KOEFICIJENT PROLAZA TOPLOTE SPOLJAŠNJE GRANIČNE …kgh-kongres.rs/images/2019/prezentacije/92_Mile_Siljak.pdfzgrade. 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019

KOEFICIJENT PROLAZA TOPLOTE SPOLJAŠNJE GRANIČNE POVRŠINE ZGRADE U TEORIJI I

PRAKSI

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019 50th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4–6 Dec. 2019

1

EXTERIOR BOUNDARY SURFACE HEAT TRANSFER

COEFFICIENT OF THE BUILDING IN THEORY AND

PRACTICE


2

Prof. dr Mile S. Šiljak,dipl.maš.inž. LIFE MEMBER ASHRAE

E-mail: [email protected]


3


4

Nastavlja se istraživački pohod u domenu

„primenjene termotehnike u građevinarstvu“, a

zasnovanom na „logici racionalnog delanja“.

Predmet strukovne analitičke opservacije u ovom

radu je jedan veoma važan termotehnički

parametar, naslovljen „koeficijent prolaza toplote“,

a opredeljenog na spoljašnju graničnu površinu

zgrade.


5

Transfer toplote u prirodi je fenomen koji traje u

svakom trenutku i na svakom mestu gde postoji

materijalna sredina i gde postoje određeni

temperaturski preduslovi za njegovu inicijaciju i

realizaciju.

Transfer toplote u opštem slučaju se odvija na jedan

od mogućih načina, kondukcijom, konvekcijom ili/i

zračenjem, pojedinačno ili istovremeno u međusobnim

kombinacijama sa različitim kvantitativnim parcijalnim

učešćima i sa različitim odgovarajućim intenzitetima

za svaki konkretan slučaj.


6

Kao disciplinarni fenom transfer toplote je u

nadležnosti fizike, bliže termotehnike, i može se

aplicirati u brojnim oblastima čovekovog života i rada, pa tako i u oblasti građevinarstva.


7

Koeficijent prolaza toplote u opštem smislu

pojavljuje se u tehnici i tehnologiji, kao „iznuđeni“

parametar kojim se nastoji učiniti da termotehnički

proračuni, bilansiranja, analize, optimizacije i sve

druge aktivnosti vezane za brojne objekte i sisteme

postanu lakše razumljivi i izvodljivi u granicama prihvatljivih kompromisa.


8

Ne retko u opštoj, stručnoj ili/i naučnoj javnosti

prisutna je odrednica „građevinska fizika“, što je

pogrešna ali i nedopuštena formulacija, koja od

samog susreta sa istom, stvara utisak da je

„građevinarstvo“ nadređeno „fizici“, što je

nonsens, i treba ga ispravljati upotrebom adekvatnih odrednica, kao npr. „primenjena fizika u građevinarstvu“, ili „primenjena termotehnika u građevinarstvu“, ili „primenjena termotehnika u zgradarstvu“.


9

Integralni građevinski objekat (IGO), odnosno

zgrada, nije izuzeta od transfernih tokova toplote,

pri čemu su prisutni svi oblici transfera toplote,

pojedinačno ili kombinovano, aktivno ili pasivno, u

toku njenog radnog veka a isti mogu biti potpuno,

delimično, ili stohastički artikulisani, i za koje još

uvek ne postoje adekvatne analitičke relacije i interpretacije.


10

Zgradarstvo je disciplina koja proučava sve što se

odnosi na građevinski deo zgrade, odnosno

proučava: elemente; sklopove; tipove konstrukcija;

sisteme; način građenja; primenu materijala; i potrebne projekte za gradnju zgrade.


11

Građevinarstvo je složena grana privrede, čiji je

osnovni proizvod integralni građevinski objekat,

trajno lociran na jednoj lokaciji, kao zaštićeno

autorsko delo, određene namene, kompozicije,

sadržaja, veličine, funkcionalnih i estetskih

vrednosti i originalnosti, do kojeg se dolazi

kompleksnim procesom izgradnje, uz istovremeno

i sledno angažovanje personala i mehanizacije, i

uz korišćenje sirovina, materijala, poluproizvoda, proizvoda, energenata i energije.


