Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 1/2017 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Analiza współczynnika przenoszenia ciepła fragmentu ściany zewnętrznej z oknem

Analysis of heat transfer coefficient for an external wall fragment with a window
Dzięki coraz lepszym technologiom projektowania, wyrobu i montażu stolarki okiennej producenci mogą proponować konsumentom okna o niestandardowych rozmiarach i kształtach o bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych.
Dzięki coraz lepszym technologiom projektowania, wyrobu i montażu stolarki okiennej producenci mogą proponować konsumentom okna o niestandardowych rozmiarach i kształtach o bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych.
www.pixabay.com

Zgodnie z wciąż rosnącymi wymaganiami ochrony cieplnej budynków Warunki Techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, podają, że maksymalny dopuszczany współczynnik przenikania ciepła okien w budynkach mieszkalnych na chwilę obecną (do 2021 r.) wynosi 1,1 W/(m2·K), zaś maksymalny dopuszczalny współczynnik przenikania ciepła ścian zewnętrznych w budynkach mieszkalnych - 0,23 W/(m2·K) [1]. Jednakże należy pamiętać, że te wymagania dotyczą budynków nowo wznoszonych.

Budynki, które już istnieją, charakteryzują się bardzo zróżnicowanymi właściwościami cieplnymi zarówno ścian, jak i stolarki okiennej. W takich wypadkach bardzo często podejmowanym przedsięwzięciem termomodernizacyjnym jest wymiana okien starych, nierzadko nieszczelnych i zimnych, na nowe, o bardzo dobrych parametrach cieplnych.

Przy montażu stolarki okiennej nie można zapomnieć o nowoczesnych metodach osadzania okien w ścianach osłonowych, dzięki którym następuje praktycznie całkowita eliminacja negatywnego wpływu liniowych mostków cieplnych na styku rama–ściana. Dzięki udoskonalaniu technologii projektowania, wyrobu i montażu stolarki okiennej producenci są w stanie proponować konsumentom okna o niestandardowych rozmiarach i kształtach, które nie tracą swych bardzo dobrych właściwości termoizolacyjnych.

Niezwykle często projektanci są postawieni przed problemem odpowiedniego doboru wymiarów stolarki okiennej do już istniejących ścian osłonowych o bardzo dobrych bądź wyjątkowo złych właściwościach cieplnych. W takiej sytuacji istnieje potrzeba doboru odpowiedniej strategii, której celem jest zapewnienie optymalnie wysokich właściwości cieplnych kompleksowej przegrody zewnętrznej (ściany z oknem) z doborem właściwych parametrów cieplnych i pól powierzchni poszczególnych elementów tworzących analizowaną przegrodę.

Abstrakt

W artykule przeanalizowano wpływ udziałów powierzchni elementów składowych (ściany, ramy i powierzchni szklonej) oraz parametrów fizykalnych charakteryzujących przenikanie ciepła w tych elementach (współczynniki przenikania ciepła ściany, ramy i oszklenia) na współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie ze strefy ogrzewanej do środowiska zewnętrznego Htr,ie dla fragmentu ściany zewnętrznej z oknem w budynku mieszkalnym. Przy realizacji eksperymentu obliczeniowego zastosowano lokalne planowanie sympleksowe w warunkach ograniczenia zakresu zmienności wybranych czynników. Analiza wykonana została na podstawie opracowanych deterministycznych modeli matematycznych opisujących tę zależność. Określono wartości optymalne badanych czynników. Informacja może być przydatna dla naukowców, producentów i konsumentów stolarki okiennej.

 Analysis of heat transfer coefficient for an external wall fragment with a window

The article presents the analysis the impact of component surface areas  (wall, frame and glazed surfaces) and physical parameters characterizing heat transfer in these elements (heat transfer coefficients of the wall, frame and glazing) on the heat transfer coefficient for transmission from the heated zone to the external environment Htr,ie for a fragment of an external wall with a window in a residential building. In 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 developed deterministic mathematical models describing this relationship. Optimal values of the studied factors were determined. This information can be useful for scientists, manufacturers and users of window joinery.

W związku z tą sytuacją celem przedstawionego badania jest analiza wpływu udziałów powierzchni elementów składowych (ściany, ramy i powierzchni szklonej) oraz parametrów fizykalnych charakteryzujących przenikanie ciepła w tych elementach (współczynników przenikania ciepła ściany, ramy i oszklenia) na współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie ze strefy ogrzewanej do środowiska zewnętrznego fragmentu ściany zewnętrznej z oknem w budynku mieszkalnym, z opracowaniem deterministycznych modeli matematycznych zależności oraz określeniem wartości optymalnych badanych czynników.

Opis obiektu

Przegroda zewnętrzna każdego pomieszczenia mieszkalnego w budynkach mieszkalnych najczęściej jest fragmentem składającym się ze ściany i okna. Z uwzględnieniem nowych technologii montażu okien, dopuszczających szerokie możliwości zastosowania różnych rozwiązań ramy i różnorodnych typów oszklenia, z bardzo zróżnicowanymi cechami fizykalnymi zarówno w odniesieniu do ściany osłonowej, jak i samego okna, jako obiekt badania dla dalszej analizy przyjęto fragment ściany z trzema elementami: ścianą, ramą okienną i powierzchnią szkloną. Schematy takiego fragmentu pokazano na rys. 1.

