INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ CZ.1.07/1.1.00/08.0010 SDÍLENÍ TEPLA A ÚSPORY ZATEPLENÍM I. Ing. MARKÉTA PETŘÍKOVÁ TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Sdílení tepla a úspory zateplením I. květen 2011
Základní pojmy Sdílení tepla je přenosový jev, při němž dochází kpředávání tepla z míst o vyšší teplotě do míst o nižší teplotě. Předpokladem k předávání tepla je existence teplotního pole, tj. nerovnoměrného rozložení teploty vprostoru, v obecném případě trojrozměrný Největší změna teploty v teplotním poli nastává ve směru normály k izotermním plochám Gradient teploty je vektor, směřující od nižší teploty kteplotě vyšší, tj. opačným směrem než je přenášeno teplo. gradt = dt dn
Proces přenosu tepla probíhá vzávislosti na čase, a to stacionárně nebo nestacionárně Teplo, vztažené na jednotku času, nazýváme tepelný tok, případně tepelný výkon Tepelný tok, procházející určitou plochou, je plošná hustota tepelného toku Q& Q J = = W τ s q& = Q& W A m 2 Následující kapitoly jsou věnovány stacionárnímu jednorozměrnému přenosu tepla.
Vedení tepla kondukce Sdílení tepla vedením (kondukcí) je způsob přenosu tepla, při němž se teplo šíří pouze vdůsledku tepelného pohybu strukturních částic hmoty. Nastává vtuhých tělesech a ve velmi tenkých nepohybujících se vrstvách kapalin a plynů. Fourierův zákon pro vedení tepla: q& = λ gradt
Vnásledujících kapitolách se předpokládá λ=konst a teploty povrchu stěn t 1 >t 2 >... > t n. Plošná hustota tepelného toku pro rovinnou plochu o velikosti A[m 2 ] Plošná hustota tepelného toku pro válcovou plochu o poloměru r[m] a délce L [m] q& Q& = = λ A dt dx q& L Q& dt = = λ 2 π L dr r
Stacionární jednorozměrné vedení tepla neohraničenou rovinnou stěnou o tloušťce δ δ Úpravou Fourierova zákona se získá vztah pro plošnou hustotu tepelného toku jednoduchou rovinnou stěnou: t 1 q& dt = λ = dx t t δ λ ( ) 1 2 q λ t 2 t > 1 t 2
Stacionární jednorozměrné vedení tepla neohraničenou rovinnou stěnou, složenou z n vrstev Úpravou Fourierova zákona se získá vztah pro plošnou hustotu tepelného toku složenou rovinnou stěnou: t 1 δ 1 δ 2 δ 3 t 2 q& = t t ( ) 1 n+ 1 i= n i= 1 δ λ q t 3 λ 1 λ 2 λ 3 t 4 t > t > t > t 1 2 3 4
Stacionární jednorozměrné vedení tepla neohraničenou válcovou stěnou o tloušťce (r 2 -r 1 ) Úpravou Fourierova zákona se získá vztah pro plošnou hustotu tepelného toku jednoduchou válcovou stěnou: d 2 d 1 t 2 q& L = ( t t ) 2 π d2 ln d1 λ 1 2 q λ t 1 t > 2 t 1
Stacionární jednorozměrné vedení tepla neohraničenou válcovou stěnou, d 4 složenou zn vrstev d 3 Úpravou Fourierova zákona se získá vztah pro plošnou hustotu tepelného toku složenou válcovou plochou: t 4 d 2 d 1 t 3 q& L = i= 1 ( t t ) 2 π 1 d ln i= n d i λ i i+ 1 n q t 2 t 1 λ 3 λ 2 λ 1 t < t < t < t 1 2 3 4
Přestup tepla konvekce přenos tepla prouděním Sdílení tepla přestupem (konvekcí, prouděním) je způsob přenosu tepla v pohybujících se tekutinách Teplo se šíří účinkem tepelné vodivosti při ohřevu nebo ochlazování tekutiny v blízkosti teplosměnné plochy Jedná se o výměnu tepla mezi tekutinou a obtékanou stěnou tuhého tělesa Jednotlivé případy přestupu tepla se liší fyzikální podstatou a charakterem proudění a jsou popsány dále
