100678406

Page 1


Spistreści

1.Proceduryobliczeńcieplno-wilgotnościowych

1.1.Rolafizykicieplnejbudowliwprojektowaniubudynków

nejbudynkuiichnastępstwa

2.9.2.Temperaturypromieniowania,asymetriapromieniowania47

2.9.3.Wilgotnośćpowietrzawewnętrznego

2.9.4.Ruchpowietrzawpomieszczeniach

2.10.Parametrycieplneczłowieka

2.10.1.Wydatekenergetyczny,ciepłometaboliczne

2.10.2.Przenikanieciepłaprzezodzież

2.11.Przeglądmetodocenykomfortucieplnego

2.12.MetodaFangeraocenykomfortucieplnego

2.13.Pożądanewartościparametrówmikroklimatu

2.14.Danedoprojektowaniaiobliczeń

3.Jednowymiaroweprzepływyciepławprzegrodzie

3.1.Zasadniczerodzajewymianyciepła.Poletemperatur

3.2.Podstawowezależnościopisująceprzewodzenieciepła

3.3.Jednowymiaroweustaloneprzenikanieciepła

3.4.Konwekcyjneprzejmowanieciepłanapowierzchniprzegrody

3.4.1.Konwekcjaswobodnanapowierzchniwewnętrznej

3.4.2.Konwekcjawymuszonaimieszana

3.5.Współczynnikiprzejmowaniaciepłaprzezpromieniowanie

3.5.1.Podstawyteoriipromieniowaniaciepła

3.5.2.Wyznaczaniewspółczynnikówprzejmowaniaciepłaprzez promieniowanie

3.5.3.Promieniowanieciepładonieboskłonu

3.6.Złożonawymianaciepła

3.6.1.Obliczeniowewartościoporówiwspółczynnikówprzejmowaniaciepła

3.6.2.Obliczeniowewartościoporówiwspółczynnikówprzejmowaniaciepładlaprzypadkówszczególnych

3.7.Obliczaniestratciepłaprzezprzegrodywustalonympolujednowymiarowym

3.8.Szczelinywprzegrodzie

3.8.1.Szczelinyzamknięte

3.8.2.Szczelinysłaboidobrzewentylowane

3.9.Wymianaciepławprzegrodach przeźroczystychiprzezelementy specjalne

3.10.Przybliżonemetodyobliczeńcieplnychprzegródniejednorodnych106

3.10.1.Przenikanieciepłaprzez prosteprzegrodyniejednorodne; metoda„kresów”

3.10.2.Opórcieplnyprzestrzeninieogrzewanych ................

3.11.Poprawkiwspółczynnikaprzenikaniaciepła

4.Płaskieiprzestrzenneprzepływyciepła–teoriamostków cieplnych ...........................................................

4.1.Istotapłaskichiprzestrzennychprzepływówciepła

4.2.Gałęziowestrumienieciepławzłączu

4.2.1.Strumienieciepławmodelujednostrefowym

4.2.2.Strumienieciepławmodeludwustrefowym

4.3.Klasyfikacjamostkówcieplnych

4.4.Parametrytermiczneokreślającemostek

4.4.1.Liniowywspółczynnikprzenikaniaciepła

4.4.2.Punktowywspółczynnikprzenikaniaciepła

4.4.3.Gałęziowewspółczynnikiprzenikaniaciepła

4.4.4.Najniższatemperaturana wewnętrznejpowierzchnimostka cieplnego.Współczynniktemperaturowy fRsi

4.5.Wpływmostkanakształtowaniewarunkówcieplnychśrodowiska157

4.6.Metodyszacowaniaparametrówtermicznychmostków

4.6.1.ParametrymostkówcieplnychwgkatalogówITB

4.6.2.ParametrymostkówcieplnychwgnormyPN-EN

4.6.3.KatalogmostkówcieplnychprzygotowanywUTPwBydgoszczy[10,32]

5.Numerycznemetodyobliczeńcieplnych

5.1.Metodyróżnicielementówskończonych

5.2.Praktyczneaspektystosowaniametodnumerycznych

5.3.1.Geometriamostkówponadpowierzchniągruntu

5.3.2.Mostkiwpodłożugruntowym

5.3.3.Procedurykorekcyjne

5.3.4.Ustaleniewartościobliczeniowychnagranicachobszaru

5.4.Walidacjanumerycznychmetodiprogramówobliczeniowych

5.5.Symulacjazadańcieplno-wilgotnościowychzapomocąprogramówkomputerowych ...........................................