12

Zgrada se za određenu namenu i na određenoj

lokaciji a u skladu sa urbanističkim uslovima u

osnovi algoritamski zasniva, da bi posedovala

funkcionalnu i radnu sposobnost i da bi zadovoljila

skupove unapred utvrđenih kriterijalnih premisa

tokom svog radnog veka, pri čemu dobijeni proizvod

ima svoj životni ciklus, algoritamski uređen

redosledom, sadržajem i vremenskim trajanjem, ali i

proizvod koji je veoma osetljiv na brojne skupove

uticajnih faktora na kvalitet materijalizovanog ishoda.


13

Gotovo bez izuzetka, svaki integralni građevinski

objekat ima svoj životni ciklus, koji sadrži šest slednih

nealternativnih algoritamski zasnovanih i definisanih faza, odnosno sadržane su: Prva faza: analize, procene, planiranje, projektovanje,

izgradnja, ispitivanja, regulacije, probe, pregled, prijem i izdavanje upotrebne dozvole.

Druga faza: namensko korišćenje u radnom veku uz adekvatno odrżavanje funkcionalne i radne sposobnosti.

Treća faza: rušenje objekta nakon isteka radnog veka.


14

Četvrta faza: razvrstavanje ostataka rušenja na reciklażne i nereciklażne ostatke.

Peta faza: deponovanje nereciklażnih ostataka na trajnu

deponiju. Šesta faza: reciklaża reciklażnih ostataka.


15

Tokom životnog ciklusa zgrada može biti i

podvrgnuta: rekonstrukciji; dogradnji; adaptaciji;

sanaciji; ili/i održavanju u smislu kvantitativnih

promena, ili/i kvalitativnog unapređenja

singularnih, parcijalnih ili/i integralnih svojstava objekta, ili njegovih sastavnih delova.


16

Terminološke odrednice od značaja za predmetni

rad, između ostalog, sadržane su u važećim nacionalnim propisima: Pravilnik o klasifikaciji objekata, Sl. glasnik RS, br.

22/2015. Pravilnik o energetskoj efkasnosti zgrada, Sl.

glasnik RS, br. 61/2011, osnovni tekst na snazi od 27/08/2011, u primeni od 30/09/2012.

Pravilnik o uslovima, sadržini i načinu izdavanja

sertifikata o energetskim svojstvima zgrade, Sl. glasnik RS, br. 69/2012.


17

Pravilnik o sadržini i načinu vršenja tehničkog

pregleda objekata i izdavanja upotrebne dozvole, Sl. glasnik RS, br. 93/11.

Zakon o energetici, Sl. glasnik RS, br. 57/2011, 80/2011 - ispr., 93/2012 i 124/2012.

Zakon o efikasnom korišćenju energije, Sl. glasnik

RS, br. 25/2013.


18

Izgrađeni građevinski deo integralnog građevinskog

objekta, praktično svojom spoljašnjom graničnom

površinom uslovno iz neograničenog prostranstva

izdvaja ograničenu zapreminu, u kojoj se potom mogu

da formiraju parcijalni i/ili singularni prostori, i u

istima se po potrebi između ostalog mogu održavati,

kontrolisati i upravljati parametri mikroklime, i/ili

obezbeđivati određena količina potrošne sanitarne

tople vode, što se može činiti isključivo samo sa

odgovarajućim sofisticiranim termotehničkim

sistemima, primenjenim u zgradarstvu.