Newtonův zákon, platný pro případ přestupu tepla: & = ( ) q& = α ( t t ) q α t t s t t s t t t S q α q α t S t t t > S t t t > t t S
Hodnota součinitele přestupu tepla α[w/(m K)] závisí na druhu konvekce, geometrii obtékaní stěny a na fyzikálních vlastnostech proudící tekutiny Hodnota Nusseltova čísla se počítá z kriteriální rovnice, která nejlépe vyhovuje konkrétnímu zadání: vlastnostem zadané tekutiny tvaru stěny a způsobu obtékání
Volná konvekce je vyvolána vlivem vztlakových sil, Nusseltovo číslo závisí na hodnotách Prandtlova a Grashoffova čísla Pr : ν ν ρ c η c = = p = a λ λ p Gr g d 3 = u γ t ν 2
Nucená konvekce je vyvolána čerpadlem nebo kompresorem, Nusseltovo číslo závisí na hodnotách Prandtlova a Reynoldsova čísla Pr ν ν ρ c η c = = p = a λ λ p Re wd = u ν
Prostup tepla kombinovaný způsob přenosu tepla Prostup tepla je způsob přenosu tepla, vzniklý kombinací přestupem tepla z tekutiny do stěny na jedné straně stěny, vedení tepla dělicí stěnou a přestupem tepla ze stěny do tekutiny na druhé straně stěny.
Prostup tepla rovinnou stěnou Při prostupu tepla jednoduchou rovinnou stěnou vyjádříme přestup vedení přestup třemi rovnicemi: rovnice 1 přestup tepla z tekutiny do stěny = & 1 t t q t1 s1 α 1 rovnice 2 vedení stěnou jednoduchou rovinnou stěnou = & t t q δ s1 s2 λ rovnice 3 přestup ze stěny do tekutiny = & 1 t t q s2 t2 α 2
Součtem rovnic 1, 2 a 3 se získá vztah pro stanovení plošné hustoty tepelného toku při prostupu tepla jednoduchou rovinnou stěnou : q& = tt1 tt2 1 δ 1 + + α λ α 1 2 Podobným způsobem se postupuje při sestavování vztahu pro složenou rovinnou stěnu. Výsledný vztah pro plošnou hustotu tepelného toku při prostupu tepla složenou rovinnou stěnou : tt1 tt2 q& = = k t t i= n 1 δi 1 + + α λ α 1 i= 1 i 2 ( ) t1 t2
t t1 α 1 t S1 q t S2 λ α 2 t t2 t > t > t > t t1 S1 S2 t2
δ 1 δ 2 δ 3 t t1 α 1 q t S1 t S2 t S3 t S4 α 2 λ 1 λ 2 λ 3 t t2 t > t > t > t > t > t t1 S1 S2 S3 S4 t2
Prostup tepla válcovou stěnou Řešení prostupu tepla jednoduchou válcovou stěnou vychází (stejně jako u rovinné stěny) ze tří rovnic: rovnice 1 přestup tepla z tekutiny do stěny t t = q& t1 s1 L α 1 π d 1 1 rovnice 2 vedení stěnou jednoduchou válcovou stěnou δ t t = q& s1 s2 L λπ ln d d 2 1 rovnice 3 přestup ze stěny do tekutiny t t = q& s2 t2 L α 1 π d 1 2
Plošná hustota tepelného toku při prostupu tepla jednoduchou válcovou stěnou π ( t t ) q& = = k t t + ln + α d 2 λ d α d ( ) t1 t2 L V t1 t2 1 δ d2 1 1 1 1 2 2 plošná hustota tepelného toku při prostupu tepla složenou válcovou stěnou π ( t t ) q& = = k t t + ln + α d 2 λ d α d ( ) t1 t2 L i= n V t1 t2 1 δi di+ 1 1 1 1 i= 1 i i 2 n+ 1
d 2 d 1 t t2 α 2 t S2 q t S1 λ α 1 t t1 t < t < t < t t1 S1 S2 t2
d 4 d 3 d 2 d 1 t t2 α 2 t S4 t S3 q t S2 t S1 α 1 λ 3 λ 2 λ 1 t t1 t < t < t < t < t < t t1 S1 S2 S3 S4 t2