5.5.1.Pożądanecechyprogramówsymulacyjnych

5.5.2.Budowaniealgorytmówsymulacyjnych;krokpokroku 182

5.6.Przykładyobliczeńmostkówpłaskich ........................... 188

5.7.Przykładyobliczaniamostkaprzestrzennego ..................... 199

5.8.Obliczaniemostkówwpłaskichmodelachdwustrefowych ........ 201

6.Obliczaniestratciepłazbudynkudośrodowiska ............. 206

6.1.Równaniebilansuenergetycznegobudynkuwzakresieogrzewania iwentylacji ..................................................... 206

6.2.Współczynnikprzenoszeniaciepłaprzezprzenikaniezbudynkudo środowiska 208

6.3.Bezpośredniwspółczynnik HD przenoszeniaciepłaprzezobudowę budynkuponadpowierzchniąterenu ............................. 213

6.3.1.Współczynnikprzenoszeniaciepłaprzezzłącza .......... 214

6.3.2.Składaniestrumienicieplnychnapowierzchniprzegrody216

6.3.3.Współczynnikprzenoszeniaciepłaprzegród 219

6.3.4.Realnywspółczynnikprzenikaniaciepłainiejednorodność przegród ................................................ 222

6.3.5.Bilansowaniestrumieniciepładlabudynku 224

6.3.6.Przykładyobliczeniowe 225

6.4.Przenoszenieciepłaprzezokno .................................. 237

6.4.1.Obliczaniewspółczynnikaprzenikaniaciepłaokna ....... 239

6.4.2.Przykładyobliczaniawspółczynnikówprzenikaniaciepła okien 241

6.4.3.Przenoszenieciepłaprzezoknaidrzwizewnętrzne zuwzględnieniemwspółczynnika U w 244

6.5.Współczynnikprzenoszeniaciepłaprzezprzenikanie HU przez przestrzenienieogrzewane(nieklimatyzowane) ..................

6.5.1.Metodauproszczona ....................................

6.5.2.Numerycznametodaobliczaniawspółczynnikaprzenoszeniaciepłaprzezprzestrzenienieogrzewane 251

6.5.3.Temperaturawprzestrzeninieogrzewanej

6.6.Współczynnikprzenoszeniaciepłaprzezprzenikaniedoprzylegającychbudynków(lokali) H

6.7.Wentylacyjnestratyciepła ......................................

6.7.1.Zasadyokreślaniawspółczynnikaprzenoszeniaciepła

6.7.2.Wielkośćwymianypowietrzazprzestrzeninieogrzewanej264

6.7.3.Szczególnyprzypadekprzestrzeniwentylowanejpodpodłogąpodniesioną

7.1.Wprowadzenie

7.2.Klasyfikacjaobudowybudynkuwkontakciezgruntem ..........

7.3.Trójwymiarowametodanumerycznaobliczaniaprzepływówciepła

7.3.1.Podłoganagruncie

7.3.2.Podziemieogrzewane

7.3.3.Podziemienieogrzewane

7.4.Przybliżonametodaszacowaniastratciepłaprzezgruntpodbudynkiem ...........................................................

7.4.1.Parametryobliczeniowe .................................

7.4.2.Obliczeniastratciepłaprzezpodłogęnagruncie

7.4.3.Obliczeniastratciepławogrzewanympodziemiumetodą przybliżoną .............................................

7.4.4.Nieogrzewaneprzestrzeniewentylowanewmetodzieprzybliżonej .................................................

7.5.Analizadokładnościmetodokreślaniawymianyciepłaprzezgrunt303

7.6.Uwzględnienieperiodycznychprzepływówciepławgruncie

7.6.1.Metodauwzględniającaperiodyczneprzepływyciepła wgruncie ...............................................

7.6.2.Przykładobliczaniaperiodycznychstrumienicieplnych

8.Właściwościcieplno-wilgotnościowemateriałówbudowlanych .................................................................

8.1.Charakterystykiidefinicje .......................................

8.2.Analizatermicznamateriałów

8.2.1.Parametryfizycznemateriałów,kształtująceichprzewodnośćcieplną .............................................

8.2.2.Pojemnośćcieplnamateriałów ...........................

8.2.3.Promieniowaniecieplnemateriałów .....................

8.3.Stanwilgotnościowymateriału ..................................

8.3.1.Sorpcjaidesorpcjawilgoci

8.3.2.Dyfuzjaparywodnejprzezprzegrody

8.3.3.Kapilarnyruchwilgociwmateriałachbudowlanych ......

9.Rocznebilansowaniezużyciaenergiidoogrzewaniaiwentylacji

9.1.Zasadybilansowaniaenergetycznego

9.1.1.Równaniebilansuenergetycznegobudynku ..............