19

Integralni građevinski objekat na prvom

hijerarhijskom strukturnom nivou sadrżi određene

funkcionalne sistemske celine, odnosno može da

sadrži samo građevinski deo ili da sadrżi građevinski

deo, tehničke sisteme, tehnološke sisteme,

instalacije, opremu, enterijer i/ili druge sadrżaje a sve

u skladu sa projektnim rešenjem i namenom objekta,

i radi obezbeđenja projektovane integralne funkcije

cilja istog.


20

Za predmetnu problematiku od posebnog značaja je

upravo građevinski deo integralnog građevinskog

objekta, odnosno zgrade, koji se projektuje, izgrađuje

i kao takav integriše u celinu integralnog

građevinskog objekta a potom namenski koristi u radnom veku.


21

Građevinski deo integralnog građevinskog objekta je

nesumnjivo „statičan a energetski neaktivan sistem“,

koji pasivno učestvuje ili posreduje u transferu

određenog oblika energije, materije i/ili informacija u

sklopu integralnog građevinskog objekta, ili/i

integralnog građevinskog objekta s njegovim

neposrednim okruženjem tokom njegovog namenskog korišćenja u radnom veku.


22

Odlučna činjenica, da je izgrađeni građevinski deo

objekta i zaista „statičan a energetski neaktivan

sistem“, krajnje uverljivo isključuje svaku pomisao i

osporava svaku iskazanu tvrdnju, da je moguće

utvrđivati energetsku efikasnost izgrađenog

građevinskog dela integralnog građevinskog

objekta, tokom njegovog namenskog korišćenja u radnom veku.


23

U termotehnici terminološka odrednica „energetska

efikasnost“ redovno se vezuje samo i samo za

određeni „energetski aktivan sistem” sa jasno definisanom sistemskom funkcijom cilja.


24

Svojstva građevinskog dela zgrade su veoma

kompleksna i propisana su odgovarajućim

normativima, a po osnovu obaveznosti trebalo bi da

budu uvažena tokom projektovanja istih, ali trebalo

bi i da se ista održe u postupku njihove izgradnje,

kako bi egzistirali i tokom namenskog korišćenja zgrade u radnom veku.


25

Među brojnim svojstvima građevinskog dela zgrade

zastupljen je i skup termotehničkih svojstava, koja

su od posebnog značaja za pasivno učestvovanje ili

posredovanje u transferu energije u sklopu zgrade, ili/i zgrade s njenim neposrednim okruženjem.

U skupu termotehničkih svojstava zastupljen je i

„koeficijent prolaza toplote“ koji se od ranije

aktivno koristi u toplotnom bilansiranju singularnih,

parcijalnih ili/i integralnih celina zgrade a za potrebe grejanja ili hlađenja istih.


26

Spoljašnja granična površina građevinskog objekta,

odabrana u predmetnim opservacijam strukovne

analitike, kroz koju se odvija transfer kvantuma

toplote, je i zaista podesna da prihvati koeficijent

prolaza toplote kao parametar s kojim se može

računati u domenu primenjene termotehnike u

građevinarstvu.


27

Koeficijent prolaza toplote građevinskog elementa,

u oznaci „U“, a u prošlosti u oznaci „k“ [W/(m2K)], je

količina toplote koju određeni građevnski element

propusti u vremenskom intervalu od jedne sekunde,

kroz jediničnu površinu od jednog metra

kvadratnog, pri postojanju temperaturske razlike s

obe strane predmetnog građevinskog elementa od jednog stepena Kelvina.


28

U realnim uslovima, stvarni transferni tokovi toplote

kroz spoljašnju graničnu površinu zgrade, odnosno

kroz spoljašnji omotač zgrade, mogući su u oba

smera, i veoma su složeni procesi, stohastičke

prirode, sa varijabilnim eksternim okruženjem,

raznolikim internim prilikama i osobenim

termotehničkim svojstvima građevinskih materijala, od kojih su sačinjene spoljašnje granične površine.


