Konstrukcije s prezračevanim zračnim slojem

Pomen prezračevanega sloja

Kdaj je sloj dobro prezračevan ?

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

0.0

0.1

0.2

0.3

0 20 40 60naklon strehe (o)

hit

rost

v p

rezra

c. sl

oju

(m

/s)

0

20

40

60

80

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1absorbtivnost (-)

tem

per

atu

ra k

riti

ne

(oC

)

Ali “hladne strehe” preprečujejo pregrevanje ?Temperatura kritine in toplotni tok, ki prehaja skozi streho v stavbo je odvisen od jakosti sončnega sevanja in absorbtivnosti (barve) kritine.

Vpliv naravnega prezračevanja strehe na zmanjšanje toplotnega toka

Konstrukcije s prezračevanim zračnim slojem – delovanje poleti

Naravno prezračevana zračna rega le pogojno preprečuje pregrevanje prostorovOmogoča pa boljši prehod vodne pare v zimskem času !

levo hitrost zraka v regi naravno prezračevane strehe (jasen in delno jasen dan,

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0hitrost v prezrac. sloju (m/s)

razm

erj

e t

oko

v q

2/q

1 (

-)

q2

LOTZ ©

Zaprt zračni sloj Prezračevan zračni sloj

U

R=SRi=Rai+R1+R2+R3+Ra+R4+Rae

1

Konstrukcije z zračnim slojem

Zaprt zračni sloj deluje kot toplotni izolator, toda še zdaleč ne tako učinkovito kot toplotno izolacijske snovi !

= U < Umax1

R

Določimo upor prehodu toplote zračnemu sloju

Glede na položaj (vodoravni ali navpični), smer toplotnega toka (navzgor, navzdol), emisivnost površin rege, debeline zračnega sloja

Ra 0,11 – 0,23 m2K/W

RaAl 0,19 – 2,30 m2K/W

zračni sloj

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

UR=SRi=Rai+R1+R2+Rae

=

R=SRi= Rai +R1+R2+ Rai

Konstrukcije s prezračevanim zračnim slojem – izračun U

Upoštevamo le sloje do prezračevane rege

= U < Umax1R

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Konstrukcije v stiku s terenom (zemljo)

Potek temperatur v zemlji pod objektom velikosti 50 . 50 m in 10 . 10 m; globina zemlje 50 m. Toplotne izgube so bistveno manjše kot pri ostalih konstrukcijah. Konstrukcije z večjo površino izgubljajo proporcionalno manj toplote !

Najprej določimo “karakteristično dimenzijo” konstrukcije B’, ki navaja razmerje med površino Ap in obsegom Pp konstrukcije B’

p

p

AB' m

0,5 P

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplotne prehodnosti konstrukcije v stiku s terenom (zemljo)

Metodologija SIST EN ISO 13370 -> ločimo vkopane gradbene konstrukcije in konstrukcije na terenu

Z delno toplotno izolacijo na robu ali na celotni površini gradbene konstrukcije

Konstrukcije s podnim ogrevanjem

Up

Toplotno prehodnost konstrukcije določimo z upoštevanjem naslednjih Parametrov:

karakteristične dimenzija B’globine kleti z, debeline zidu wtoplotne prevodnost zemlje (l 1,5 do 3 W/mK),

in v primeru visoke podtalnice tudi vpliv konvektivnega prenosa toplote s podtalnicoU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplotne prehodnosti konstrukcije v stiku s terenom (zemljo)

Up < Umax

Toplotna prehodnost Up talne plošče z neprekinjeno toplotno izolacijo

0,4

0,2

0,1

0

0

0,3

0,5

0,6

0,7

0,8

10 20 30 40 50B’

brez

toplotne izolacije

U [

W/m

K]

p2

d =50 mmti

d =200 mmti

d =100 mmti

Toplotna prehodnost Up morajo biti manjše od dovoljenih Umax –Pravilnik o o učinkoviti rabi energije v stavbah 2010 (PURES 2010)

Gradbena konstrukcija Umax

(W/m2

K)

stanovanjske

Umax

(W/m2

K)

ne-

stanovanjske

zunanja stena proti terenu in strop proti terenu 0,30 0,35

tla na terenu (ne velja za industrijske stavbe) 0,30 0,35

tla na terenu in tla nad terenom pri ploskovnem gretju 0,30 0,30

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplotne prehodnosti konstrukcije v stiku s terenom (zemljo)

V praksi uporabljamo računalniška orodja -> najprej sestavimo konstrukcijo in določimo toplotno prehodnost Up

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Ozelenjene gradbene konstrukcije

Ozelenjevanje streh pomembno prispeva k izboljšanju lokalnega podnebja v urbanem okolju

Zeleni strešni sistemi vplivajo na zadrževanje odtoka padavin in tako zmanjšujejo obremenitve mestnega kanalizacijskega omrežja

Zmanjšujejo učinek toplotnega jedra v mestih,

Usmerjanje zračne tokove in izboljšujejo prezračevanje

Absorbirajo onesnažila iz zraka.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Ozelenjene gradbene konstrukcije

Predvsem pa vplivajo na prehod toplote skozi strehe (in fasade) stavb)

Delimo jih v intenzivne in ekstenzivne:

rodovitni sloj je pri intenzivnih debelejši in uspevajo lahko vse rastline

ekstenzivne so zasajene z nezahtevno vegetacijo – mahovi, zelišča, trave; rastejo neodvisno od nege.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Ozelenjene gradbene konstrukcije

Rastline prenašajo vodo preko koreninskega sistema in listov okolico. Tako se hladijo z oddaja-njem latentne toplote. Proces imenujemo evapotranpiracija.