9.1.2.Strefyobliczeniowetemperaturywbudynkachilokalach330

9.2.Proceduraobliczeniowa .........................................

9.3.Zyskiciepłaodźródełwewnętrznych

9.4.Zyskiciepłaodnasłonecznienia .................................

9.4.1.Równaniepodstawowedlatypowychpowierzchniprzeszklonych

9.4.2.Całkowitaprzepuszczalnośćenergiisłonecznejdlapowierzchnioszklonej ..................................... 335

9.4.3.Czynnikikorekcyjnezacienieniaodprzeszkódzewnętrznych ....................................................

9.4.4.Czynnikiredukcjidlaruchomychelementówzacieniających ....................................................

9.4.5.Zyskiciepłaodnasłonecznieniaelementówspecjalnych ..

9.5.Współczynnikwykorzystaniazyskówciepła .....................

9.6.Metodaobliczeńmiesięcznych ..................................

9.7.Obliczanierocznegozapotrzebowanianaciepłodoogrzewaniabudynku(lokalu)

10.2.Genezaformułowaniawymagańcieplno-wilgotnościowych ......

10.3.Współczesnyiprzyszłypoziomochronycieplnej

10.3.1.Wymaganewartościwskaźnikazapotrzebowaniananieodnawialnąenergiępierwotną EP .......................... 355

10.3.2.Wymaganewartościwspółczynnikaprzenikaniaciepła ścianbudynków 356

10.3.3.Wymaganewartościwspółczynnikaprzenikaniaciepładachów,stropodachóworazpodłógstykającychsięzgruntem357

10.3.4.Wymaganewartościwspółczynnikaprzenikaniaciepła okien,drzwibalkonowychidrzwizewnętrznych

10.3.5.Graficznailustracjawymagańtermoizolacyjnych

10.3.6.Wielkośćprzeszklenia

10.4.Danedoobliczeńcieplnych .....................................

10.5.SchematIsprawdzeniawymagańwzakresiewartościwspółczynnikówprzenikaniaciepłaelementówbudynku ...................

10.6.SchematIIsprawdzeniawymaganegopoziomuwskaźnikazapotrzebowanianaenergięnieodnawialną

10.7.Przykładyobliczeniowe

11.Mechanizmyprzenoszeniawilgociwprzegrodachbudowlanych

11.2.Przyczynyzawilgoceniaprzegródbudowlanych

11.2.3.Kondensacjaparywodnejnawewnętrznejpowierzchni przegrody

11.2.4.Kondensacjaparywodnejwewnątrzprzegrody

11.3.Skutkinadmiernegozawilgoceniaprzegród

11.3.1.Destrukcjabiologicznawnętrzmieszkalnychorazprzegród397

11.3.2.Fizyczneichemiczneskutkizawilgocenia

11.3.3.Niszczenieprzegródwwynikuzamarzania

11.4.1.Teoriadyfuzjiparywodnejprzezprzegrodę

11.4.2.Wykresyteoriidyfuzyjnej

11.4.3.Metodyszacowaniakondensacjiwewnętrznejwprzegrodzie .....................................................

11.4.4.Przykładszacowaniakondensacjiwewnętrznejprostąmetodądyfuzyjną

11.4.5.Przepływykapilarne

12.1.Wymaganiaogólne .............................................

12.2.Zabezpieczeniaprzeddziałaniemwódopadowychiztopniejącego śniegu

12.3.Izolacjeprzeciwwilgociowe iprzeciwwodne(hydroizolacje) ..... 424

12.3.1.Ochronaprzedniebezpiecznympromieniowaniem ....... 424

12.3.2.Izolacjeprzeciwwilgociowewbudynkach 425

12.4.Materiałyodpornenadziałaniewilgoci 428

12.4.1.Materiałybudowlanewśrodowiskachwilgotnych ........ 429

12.4.2.Dobórmateriałówbudowlanychwzależnościodstrefyzawilgoceniaprzegrody .................................... 429

12.5.Ochronaprzedkondensacjąwilgocinapowierzchniwewnętrznej przegrody 432

12.6.Ochronaprzednadmiernąkondensacjąwilgociwewnętrzuprzegrody ...........................................................

12.6.1.KształtowaniewymagańwilgotnościowychwPolsce (wostatnichlatach)

12.6.2.Wpływgeometriiprzegródizłączynapowstawanieobszarówkondensacjimiędzywarstwowej

12.6.3.Znaczenieczasutrwaniastanówkrytycznychwkształtowaniuwymagańwilgotnościowych

13.1.Warunkigranicznewzadaniachwilgotnościowych

13.2.Zasadyszacowaniakondensacjiwilgocinapowierzchniwewnętrznejprzegrody ...................................................

