WYMIANA CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY BUDOWLANE

• Jednokierunkowy przepływ ciepła

Ciepło przepływa wtedy, gdy między dwoma ciałami występuje różnica temperatur.

• Rodzaje wymiany ciepła

Przewodzenie - (ciała stałe) przepływ energii bez zmiany położenia cząsteczek.

Konwekcja - (ruch cząsteczek) ciepło przenoszone przez płyn, który jest w ruchu.

(ruch makroskopowych obszarów płynu (cieczy lub gazu) pod działaniem czynników zewnętrznych, np. mieszadeł lub pomp (konwekcja wymuszona), lub różnicy gęstości (konwekcja naturalna lub swobodna), zwykle wywołanej niejednorodnością temperatury płynu (konwekcja termiczna)).

Promieniowanie - proces przenoszenia energii przez fale. Może odbywać się również w próżni. Zależy od temperatury powierzchni i od właściwości emisyjnych powierzchni.

• Wymiana w czasie

Gdy nie zmienia się rozkład temperatury w czasie (wymiana ustalona). Najważniejsza cecha fizyczna materiału to zdolność do przewodzenia ciepła.

• Przewodność cieplna

- współczynnik przewodności ciepła - to ilość ciepła jaka przepływa w warunkach ustalonych w ciągu 1h przez 1 m² warstwy materiału o grubości 1m na skutek różnicy temperatur na powierzchniach równej 1 K.

• Opór cieplny (R)

Jest to stosunek grubości warstwy materiału do współczynnika przewodności cieplnej λ.

,

λ zależy od masy i porowatości materiału. Zmienia się pod wpływem zawilgocenia.

• Współczynnik przejmowania ciepła (α_i, α_e)

Jest to ilość ciepła, która przenika w ciągu 1h do 1 m² powierzchni na skutek różnicy temperatury między powietrzem a powierzchnią 1 K.

• Temperatury na powierzchniach i wewnątrz przegrody

Temperaturę na powierzchni przegrody od strony pomieszczenia wyznacza się ze wzoru:

Temperaturę w dowolnej płaszczyźnie wewnątrz przegrody prostopadłej do kierunku przepływu ciepła określa się ze wzoru:

gdzie:

- temperatura na powierzchni przegrody od strony pomieszczenia, K lub °C,

- temperatura wewnątrz przegrody w płaszczyźnie x, K lub °C,

t_i - temperatura powietrza po cieplejszej stronie przegrody, K lub °C,

t_e - temperatura powietrza po chłodniejszej stronie przegrody, K lub °C,

R_c - opór przenikania ciepła, m²⋅K/W,

R_i - opór przejmowania ciepła od strony napływu, m²⋅K/W,

R_x - suma oporów cieplnych na drodze od powietrza po stronie cieplejszej do płaszczyzny x, m²⋅K/W.

Rysunek 1. Wykreślna metoda wyznaczania rozkładu temperatur w przegrodzie warstwowej

W okresie ogrzewania temperatura na powierzchni wewnętrznej przegrody - od strony pomieszczenia - jest zwykle niższa w narożu niż w pewnej od niego odległości.

• Skraplanie wilgoci na powierzchni przegrody

Przegrody należy tak projektować, aby na ich powierzchni nie skraplała się para wodna. Skraplanie wilgoci zachodzi wówczas, gdy powietrze stykające się z chłodnymi powierzchniami przegród ochładza się poniżej temperatury punktu rosy. W celu sprawdzenia czy wystąpi roszenie, wyznacza się wartość temperatury na powierzchni przegrody od strony pomieszczenia
ze wzoru
Znając temperaturę i wilgotność względną powietrza wewnątrz pomieszczenia wyznaczamy ciśnienie cząstkowe pary wodnej zawartej w tym powietrzu ze wzoru:

gdzie:

ϕ_i - wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu, %,

p_si - ciśnienie pary nasyconej, odpowiadające temperaturze powietrza w pomieszczeniu, Pa.

Z tabeli odczytuje się wartość temperatury punktu rosy t_s dla wyznaczonego ciśnienia cząstkowego p_i. Jeżeli temperatura punktu rosy okaże się wyższa od obliczonej temperatury
na powierzchni przegrody od strony pomieszczenia, to wystąpi kondensacja pary wodnej (roszenie) na tej powierzchni. Jeżeli natomiast temperatura punktu rosy będzie niższa od wartości
, to kondensacja na powierzchni od strony pomieszczenia nie wystąpi.

• Infiltracja powietrza

Przenikanie powietrza przez przegrody budowlane zachodzi w wyniku różnicy ciśnień powietrza po obu stronach przegrody. Różnica ta może być powodowana różnicą temperatur, a tym samym i gęstości powietrza w pomieszczeniu i powietrza na zewnątrz budynku oraz oddziaływaniem wiatru.

Powietrze może przenikać przez otwarte pory w materiale, przez nie wypełnione zaprawą spoiny, przez szpary i szczeliny w drzwiach lub oknach i wreszcie przez rysy w murze lub przez złącza wielkowymiarowych elementów prefabrykowanych. Największy ilościowy wpływ może mieć infiltracja zewnętrznego powietrza przez nieszczelności stolarki. Infiltracja powietrza przez przegrody budowlane powoduje doraźne zwiększenie wartości współczynnika przenikania ciepła i strat ciepła przez te przegrody oraz obniżenie temperatury na ich powierzchniach od strony pomieszczenia.

3

Fizyka Budowli - Wymiana ciepła przez przegrody budowlane

---