Starty ciepła przez przewodzenie a sposób

Optymalizacja energetyczna budynków
Fizyka budowli
z BuildDesk.
Świadectwo energetycznej
dla
domu jednorodzinnego.
Instrukcja krok po kroku
Materiały edukacyjne dla doradców
Na podstawie projektu gotowego z kolekcji Muratora
M03a Moje
Miejsce
i audytorów
energetycznych
Straty ciepła przez przewodzenie a sposób wymiarowania.
Norma PN - EN ISO 10211-1
Straty ciepła przez przewodzenie a sposób wymiarowania przegród.
Norma PN - EN ISO 10211-1
W artykule przedstawiono sposób obliczenia liniowego współczynnika przenikania ciepła (Ψ [W/(mK)]) wg normy PN –
EN ISO 10211 – 1 „Mostki cieplne w budynkach. Strumień cieplny i temperatura powierzchni. Ogólne metody obliczania” dla wariantu mostka geometrycznego – naroże wypukłe. Na cele artykułu wykonano obliczenia dla trzech przypadków naroży, których nie objęto wartościami tabelarycznymi wśród mostków cieplnych w normie PN – EN ISO 14683 :
2008.
W przypadku mostków cieplnych typu geometrycznego wartości liniowych współczynników przenikania ciepła Ψ, są ściśle związane z typami stosowanych systemów wymiarowania. Wartości współczynników Ψ powinny być tak policzone,
aby współczynnik strat ciepła przez przenikanie (Htr) z budynku był identyczny dla przypadku zwymiarowania przegród
budynku wg wymiarów zewnętrznych i wewnętrznych. Innymi słowy, chodzi o takie policzenie liniowych współczynników przenikania ciepła aby straty ciepła z budynku nie zależały od sposobu wymiarowania przegród zewnętrznych.
Rozporządzenie dotyczące metodologii obliczania świadectw charakterystyki energetycznej wymaga, aby przegrody budynku wymiarować wg wymiarów zewnętrznych. Szerzej typy wymiarowania elementów budynku na potrzeby obliczania współczynnika strat ciepła przedstawiono w normie PN – EN ISO 13789 „Właściwości cieplne budynków. Współczynnik strat ciepła na przenikanie. Metoda obliczania.”
Rozważmy straty ciepła przez naroże budynku. Naroże zwymiarowano wg wymiarów zewnętrznych (L_e) i wewnętrznych (L_i). Na cele obliczeń współczynnika psi zakładamy, że wysokość naroża wynosi 1m. Dzięki temu po obliczeniu
wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła, możemy mnożyć jego wartość przez długość mostka.
Policzmy, zatem współczynniki strat ciepła przez przenikanie dla przegród tworzących naroże pamiętając o metrowej wysokości naroża, dlatego szerokości (wg wymiarów zewnętrznych – L_e i wewnętrznych – L_i) ścian tworzących naroże
mnożone są przez 1.
Zatem współczynniki strat ciepła wynoszą:.
• wg. wymiarów zewnętrznych:
Htr”_e = U*(L_e * 1 + L_e * 1) [W/K]
2
Fizyka budowli z BuildDesk - materiały edukacyjne
• wg. wymiarów wewnętrznych:
Htr”_i = U*(L_i * 1 + L_i * 1) [W/K]
(znak ” wstawiono celowo, aby zwrócić uwagę, że nie są to jeszcze prawidłowe wartości współczynników strat ciepła)
Jak widać policzone w ten sposób współczynniki strat ciepła przez przenikanie nie są sobie równe, a więc i straty ciepła
z budynku zwymiarowanego wg wymiarów zewnętrznych będą różne od strat ciepła z tego samego budynku zwymiarowanego wg wymiarów wewnętrznych. Na tym etapie, straty ciepła zależą jeszcze od sposobu wymiarowania. Nie są one
w tym momencie prawidłowe, ani dla Htr policzonego wg wymiarów wewnętrznych oraz dla Htr policzonego wg wymiarów zewnętrznych.
W celu prawidłowego obliczenia strat ciepła na drodze jego przewodzenia przez przegrody, dla każdego systemu wymiarowania, wprowadza się odpowiednio skorelowane z tymi wymiarami wartości liniowych współczynników przenikania
ciepła (Ψ).
Poniżej przedstawiono przykłady obliczeń liniowych współczynników przenikania ciepła dla wymiarów zewnętrznych i
wewnętrznych trzech wybranych naroży wypukłych. Wartości współczynników Ψ obliczono z równania:
ψ  L2 D − ∑ U j l j
w którym:
L2D – jest liniowym współczynnikiem sprzężenia cieplnego, otrzymanym w wyniku dwuwymiarowych obliczeń komponentu oddzielającego dwa rozpatrywane środowiska,
Uj – jest współczynnikiem przenikania ciepła jednowymiarowego j – tego komponentu oddzielającego dwa rozpatrywane środowiska,
Lj – jest długością, w ramach modelu dwuwymiarowego, do której ma zastosowane Uj.
Wartości współczynników L2D obliczono przy pomocy programu Therm 6.2.
Sprawdźmy zatem teorię na konkretnych przykładach:
1. Mur z cegły pełnej, grubości 51 cm. Współczynnik przenikania ciepła muru wynosi, U = 1,246 [W/(m2K)].
3
Przy grubości muru 51 cm, L_e – długość krawędzi zewnętrznej wynosi 1,51m, a L_i – długość krawędzi wewnętrznej
1m.
