Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 1/2017 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Współczynnik przenikania ciepła ściany osłonowej z oknem

Model matematyczny z uwzględnieniem powierzchni elementów składowych
W artykule zaprezentowano podejście do opracowania modelu matematycznego współczynnika przenikania ciepła ściany osłonowej z oknem, wykonanym z PVC w budynku mieszkalnym...
W artykule zaprezentowano podejście do opracowania modelu matematycznego współczynnika przenikania ciepła ściany osłonowej z oknem, wykonanym z PVC w budynku mieszkalnym...
Fot. Warbud

Ściany osłonowe w budynkach mieszkalnych chronią pomieszczenia przed oddziaływaniem czynników klimatycznych i najczęściej składają się z dwóch różnorodnych odcinków - muru oraz okna złożonego z ramy i oszklenia.

Ściany osłonowe spełniają ważne role przy zapewnieniu komfortu cieplnego w pomieszczeniach oraz istotnie wpływają na zapotrzebowanie na energię do ogrzewania budynku. Odwołując się do wytycznych zawartych w Warunkach Technicznych [1], w Polsce od 1.01.2017 właściwości cieplne przegród w budynkach mieszkalnych ustalone zostały na poziomie:

  • dla ścian zewnętrznych Umax = 0,23 W/(m2·K),
  • dla okien Umax = 1,10 W/(m2·K)

oraz wprowadzono ograniczenie odnośnie pola powierzchni przegród przezroczystych w przypadku, gdy współczynnik przenikania ciepła Uw dla okna jest większy niż 0,9 W/(m2·K) [1].

Dobierając rozwiązanie ściany oraz rodzaj stolarki okiennej, należy porównywać ich parametry cieplne z powyższymi wartościami.

Niestety działanie to często ma charakter formalny, czasem jednak jest ono bezsensowne i nierealizowalne.

Wymagany poziom współczynnika przenikania ciepła można łatwo osiągać tylko przy projektowaniu i wykonaniu ścian budynków nowo wznoszonych. Można wówczas precyzyjnie dobrać odpowiednią grubość warstwy termoizolacyjnej, obniżającej końcową wartość współczynnika przenikania ciepła kompleksowej ściany osłonowej.

Dla współczesnej stolarki, która składa się z kilku elementów o deklarowanych przez producentów właściwościach cieplnych, dobór odpowiedniej wartości współczynnika U okna często jest problematyczny. Zdarza się, że producenci stolarki okiennej zatajają informacje na temat współczynnika przenikania ciepła dla całego okna.

ABSTRAKT

W artykule zaprezentowano podejście do opracowania modelu matematycznego współczynnika przenikania ciepła ściany osłonowej z oknem, wykonanym z PVC w budynku mieszkalnym, w zależności od udziałów pól powierzchni elementów składowych (odcinków ściany pełnej, ramy okiennej i powierzchni szklonej). Przy realizacji eksperymentu obliczeniowego zastosowano lokalne planowanie sympleksowe w warunkach ograniczenia zakresu zmienności wybranych czynników. Analiza wykonana została na podstawie opracowanego deterministycznego modelu matematycznego opisującego tą zależność. Oszacowano efekty wpływu badanych czynników. Informacja może być przydatna dla naukowców, producentów i konsumentów stolarki okiennej. 

Mathematical model of the heat transfer coefficient for a curtain wall with a window, taking into account the surface areas of specific components

The article presents an approach to the development of a mathematical model of heat transfer coefficient for a curtain wall with a PVC window in a residential building, depending on the specific proportions of component surface areas (solid wall sections, window frames and glazed surfaces). In the course of implementation of the computational experiment, local simplex planning was used in the conditions of limited range of variability of selected factors. The analysis was made on the basis of the complete  deterministic mathematical model describing this relationship. The effects of the studied factors were estimated. The information can be useful for scientists, producers and consumers of window joinery.

Bezsensowność weryfikacji wartości współczynników przenikania ciepła elementów składowych związana jest z tym, że przy określeniu współczynnika U ściany osłonowej np. za pomocą metody składnikowej fragment przegrody dzieli się na pola powierzchni o różnych właściwościach cieplnych, a całkowity współczynnik przenikania ciepła oblicza się za pomocą ważonych powierzchniowo wartości U elementów składowych z dodatkowymi członami korekcyjnymi, uwzględniającymi wzajemne oddziaływania cieplne między tymi elementami [2].

Zobacz też: Analizę współczynnika przenoszenia ciepła fragmentu ściany zewnętrznej z oknem

Oznacza to, że przy zastosowaniu okna małych rozmiarów nie ma dużego znaczenia, czy jego współczynnik przenikania ciepła będzie mniejszy czy większy od wymaganego, ponieważ najmocniejszy wkład w poziom izolacyjności cieplnej wnosi ściana.

