Upload
others
View
15
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
1
TOPLINSKA IZOLACIJA GRAĐEVNIH DIJELOVA
ZGRADE
TEMPERATURNA KRIVULJA
Dr.sc. Bojan Milovanović
2
POJMOVI
GRAĐEVINA
Sve što je rezultat građenja i čvrsto je povezano s tlom
Građevine obuhvaćaju:� Zgrade (stambene, poslovne,...)
� Inženjerske konstrukcije (ceste, mostovi, tuneli,...)
3
POJMOVI ZGRADA
Zgrada je građevina s krovom i zidovima.
Zgrada se sastoji od:� tijela zgrade
� instalacija i ugrađene opreme
� prostora zgrade
4
POJMOVI
TIJELO ZGRADE SE SASTOJI OD GRAĐEVNIH DIJELOVA ZGRADE
Glavni građevni dijelovi zgrade su:� KROV
� ZID
� STROP
� POD (na tlu)
5
TOPLINSKA IZOLACIJA
Svaki građevni dio zgrade ima svojstvo toplinske izolacije
Toplinska izolacija je svojstvo građevnog dijela zgrade da u određenoj mjeri smanji prenošenje topline
6
2
7 8
9 10
TOPLINSKA IZOLACIJA
Presjek kroz vanjski zid zgrade
11
TOPLINSKA IZOLACIJA
Prenošenje topline kroz vanjski zid zgrade odvija se u tri faze:
� u prostoriji strujanjem i zračenjem na unutarnju površinu zida
� kroz zid vođenjem
� s vanjske površine zida u vanjski prostor strujanjem i zračenjem
12
TOPLINSKA IZOLACIJA
Prenošenje topline strujanjem i zračenjem na unutarnju površinu zida
qc = αc·(θi – θsi)
qr = αr·(θi – θsi)
q = qc + qr = αc·(θi – θsi) + αr·(θi – θsi)
q = (αc + αr)·(θi – θsi)
q = hsi·(θi – θsi)
q = (θi – θsi) / (1/ hsi)
3
13
TOPLINSKA IZOLACIJA
q – gustoća toplinskog toka � (količina topline u J koja u 1 s prođe kroz 1 m2),
W/m2
αc – koeficijent strujanja, W/(m2K)
αr – koeficijent zračenja, W/(m2K)
hsi je unutarnji plošni koeficijent prijelaza topline, W/(m2K)
Rsi je unutarnji plošni otpor prijelaza topline, m2K/W
Rsi =1/ hsi 14
TOPLINSKA IZOLACIJA
Prenošenje topline kroz zid vođenjemq = λ·(θsi – θse) / dq = (θsi – θse) / (d/λ)
d – debljina zida, mλ – toplinska provodljivost materijala zida, W/(mK)
d/λ = R� je toplinski otpor,
m2K/W
15
TOPLINSKA IZOLACIJA
Prenošenje topline strujanjem i zračenjem s vanjske površine zida
qc = αc·(θse – θe)
qr = αr·(θse – θe)
q = qc + qr = αc·(θse – θe) + αr·(θse – θe)
q = (αc + αr)·(θse – θe)
q = hse·(θse – θe)
q = (θse – θe) / (1/ hse)
16
TOPLINSKA IZOLACIJA
hse je vanjski plošni koeficijent prijelaza topline, W/(m2K)
1/ hse = Rse je vanjski plošni otpor prijelaza topline, m2K/W
Rsi i Rse
Definirani u „Algoritmu za proračun potrebne energije za
grijanje i hlađenje prema HRN EN ISO 13790”
17
Rsi i Rse
Ovisni o:� Temperaturi površine
� Koeficijentu emisije površine
� Brzini strujanja zraka
� Smjeru toplinskog toka
18
Tablica 3.A.1 (HRN EN Tablica A.1) Vrijednosti
koeficijenta prijelaza topline zračenjem crnog tijela, hr0Tablica 3.A.2 (HRN EN Tablica A.2) Vrijednosti RSe
4
Problem prijenosa topline zračenjem
19
Korištenje principa
20
21
TOPLINSKA IZOLACIJAPrenošenje topline kroz vanjski zid zgrade (rekapitulacija):
q = (θi – θsi) / (1/ hsi) = (θi – θsi) / Rsi
q = (θsi – θse) / (d/λ) = (θsi – θse) / Rq = (θse – θe) / (1/ hse) = (θse – θe) / Rse
q = (θi–θsi+ θsi–θse+ θse–θe) / (Rsi + R + Rse)q = (θi – θe) / (Rsi + R + Rse)q = U · (θi – θe)
U = 1 / (Rsi + R + Rse)22
TOPLINSKA IZOLACIJA
U = 1 / (Rsi + R + Rse)
U je koeficijent prolaska topline, W/(m2K)
RT = Rsi + R + Rse
RT - je ukupni toplinski otpor građevnog
dijela zgrade, m2K/W
U = 1 / RT
23
TOPLINSKA IZOLACIJA
Kod višeslojnih građevnih dijelova zgrade je
RT = Rsi + R1 + R2 +...+ Rse
RT = Rsi + ΣRi + Rse
R1 je toplinski otpor prvog sloja, m2K/W
R2 je toplinski otpor drugog sloja, m2K/W
...