29

To su vrlo kompleksni tokovi i još uvek nedovoljno

analitički opisani, iako opisi datiraju iz vremena

zasnivanja empirijske jednačine provodljivosti od

strane Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830),

objavljenim u knjizi „Theorie Analztique de la

Chalerur“, 1822. godine, u kojoj je izložena kompletna teorija prenosa toplote kondukcijom.


30

Ne postoje dva identična građevinska objekta po

osnovu egzistirajućih sadržaja, stanja, procesa i

prilika, iz domena primenjene termotehnike u građevinarstvu.

U dosadašnjoj praksi analitičke obrade prenosa

toplote u zgradarstvu, zastupljena su brojna

ograničenja, aproksimativne pretpostavke i/ili

uprošćenja.


31

Spoljašnja granična površina zgrade, kao

materijalna sredina, može biti uslovno homogena i

bezuslovno heterogena a sastavljena od uslovno ho-

mogenih strukturnih sadržaja, kroz koju se odvija

transfer toplote, i u kojoj se formiraju linije, površine

i zapremine jednakih temperatura (izotermske) i

linije, površine i zapremine jednakih protoka kvantuma toplote (izofluksne).


32

Hronološka događanja u prošlosti, vezana za propise

koji se odnose na građevinarstvo, primenjenu

termotehniku u građevinarstvu, i na racionalno

korišćenje energije, a posredno i na „koeficijent

prolaza toplote“:

1952.godine, donet je nemački standard DIN 4108

kojim su utvrđeni najniži zahtevi za toplotnu zaštitu

objekata u obliku najmanje toplotne otpornosti,

prilagođeni postojećem stanju tehnike i tehnologije,

a isti je protekom vremena inoviran i egzistira do

danas;


33

naftna kriza iz 1973. godine, učinila je da se poradi

na daljoj racionalizaciji korišćenja energije i u

nemačkoj je donet 1976. godine Zakono o štednji

emergije „EnEG”;

1977. godine, stupa na snagu prvi “WSVO” - Propis

o toplotnoj zaštiti, koji po prvi put postavlja temeljne

tehničke zahteve za koeficijent prenosa toplote spoljašnjih graničnih površina zgrade;


34

kriza iz 1980.godine, rezultirala je da se 1984. godine

donese novi Propis o toplotnoj zaštiti i Zakon o

uštedi energije, koji je za oko 20% strožiji od prethodnog;


35

1987. godine, donet je prvi put standard

JUS.U.J5.600, sa obaveznom primenom, koji se

može smatrati tehničkim propisom iz oblasti

toplotne zaštite i racionalizacije korišćenja energije,

a istim se utvrđuju veličine transmisijskih i

ventilacionih „gubitaka“ s obzirom na vrstu objekta,

odnosno utvrđuju se tehnički uslovi za građevinsku

toplotnu tehniku koji moraju biti ispunjeni pri projektovanju, izgradnji i rekonstrukciji objekata;


36

1998.godine, donet je novi standard JUS U.5.600,

bez obaveze primene, kojim se propisuju Tehnički uslovi za projektovanje i građenje zgrada;

1995. godine, donet je novi Propis o toplotnoj zaštiti

i uvedena je nova referentna veličina-godišnja

poterba zgrade za grejanjem „Qh”, a zahtevi su pooštreni za oko 30% u odnosu na „II WSVO“;

2002. godine, donet je Propis o uštedi energije, a

zahtevi su pooštreni za oko 25-30%;


37

2002. godine, doneta je Direktiva 2002/91/EC (EPBD) –

kompletna kontrola energetskih tokova zgrade a koju je nužno sprovoditi tokom trajanja životnog ciklusa objekta;

2010. godine, doneta je Direktiva 2010/31/EU o energetskim

karakteristikama zgrada (EPBD);

26.04.2013. godine, Institut za standardizaciju Srbije, objavio

je na srpskom jeziku, standard pod oznakom SRPS EN ISO

6946:2013, u obimu od 36 strana, a pod nazivom

„Komponente i elementi zgrade — Toplotna otpornost i

koeficijent prolaza toplote — Metoda proračuna“, a isti standard je povučen dana 30.11.2017. godine;