13.3.MetodabadaniakondensacjipowierzchniowejwgnormyPN-EN

13.3.1.Dwasposobyustalaniadopuszczalnejwilgotnościwewnętrznej

13.3.2.Proceduryprojektowe

13.4.Uproszczeniawszacowaniukondensacjipowierzchniowej wPolsce .......................................................

13.5.Przykładyobliczaniakondensacjiwzłączachpłaskichiprzestrzennych

13.6.Zasadyszacowaniakondensacjiwewnętrzuprzegrody ...........

13.6.1.ProceduryobliczeniowemetodyGlasera .................

13.6.2.Przykładyobliczaniakondensacjiwewnętrznejwprzegrodzie ..................................................

13.7.Metodybardziejzaawansowane

13.7.1.MetodasprzężonegotransportuciepłaimasyWUFI

13.8.Aneks ..........................................................

13.8.1.Warunkigranicznewzadaniachsprawdzaniakondensacji powierzchniowej ........................................

13.8.2.Obliczaniewartościkrytycznejczynnikatemperaturowego przykondensacjipowierzchniowej

14.1.Wprowadzenie ..................................................

14.2.Algorytmyszkołyprojektowaniazłączybudowlanych

14.3.Modelowanietermicznezłączypłaskich

14.3.1.Parapetbetonowywścianietrójwarstwowej

14.3.2.Balkonznośnikiemizotermicznymiprogiemklinkierowym ....................................................

14.4.Modelowanietermicznezłączyprzestrzennych

14.5.Modelowaniecieplno-wilgotnościowezłączypłaskich

1.Proceduryobliczeńcieplno-wilgotnościowych

cieplnyobliczanyjestdlazłączyzwarstwątermoizolacyjnąonajwiększym (dlazłącza)oporzecieplnym;wgPN-ENISO13789.

Wrozdziałach5–10podanezostałyprzykładyobliczaniastrumieniciepłaorazwspółczynnikówprzenikaniaciepładlawieluprzegródrzeczywistychwpolachdwu-itrójwymiarowym.

ObowiązująceaktualnieWT2014[46],omówioneszczegółowowrozdziale10,rezygnująprzyobliczaniu współczynnikaprzenikaniaciepła ścian UC zdodawaniaczłonówdwu-itrójwymiarowego(pomijasiędwa ostatniewyrazyprawejstronyrównania1.1).Współczynnik U 1 D = UC charakteryzujewtensposóbprzepływciepławpolujednowymiarowym,omałej dokładnościwzestawieniuzprzepływemrzeczywistym.

1.5.1.Charakterystykaenergetycznabudynków

WspomnianewyżejwymaganieWT2014utrzymaniawbudynkuniskiej wartościwskaźnika EP oznaczaosiągnięcieniskiegopoziomuzapotrzebowanianaenergię nieodnawialną wbudynkachwtrakcieicheksploatacji–przezpodjęcieszeregukrokówprojektowych,zarównoprzytworzeniustrukturprzestrzennychobudowy,jakiwyposażeniawnętrzawodpowiedniesystemyinstalacyjne.Problemracjonalizacjizużyciaenergiidotyczynietylko nowychbudynków,alewdużymstopniutychbudowanychwXXwieku,oniskichwalorachtermoizolacyjnychprzegródzewnętrznych.Podjęciedecyzji otermomodernizacjibudynkuistniejącegoorazsprawdzeniepoprawności rozwiązańtechnicznychwzakresieochronycieplnejbudynkunowegowymagajądokonaniaodpowiedniejdiagnostykienergetycznej.

Ocenazużyciaenergiiniezbędnejdozaspokojeniapotrzebzwiązanych zużytkowaniembudynkulublokalujestpodstawowymelementem audytu energetycznego –analizyefektywnościekonomicznejinwestycjitermomodernizacyjnej.

Nowelizowane(19września2007r.)Prawobudowlane,wdrażając postanowieniadyrektywyParlamentuEuropejskiego,wprowadziłoobowiązeksporządzania świadectwcharakterystykienergetycznej:budynkówisamodzielnychlokalioddawanychdoużytku,podlegającychzbyciu lubwynajmowi.Metodologięsporządzaniatychświadectwokreślarozporządzenie[47].

Świadectwocharakterystykienergetycznej mainformowaćowielkościśrednichrealnychpotrzeb(energiiwyrażonejwkWh)wzakresieogrzewaniaichłodzenia,przygotowaniaciepłejwody,awprzypadkubudynków użytecznościpublicznejiniektórychinnych–takżeoświetlenia.