R1 = d1 / λ1
R2 = d2 / λ2
24
TOPLINSKA IZOLACIJA
Koeficijent prolaska topline U
� karakterizira prenošenje topline iz jednog prostora, preko pregradnog građevnog dijela, u susjedni prostor
Zbroj toplinskih otpora ΣRi
� karakterizira svojstvo toplinske izolacije građevnog dijela zgrade
5
Usporedba U-vrijednosti TPRUETZZ
26
TOPLINSKA IZOLACIJA
Sloj zraka, kao dio višeslojnog građevnog dijela zgrade, može biti:
� Neventilirani sloj zraka
bez otvora prema van ili otvori ≤500 mm2 po m’ za vertikalne slojeve, po m2 za horizontalne slojeve
� Slabo ventilirani sloj zraka
otvori prema van >500 mm2, ali <1500 mm2 po m’ za vertikalne slojeve, po m2 za horizontalne slojeve
� Dobro ventilirani sloj zraka
otvori prema van ≥1500 mm2 po m’ za vertikalne slojeve, po m2 za horizontalne slojeve
27
TOPLINSKA IZOLACIJAToplinski otpor neventiliranog sloja zraka Rg
m2K/W (debljina sloja do 300 mm) (HRN EN ISO 6946:2008) za smjer toplinskog toka:
Debljina sloja (mm)
Prema gore Horizontalno Prema dole
5
10
0,11
0,15
0,11
0,15
0,11
0,15
15
50
0,16
0,16
0,17
0,18
0,17
0,19
100
300
0,16
0,16
0,18
0,18
0,22
0,2328
TOPLINSKA IZOLACIJA
Za dobro ventilirani sloj zraka
zanemaruje se njegov toplinski otpor te otpor slojeva između sloja zraka i vanjskog okoliša, a umjesto vrijednosti Rse uvrsti se vrijednost Rsi
Toplinski otpor slabo ventiliranog sloja zraka
� ima vrijednost između one za neventilirani i za dobro ventilirani sloj zraka, ovisno o ploštini otvora za ventilaciju (vidi HRN EN ISO 6946:2008)
29
TOPLINSKA IZOLACIJA - PROZORI
Koeficijent prolaska topline prozora (jednostruki, dvostruki i k/k), UW, i vrata, UD:
HRN EN ISO 10077-1:2008 Toplinska svojstva prozora, vrata i zaslona – Proračun koeficijenta prolaska topline – 1. dio: Općenito(ISO 10077-1:2006; EN ISO 10077-1:2006)
30
TOPLINSKA IZOLACIJAMetoda proračuna uzima u obzir:
• različite vrste ostakljenja
• staklo ili plastika;
• jednostruko ili višestruko ostakljenje;
• s ili bez slojeva niske emisivnosti;
• s međuprostorima punjenim zrakom ili drugim plinovima);
• razne vrste okvira
• drvo;
• plastika;
• metal s i bez prekida topl. mostova;
• ili bilo koja kombinacija materijala);
6
3131
TOPLINSKA IZOLACIJA
Ug
Ufψg
ψugradnjeUw
AfAg
JEDNOSTRUKI PROZOR
32
TOPLINSKA IZOLACIJA
• Koeficijent prolaska topline jednostrukog prozora, UW izračunava se pomoću jednadžbe:
UW = (Ag· Ug + Af· Uf + lg· g) / (Ag + Af)
Ug koeficijenta prolaska topline ostakljenja, u W/(m2K);
