fizika zgrade

Fizika zgrade - vježbe

Toplina 1

FIZIKA ZGRADE

Upoznavanje sa fizikalnim procesima koji se

za zdravlje ljudi, udobnost i funkcionalnost

samog objekta, ovisno o njegovoj namjeni.

Fizika zgrade

Toplina Vlaga Buka


Toplina 2

1. TOPLINA

Definicije pojmova

Toplina Q

je potencijal topline.

Toplinski tok je prijelaz topline u vremenu.

je prijelaz topline u vremenu kroz površinu.

Kondukcija –

Konvekcija (prijenos, strujanje) –

na krut

Radijacija – prenošenjem energije elektromagnetskim valovima (plinoviti

materijali i vakum)

Koeficijent toplinske provodljivosti

Koeficijent toplinske propustljivosti U

Otpor propuštanju topline R

Toplinski kapacitet C - i mu se temperatura

podigla za 1°C

K

Prolaz topline sastoji se od prijenosa topline (sa zraka na zid unutra i sa zida na zrak vani)


Toplina 3

Oznaka Jedinica mjere

temperatura (relativna) [°C]

temperatura (apsolutna)

T [K]

toplinski tok [W=J/s]

intenzitet toplinskog toka q [W/m2

]

koef. toplinske

provodljivosti

[W/mK]

otpor propuštanju topline R [m2

K/W]

koef. toplinske

propustljivosti

U [W/m2

K]

površinski koef. prijelaza

topline

h [W/m2

K]

konvektivni koeficijent hc [W/m2

K]

radijativni koeficijent

(koef. prijelaza topline hr [W/m2

K]

Koeficijent prolaza topline

K [W/m2

K]

TPORA I TOPLINSKE PROPUSTLJIVOSTI

Toplinska provodljivost

Intenzitet toplinskog toka :

dx

dq

θ

λ−=

Intenzitet toplinskog toka za jednoslojni element :

( )sesi

d

q θθ

λ

−= ili

R

qsesi

θθ −

=

2

m

W

Toplinski tok ili trasmisivni gubitak topline :

Aq ⋅=φ [ ]W

– topl. provodljivost materijala [W/mK]

d – debljina zida [m]

si – temperatura unutarnje površine [°C]

se – temperatura vanjske površine [°C]

R –otpor propuštanju topline zida [ (m2

°K)/W]

A – površina plohe kroz koju prolazi toplina [m2

]


Toplina 4

Za višeslojni konstruktivni element :

R

qsesi

′

−

=

θθ

2

m

W

R' - otpor propuštanju topline višeslojnog zida :

∑

= λ

=

λ

++

λ

+

λ

=′

n

1jj

j

j

j

2

2

1

1dddd

R L [m2

K/W]

j – ukupan broj slojeva zida

Otpor propuštanju topline homogenog sloja :

λ

dR = [m

2

K/W]

d – debljina materijalnog sloja [m]

Površinski toplinski otpor : za ravne površine zidova se uzima prema

Tbl.1 ISO 6946:1996 :

Ukupni otpor propuštanju topline :

sensiTRRRRRR +++++= ...

21

Rsi – otpor unutarnjeg prijelaza topline

R1, R2, ... Rn – otpor propuštanja topline

Rse – otpor vanjskog prijelaza topline

Toplinska propustljivost :

∑

λ

=

−−

=

θ−θ

=

ii

i

sesiTaidRRR

qU

1

[W/m2

K]

g elementa :

se

i

isiTRRRR

K

++

==

∑

11

[ ]W/Km2

Smjer toka topline

Prema gore Horizontalno Prema dole

Rsi 0,10 0,13 0,17

Rse 0,04 0,04 0,04


Toplina 5

inski gubitak u višeslojnom zidu :

T

ai

R

qθθ −

= [ ]2

/ mW

i a u izraz ulazi u K.

Mjera promjene temperature kroz pojedini sloj :

unavanje temperature površine zida.

Raspodjela temperature u višeslojnom elementu prema : (a) debljini svakog sloja, (b)

toplinskom otporu svakog sloja

Površinski koeficijent prijelaza topline

cvrhhh += [ ])/(

2

KmW °

hr – konvektivni koef.

hcv – radijativni koef.