Učinek merimo s koeficientom površine listja LAI (leaf area index). To je razmerje med površino listja tlorisno površino na tleh.

Večji ko je LAI index rastline, nižje so temperature konstrukcijDT razlika med temp. na površini konstrukcije in temp. okolice

temna streha DT > 35 K

ozelenjena streha pri LAI 0,5 DT 12 K pri LAI 3,5 DT 3,6 KU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Z ozelenitvijo gradbene konstrukcije zmanjšamo toplotni tok v stavbo poleti in shranjujmo meteorno vodo

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Toplotna prehodnost ozelenjenih gradbenih konstrukcij

Največje dovoljene toplotne prehodnosti Umax so omejene tudi za ozelenjene strehe. Umax = 0,20 W/m2K (za stanovanjske) in 0,35 W/m2K za nestanovansjke stavbe

Pri upornostih prevodu toplote upoštevamo le suhe sloje do hidroizolacije. Če je uporabljena izolacija, ki se ne navlaži zaradi padavin (npr. XPS) upoštevamo tudi ta sloj. zemlja

hidro

izolacija

parnazapora

toplotnaizolacija

drenažni sloj

protikoreninskazaščita fi ltrirna folija

vključno z zadnjim

suhim slojem

R=SRi=Rai+Rl1+Rl2+..+

= U < Umax1R

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije

Ločeno obravnavamo

prenos sončnega sevanja (naravno ogrevanje stavb)

svetlobe(naravna osvetlitev stavb) in

prenos toplote (toplotne izgube in dobitki)

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Prenos sončnega sevanja in svetlobe

Prenos sončnega sevanja skozi transparentne gradbene konstrukcije vrednotimo s transmitivnostjo sončnega sevanja tsol (valovne dolžine 0,3 do 3 mm) in svetlobe tvis (valovne dolžine 0,38 do 0,76 mm)

tsol razmerje med sončnim sevanjem za Gi in pred zasteklitvijo Ge

tvis je razmerje med svetlobnim tokom Li za in pred zasteklitvijo LePOZOR: Pravilnik o učinkoviti rabi energije minimalno 0,5 (50%)

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije

Svetlobni tok na površino zunaj Le

vis tvis

svetlobni tok v prostor Li

avis

Sončno sevanje na površino zunaj Ge

tson

son

sončno sevanje v prostor Gi

ason

is

e

G100 %

Gt

ivis

e

L100 %

Lt

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Ker se del sončnega sevanja v steklu absorbira, se steklo segreje. Zato sončnemu sevanju prištejemo še toplotni tok, ki prestopa s površine zasteklitve v prostor. Navajamo energijsko prehodnost zasteklitve g

Tehnični podatki za različne zasteklitve Solar-control zasteklitev

Štiri stekla,

štirje nanosi,

Dimenzije (steklo/rega/steklo) [mm] 6 - 12 - 6 - 12 - 6 -12 - 6 6 - 12 - 6 6 - 12 - 6 6 - 12 - 6

ε = 0,02 brez barve modra zelena

Plin v regi (koncentracija > 90% kripton argon argon argon

Us - EN ISO 10077-1 Ug [W/m2K] 0,3 1,1 1,1 1,1

Skupna energijska prehodnost g [%] 38 37 24 28

Svetlobna transmitivnost TL [%] 59 67 40 55

Odbojnost svetlobe RL [%] 18 11/121

10/331

9/121

Dvojna zasteklitev,

nanos na enem steklu

1 Odbojnost zunaj

toplotni tok v prostor

qi (konekcija +

sevanje)

toplotni tok v

okolico qe

(konekcija +

sevanje)

Sončno sevanje na površino zunaj Ge

tson

son

sončno sevanje v prostor Gi

ason

i i

e

G qg 100 %

G

Odlično ! Dobra zaščita pred pregrevanjem in dobra naravna osvetlitev

LOTZ ©

Idealna senčila

Vpliv namestitve senčil na prehod toplote skozi okna (zasteklitev)

Stavba, ki se vrti okoli navpične osi, se poleti obrne od sonca

Senčilo se hladi s konvekcijo na obeh straneh preko odprtin brisoleja; prostori so tudi naravno osvetljeni

Senčila imajo nizko-emisijsko površino, zato je sevalni tok na zasteklitev minimalen; uporabniki lahko uravnavajo senčenje

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

t= 65%

g %= 75

= 15%

100%

a= 20%

toplotni tok v prostor

10%

toplotni tok v

okolico 10%

t= 8%

q = 2%

q = 4%

t= 14%

g 14%=

= 58%

100%

q= 15% 7%

2%

a= 4%a= 22%

q= 2%

q= 4%

2%t= 8%

t

= 7%

= 8%

q = 6%

q = 4%t=46%

t= %7

t=11%

g 25%=

= 30%

= 8%

= 27%

100%

q= 4%q= 4%

q= 6%

q= 12%

a= 24%

a= 12%

a= 8%

Prenos toplote in toplotna prehodnost oken

Prenos toplote v oknih je sestavljen iz vseh mehanizmov prenosa toplote; najpomembnejša sta sevalni in konvektivni prenos toplote med stekli zasteklitve.

