N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Transkript

1 Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích N_ Stavebně fyzikální aspekty budov Přednáška č. 3 Přednášky: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Cvičení: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Garant: prof. Ing. Ingrid Juhásová Šenitková, CSc. Katedra stavebnictví

2 TEPELNÁ OCHRANA BUDOV Dotazy či připomínky: ZÁKLADNÍ ZPŮSOBY ŠÍŘENÍ TEPLA, TEPELNĚ-TECHNICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK 2

3 Základní způsoby šíření tepla Teplo se může šířit v jakémkoli prostředí, když na různých místech tohoto prostředí mají různé teploty Druhý termodynamický zákon říká: Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na těleso teplejší. Podmínkou šíření tepla tedy je existence rozdílu teplot Proces sdílení tepla může probíhat: Vedením (kondukcí) Prouděním (konvencí) Sáláním (radiací) 3

4 Základní způsoby šíření tepla Základní veličiny šíření tepla Teplota - míra kinetické energie částic látky (atomů, molekul, ). Jednotka kelvin [K] nebo stupeň Celsia [ C] θ C = T K 273,15 Teplo - popisuje změnu termodynamického stavu systému. Při tepelné výměně dochází k předávání kinetické energie částic. Šíří se vždy z prostředí o vyšší teplotě do prostředí o nižší teplotě. Značení Q, jednotka J = (W/s) 4

5 Základní způsoby šíření tepla Základní veličiny šíření tepla Tepelný tok - teplo přenesené plochou za jednotku času Q ሶ = Q t = teplo čas J s = W Hustota tepelného toku - teplo přenesené jednotkou plochy za jednotku času q = Q A. t J m 2. s = W/m2 5

6 Základní způsoby šíření tepla Kondukce (vedení) tepla Ke sdílení tepla vedením (kondukcí) dochází tehdy, jestliže v tělese vzniká rozdíl teplot, nebo jestliže se dotýkají dvě různá tělesa různé teploty Teplejší, rychle kmitající molekuly předávají svou kinetickou energii sousedním, pomaleji kmitajícím molekulám Základní hodnou při vedení tepla je součinitel tepelné vodivosti [W/(m.K)] 6

7 Základní způsoby šíření tepla Kondukce (vedení) tepla Hustota tepelného toku je měrná teplotnímu gradientu q cd = λ dt dx W/m 2 λ je součinitel tepelné vodivosti W/(m. K) T je teplota K x jesouřadnice m Ve skutečnosti jeho hodnota závisí na teplotě a vlhkosti materiálu Hodnota může být různá ve směru souřadnicových os Například dřevo ve směru rovnoběžně s vlákny vykazuje přibližně dvakrát až třikrát vyšší součinitel tepelné vodivosti, než ve směru kolmo na vlákna 7

8 Základní způsoby šíření tepla Konvence (proudění) tepla Přenos tepla prouděním (konvekcí) je vyvolán tokem tekutiny Proudící tekutina s sebou unáší v ní uloženou energii (teplo) a přemisťuje ji například v potrubí nebo ve stavebním prvku Proudění vyvolané čerpadlem nebo ventilátorem se nazývá vynucené Proudění vyvolané rozdílem hustot kapaliny (rozdílem teplot) se nazývá přirozené 8

9 Základní způsoby šíření tepla Konvence (proudění) tepla Při sdílení tepla prouděním (konvencí) přechází teplo z plynů, par a tekutin na pevnou látku nebo naopak Podstata spočívá v tom, že k povrchu pevného tělesa přichází stále nové částice plynů, par nebo tekutin, tj. stále noví nositelé tepla Přenos tepla prouděním nastává, pokud tekutina proudí podél povrchu a existuje rozdíl mezi teplotou tekutiny a teplotou povrchu 9