1.5.Kryteriumenergetyczneiwilgotnościowe 15

Ustalonodwacharakterystyczneparametryprocedurywykonywania świadectwaenergetycznegobudynkulublokalu:

• wskaźnik EP –określającyroczneobliczeniowezapotrzebowanie na nieodnawialnąenergiępierwotną zużywanąprzezbudynek,wyrażone wkWh /(m 2 rok),

• wskaźnik EK –określającyroczneobliczeniowezapotrzebowaniena energiękońcową bilansowanąnagranicybudynku,wyrażone wkWh /(m 2 · rok).

Uwaga: Zastosowanewpodanychniżej(atakżewrozdziale10)równaniach oznakowania,dotyczącewszczególnościindeksówomawianychwielkości, sązgodnezprzyjętymiwrozporządzeniu[47]ioznaczająskrótyangielskie,np.:

ht,H – heattransfer (transfer,wymianaciepła), tr,T – transmission (przenikanieciepła), H,nd – heatingneed (potrzebnailośćciepła), sol– solar(heatgains) (słonecznezyskiciepła), int– internal(heat) (wewnętrznezyskiciepła)itp. Takieoznakowanieniezawszeodpowiadaprzyjętemuwinnychopracowaniach,normach,atakżerozdziałachtejksiążki.

Obliczeniewskaźnika EK odbywasięzgodniez[47]:

= ( Qk , H + Qk ,W )/A f , (1.2)

któregoczłonyoznaczają:

Qk , H –rocznezapotrzebowanienaenergiękońcowądoogrzewaniaiwentylacji[kWh/rok],

Qk ,W –rocznezapotrzebowanienaenergiękońcowądopodgrzaniaciepłej wodyużytkowej[kWh/rok],

A f –powierzchniaogrzewanabudynkulublokalumieszkalnego[m2 ].

Obaczłonyrównaniauwzględniająstratywynikającezesprawnościsystemówinstalacyjnych–ogrzewaniaiciepłejwodyużytkowej:

gdzie QH ,nd oraz QW,nd oznaczająkolejno:zapotrzebowanienaenergięużywanądoogrzewaniaiwentylacjibudynkuorazpodgrzaniaciepłejwodyużytkowej[kWh/rok],

ηH ,tot i ηW,tot tośredniesprawnościcałkowiteodpowiednio:systemugrzewczegoiwodyciepłejużytkowejbudynku.

Granicznewartościpowstawaniakanionuzostałyokreślonedlaparametrów H /W > 0,65i L/W > 2,przywskaźnikuzagęszczenia budynków j 0,25.

Tworzenieprzezczłowiekawielkichmiastprzyczyniasiędoistotnych zmian wklimacie, pogarszającychwarunkibytowanialudzi.

Omówione,wywołanedziałaniemczłowiekazjawiskaklimatyczne–pojawieniesięmiejskichwyspciepłaikanionówulicznych–powinnybyćrozważonewprocesieprojektowanianowychbudowli,zwłaszczawcentrach miejskich.

2.8.Obliczenioweparametryklimatu

Analizowaneelementyklimatuzewnętrznegowróżnysposóbwpływają nabudowęalgorytmówsprawdzającychobliczeńfizykalnych,niezbędnych wprojektowaniubudynków.

Wszystkozależyodcelówprowadzonychobliczeń.

Możnarealizować celeporównawcze, statystyczne,polegającenaogólnejanalizierozwiązańkonstrukcyjnychibadaniuichwpływunapoziomstrat cieplnychbudowli.Problemyte,zasadniczowskalimakropoziomuwydatku energetycznegobudownictwa,sąważnezarównodlapaństwa,jakidlapojedynczychużytkownikówbudynków.Ustalenieodpowiedniegopoziomuwymagańwtymzakresieopierasięna uśrednionych,najbardziejprawdopodobnychdlaposzczególnychmiesięcydanychklimatycznych.

Projektowanieinstalacjigrzewczo-klimatycznych,analizaprzegród izłączybudynku waspekcieproblematykicieplnej–azwłaszczawilgotnościowej–wymagakorzystaniazasadniczozinnychdanychklimatycznych, związanychzpojawieniemsię ekstremalnych warunkówpogodowych,zarównowokresachzimowych,jakiletnich.

2.8.1.Parametrypogodowe wobliczeniachcieplnych

Wkrajachzachodnioeuropejskichprzygotowanowostatnichlatachszereg numerycznychprogramówsymulacyjnych,służącychdodiagnozowaniastrat energetycznychwbudynkach.Ichpraktycznewykorzystaniewiążesięzpotrzebąstworzeniaoperatówdanychklimatycznych,określającychzdużym prawdopodobieństwemzmienneparametrypogodoweśrodowiska,najlepiej dlakonkretnejlokalizacji budynku.