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije

Rai R1 Rae

R2

R4

Ti Te

Konvektivni in sevalni prestop toplote na zunanji strani zasteklitve

Konvektivni in sevalni prestop toplote na notranji strani zasteklitve

Prevod toplote v steklu Temperaturno vozlišče

Združen upor prenosu toplote s konvekcijo in sevanjemU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplotna prehodnost oken Uo je sestavljena iz deleža zasteklitve, okvirja in linijskih toplotnih mostov na primer na distančniku zasteklitve

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije

Us

Uokv

Y

s s okv okvo 2

s okv

U A U A l WU

A A m K

Uo < Umax

Dovoljene vrednosti Us in Uo so: Us 1,1 in Uo 1,3 W/m2K za bivalen stavbe

lesen okvir, 1,6 W/m2K AL, PVC okvir, 2,7 W/m2K za svetloben kupole;

V energijsko varčnih stavbah mora biti Uo < 0,8 W/m2K, POZOR PRI RAZPISIH OBNOV

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplotno prehodnost oken izračunamo z računalniškimi programi

Toplotno prehodnost izmerimo; podatke navajajo vsi proizvajalci( op. tudi vi boste izmerili toplotno prehodnost zasteklitve !)

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije U

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Konvektivni in sevalni prestop toplote na notranji strani zasteklitve

Konvektivni in sevalni prestop toplote med stekli

Prevod toplote v steklu

Toplotne prehodnosti zasteklitve so večje kot toplotna prehodnost kvalitetno toplotno izoliranega zidu !

Toplotna prehodnost zasteklitve zmanjšamo s povečanjem uporov konvektivnemu in sevalnemu prestopu med stekli !

večjim številom stekel (2 -> 3 -> 4)zamenjavo zraka med stekli z žlahtnimi plini (Ar, Kr, Xe)z nizko-emisijskimi nanosom na steklu

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije U

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Kako deluje nizko-emisijski nanos na steklu

Toplotna prehodnost Us enojne zasteklitve je 5 W/m2K, običajne dvojne 3 W/m2K. Okna s tako zasteklitvijo ne smemo vgrajevati v stavbe.

S tankimi oksidnimi nanosi, ki jih imenujemo nizkoemisijski ali low-e nanosi, to pomanjkljivost odpravimo, steklo pa ostane prepustno za svetlobo !

Tehnični podatki za različne zasteklitve Low E zasteklitev

Dvojna zasteklitev, Trojna zasteklitev,

nanos na enem steklu nanos na dveh steklih

Dimenzije (steklo/rega/steklo) [mm] 4 - 15 - 4 4 - 12 - 4 - 12 - 4

ε ≤ 0,05 ε ≤ 0,05

Plin v regi (koncentracija) > 90% zrak argon kripton argon kripton

Us EN ISO 10077-1 Us [W/m2K] 1,5 1,2 1,1 0,8 0,5

Energijska prehodnost g [%] 64 64 64 52 52

Svetlobna transmitivnost tvis [%] 81 81 81 72 72

Odbojnost svetlobe vis [%] 12 12 9 14 14

Steklo ne prepušča toplotnega sevanja, slabo pa je, da toplotno sevanje absorbira in ne odbija

Energijsko učinkovite stavbe morajo imeti g > 60%, torej okna z zunanjimi senčili !

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Toplotna prehodnost oken

Prehod toplote na mestu distančnika stekel merimo s toplotnim mostom.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Toplotna prehodnost okvirja Uokv je odvisna od snovi (les, PVC, Al)0,8 – 1,3 W/m2K

Pri PVC in AL okvirjih navajamo število “izolacijskih komor”

V tem preseku je 5 “komor”

V najboljših primerih je Us enako Uokv !

Distančnik Al PVC Ψ (W/mK) 0,06

0,115 0,024 0,047

LOTZ ©

Toplotna prehodnost oken v starejših stavbah

enojna zasteklitev, lesen okvir, kovinski okvir 5,7 W/m2K

škatlasta okna, dve krili, tesna, brez tesnil, lesen okvir 3,2 W/m2K

vezana okna, tesna, dvojna zasteklitev brez tesnil, lesen okvir 3,1 W/m2K

okno s toplotno izolacijsko zasteklitvijo, dvojna zasteklitev 3,0 W/m2K

okno s toplotno izolacijsko zasteklitvijo, dvojna zasteklitev 2,1 W/m2K

Prenos toplotnega toka skozi transparentne gradbene konstrukcije

LOTZ ©