Uf koeficijent prolaska topline okvira, u W/(m2K);
g duljinski koeficijent prolaska topline zbog kombiniranog toplinskog utjecaja ostakljenja, odstojnika između stakala i okvira u W/(mK)
lg duljina oboda ostakljenja
33 34
TEMPERATURNA KRIVULJA
Temperaturna krivulja je krivulja koja prikazuje temperaturu svake točke presjeka građevnog dijela zgrade za stacionarni toplinski tok
Temperaturna krivulja se može odrediti:
Analitičkom metodom
Grafičkom metodom
35
TEMPERATURNA KRIVULJAANALITIČKA METODA
q = (θi – θe) / RT = (θi – θsi) / Rsi = = (θsi – θ1) / R1 = ... = (θse – θe) / Rse
Iz jednadžbe
(θi – θe) / RT = (θi – θsi) / Rsi
može se izračunati temperatura na unutarnjoj površini
θsi = θi – Rsi ∙ (θi – θe) / RT
Δθsi = θi – θsi = Rsi ∙ (θi – θe) / RT36
TEMPERATURNA KRIVULJAANALITIČKA METODA
q = (θi – θe) / RT = (θi – θsi) / Rsi = = (θsi – θ1) / R1 = ... = (θse – θe) / Rse
Iz jednadžbe
(θi – θe) / RT = (θsi – θ1) / R1
može se izračunati temperatura na spoju prvog i drugog sloja
θ1 = θsi – R1 ∙ (θi – θe) / RT
Δθ1 = θsi – θ1 = R1 ∙ (θi – θe) / RT
7
37
TEMPERATURNA KRIVULJAANALITIČKA METODA
Općenito:
Δθj = Rj ∙ (θi – θe) / RT
� Rj je toplinski otpor j-tog sloja građevnog dijela
Unutar sloja od homogenog materijala temperatura se mijenja linearno
38
TEMPERATURNA KRIVULJAANALITIČKA METODA
Temperaturnu krivulju dobijemo tako da u crtežu poprečnog presjeka građevnog dijela zgrade, u nekom mjerilu, nanesemo proračunate temperature na granicama pojedinih slojeva i sukcesivno ih spojimo pravcima
39
TEMPERATURNA KRIVULJAANALITIČKA METODA
Poprečni presjek vanjskog zida
40
TEMPERATURNA KRIVULJAGRAFIČKA METODA
Grafička se metoda temelji na činjenici da je pad temperature proporcionalan toplinskom otporu
41
TEMPERATURNA KRIVULJAGRAFIČKA METODA
42
AKUMULACIJA TOPLINE
Akumulacija topline je svojstvo građevnog dijela zgrade da može prihvatiti dovedenu mu toplinu, u sebi je akumulirati i kod hlađenja okoline ponovno je predati toj okolini
Dobra akumulacija omogućava da se temperatura zraka u prostoriji, kod privremenog prekida grijanja, značajnije ne smanji
8
43
AKUMULACIJA TOPLINE
Svojstvo akumulacije topline vanjskog građevnog dijela zgrade karakterizira se koeficijentom akumulacije topline W u J/(m2K).
To je količina topline koju vanjski građevni dio zgrade akumulira po jedinici svoje površine, za jediničnu razliku temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka, kada je postignuto stacionarno stanje.