TypowyRokMeteorologiczny (TRM)tozbiórdanychodzwierciedlającychcałorocznyprzebiegistotnychparametrówpogodowychwkonkretnej lokalizacji,podający:

• temperaturypowietrza,

• wartościcałkowitegoirozproszonegopromieniowaniasłonecznego,

• prędkościikierunkiwiatru,

• wilgotnościlubodpowiadająceimtemperaturypunkturosy.

Wymienioneparametrywybieranesązbazygodzinowychdanychmeteorologicznych,z30-letniegookresu.TypowyRokMeteorologicznytozestaw wybranychztegoprzedziałutypowych12miesięcy,przyczymkryteriawyborumniejlubbardziejuzasadniająwybórmetodyanalizystatystycznej.

Proceduręobliczaniaiprezentacjiśrednichmiesięcznychwartościtych parametrówklimatuzewnętrznego,któresąpotrzebnedookreślaniawłaściwościcieplnychbudynkówisamodzielnychlokali,określanormaPN-EN ISO15927-1,podstawadoustaleniabazydanychklimatycznychdlaterenuPolski.

Wwynikuprzetworzeniadanychźródłowychdla61miejscowościotrzymanoplikidanychtypowychlatmeteorologicznychwedługstandardówISO. NastronieinternetowejMinisterstwaInfrastrukturyiRozwoju zamieszczono średniemiesięcznewartościtemperaturyorazsumpromieniowaniasłonecznegodlatychmiejscowościwPolsce orazinnedanerozszerzone (np.wilgotność,podawanąwformaciegodzinowym),wiążąceprzyustalaniuświadectwcharakterystykienergetycznejbudynków[47].Zamieszczone nastronieinternetowejministerstwaplikimogąbyćwykorzystywanewpracachprojektowychisymulacjachenergetycznychbudynkóworazwpracach naukowo-badawczych.

2.8.2.Parametrypogodowewobliczeniach wilgotnościowych

Nastronieministerstwanieopublikowanonatomiastdokładniejszychdanych miesięcznych–koniecznychdoprowadzeniaobliczeńwilgotnościowych–dotyczącychprędkościwiatruiwilgotnościwokreślonychmiejscowościach kraju.Dostępnesąogólnedanedotyczącewilgotnościwzględnejpowietrza, którychwykorzystaniewprzypadkukonkretnychbudowlimożebudzićwątpliwości(tablica2.1).

Tablica2.1. Wilgotnościwzględnepowietrzazewnętrznego ϕ [%]dlaPolski[2]

3.1.Zasadniczerodzajewymianyciepła. Poletemperatur

Rozróżniamytrzy,różnepodwzględemfizycznym,sposobywymiany ciepła[48]:

1.przewodzenie, 2.konwekcję(unoszenie), 3.promieniowanie.

Różnicamiędzynimipoleganaodmiennymmechanizmieprzenoszeniaenergiicieplnej.Wpraktycewymienionesposobywystępująwspólnie wpewnychproporcjach,alemetodyobliczeniowedlakażdegoznichopierająsięnainnychpodstawachteoretycznych.Przewodzenieciepławykorzystujematematykęstosowanąwzakresierównańróżniczkowychcząstkowych oróżnorodnychwarunkachbrzegowych.Konwekcjęcharakteryzujązależnościopisanewhydrodynamice,korzystającewznacznymstopniuzmetodanalizywymiarowejiteoriipodobieństwa.Teoriapromieniowaniajestdziałem fizykiteoretycznej.

Przewodzenieciepła jesttowymianaciepłapomiędzybezpośredniostykającymisięelementamijednegociałalubróżnychciał,polegającanaprzekazywaniuenergiikinetycznejmakroskopowegoruchucząsteczekzmiejsc otemperaturzewyższejdomiejscotemperaturzeniższej.Przewodzenie wpostaciczystejwystępujewciałachstałychnieprzenikliwychdlapromieniowaniacieplnegoiłączysięzprzenoszeniemenergiiprzezswobodneelektronyorazdrganiematomówwsiatcekrystalicznej.

Wpłynachprzewodzeniewystępujenajczęściejwspólniezinnymisposobamiwymianyciepłaipoleganaprzenoszeniuenergiiwwynikubezładnychzderzeńcząstek.

