Wykład 5

FB V w05 2005-11-17
Temat wykładu 5
Współczynnik przenikania ciepła U
(przegrody z warstwami
jednorodnymi i niejednorodnymi)
Krzysztof Żmijewski
Doc. Dr hab. Inż. itp. itd.
Zakład Budownictwa Ogólnego
Zespół Fizyki Budowli 2005-11-17 2/27
Współczynnik przenikania ciepła
Oznaczany jako U (dawniej k).
Jest powszechnie stosowanym
miernikiem izolacyjności termicznej
przegród.
2
[ ]
Wyrażony w m ⋅ K W
Przenikanie jako złożona z ona
wymiana ciepła
q
Kolejno następuje:
1. Przejmowanie
(na drodze konwekcji
i promieniowania)
2. Przewodzenie
3. Przejmowanie
(na drodze konwekcji
i promieniowania)
2005-11-17 3/27
2005-11-17 4/27
Współczynnik przenikania ciepła
Sposoby określania
współczynnika U precyzuje
Polska Norma PN-EN ISO 6946.
Współczynnik przenikania ciepła
Współczynnik przenikania ciepła jest
równy odwrotności całkowitego oporu
cieplnego przegrody.
1
U =
R T
2005-11-17 5/27
2005-11-17 6/27
1

FB V w05 2005-11-17
Całkowity opór r cieplny przegród
Opór r cieplny przegród d składaj
adających się
składaj
adających się z warstw jednorodnych
z warstw jednorodnych i niejednorodnych
R T
U =
R = R + R + R + ... + R + R
T
si
1
Przykład 1:
2005-11-17 7/27
2
0,015 0,25 0,15
2
= 0 ,13 + + + + 0,04 = 4,251 m K / W
0,82 0,80 0,040
1
R T
=
1
= 0,23
4,251
W 2
/ m K
n
se
Można zastosować uproszczoną metodę kresów
(z wyjątkiem sytuacji, gdy przez izolację cieplną
przechodzi metal).
Komponent dzielimy na jednorodne cieplnie
części za pomocą płaszczyzn prostopadłych
i równoległych do powierzchni przegrody.
2005-11-17 8/27
Opór r cieplny przegród d składaj
adających się
z warstw jednorodnych i niejednorodnych
Kres górny całkowitego oporu cieplnego określa
się przy założeniu, że wszystkie płaszczyzny
prostopadłe do powierzchni przegrody są
adiabatyczne (nie ma między nimi przenoszenia
ciepła).
Kres dolny całkowitego oporu cieplnego określa
się przy założeniu, że wszystkie powierzchnie
równoległe do powierzchni komponentu są
izotermiczne.
Wzory i przykłady obliczeniowe
na ćwiczeniach projektowych.
2005-11-17 9/27
Poprawki w odniesieniu do
współczynnika przenikania ciepła
Należy stosować poprawki z uwagi na:
- nieszczelności w warstwie izolacji;
- łączniki mechaniczne przebijające warstwę
izolacyjną;
- opady na dach o odwróconym układzie warstw.
Skorygowany współczynnik przenikania ciepła U C
uzyskuje się, dodając człon korekcyjny ∆U:
U C
= U + ∆U
2005-11-17 10/27
Poprawki w odniesieniu do
współczynnika przenikania ciepła
Człon korekcyjny określa wzór:
∆U
= ∆U
g
+ ∆U
f
+ ∆U
w którym:
∆U g - poprawka z uwagi na nieszczelności;
∆U f - poprawka z uwagi na łączniki mechaniczne;
∆U r - poprawka z uwagi na wpływ opadów dla dachu
o odwróconym układzie warstw.
r
Poprawka z uwagi na nieszczelności
ci
w warstwie izolacji
∆U
g
= ∆U
⎛ R
⎜
⎞
" 1
⎜ ⎟ ⎝ RT
⎠
2
Gdzie:
R 1
- opór cieplny warstwy
zawierającej
nieszczelności
Stosuje się trzy poziomy poprawek, w zależności
od stopnia i usytuowania nieszczelności:
poziom 0 – ∆U”=0,00
poziom 1 – ∆U”=0,01
poziom 2 – ∆U”=0,04
2005-11-17 11/27
2005-11-17 12/27
2