( )[ ]

( )[ ]

( )[ ]

( )[ ]K

R

R

K

R

R

K

R

R

K

R

R

ai

T

a

ase

ai

T

2

21

ai

T

1

1si

ai

T

si

sii

°θ−θ=θ−θ

°θ−θ=θ−θ

°θ−θ=θ−θ

°θ−θ=θ−θ

M


Toplina 6

rrrCah =

ar – temperaturni faktor : ( )3

4avr

Ta = [ ]3

K

Tav –

2

as

av

TTT

+

=

Cr – radijativni koef. [W/(m2

°K4

] : εσ=r

C

– Stefan-Boltzmannova konstanta : )/(1067,5428

KmW °⋅=−

σ

– emisivnost materijala

b

cv

H

ah

∆

=

θ

a i b - ovise o tome da li je zid horizontalan ili vertikalan,da li je unutarnji ili vanjski

H – visina zida u m'

aseθθθ −=∆ [ ]K°

se – temperatura površine zida u °C

a – temperatura zraka u zgradi °C

Za vertikalni zid :

unutrašnji : 432,1

H

hcv

θ∆

= [ ])Km/(W2

°

vanjski :

H

vh

cv96,3= za smvH /8

2

≤ ili 5

4

76,5

H

vh

cv= za smvH /8

2

≥

v – brzina vjetra

Koeficijent toplinskog gubitka

1) Transmisivni koef. toplinskog gubitka je transmisivni toplinski tok iz grijanog

prostora u vanjsku okolinu podijeljen s temperaturnom razlikom i

okoline.

2) Ventilacijski koef. toplinskog gubitka je toplinski tok iz grijanog prostora u

unutarnje i vanjske okoline.

USDTHLLH ++=

LD –

zgrade [W/K]

LS – koef. gubitka preko tla

HU – transmis. koef. gubitka preko negrijanog prostora


Toplina 7

Koeficijent izravnih transmisijskih gubitaka :

∑∑∑ ++=

j

j

k

kk

i

iiDlUAL χψ

A –2

]

U – toplinska propusnost elementa [W/m2

°K]

l – duljina linijskog toplinskog mosta u [m]

– topl. propusnost linijskog toplinskog mosta [W/m°K]

– toplinskog mosta [W/°K]

Koeficijent ventiliranih toplinskih gubitaka :

aaVcVH ρ

&=

V& - tok zraka kroz zgradu

aca –

VnV =&

V – volumen grijanog prostora

n – izmjena zraka (ventiliranje) [h-1

]

Površinska kondenzacija

unutrašnje temperature zraka i površine zida ( i – si) u ovisnosti o relativnoj vlažnosti

zraka :

Table 3: The allowed temperature difference in °C betvveen surface and ambient air tor