38

30.11.2017. godine, Institut za standardizaciju Srbije,

objavio je na engleskom jeziku, pod istim naslovom

kao standard iz 2013. godine, standard pod oznakom SRPS EN ISO 6946:2017, u obimu 54 strane;


objavio je na engleskom jeziku, standard pod

oznakom SRPS ISO 9869:2012, u obimu od 31

strana, a pod nazivom Toplotna izolacija-Elementi

zgrade-In-situ merenje toplotne otpornosti i

koeficijenta prolaza toplote, a isti standard je povučen dana 31.05.2016. godine;


39


objavio je na engleskom jeziku, standard pod oznakom

SRPS ISO 9869-1:2016, u obimu od 46 strana, a pod

nazivom Toplotna izolacija – Elementi zgrade – Merenje

toplotne otpornosti i koeficijenta prolaza toplote na licu mesta-Deo 1: Metoda toplotnog fluksmetra.


objavio je na engleskom jeziku, standard pod oznakom

SRPS EN ISO 13786:2017, u obimu od 32 strane, a pod

nazivom Toplotne performanse komponenata zgrada –

Dinamičke toplotne karakteristike – Metode proračuna.


40

U potrazi za načinom utvrđivanja koeficijenta prolaza

toplote ranije izgrađenih spoljašnjih graničnih

površina, za koje nisu pouzdano poznati: struktura

i/ili sadržaj; ili/i termotehnička svojstva ugrađenih

građevinskih materijala; ili/i za koje nisu poznati

ishodi ostvareni u izgradnji iste, ili/i za koje nisu

poznati ishodi održavanja istih tokom namenskog

korišćenja, razvijeni su određeni uređaji-pribori za

merenje koeficijenta prolaza toplote.


41

Gotovo svi navedeni pribori se zasnivaju na principu

merenja u tri tačke odgovarajućim senzorima

postavljenim prisno na unutrašnjoj strani predmetne

spoljašnje granične površine (za merenje gustine

toplotnog fluksa i temperature unutrašnjeg vazduha)

i merenju odgovarajućim priborom spoljašnje

temperature vazduha, uz uslov da tokom predmetnog

merenja egzistira određena temperaturska razlika između interne i eksterne temperature vazduha.


42

Merenje traje određeno vreme, a izmerene vrednosti

softverski se obrađuju i dobijaju se određeni podaci u

vidu dijagrama i prosečnih vrednosti.

PRIMER MERENJA KOEFICIJNTA PROLAZA

TOPLOTE PRIBOROM:


43

Senzori postavljeni prisno na unutrašnjoj strani predmetne spoljašnje granične površine


44

Sonda za merenje temperature spoljašnjeg vazduha


45

Merenje koeficijenta prolaza toplote i softverska obrada izmerenih podataka


46

Po proteku određenog vremena, formira se grafički prikaz izmerene vrednosti koeficijenta prolaza toplote


47

Tabelarni prikaz minimalne,

maksimalne i srednje

vrednosti izmerenog

koeficijenta prolaza toplote,

izmerenog priborom za

opredeljenu spoljašnju

graničnu površinu,

integralnog građevinskog objekta


48

Softver kojim se obrađuju izmerene vrednosti zasnovan

je na postojećim principima izračunavanja koeficijenta

prolaza toplote (koeficijent prolaza toplote jednak je

količniku srednje vrednosti toplotnog fluksa i srednje

vrednosti temperaturske razlike, interne i eksterne

temperature vazduha), tako da i nadalje postoje sumnje i nedoumice: da li su tokom merenja uključeni svi utičući faktori; da li su isključeni svi subjektivni uticaji postupanja

merioca; da li je merenje ponovljivo sa istim ishodima; i da li je tačnost merenja u granicama prihvatljivog.