Konwekcja albo unoszenieciepła jesttoruchmakroskopowychczęścipłynulubgazuoróżnychtemperaturach,awięcioróżnychgęstościach. Przenoszenieenergiiodbywasięwskutekmieszaniasiępłynu,konwekcja jestzatemnastępstwemruchuośrodka,wktórymprzenosisięciepło.Stąd podziałnakonwekcjęswobodną(naturalną),spowodowanąróżnicągęstości, orazwymuszoną,wywołanąsztucznieprzezpompy,sprężarki,dmuchawy itp.Konwekcjaodbywaćsięmożewprzestrzeninieograniczonej,np.przy opływaniupowietrzemzewnętrznejpowierzchnibudynku,lubograniczonej (wpomieszczeniu,zbiornikuitp.).

Promieniowaniecieplne(termiczne) poleganawysyłaniuprzezciała otemperaturzewyższejodtemperaturyzerabezwzględnegoenergiiwpostacikwantówpromieniowaniaelektromagnetycznegoopewnymzakresie długościfali.Wszystkieciaławysyłająpromieniowanieelektromagnetyczne,

3.1.Zasadniczerodzajewymianyciepła.Poletemperatur 69

ajegoilośćenergiizależyodrodzajupowierzchniitemperaturyciała.Energiafalelektromagnetycznychzostajeczęściowolubcałkowiciepochłonięta iprzekształconawenergięwewnętrznąciałanapotkanego.Wymianaciepła przezpromieniowaniemamiejsce,jeżeliilośćenergiiwypromieniowanej przezciałojestróżnaodilościenergiipochłoniętej,asamprocesodbywasię pomiędzyciałamirozdzielonymiośrodkiemprzenikliwymdlapromieniowaniatermicznego,którymmożebyćzarównoatmosferaziemska,jakipróżnia.

Faleelektromagnetyczneprzenosząsięzprędkościąrównąprędkości światła.Ilośćwypromieniowanejenergii,niewielkadlaumiarkowanychtemperatur,stajesięznaczącawprocesiewymianyciepławmiaręwzrostutemperaturyciałpromieniujących.

Wogólnymprzypadku:gdywymianaciepłajestnieustalona,temperaturakażdegopunktuciała θ jestfunkcjąwspółrzędnychprzestrzennych x, y, z orazczasu t:

gdzie

θ –temperatura[Klub°C];częstobywaużywaneoznakowanie T ,oznaczającetemperaturętermodynamiczną[K],

ϑ , Θ , t –alternatywnesymboleużywanedooznaczaniatemperatury[°C].

Poletemperatur definiujesięjakozbiórwartościtemperaturwewszystkichpunktachrozpatrywanegociała,wtejsamejchwili.Zbiórpunktówprzestrzenilubpowierzchniojednakowychtemperaturachtworzyodpowiednio powierzchnię lub linięizotermiczną.Dlaustalonegoprzepływuciepłaijednowymiarowegopola θ = f ( x , t )

(3.2)

Wprzepływieustalonymipolujednowymiarowym,gdy θ = f ( x )

(3.3)

Abywymianęciepłaująćilościowo,wprowadzonopojęcia strumieniacieplnego Φ oraz gęstościstrumieniacieplnego q.

Strumieńcieplny Φ jesttoilośćciepłaprzechodzącazjednegoośrodka dodrugiegoprzezpowierzchnię A wjednostceczasu.Używanesąrównież inneoznaczeniastrumieniacieplnego: Q, L, H (wszystkiesąwyrażanewwatach[W]).

Gęstośćstrumieniacieplnegojestmiarąintensywnościwymianyciepła, wyrażonązależnością:

(3.4)

4.6.Metodyszacowania parametrówtermicznych mostków

Udziałstratciepła,generowanychistnieniemwzłączachmostkówcieplnych2Di3D,stanowiistotnączęśćbilansuenergetycznegoiniemożebyć pominiętyprzyoceniepoprawnościrozwiązańtechnicznychobiektu.

Metodyszacowaniastrat(podanerównaniamiwrozdziale6)korzystają zwyżejomówionychparametrówtermicznychmostków(Ψ , Ψn , χ , l )oróżnymstopniudokładności,używanychwobliczeniachpraktycznych:

• Złączyrzeczywistych,obliczanychindywidualniewwynikuzastosowaniaalgorytmówisymulacjinumerycznychopisanychwrozdziale5.Metodynumerycznedająwynikiodużymstopniudokładności,wymagająjednakkosztownychprogramówkomputerowychosprawdzonejpoprawności orazczasuiumiejętnościprowadzącegoobliczenia.

• Uproszczonychmodelizłączy,któreuznaćmożnazapewneprzybliżeniepołączeńrzeczywistych.Poniżejomówionosposobywykorzystaniaogólniedostępnychźródeł,dostarczającychbezpośredniowartościczęstoznaczącouproszczonychparametrówmostkówcieplnych[10,20,32,N-5].