different relative humidities at the onset of dew formation

Relativna vlažnost zraka %Temperatura

zraka unutra

°C30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

-20 - 10,4 9,1 8,0 7,9 6,0 5,2 4,5 3,7 2,9 2,3 1,7 1,1 0,5

-15 12,3 10,8 9,6 8,3 7,3 6,4 5,4 4,6 3,8 3,1 2,5 1,8 1,2 0,6

-10 12,9 11,3 9,9 8,7 7,6 6,6 5,7 4,8 3,9 3,2 2,5 1,8 1,2 0,6

-5 13,4 11,7 10,3 9,0 7,9 6,8 5,8 5,0 4,1 3,3 2,6 1,9 1,2 0,6

0 13,9 12,2 10,7 9,3 8,1 7,1 6,0 5,1 4,2 3,5 2,7 1,9 1,3 0,7

2 14,3 12,6 11,0 9,7 8,5 7,4 6,4 5,4 4,6 3,8 3,0 2,2 1,5 0,7

4 14,7 13,0 11,4 10,1 8,9 7,7 6,7 5,8 4,9 4,0 3,1 2,3 1,5 0,7

6 15,1 13,4 11,8 10,4 9,2 8,1 7,0 6,1 5,1 4,1 3,2 2,3 1,5 0,7

8 15,6 13,8 12,2 10,8 9,6 8,4 7,3 6,2 5,1 4,2 3,2 2,3 1,5 0,8

10 16,0 14,2 12,6 11,2 10,0 8,6 7,4 6,3 5,2 4,2 3,3 2,4 1,6 0,8

12 16,5 14,6 13,0 11,6 10,1 8,8 7,5 6,3 5,3 4,3 3,3 2,4 1,6 0,8

14 16,9 15,1 13,4 11,7 10,3 8,9 7,6 6,5 5,4 4,3 3,4 2,5 1,6 0,8


Toplina 8

16 17,4 15,5 13,6 11,9 10,4 9,0 7,8 6,6 5,4 4,4 3,5 2,5 1,7 0,8

18 17,8 15,7 13,8 12,1 10,6 9,2 7,9 6,7 5,6 4,5 3,5 2,6 1,7 0,8

20 18,1 15,9 14,0 12,3 10,7 9,3 8,0 6,8 5,6 4,6 3,6 2,6 1,7 0,8

22 18,4 16,1 14,2 12,5 10,9 9,5 8,1 6,9 5,7 4,7 3,6 2,6 1,7 0,8

24 18,6 16,4 14,4 12,6 11,1 9,6 8,2 7,0 5,8 4,7 3,7 2,7 1,8 0,8

26 18,9 16,6 14,7 12,8 11,2 9,7 8,4 7,1 5,9 4,8 3,7 2,7 1,8 0,9

28 19,2 16,9 14,9 13,0 11,4 9,9 8,5 7,2 6,0 4,9 3,8 2,8 1,8 0,9

30 19,5 17,1 15,1 13,2 11,6 10,1 8,6 7,3 6,1 5,0 3,8 2,8 1,8 0,9

35 20,2 17,7 15,7 13,7 12,0 10,4 9,0 7,6 6,3 5,1 4,0 2,9 1,9 0,9

40 20,9 18,4 16,1 14,2 12,4 10,8 9,3 7,9 6,5 5,3 4,1 3,0 2,0 1,0

45 21,6 19,0 16,7 14,7 12,8 11,2 9,6 8,1 6,8 5,5 4,3 3,1 2,1 1,0

50 22,3 19,7 17,3 15,2 13,3 11,6 9,9 8,4 7,0 5,7 4,4 3,2 2,1 1,0

i – si, odnosno minimalni

si i –

( )[ ]K

R

R

ai

T

si

sii°−=− θθθθ

spri stvaranje kondenzata.

se

n

j j

j

siTR

d

RR ++= ∑=1

λ

Toplinska stabilnost remanja topline u masivnom, toplinski

-negrijanoj strani i

sloja i kao i njegov otpor propuštanju topline. Stoga je, kada

Tijela odnosno tvari s malim toplinskim kapacitetom

izlaganja izvoru topline, dok one s relativno velikim toplinskim kapacitetom moramo dugo

izložiti djelovanju nekog toplinskog izvora da bi mu se temperatura tek malo promijenila.

Izolacijski sloj se postavlje s vanjske – hladnije strane!


Toplina 9


Toplina 10

POSLJEDICA UNUTRAŠNJE KONDENZACIJE NEDOVOLJNO TOPLINSKO IZOLIRANIH VANJSKIH

ZIDOVA

Kupaonica-

Namještaj uz nedovoljno toplinsko izolirani vanjski zid

Primjer pogrešne toplinske izolacije sa unutrašnje strane vanjskog zida

e

relativne vlage

Strop ispod kosog krova- nije toplinski izoliran tavan


Toplina 11

Zidovi izvedeni od jednog ili više materijala

Višeslojna konstrukcija nastaje ukoliko je izveden od materijala koji je loš toplinski izolator,

te ga je potrebno obložiti materijalom koji je dobar toplinski izolator. Toplinsku izolaciju je

potrebno staviti na hladniju stranu.

vojstva konstrukcije u pogledu toplinskih karakteristika ovise ne samo o

debljini pojedinih slojeva i vrsti materijala, nego i o redoslijedu postavljanja istih. Redoslijed

-hladnijoj

z

Osnovni zahtjevi kod toplinskih izolacija zgrade

Da bi zgrada imala dovoljnu toplinsku izolaciju, potrebno je kod obodnih konstrukcija

dovi,

stanova, prema tavanu i iznad podruma, ravni i kosi krovovi iznad grijanih prostorija. Zbog

razlike u temperaturi i postotku vlažnosti dolazi do prolaza topline i vodene pare i to u smjeru

od toplije prema hladnijoj strani konstrukcije. Prolaz topline može u konstrukciji izazvati

line K za pojedine vrste obodnih

konstrukcija zgrade prema klimatskim zonama. Koeficijent prolaza topline bi trebao ostati

nepromijenjen tijekom cijele zime, toleriraju se manje promjene. Uslijed difuzije vodene pare

dolazi do konstrukc smanjuje vrijednost toplinske izolacije.

Ukoliko je vrijednost koeficijenta prolaza topline izvan propisanih granica, takva konstrukcija

se odbacuje.

1) K

vrijednostima. Ukoliko koeficijent prolaza topline kroz konstrukciju ima vrijednost


Toplina 12

zaštite.

2)

mjesto nastanka kondenzata.

3)

kcija ne odgovara

klimatskim prilikama.


Toplina 13

grešaka u izvedbi toplinske izolacije. Svjetlije i tople boje(žuta, crvena) ukazuju na toplije


Toplina 14

Usporedba tradicionalnog objekta i toplinski pasivnog objekta

Tradicionalni objekt Pasivni objekt

Na gornjoj slici su vrl

starijom tehnologijom bez posebnog osvrta na uštedu toplinske

toplinskih mostova i toplinskih gubitaka preko istih znatno reducirana.

Documents

fizika zgrade