44
AKUMULACIJA TOPLINE
Koeficijent akumulacije topline W izračuna se pomoću izraza:
W = U∙[d1∙ρ1∙c1∙(1/hse + d1/(2λ1) +
+ d2∙ρ2∙c2∙ (1/hse + d1/(λ1)+ d2/(2λ2)) + ... ]
c je specifični toplinski kapacitet materijala u [J/(kg∙K)]
ρ je gustoća (obujamska masa) materijala u [kg/m3]
Efektivni toplinski kapacitet Cm (kJ/K)
za efektivni toplinski kapacitet Cm (kJ/K), grijanog dijela zgrade, koji se koristi kod utvrđivanja stupnja iskorištenja dobitaka topline, dozvoljeno je koristiti približne vrijednosti dobivene pomoću izraza:
Cm = 80·Af (kJ/K) � za slučaj vrlo laganih pregrada zgrade, plošne mase m' ≤ 100 (kg/m2),
Cm= 110·Af (kJ/K) � za slučaj laganih pregrada zgrade, plošne mase 100 < m' ≤ 250 (kg/m2)
Cm = 165·Af (kJ/K) � za slučaj srednje teških pregrada zgrade, plošne mase 250 < m' ≤ 400
(kg/m2),
Cm = 260·Af (kJ/K) � za slučaj teških pregrada zgrade, plošne mase 400 < m' ≤ 550 (kg/m2)
Cm = 370·Af (kJ/K) � za slučaj pregrada zgrade masivne gradnje, plošne mase m' > 550
(kg/m2)
45
Dinamičke toplinske karakteristike
46
Obiteljska kuća APOS
Koprivnica - Idejni projekt 2015.
Autor: Ljubomir Miščević, 2015.
PrimjerSpecifična energija za grijanje i hlađenje za analizirane zgrade
18,16 16,79 15,48 14,57 14,20
34,8932,93
31,0029,66 29,12
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
m' ≤ 100 kg/m² 250 ≥ m' > 100 kg/m²
400 ≥ m' > 250 kg/m²
550 ≥ m' > 400 kg/m²
m' > 550 kg/m²
Very lightweight Lightweight Medium weight Heavyweight Very heavyweight
Sp
eci
fic
he
atin
g(Q
'' H,n
d)a
nd
co
oli
ng
(Q'' C
,nd
)e
ne
rgy
de
man
d [k
Wh
/m²a
] Q''C,nd [kWh/m²a]
Q''H,nd [kWh/m²a]
53,0549,72
46,4944,24 43,33
1,20
1,12
1,051,00 0,98
0,50
0,70
0,90
1,10
1,30
1,50
1,70
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
m' ≤ 100 kg/m² 250 ≥ m' > 100 kg/m²
400 ≥ m' > 250 kg/m²
550 ≥ m' > 400 kg/m²
m' > 550 kg/m²
Very lightweight Lightweight Medium weight Heavyweight Veryheavyweight
Re
lati
ve to
the
he
avyw
eig
htb
uild
ing
[%]
Sp
eci
fic
he
atin
g a
nd
co
olin
g e
ner
gy d
em
and
Q''H
,nd
+Q
''C,n
d [
kWh
m²a
]
Q''H,nd +Q''C,nd
Relative to the heavyweight building
9
Dinamičke toplinske karakteristike Utjecaj efektivnog toplinskog kapaciteta na specifičnu
potrebnu energiju za grijanje i hlađenje zgrade za različite klimatske podatke
49
1,33
1,21
1,09
1,00
0,96
1,20
1,12
1,05
0,98
1,15
1,08
1,03
0,98
1,081,05
1,020,99
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
m' ≤ 100 kg/m² 250 ≥ m' > 100 kg/m²
400 ≥ m' > 250 kg/m²
550 ≥ m' > 400 kg/m²
m' > 550 kg/m²
Very lightweight Lightweight Medium weight Heavyweight Very heavyweight
Sp
ec
ific
he
ati
ng
an
d c
oo
lin
g e
ne
rgy
de
ma
nd
rela
tiv
e t
o t
he
he
avyw
eig
ht
bu
ildin
g [
[%]
Gospić HDD = 3486,0
Karlovac HDD = 2939,5
Šibenik HDD = 1651,0
Hvar HDD = 1173,4
Hvala na pažnji!
50