Vedení, proudění, sálání – jak se teplo hýbe?

Zajímalo tě někdy, jak to vlastně funguje, když si zatopíš v kamnech nebo zapneš radiátor? Proč je ti u krbu teplo, i když na tebe nefouká teplý vzduch? Teplo se totiž umí pěkně hýbat, ale nedělá to jen jedním způsobem. Pojďme se společně podívat na tři základní cesty, kterými se šíření tepla odehrává: vedení, proudění a sálání. Pochopit je ti pomůže nejen lépe využívat topidla, ale i porozumět spoustě dalších jevů kolem nás.

Jak se teplo přenáší? Tři základní způsoby

V přírodě i v technice se teplo šíří třemi hlavními způsoby. Málokdy se setkáš jen s jedním izolovaně, většinou jde o kombinaci dvou, nebo dokonce všech tří. Ale abychom pochopili celek, musíme si je rozebrat pěkně popořadě.

Vedení tepla (Kondukce): Když se teplo šíří dotykem

Jak funguje vedení tepla?

Představ si, že strčíš jeden konec kovové tyče do ohně. Za chvíli ucítíš, jak se ohřívá i ten druhý konec, který držíš. To je přesně vedení tepla neboli kondukce. Teplo se tu šíří přímým kontaktem částic látky. Ty rychlejší, teplejší částice narážejí do těch pomalejších, studenějších, a předávají jim svou energii. Děje se to vždycky ve směru od teplejšího místa k chladnějšímu, dokud se teploty nevyrovnají.

Tenhle způsob šíření tepla funguje ve všech látkách – pevných, kapalných i plynných. Ale pozor, ne všude stejně dobře! Nejlepšími vodiči tepla jsou kovy. Naopak látky jako sklo, dřevo, porcelán, sláma nebo vata vedou teplo špatně – proto jim říkáme tepelné izolanty. Nejhůře teplo vedou kapaliny a plyny. Tam už pak přichází ke slovu i další způsoby přenosu.

Kde se s vedením tepla setkáš u topidel?

Typickým příkladem je teplo procházející stěnou kachlových kamen. Ať už jsou kachle stavěné tradičně na hlínu, nebo moderně lepené, teplo zevnitř musí projít materiálem kachle ven. Stejně tak se vedením šíří teplo třeba šamotovou deskou, materiálem komína nebo tálem plotny při vaření na sporáku. Tepelná izolace, kterou najdeš třeba ve stropě, pak funguje jako brzda – zpomaluje právě tohle vedení tepla, aby nám neutíkalo tam, kam nemá.

Proudění tepla (Konvekce): Teplo v pohybu tekutin

Volná a nucená konvekce: Jaký je v tom rozdíl?

Druhým způsobem je proudění neboli konvekce. Ta se týká výhradně tekutin, tedy kapalin a plynů. Funguje to jednoduše: když tekutinu zahřeješ, stane se lehčí (má menší hustotu) a stoupá vzhůru. Na její místo klesá chladnější, hustší tekutina, která se zase ohřeje a stoupá… a tak pořád dokola. Vzniká tak proudění, které efektivně promíchává tekutinu a šíří teplo.

Tomuhle samovolnému pohybu, způsobenému rozdíly teplot a gravitací, říkáme volná nebo přirozená konvekce. Aby fungovala, musíme tekutinu zahřívat zdola. Setkáš se s ní třeba u radiátoru, kde ohřátý vzduch stoupá ke stropu.

Pak je tu ještě nucená konvekce. Tady pohyb tekutiny nezpůsobuje gravitace, ale nějaká vnější síla – třeba ventilátor v teplovzdušném vytápění, čerpadlo v topném systému nebo tah komína.

Teplovzdušné vytápění a jeho specifika

Právě teplovzdušné vytápění (někdy označované jako otevřený teplovzdušný systém, OTS) je typickým příkladem využití konvekce. Je to rychlý způsob, jak dostat teplo do místnosti. Má to ale i své nevýhody. Vzduch neustále cirkuluje, což může vířit prach. Navíc vznikají poměrně velké rozdíly teplot mezi podlahou a stropem, klidně i deset stupňů, což není úplně ideální pro tepelnou pohodu a může to mít i negativní dopad na zdraví. Proto se konvekční vytápění hodí spíš do prostor, kde se nezdržuješ trvale, třeba na chodbu.