I na odwrót, przy zastosowaniu powierzchni szklonych wielokrotnie przeważających nad przegrodami pełnymi (tak zwanych przegród przezroczystych) nie ma istotnego znaczenia co do wyboru wartości współczynnika przenikania ciepła odcinka ściany pełnej, ponieważ wtedy najmocniejszy wkład w poziom izolacyjności cieplnej ściany osłonowej wnosi powierzchnia szklona.

Jednakże niezależnie od tego, przepisy mówią jasno, że nowo wznoszone budynki muszą charakteryzować się współczynnikiem przenikania ciepła poszczególnych elementów konstrukcyjnych na poziomie nie wyższym niż maksymalny dopuszczalny.

Zdaniem autorów niejednoznaczność sytuacji z unormowaniem elementów składowych ścian osłonowych z oknami może być wyeliminowana tylko po zamianie tradycyjnej weryfikacji wartości współczynników przenikania ciepła elementów składowych z wartościami wymaganymi na unormowanie właściwości cieplnych całej ściany osłonowej z oknami czy z przegrodami przezroczystymi. W tym celu autorzy proponują wprowadzenie kategoryzacji cieplnej ścian osłonowych. Jednak najpierw trzeba wykryć i oszacować stopień wpływu pól powierzchni elementów składowych oraz parametrów fizykalnych na całkowity współczynnik przenikania ciepła ścian osłonowych.

Celem danego badania jest opracowanie modelu matematycznego współczynnika przenikania ciepła ściany osłonowej z oknem wykonanym z PVC w budynku mieszkalnym w zależności od udziałów pól powierzchni elementów składowych oraz przeprowadzenie analizy na uzyskanym modelu matematycznym z oszacowaniem efektów wpływu czynników na właściwości cieplne badanej ściany.

Opis obiektu badania

Ściana osłonowa każdego pomieszczenia w budynkach mieszkalnych najczęściej jest fragmentem składającym się z odcinka ściany pełnej i okna.

Z uwzględnieniem nowych technologii montażu okien z PVC, dopuszczających szerokie możliwości zastosowania różnych rozwiązań ramy i różnorodnych typów oszklenia, z bardzo zróżnicowanymi cechami fizykalnymi w odniesieniu do ściany osłonowej jak i samego okna, jako obiekt badania dla dalszej analizy przyjęto fragment ściany z trzema elementami:

RYS. 1. Przykładowe schematy badanego fragmentu ściany osłonowej z oknem
RYS. 1. Przykładowe schematy badanego fragmentu ściany osłonowej z oknem
  • ścianą pełną,
  • ramą
  • i powierzchnią szkloną.

Schematy takiego fragmentu pokazano na RYS. 1.

Rozmiary fragmentu ściany uwzględniają rozwiązania przestrzenne pomieszczeń mieszkalnych i przyjęte zostały następująco:

2,80×3,60 m (wysokość×szerokość) = 10,08 m2.

W ramach tej wartości w badaniu zmieniały się różne kombinacje pól powierzchni okien, od rozmiaru 0,675×0,90 m = 0,608 m2 do 2,20×3,00 m = 6,60 m2.

Wysokość okna w analizowanym fragmencie przyjęto od wartości najmniejszej 0,675 m do charakterystycznej wysokości przegród przezroczystych wynoszącej niemal tyle, co wysokość pomieszczenia.

Lokalizacja okna przyjęta została w granicach badanego fragmentu ściany z zapewnieniem po obwodzie okna odcinków ściany o szerokości nie mniejszej niż 0,30 m.

Metoda obliczania współczynnika przenikania ciepła

Do obliczania współczynnika przenikania ciepła fragmentu ściany osłonowej z oknem przydatna i oczywista jest wspomniana wcześniej metoda składnikowa [2]. Według tej metody współczynnik przenikania ciepła Uw fragmentu ściany osłonowej z oknem należy obliczać według wzoru:


Wzór        (1)

gdzie:

Ug, Uƒ, Up - współczynniki przenikania ciepła, odpowiednio: oszklenia, ramy, ściany pełnej,
ψg,ƒ, ψƒ,p - liniowe współczynniki przenikania ciepła spowodowane połączonymi efektami cieplnymi elementów, odpowiednio: szklącego i ramy, ramy i ściany pełnej,
lg,ƒ, lƒ,p - długość liniowego mostku cieplnego powstającego na styku, odpowiednio: szkła i ramy, ramy i ściany pełnej,
Ag, Aƒ, Ap, Aw - pole powierzchni, odpowiednio: oszklenia, ramy, ściany pełnej oraz fragmentu ściany osłonowej.

RYS. 2. Schemat blokowy obliczania współczynnika przenikania ciepła Uw fragmentu ściany osłonowej
RYS. 2. Schemat blokowy obliczania współczynnika przenikania ciepła Uw fragmentu ściany osłonowej; rys. archiwa autorów
θ - proporcje okna, wyrażone stosunkiem ho/bo,
Ao = Ag + Aƒ - powierzchnia okna,
ho - wysokość okna,
bo - szerokość okna,
C - udział powierzchni szklonej do powierzchni okna,
bƒ - szerokość elementów ramy

Mimo prostego wyrazu wzór (1) jest bardzo złożoną zależnością dla przeprowadzenia analizy czynnikowej.
Nawet przy trzech elementach składowych wzór ten daje aż 10 czynników do przeanalizowania.