49

Za sada nije moguće, na nivou stanja struke i nauke,

utvrditi tačan, jedinstven, sveobuhvatan i dinamičan

koeficijent prolaza toplote za svaku moguću spoljašnju

graničnu površinu zgrade, jer se radi o složenim

stohastičkim procesima i dinamičkim prilikama, koje

navedeni parametar svrstava u kategoriju „crna kutija“

na kojoj su učinjene perforacije koje samo donekle

rasvetljavaju suštinu transfernog fenomena, ali je zato

moguće ukazati na postojanje razlike u teoriji i praksi,

u kvalitativnom i kvantitativnom iskazu koeficijenta prolaza toplote navedene površine.


50

Toplotni bilansi tretiranog prostora u integralnom

građevinskom objektu, za sad će se računati sa

dostupnim koeficijentima prolaza toplote za spoljašnje

granične površine i po važećoj metodologiji, ali za

očekivat je da će se nadalje poraditi na ujednačavanju

teorije i prakse u smislu vrednosti akceptiranog

parametra i metodologije proračuna.

Prisutne manjkavosti u opredeljenoj vrednosti

koeficijenta prolaza toplote moguće je ublažiti

osmišljenim sofisticiranim termotehničkim sistemima

sadržanim u integralnom građevinskom objektu.


51

Analitičnost i temeljnost u pristupu, sagledavanju,

analizi i oceni akceptirane kompleksne problematike

dovode do ishodnih rezultata koji između ostalog ukazuju: da je koeficjent prolaza toplote proizašao iz

potrebe da se kompleksni transferni tokovi

kvantuma toplote u objektu i objekta sa okruženjem učine pristupačnijim;

da se toplotno bilansiranje tretiranog prostora učini izvodljivijim;


52

pri čemu je to učinjeno uz brojna ograničenja,

pretpostavke i uprošćenja u njegovom

konstituisanju i kvantificiranju, a što je neminovno

dovelo da nastajanja nesklad između teorije i

prakse, odnosno da za jednu te istu spoljašnju

graničnu površinu zgrade postoji više različitih po

vrednosti koeficijenata prolaza toplote, a njihova

brojna vrednost može da varira između graničnih

vrednosti i da se izvode srednje vrednosti koeficijenta prolaza toplote.


53

Praktično se prepoznaje, koeficijent prolaza toplote

za jednu te istu spoljašnju graničnu površinu,

u teoriji:

normativno propisan; i pretpostavljen projektom ili

projektni koeficijent prolaza toplote,

• u praksi:

ostvaren izgradnjom; izmeren priborom; i egzistirajući tokom radnog veka zgrade.


54

Ovaj nesklad između teorije i prakse u vrednosti

koeficijenta prolaza toplote, s obzirom na njegovu

prirodu i značajnost, bezuslovno dovodi i do

pogrešnosti u izradi termotehničkog energetskog

sertifikata zgrade i pogrešnosti u sagledavanju,

tumačenju i oceni energetske efikasnosti u zgradarstvu.


55

Energija, odnosno toplota je dobro od posebne

vrednosti i prema njoj se treba odnositi u duhu

„energetskog imperativa”, odnosno pravilnost u

opredeljenju koeficijenta prolaza toplote spoljašnje

granične površine, treba da doprinese ispunjenju i

„energetskog imperativa“ u građevinarstvu,

odnosno da doprinese „da se ne rasipa uzalud

energija nego da se racionalno koristi u ostvarenju

zadate sistemske, parcijalne i/ili singularne funkcije

cilja, energetski aktivne predmetne celine,

integrisane u integralni građevinski objekat”.

Documents

KOEFICIJENT PROLAZA TOPLOTE SPOLJAŠNJE GRANIČNE …kgh-kongres.rs/images/2019/prezentacije/92_Mile_Siljak.pdfzgrade. 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019