U konvekčních topidel je důležité myslet na správné otvory pro nasávání studeného a výdech teplého vzduchu. Výrobci by měli udávat potřebné velikosti průřezů. Existují i uzavřené systémy (jako hypokaust), které sice také využívají proudění vzduchu uvnitř konstrukce, ale teplo do místnosti předávají hlavně příjemnějším sáláním.

Sálání (Radiace): Neviditelné tepelné paprsky

Jak funguje přenos tepla zářením?

Třetím způsobem šíření tepla je sálání neboli radiace. Každé těleso, které má nějakou teplotu, vysílá do okolí neviditelné elektromagnetické záření – tepelné paprsky. Když tyto paprsky dopadnou na jiné těleso, to je pohltí a jejich energie se přemění zpět na teplo (zvýší se vnitřní energie pohlcující látky). Cítíš to, když si stoupneš blízko k ohni nebo rozpáleným kamnům – hřeje tě právě sálavé teplo. Nepotřebuje k tomu žádný vzduch ani jiný prostředník, šíří se i ve vakuu (tak k nám doputuje teplo ze Slunce).

Intenzita sálání závisí hlavně na teplotě zdroje (čím teplejší, tím víc sálá) a na vzdálenosti od něj.

Sálání u krbů a kamen: Výhody a jak ho ovlivnit

Sálání hraje velkou roli u krbů a kamen. Sklo krbové vložky propouští tepelné záření z ohniště přímo do místnosti. Samotné sklo se taky ohřívá a sálá (a navíc kolem něj proudí vzduch, takže dochází i ke konvekci). U otevřených krbů je sálání dominantní. Aby teplo sálalo co nejvíce do místnosti, je dobré boky a horní část topeniště zkosit.

U moderních akumulačních kamen se zase řeší tzv. „daň za sklo“ – tedy teplo vyzářené sklem, které ohřívá jen místnost, kam je sklo namířeno, a neukládá se do akumulační masy. Velké prosklení je sice efektní, ale trochu jde proti principu akumulace.

Sálání přes sklo se dá omezit – třeba speciálními pokovenými vrstvami, které část záření odrazí zpět do topeniště, nebo použitím dvojitého či trojitého skla. To snižuje teplotu vnějšího skla a tím i jeho sálání. Kachlová kamna mohou být konstruována primárně jako sálavá, kdy teplo předává hlavně jejich povrch. Pro tepelnou pohodu je ideální, když povrchová teplota stěn v místnosti není o moc jiná než teplota vzduchu.

Všechny způsoby šíření tepla pohromadě

Jak už bylo řečeno na začátku, v reálném světě, a zvláště u topidel, se všechny tři způsoby šíření tepla často kombinují. Teplo z ohně se šíří sáláním na stěny topeniště, vedením prochází skrz materiál stěn a pak je předáváno do místnosti buď opět sáláním z povrchu kamen, nebo konvekcí (ohříváním vzduchu, který kolem kamen proudí).

Pochopil jsi, jak cestuje teplo?

Tak co, už je ti jasnější, jak se teplo vlastně hýbe? Vedením se teplo šíří dotykem, hlavně v pevných materiálech. Prouděním se pohybuje ohřátý vzduch nebo voda. A sálání posílá teplo jako neviditelné paprsky. Všechny tyhle způsoby ovlivňují, jak doma topíme a jak nám je teplo.

Zajímá vás více šíření tepla?? Podívejte se na článek na stránkách ČVUT.

Nevíte si rady s výběrem??

Potřebuji poradit

Máš zkušenosti s různým topením? Nebo víš o dalším příkladu, kde tohle funguje? Napiš do komentářů! A jestli se ti článek líbil, klidně ho pošli dál.