Dla tego typu mostków – naroży, przy szczegółowych obliczeniach współczynników Ψ, zgodnie z normą PN – EN ISO
10211 – 1, przyjmujemy, że długości krawędzi wewnętrznych naroża mają po 1 metr. Długości krawędzi zewnętrznych
wynikają, więc z doliczenia grubości muru.
W celu otrzymania prawidłowych wartości współczynników strat ciepła, liczonych wg. wymiarów wewnętrznych lub zewnętrznych, dodajemy do przedstawionych wcześniej wzorów na Htr”_e i Htr”_i odpowiednio (zgodnie z normą PN – EN
ISO 10211 – 1) policzone dla danego muru, wartości Ψ_e i Ψ_i. Dla omawianego naroża, wynoszą one: Ψ_e = -0,966
W/K; Ψ_i = 0,304 W/K;
Teraz współczynniki strat ciepła przez przenikanie (już bez znaku ”) wynoszą:
• wg. wymiarów zewnętrznych:
Htr_e = U*(L_e * 1 + L_e * 1) + Ψ_e = 1,246 * (1,51 + 1,51) – 0,966 = 2,797 [W/K]
• wg. wymiarów wewnętrznych:
Htr_i = U*(L_i * 1 + L_i * 1) + Ψ_i = 1,246 * (1 + 1) + 0,304 = 2,796 [W/K]
Różnica 0,001 wynika z zaokrągleń. Widać więc, że współczynnik start ciepła przez przenikanie dla budynku jest stały, nie
zależy od systemu wymiarowania.
2. Naroże wykonane ze ściany z betonu komórkowego. Współczynnik przenikania ciepła muru wynosi: U = 0,762 [W/
(m2K)]. Grubość muru: 24 cm.
Dla omawianego przypadku liniowe współczynniki przenikania ciepła wynoszą one: Ψ_e = -0,276 W/K; Ψ_i = 0,090 W/K;
Współczynniki strat ciepła przez przenikanie wynoszą:
• wg. wymiarów zewnętrznych:
Htr_e = U*(L_e * 1 + L_e * 1) + Ψ_e = 0,762 * (1,24 + 1,24) – 0,276 = 1,614 [W/K]
4
Fizyka budowli z BuildDesk - materiały edukacyjne
• wg. wymiarów wewnętrznych:
Htr_i = U*(L_i * 1 + L_i * 1) + Ψ_i = 0,762 * (1 + 1) + 0,090= 1,614 [W/K];
Ponownie Htr_e = Htr_i, czyli starty ciepła z budynku przez przewodzenie, nie zależą od systemu wymiarowania.
3. Ten sam mur jak w poprzednim przykładzie, ale dodatkowo w narożu znajduję się słup żelbetowy (λ = 1,7 W/(mK)).
Jest to więc przypadek połączenia wpływu mostka cieplnego typu geometrycznego i mostka cieplnego typu konstrukcyjnego. Współczynnik przenikania ciepła muru wynosi: U = 0,762 [W/(m2K)]. Grubość muru: 24 cm.
Dla omawianego przypadku liniowe współczynniki przenikania ciepła wynoszą one: Ψ_e = -0,054 W/K; Ψ_i = 0,312 W/K;
Współczynniki strat ciepła przez przenikanie wynoszą:
• wg. wymiarów zewnętrznych:
Htr_e = U*(L_e * 1 + L_e * 1) + Ψ_e = 0,762 * (1,24 + 1,24) – 0,054 = 1,836 [W/K];
• wg. wymiarów wewnętrznych:
Htr_i = U*(L_i * 1 + L_i * 1) + Ψ_i = 0,762 * (1 + 1) + 0,312 = 1,836 [W/K];
Ponownie Htr_e = Htr_i, czyli starty ciepła przez przewodzenie, nie zależą od systemu wymiarowania. Same wartości linowych współczynników przenikania ciepła (Ψ_i oraz Ψ_e) wzrosły w porównaniu do poprzedniego przypadku uwzględniając wpływ żelbetowego elementu umieszczonego w narożu podwyższając wartość współczynnika start ciepła przez
przenikanie (Htr_i, Htr_e).
Jeżeli chodzi o wartości liniowych współczynników przenikania ciepła, przyjmowane z normy PN – EN ISO 14683 : 2008,
to zostały one policzone dokładnie dla danych przegród opisanych w wymienionej normie i ściśle rzecz ujmując, dokładnie odpowiadają właśnie tylko tym przegrodom. Jakie to są przegrody oraz ich parametry opisano w/w normie, m.in.
grubość ścian zewnętrznych wynosi 0,30 m; współczynnik przenikania ciepła przegród zewnętrznych wynosi: U = 0,343
W/m2K.
5
Program BuildDesk Energy Certificate posiada wbudowaną bazę mostków z normy PN – EN ISO 14683 : 2008. W programie BDEC istnieje także możliwość definiowania własnych mostków, obliczonych np. przy użyciu metody dokładnej opisanej w normie PN – EN ISO 10211 – 1 oraz zapisywaniu mostków w bazie mostków użytkownika.
6
Fizyka budowli z BuildDesk - materiały edukacyjne
7
BuildDesk Polska Sp. z o.o.
ul. Kwiatowa 14
66-131 Cigacice
Polska
tel.: (+48) 68 385 00 22
fax: (+48) 68 385 00 22
[email protected]
www.builddesk.pl