Każdy dodatkowy element składowy w zależności od lokalizacji zwiększa liczbę czynników od 4 do 6 parametrów.

Jednak najtrudniejszym zadaniem dla przeprowadzenia analizy był warunek, którym są powiązane trzy pierwsze zmienne:


       (2)

Odnosząc się do przedstawionego wzoru (1), autorzy stworzyli algorytm do wyliczania szukanego współczynnika przenikania ciepła okna Uw przy zmianie wartości wybranych czynników (RYS. 2). Ten algorytm posłużył jako podstawa do opracowania autorskiego programu komputerowego w Microsoft Excel.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

[Słowa kluczowe: ściana osłonowa, ściana z oknem, okno, okno z pvc, przenikanie ciepła, izolacja cieplna, powierzchnia oszklenia, szklenie, powierzchnia okna, przegrody budowlane, warunki techniczne, stolarka okienna]

Pliki do pobrania
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 1/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak wykonać hydroizolację w warunkach zimowych?


Sprawdź, jakie materiały sprawdzą się przy temperaturach rzędu –10, a nawet –20°C czytaj dalej »


Czego użyć, by podzielić pomieszczenie na dwa mniejsze?

Jak wybrać płytę styropianową w systemie ETICS?

x
czytaj dalej »

Jakość izolacyjności termicznej systemu ETICS, zależy od materiału termoizolacyjnego, użytego w tym systemie. czytaj dalej »

Building Information Modelling - dowiedz się więcej »

BIM odnosi się do programów, które wspomagają projektowanie. Ich działanie polega na... czytaj dalej »

 


Dobierz najlepszy materiał ociepleniowy. Sprawdź »

Zarabiaj pieniądze sprzedając prąd »

Inwestorzy szukają wciąż lepszych, mocniejszych i bardziej wytrzymałych, a przede wszystkim bezpiecznych dla zdrowia produktów. Gdzie je znaleźć? czytaj dalej » Wszystkie znane obecnie źródła energii, poza energią geotermalną i atomową, są pośrednio efektem działania promieniowania słonecznego... czytaj dalej »

Szybki i skuteczny sposób na renowację pokrycia dachowego »

Dach to obok ścian zewnętrznych jedna z najważniejszych przegród w budynku. Jednak wieloletnia eksploatacja często powoduje obniżenie jego szczelności i trwałości... czytaj dalej »

 


Jak efektywnie uszczelnić okna?

Innowacyjne płyty styropianowe w formie "kanapki" »

Przy ocieplaniu zapomina się o tym, że bardzo duży ubytek ciepła następuje w wyniku ubogiej lub źle położonej izolacji framugi okiennej...
czytaj dalej »

Chroniona prawem patentowym metoda powstała dzięki wdrożeniu energooszczędnej nowatorskiej technologii produkcji z odzyskiem ciepła i redukcją strat w procesie czytaj dalej »

Termomodernizacja pomoże w walce ze smogiem?

Smog to temat bardzo nośny w mediach, zwłaszcza w okresie zimowym, kiedy w powietrzu unoszą się "efekty" palenia byle czymczytaj dalej »


Szukasz rzetelnego wykonawcy osuszania? Sprawdź »

Farby do wnętrz i elewacji - jakie powinny być?

Tu nie ma miejsca na błąd. Liczą się tylko najlepsze decyzje, tym bardziej, że często remont... czytaj dalej » W 2002r. rynek farb fasadowych został zrewolucjonizowany przez farbę zolowo-krzemianową, która bazuje na całkowicie nowatorskiej koncepcji spoiw, dzięki czemu... czytaj dalej »


prof. dr hab. inż. Walery Jezierski
prof. dr hab. inż. Walery Jezierski
Walery Jezierski ukończył Wydział Architektury Brzeskiego Państwowego Instytutu Inżynieryjno-Budowlanego w specjalności budownictwo miejskie. Pracuje w Katedrze Gospodarki Przestrzennej i Budowni... więcej »
mgr inż. Joanna Borowska
mgr inż. Joanna Borowska
Joanna Borowska ukończyła Wydział Budownictwa na Politechnice Białostockiej. Jest doktorantką PB. więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Synthos S.A. Synthos S.A.
Grupa Kapitałowa Synthos S.A. jest jednym z największych producentów surowców chemicznych w Polsce. Spółka jest pierwszym w Europie...
11/12/2018

Aktualny numer:

Izolacje 11/12/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Izolacje w niskich temperaturach
  • - Prace hydroizolacyjne w okresie zimowym
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.