 	 RYS. 1. Schematy badanego fragmentu ściany zewnętrznej z oknem; Fot. rys.: archiwum autorów
RYS. 1. Schematy badanego fragmentu ściany zewnętrznej z oknem; rys.: archiwum autorów

Rozmiary fragmentu przegrody zewnętrznej uwzględniają rozwiązania przestrzenne pomieszczeń mieszkalnych i przyjęte zostały następująco: 2,80×3,60 m = 10,08 m2. W ramach tej wartości w badaniu zmieniały się różne kombinacje pól powierzchni okien, od rozmiaru 0,60×1,48 m = 0,888 m2 do 3,00×1,48 m = 4,440 m2. Wysokość okna w analizowanym przypadku należało przyjąć jako wartość stałą, gdyż w oknach referencyjnych w budynkach mieszkalnych wynosi ona 1,48 m [2]. Powód przyjęcia wysokości okna jako parametru stałego w badaniu został wyjaśniony w dalszej części pracy.

Metoda obliczania współczynnika przenoszenia ciepła

Współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie ze strefy ogrzewanej do środowiska zewnętrznego w przegrodach budowlanych jest jedną z najważniejszych wielkości przy obliczeniach zapotrzebowania ciepła na energię użytkową w budynkach ogrzewanych. Charakteryzuje on przenoszenie ciepła nie przez 1 m2 (jak współczynnik przenikania ciepła U), lecz przez pewny fragment przegrody z polem powierzchni Afr, zawierający kilka elementów składowych. Oblicza się ten współczynnik wg wzoru [3]:

    Htr,ie = S[btr,i (Ai Ui + Sli yi)], [W/K]    (1)

gdzie:

btr,i - współczynnik redukcyjny obliczeniowej różnicy temperatur (przyjęto btr,i = 1);
Ai - pole powierzchni i-tej przegrody, [m2];
Ui - współczynnik przenikania ciepła i-tej przegrody, [W/(m2·K)];
li - długość liniowego mostka cieplnego, [m];
yi - liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka liniowego, [W/(m·K)].

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. Są to: A1, A2, A3 - pola powierzchni odpowiednio oszklenia, ramy i ściany; U1, U2, U3 - współczynniki przenikania ciepła odpowiednio oszklenia, ramy i ściany; l1, l2 - długości liniowe mostków cieplnych odpowiednio na styku szkło–rama i styku rama–ściana; y1, y2 - liniowe współczynniki przenikania ciepła mostka liniowego odpowiednio na styku szkło–rama i styku rama–ściana. Każdy dodatkowy element składowy zwiększa liczbę czynników o 4 lub 6 parametrów. Jednak najtrudniejszym zadaniem dla przeprowadzenia analizy był warunek, którym są powiązane trzy pierwsze zmienne:

    A1 + A2 + A3 = Afr.    (2)

Do wykonania obliczeń Htr,ie, zaplanowanych w eksperymencie obliczeniowym, autorzy stworzyli specjalny algorytm (rys. 2). Ten algorytm posłużył jako podstawa do opracowania autorskiego programu w Microsoft Excel.

 	 RYS. 2. Schemat blokowy obliczania współczynnika przenoszenia ciepła Htr; Fot. rys.: archiwum autorów
RYS. 2. Schemat blokowy obliczania współczynnika przenoszenia ciepła Htr; rys.: archiwum autorów
hw - wysokość okna; Aw = A1 + A2 - powierzchnia okna; bw - szerokość okna; C - udział powierzchni szklonej do powierzchni okna, bf - szerokość elementów ramy
DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 2/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jakie korzyści przyniesie ocieplenie domów? Zobacz raport »

Eksperci wyliczyli, że na pełną termomodernizację wszystkich polskich domów o niskiej efektywności energetycznej potrzeba aż około 200 mld zł. czytaj dalej »

 


Dach 6-krotnie lżejszy od typowego? To możliwe »

Sprawdzony sposób na osuszenie ścian »

Nawet stara i słaba konstrukcja bedzie w stanie utrzymać takie pokrycie dachowe. czytaj dalej »

Istnieje wiele metod - bardziej lub mniej skutecznych, które w sposób chemiczny, mechaniczny lub grawomagnetyczny zabezpieczają przed kapilarnym podciąganiem wody. czytaj dalej »

Ciepła podłoga bez styropianu?


Obecnie coraz częściej wykonuje się podłogę na gruncie na podbudowie z keramzytu. Jedna warstwa tego lekkiego kruszywa zastępuje trzy tradycyjne: podsypkę piaskową, podłoże betonowe oraz materiał do izolacji termicznej. czytaj dalej »

 


Hydroizolacja fundamentów - jak chronić dom przed wodą?

Izolacja dachu płaskiego: 5 kwestii, o których powinien pamiętać wykonawca »

Prawidłowo zabezpieczone fundamenty chronią mur przed zawilgoceniem, a co za tym idzie blokują rozwój mikroorganizmów i innych form korozji biologicznej na powierzchni ściany. czytaj dalej » Podstawowa zasada dotycząca dachów płaskich jest taka, iż konstrukcje tego typu nigdy nie są… czytaj dalej »

 

Czy wiesz, jak prawidłowo zamontować okna?

Załóżmy, że montażysta użył całej swojej wiedzy i doświadczenia, a jednak okna czy drzwi nie działają prawidłowo. W czym tkwi problem? czytaj dalej »

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...
4/2018

Aktualny numer:

Izolacje 4/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Wymagania dla betonu w konstrukcjach sztywnych
  • - Impregnaty w pracach naprawczo-remontowych
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

.