4.6.1.ParametrymostkówcieplnychwgkatalogówITB

Katalogmostkówcieplnychwbudownictwietradycyjnymzostałopracowany wITB[20]dlawybranychzłączy(połączeń)trzechrodzajówścianzewnętrznychistropodachówpełnych.Obejmujeniektóreścianyjednowarstwowe, dwuwarstwowe(warstwawewnętrznanośnaosłoniętapłytątermoizolatora ztynkiemcienkowarstwowym)orazścianytrójwarstwowe.Katalogskłada sięzdwóchczęści,zktórychpierwsza–wyjaśniająca–podajepodstawowe równaniaiprzykładyobliczeńcieplnychwykorzystującedanezawartewczęścidrugiej–katalogumostkówcieplnychpłaskich(2D).

Katalogtworzyzestawnumerowanychkartkatalogowychzeschematami złączyorazichdanymifizycznymi.Podaneparametrymateriałoweuwzględniająpewnąliczbęwariantówzwiązanychzgęstościąbądźstrukturąelementówścianzewnętrznych.Wyliczonewspółczynnikiliniowemostków Ψ odnosząsiędotychwariantów,pozwalającnainterpolacjęrozwiązań(materiałowych)pośrednich.

Obliczeniawykonanodlawarunkówbrzegowych(temperaturioporówprzejmowania): θi = 20°C, θe = 20°C, Rse = 0,04(m 2 · K)/W, Rsi = 0,13(m 2 · K)/Worazwymiarowaniawewnętrznego Ψi . Kartykatalogowezawierająponadtowartościtemperaturkrytycznych (minimalnych) θmin napowierzchniachwewnętrznychmostków,któremogą

4.6.Metodyszacowaniaparametrówtermicznychmostków 161

byćwykorzystanejakoorientacyjneprzybadaniumożliwościpowierzchniowejkondensacjiwewnętrznej.

Katalogzawierapewneograniczeniaimankamenty(bądźniejasności), utrudniającekorzystaniezniego.

Ograniczenia polegająnietylenaszczupłości,ilenaniekomplementarnościwyników.Pominiętoszeregzłączyskładającychsięnabudynek.Na przykładdlaścianjednomateriałowychwkatalogubrakujezłączy:

• narożnikadwóchścianzewnętrznychprostopadłych,

• ścianyostatniejkondygnacjizestropeminadprożemokiennym,

• ścianyzewnętrznejzwewnętrznąitp.

Ograniczeniemzawężającymzakreszastosowańjestwybórtylko jednejścianyzewnętrznejjednomateriałowej–zbetonukomórkowego (λ = 0,11–0,2W /(m K)),niemożliwejdouogólnienianaścianęzceramikiporyzowanejbądźpustakówkeramzytobetonowych.

Niejasności wynikajązprzyjętychwarunkówbrzegowych,azwłaszcza jednejzaledwiewartościwspółczynnika Rsi = 0,13(m 2 · K)/W.Liniowe współczynniki Ψ obliczanesądlacałegozłącza,wktórymwystępująróżne oporyprzejmowania,wzależnościodkierunkunapływustrumieniaciepła (innedlapowierzchnipoziomych–różnychczęścistropówipodłóg).Przyjęciearbitralniejednejtylkowartości Rsi dlatychwszystkichpowierzchni wewnętrznychzłączaprowadzićmożedoniedokładnychwyników.Wątpliwościbudziokreśleniewspółczynnika Ψ dlazłączyzwystępującąościeżnicą okienną–niewiadomo,czyjesttowspółczynnikdodatkowychstratciepła dlaścianyzościeżnicą(jakwynikazrysunków),czybezniej.

Mankamenty katalogupolegająna:

• obliczeniutemperaturkrytycznychzłączy θmin ,zakładającemuoparciesięnaniewłaściwymoporzeprzejmowania Rsi .Dosymulacjitemperatur, zgodniezpostanowieniaminormyPN-ENISO10211,należyprzyjmować Rsi = 0,25(m 2 K)/W,

• brakupodziałuliniowychwspółczynnikówprzenikaniaciepła Ψ naich składowegałęziowe Ψ gn ,bezznajomościktórychniejestmożliwezastosowanierównania

U = U c + i ψi · l i A , podanegowkatalogudoobliczaniawspółczynnikaprzenikaniaciepłapojedynczej przegrodyzewnętrznejbudynku

Zpodanychpowodówkatalogmostkówcieplnych[20]maograniczone zastosowaniewpraktycznychobliczeniachcieplnych.

Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.