FB V w05 2005-11-17
Przykłady poprawek z uwagi na
Przykłady poprawek z uwagi na
nieszczelności
ci
nieszczelności
ci
Poziom 0 ∆U”=0,00
Stosujemy w przypadku braku nieszczelności przechodzących
przez całą warstwę izolacji (np. izolacja ciągła z
przestawionymi spoinami lub łączona na zakład, pióro
i wpust lub z uszczelnionymi spoinami),
Poziom 1 ∆U”=0,01
Izolacja jest tak ułożona, że nie jest możliwa cyrkulacja
powietrza po cieplejszej stronie izolacji; nieszczelności
mogą przechodzić przez całą warstwę izolacji (np.
izolacja ułożona całkowicie między krokwiami, słupkami
lub belkami),
Poziom 2 ∆U”=0,04
Występuje ryzyko cyrkulacji powietrza po cieplejszej
stronie izolacji; nieszczelności mogą przechodzić
przez całą warstwę izolacji (np.w przypadku
niedostatecznego mocowania izolacji do ściany
nośnej).
Przykłady poprawek podane są w załączniku E normy.
2005-11-17 13/27
2005-11-17 14/27
Poprawka z uwagi na łączniki
mechaniczne przebijające izolację
∆U
α=6 m -1 dla kotwi między warstwami muru,
α=5 m -1 dla łączników do płyt dachowych,
λ f – współczynnik przewodzenia ciepła łącznika,
n f – liczba łączników na metr kwadratowy,
A f – pole przekroju poprzecznego jednego łącznika.
f
= αλ n
Poprawki nie wprowadza się w następujących przypadkach:
- kotwy ścienne przechodzą przez pustą szczelinę powietrzną,
- kotwie ścienne między warstwą muru i drewnianymi słupkami,
- gdy współczynnik przewodzenia ciepła łącznika, lub jego części,
jest mniejszy niż 1 W/(m·K).
f
f
2005-11-17 15/27
A
f
Poprawka z uwagi na wpływ opadów w dla
dachu o odwróconym układzie warstw
∆U
⎛ R
= pfx⎜
i
r ⎜ ⎟
⎝ RT
⎠
p – przeciętny dzienny opad [mm/d] w sezonie ogrzewczym,
ustalony stosownie do lokalizacji;
f – efekt drenażu, dający składnik p do izolacji
przeciwwilgociowej;
x – czynnik zwiększonej straty ciepła (W·d)/(m 2·K·mm),
spowodowanej przez przepływ wody po izolacji
przeciwwilgociowej;
Można przyjąć iloczyn f·x=0,04;
R i – opór cieplny warstwy izolacji ponad izolacją
przeciwwilgociową;
R T – opór cieplny stropodachu.
2005-11-17 16/27
⎞
⎟
2
U K
U K
Wartością miarodajną współczynnika
przenikania ciepła do porównywania
z wartościami maksymalnymi
zawartymi w Rozporządzeniu Ministra
Infrastruktury jest końcowy
współczynnik przenikania ciepła U k .
Uwzględnia on wpływ mostków
cieplnych.
Współczynnik przenikania ciepła U K ,
przegród z mostkami cieplnymi
liniowymi służy też do obliczania
mocy grzejnej i sezonowego
zapotrzebowania na ciepło.
2005-11-17 17/27
2005-11-17 18/27
3

FB V w05 2005-11-17
Mostki cieplne
Występowanie mostków w cieplnych
Mostek cieplny definiowany jest jako
miejsce w przegrodzie zewnętrznej,
które charakteryzuje się zwiększoną,
w stosunku do pozostałej części
przegrody, gęstością strumienia
cieplnego przenikającego przez
przegrodę.
Występowanie mostków cieplnych
powodowane jest najczęściej:
wbudowaniem materiału o zwiększonej
wartości współczynnika przewodzenia ciepła
λ,
zmianą geometrii lub zmianą grubości
warstw przegrody (głównie brakiem lub
pocienieniem warstwy izolacji cieplnej).
2005-11-17 19/27
2005-11-17 20/27
Miejsca występowania liniowych mostków
cieplnych
Dodatki ze względu na obecność
mostków w cieplnych
Najczęściej mostki cieplne występują:
- w narożach ścian,
- w miejscach połączenia ścian zewnętrznych
z wewnętrznymi,
- w okolicach wieńców,
- w okolicach okien i drzwi balkonowych
(nadproża, parapety, progi),
- w miejscu zamocowania płyty balkonowej.
2005-11-17 21/27
Współczynnik przenikania ciepła U K przegród z
mostkami cieplnymi liniowymi należy obliczać ze
wzoru:
ψ
iLi
U
K
= UC
+∑
i A
ψ i - liniowy współczynnik przenikania ciepła [W/mK]
L i - długość mostka liniowego [m]
A - pole powierzchni przegrody w osiach przegród do niej
prostopadłych, pomniejszone o pole powierzchni
ewentualnych okien i drzwi balkonowych, obliczone w
świetle ościeży [m 2 ].
2005-11-17 22/27
Dodatki ze względu na obecność
mostków w cieplnych
Dodatki ze względu na obecność
mostków w cieplnych
Wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła ψ
oblicza się z użyciem programów numerycznych,
można również wykorzystywać katalogi mostków
cieplnych.
W projektowaniu indywidualnym dopuszcza się nie
wykonywanie szczegółowych obliczeń
z uwzględnieniem wartości ψ i , wyznaczając U K
w sposób uproszczony:
U
K
= U
C
+ ∆U
2005-11-17 23/27
Rodzaj przegrody
Ściana zewnętrzna pełna (bez okien i drzwi
balkonowych), strop poddasza, stropodach, strop nad
piwnicą
∆U,
W/(m 2 K)
0,00
Ściana zewnętrzna z otworami okiennymi i drzwiowymi 0,05
Ściany zewnętrzne z otworami okiennymi i drzwiowymi
oraz płytami balkonów lub loggi przenikającymi ścianę
0,15
2005-11-17 24/27
4

FB V w05 2005-11-17
Literatura
1. „Budownictwo ogólne” tom 3/1 W. Żenczykowski
2. „Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku”
L. Laskowski 2005 r. skrypt PW
3. „Zagadnienia fizykalne w budownictwie” T. Zakrzewski
Politechnika Śląska 2003
4. „Fizyka cieplna budowli” T. Kisielewicz Politechnika
Krakowska 1998
5. „Przewodnik po PN-EN ochrony cieplnej budynków”
J. Pogorzelski ITB 2003
6. PN - EN ISO 6946:1999 Komponenty budowlane i elementy
budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła.
Metoda obliczania.
2005-11-17 25/27
Krzysztof Żmijewski
5