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 ©