-7-701:
"Elektrické rozvody musí mít izolaci v souladu s požadavky článku 413.2 (ČSN 33 2000-4-41) bez jakéhokoliv kovového krytu. Takové vedení mohou například tvořit jednožilové kabely v izolačních trubkách nebo kabely s více žilami s izolačním pláštěm."

"V zóně 2 může být instalováno pouze toto upevněné zařízení používající elektrický proud - ..... otopná zařízení ...... za předpokladu, že jejich napájecí obvody jsou vybaveny doplňkovou ochranou proudovým chráničem se jmenovitým vybavovacím rozdílovým proudem I_Δn nepřesahujícím 30 mA (v souladu s článkem 412.5 ČSN 33 2000-4-41)."

Analogicky lze odvodit, že lze použít topných vodičů určených pro zabudování do litých podlah, vybavených ochranným opletem (ovinutím) vodivým materiálem, přes který je ještě proveden izolační plášť i k zabudování do stěn pod omítku (pokud to výrobce nevylučuje). Oplet (ovinutí) se připojí prostřednictvím dodatečného místního pospojování k ochrannému vodiči a napájecí obvod je samozřejmě vybaven proudovým chráničem se jmenovitým vybavovacím rozdílovým proudem I_Δn nepřesahujícím 30 mA. Zde je ovšem bezpodmínečně nutné volit nižší, přiměřenou teplotu, za níž tento vytápěcí systém pracuje, než při podlahovém systému.

Praxe ukázala, že i v koupelnách, kde nebylo naměřeno výsledných 24 °C, bylo dosaženo tepelné pohody vyjádřené uživateli těchto prostor.