Sdílení tepla sáláním radiací Přenos tepla mezi rovnoběžnými stěnami Přenos tepla mezi tělesy
Kirchhoffův zákon dokonale černé těleso dokonale šedé těleso
Sdílení tepla sáláním radiací Přenos tepla mezi rovnoběžnými stěnami T1 T2 Q& 1,2 = ε1,2 c 0 S 100 100 4 4 c 0 = σ 0 10 konstanta sálání dokonale černého tělesa 8 8 2 4 σ = 5,775 10 W m K 0
Přenos tepla mezi tělesy T1 T2 Q& 1,2 = ε1,2 c 0 S1 100 100 4 4 ε 1,2 = S S 1 1 1 1 + 1 ε ε 1 2 2
ukázka tabulek pro sdílení tepla
ukázka tabulek fyzikálních vlastností látek
Pochopili jste, co se skrývá pod pojmem přenos tepla??? Dokážete určit, který způsob přenosu tepla dominuje na následujících obrázcích???
děkujeme za pozornost
Sdílení tepla a úspory zateplením II. červen 2011
Energetický tok oknem při různém druhu zasklení Velký výběr nabízených systému zasklení usnadňuje projektantům práci při návrhu vhodného druhu pro dané použití. Rozhodujícím faktorem budou při výběru tepelně technické parametry, hlavně vdobě, kdy rostoucích cen primárních zdrojů a je nutné šetřit. Samozřejmě je nutné provést také ekonomickou analýzu problému, aby byla zaručena reálná návratnost vynaložených finančních prostředků.
Základní druhy zasklení 1. dvojsklo smezerou vyplněnou vzduchem 2. dvojsklo smezerou vyplněnou argonem, kryptonem, xenonem 3. dvojsklo smezerou vyplněnou argonem (kryptonem, xenonem) a pokovením 4. dvojsklo smezerou vyplněnou argonem (kryptonem, xenonem) a přidanou fólií 5. trojsklo smezerou vyplněnou argonem (kryptonem, xenonem) 6. trojsklo smezerou vyplněnou argonem (kryptonem, xenonem) a přidanou fólií 7. plus další kombinace počtu skel, druhu plynu, pokovení a fólií
Součinitele prostupu tepla různých kombinací zasklení
Fólie Heat Mirror
Rozdíl v umístění pokovení a fólie
Pokovení U = 3 W m-2 K-1 U = 3 W m-2 K-1 g = 77% g = 77% prostup světla = 81% prostup světla = 81% vrstvička kovu a argon
Porovnání vlastností různých typů zasklení Tloušťka Hmotnost U vertical g R sol T vis R vis T UV [mm] [kg.m -2 ] [W.m -2.K - 1 ] [%] [%] [%] [%] [%] Fl4-16Air-Fl4 24,5 20 2,80 76 13 81 15 44 Dvojsklo Fl4-16Ar-Le4 24,5 20 1,12 63 24 79 13 20 Fl4-16Kr-Le4 24,5 20 1,02 63 24 79 13 20 Fl4-12Ar-TC88-12Ar-Le4 32,5 20 0,78 43 33 64 12 0,4 Heat Mirror Fl4-10Kr-TC88-10Kr-Le4 28,5 20 0,58 43 33 64 12 0,4 Fl4-12Ar-SC75-12Ar-Le4 32,5 20 0,76 32 44 61 21 0,3 Fl4-10Kr-SC75-10Kr-Le4 28,5 20 0,56 32 44 61 21 0,3 Trojsklo Fl4-10Ar-Le4-10Ar-Le4 32,5 30 0,82 53 28 71 16 8
Základní druhy vyráběných skel: Plavená skla float Vrstvená skla dvě a více tabulí mezi, které se vkládá polyvinylbutyralová fólie (PVB), tato skla se označují jako bezpečnostní Tvrzená (kalená) skla další typ bezpečnostních skel. Sklo je zahřáno do bodu měknutí (650 C) a následně prudce ochlazeno. Tato úprava dodá sklu pětkrát větší odolnost oproti obyčejnému Zrcadla na jednu stranu se nanese vrstvička stříbra a lak Protipožární skla tabule skla jsou spojeny protipožární vrstvou, která při požáru zpění a vytváří tak ochrannou vrstvu.