10 Základní způsoby šíření tepla Radiace (sálání) tepla Přenos tepla sáláním je přenos energie mezi dvěma tělesy o různé teplotě šířením elektromagnetických vln Přenos tepla vedením a prouděním vyžaduje rozdíl teplot v určité formě hmoty (pevná látka nebo kapalina) Přenos tepla sáláním naproti tomu hmotu ke své existenci nepotřebuje Důkazem je naše každodenní osobní zkušenost s teplem od Slunce, které k nám dorazí i přesto, že vzdálenost mezi Sluncem a Zemí je 150 milionů kilometrů 10

11 Prostup tepla konstrukcí Průchod tepla stěnou se skládá ze tří částí: Přestup tepla na vnitřní straně q 1 =h i.( ai - si ) Vedení tepla stěnou q 2 = /d.( si - se ) Přestup tepla na vnější straně q 3 =h e.( se - e ) Hustota tepelného toku q [W/m 2 ] je podíl tepelného toku a příslušné plochy, kterou tepelný tok prostupuje. 11

12 Tepelně-technické vlastnosti látek Objemová hmotnost Objemová hmotnost znamená střední hustotu nespojitě v prostoru rozložené látky, např. pórovité, zpěněné nebo volně sypané. Objemová hmotnost stavebních materiálů závisí na pórovitosti a u sypkých látek i na jejich stlačitelnosti. Pro suchý nebo vlhký materiál lze vyjádřit vztahy: ρ d = m d V ρ v = m v V ρ d je objemová hmotnost suchého materiálu [kg/m 3 ] ρ v je objemová hmotnost vlhkého materiálu [kg/m 3 ] m d je hmotnost suchého materiálu [kg] m v je hmotnost vlhkého materiálu [kg] V je objem dané látky včetně pórů a mezer [m 3 ] 12

13 Tepelně-technické vlastnosti látek Vlhkost Stavební materiály se v praxi téměř nikdy nevyskytují v suchém stavu. Vlhkost je důležitých faktorem, který ovlivňuje tepelnětechnické vlastnosti stavebních materiálů. Vlhkost látky charakterizujeme hmotností a objemovou vlhkostí Hmotnostní vlhkost se určuje ze vztahu: u m = m v m s m s. 100 u m je hmotnostní vlhkost [%] m v je hmotnost vlhkého materiálu [kg] m s je hmotnost suchého materiálu [kg] Objemová vlhkost se určuje ze vztahu: u v = V v V s. 100 u m je objemová vlhkost [%] m v je objem vlhkosti v materiálu [m 3 ] m s je objem suchého materiálu [m 3 ] 13

14 Tepelně-technické vlastnosti látek Součinitel tepelné vodivosti Tepelná vodivost je nejvýznamnějším ukazatelem vlastností látek z hlediska stavební tepelné techniky Vyjadřuje schopnost homogenního materiálu přenášet teplo vedením a charakterizuje ji součinitel tepelné vodivosti [W/(m.K)] Hodnota součinitele tepelné vodivosti představuje tepelný tok ve wattech, který proudí 1 m 2 stěny o tloušťce 1 m při teplotním rozdílu protilehlých ploch 1 K Součinitel tepelné vodivosti závisí na různých vlivech, z nichž nejdůležitější jsou objemová hmotnost, vlhkost, směr tepelného toku, chemické složení a teplota. 14

15 Tepelně-technické vlastnosti látek Vliv objemové hmotnosti na hodnotu součinitele tepelné propustnosti Stavební materiály jsou složené ze základního materiálu a vzduchu, který je obsažen v pórech Součinitel tepelné vodivosti vzduchu má menší hodnoty než vlastní materiál. Význam také hraje tvar a velikost pórů V malých pórech se teplo šíří pouze vedením, ve větších pórech nabývá na významu také proudění a sálání Čím větší je pórovitost materiálu, tím menší je jeho objemová hmotnost a tím menší je také součinitel tepelné vodivosti Součinitel tepelné vodivosti vzduchu v závislosti na průměru pórů Průměr pórů d [mm] 0,1 0,5 1,0 2,0 5,0 [W/(m.K)] 0,024 0,026 0,028 0,031 0,044 15