Běžně dostupné okenní systémy na trhu
Běžně dostupné okenní systémy na trhu
Faktory ovlivňující konečné vlastnosti oken Vliv distančního rámečku
Faktory ovlivňující konečné vlastnosti oken Umístění oken
Legislativa Požadavky na výplně otvorů dle nařízení vlády č. 163/2002 Sb. 1. Mechanická odolnost a stabilita 2. Požární bezpečnost 3. Hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí 1. Bezpečnost při užívání 2. Ochrana proti hluku 3. Úspora energie a ochrana tepla
Základní požadavky: Legislativa Šíření tepla konstrukcí Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce Součinitel prostupu tepla Šíření vlhkosti konstrukcí Zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce Roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry uvnitř konstrukce Šíření vzduchu konstrukcí a budovou Průvzdušnost Tepelná stabilita místností Energetická náročnost budovy
Legislativa Důležité parametry z výše uvedeného jsou: nejnižší povrchová teplota θ si [ C], musí být zaručena vždy vyšší, než je teplota rosného bodu, aby nedocházelo ke kondenzaci vodních par na povrchu a následnému vzniku plísní součinitel prostupu tepla U [W m -2 K -1 ] lineární činitel prostupu tepla ψ [W m -1 K -1 ] průvzdušnost funkčních spár výplní otvorů i LV [m 3 h -1 m -1 ]
Zkoušky oken Výrobky se posuzují podle šesti základních kritérií: 1. Posouzení výrobku s technickou dokumentací. 2. Průvzdušnost podle ČSN EN 1026 a průvzdušnost po zkoušce zatížení větrem. 3. Vodotěsnost podle ČSN EN 1027. 4. Odolnost proti zatížení větrem podle ČSN EN 12211. 5. Únosnost omezovačů otevření a odolnost proti statickému kroucení podle ČSN EN 14609. 6. Prostup tepla výpočtem nebo měřením.
Blow-door test Princip zkoušky spočívá ve zjištění objemu vzduchu, který uniká pláštěm budovy. Test těsnosti je důležitý zejména u nízko energetických a pasivních budov, do kterých se instaluje nucené větrání a je požadována co největší těsnost. Zkouška spočívá vinstalování ventilátoru, například do vstupních dveří. Ten vytváří podtlak, nebo přetlak, podle toho co chceme a následně se sleduje, kolik vzduchu se musí přivést, aby se udržel po stanovenou dobu daný tlakový rozdíl. Množství přivedeného vzduch pro udržení rozdílu tlaků je roven ztrátám průvzdušností.
Blow-door test
Princip měření termočlánkem Princip měření je založen na termoelektrickém jevu. Vzniká ve speciálních případech, kdy zahřejeme vodič elektrického proudu. V něm dochází kpřeměně vnitřní energie na elektrickou, tu změříme na mikrovoltmetru
Princip měření snímačem tepelného toku Snímač se nalepí na povrch, kde chceme měřit. Procházející tepelný tok přes fólii je přímo úměrný teplotní diferenci. Tok procházející přes fólii je stejný jako ten co prochází přes plochu, kde je nalepena. Mikrovoltmetr nám ukáže napětí odpovídající tomuto tepelnému toku.
děkujeme za pozornost
děkujeme za pozornost