16 Tepelně-technické vlastnosti látek Vliv vlhkosti na hodnotu součinitele tepelné propustnosti Součinitel tepelné vodivosti je výrazně ovlivňován vlhkostí materiálu Zvyšující se vlhkost materiálu zvyšuje tepelnou vodivost materiálu Čím vyšší součinitel tepelné vodivosti, tím nižší je tepelně izolační schopnost materiálu 16

17 Tepelně-technické vlastnosti látek Měrná tepelná kapacita Měrná tepelná kapacita, dříve nazývané měrné teplo, vyjadřuje množství tepla, které je potřeba k ohřátí 1 kg materiálu při stálém tlaku a definované vlhkosti o 1 K. 17

18 Tepelně-technické vlastnosti látek Součinitel difuzní vodivosti materiálu Součinitel difuzní vodivosti materiálu (součinitel difúze vodní páry) vyjadřuje schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí. Faktor difuzního odporu materiálu Faktor difuzního odporu materiálu je poměrem difúzního odporu materiálu a difúzního odporu vrstvy vzduchu o téže tloušťce. 18

19 Použitá literatura a zdroje ČURPOVÁ, Danuše. Tepelná technika budov: Modul 01: Teoretická základy stavební tepelné techniky. Brno: VUT Brno. KOPECKY, Pavel. Materiál a konstrukce: Šíření tepla, vzduchu a vlhkosti v budovách a stavebních prvcích. Praha: ČVUT. 19

20 Dotazy či připomínky: TEPELNÁ OCHRANA BUDOV TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZE K-CE 20

21 Tepelně technické posouzení Typ konstrukce Střecha jednoplášťová Střecha dvouplášťová Podlaha z hlediska poklesu dotykové teploty 21

22 Hodnocení tepelné stability Okrajové podmínky výpočtu Nápověda F1 (výběr z možností) Střecha jednoplášťová Rsi = 0,10 m2/w Rse = 0,04 m2/w Střecha dvouplášťová Rsi = 0,10 m2/w Rse = 0,10 m2/w Stěna jednoplášťová Rsi = 0,13 m2/w Rse = 0,04 m2/w Stěna dvouplášťová Rsi = 0,13 m2/w Rse = 0,13 m2/w Podlaha na terénu Rsi = 0,17 m2/w Rse = 0,00 m2/w Stěna suterénní Rsi = 0,13 m2/w Rse = 0,00 m2/w 22

23 Tepelně technické posouzení Okrajové podmínky výpočtu V případě konstrukce ve styku se zeminou 23

24 Tepelně technické posouzení Posouzení podlahy na terénu Standardně posouzení pouze po vrstvu hydroizolace (včetně) Nezadává se V případě TI po vrstvou hydroizolace, je možné započítat vliv TI pokud je tepelná izolace nenasákavá 24

25 Tepelně technické posouzení Kontrola vstupních dat 25

26 Tepelně technické posouzení Korekční součinitel prostupu tepla ΔU F1 (případně F2 pro započtení vlivu obrácené střechy) 26

27 Tepelně technické posouzení Korekční součinitel prostupu tepla ΔU F1 (případně F2 pro započtení vlivu obrácené střechy) 27

28 Tepelně technické posouzení Korekční součinitel prostupu tepla ΔU R=d/ 28

29 Tepelně technické posouzení Započítání vlivu systematických tepelných mostů (ekv. lambda) F2 F2 29

30 Tepelně technické posouzení Výpočet součinitele tepelné vodivosti nehomogenní vrstvy 30

31 Tepelně technické posouzení Započítání vlivu perforace parozábrany F2 31

32 Tepelně technické posouzení Výpočet faktoru mechanicky upevněné parozábrany 32

33 Tepelně technické posouzení Výpočet Protokol - Vyhodnocení ČSN

34 VYHODNOCENÍ ZKOPÍROVAT JAKO PŘÍLOHU 34

35 Dotazy či připomínky: N_FSB Děkuji za pozornost Ing. Michal Kraus, Ph.D. 35