Konstruování s podporou počítačů Semestrální práce Efektivní skleník ČZU Vypracoval: Zdeněk Vejdělek Obor: TZS Rok: 2012
1 Úvod Téma semestrální práce je Efektivní skleník, který by díky proměnnému sklonu střechy a čelní stěny byl chopen maximálně využít sluneční energii dopadající na Zemi. Sklon dopadajících paprsků se během ročních období mění. V letě a našich zeměpisných šířkách je úhel od kolmice k zemskému povrchu dopadajících paprsků v pravé poledne roven 26,6, v zimě je tento úhel roven 73,3. Při dopadání slunečních paprsků na prosklenou plochu dochází k rozložení slunečního záření na tři základní složky viz. Obrázek č. 1. Obr. 1 Schéma rozložení zářivého toku sklem Velikost těchto tří složek můžeme ovlivnit povrchovou úpravou skel, jako je pokovení, či použití různých folií. Toto řešení je však stálé a nelze ho během ročního období měnit. Druhá možnost je změna sklonu dopadajících slunečních paprsků na prosklenou plochu. Jak již bylo napsáno sklon dopadajících slunečních paprsků se během roku mění a právě pro maximální využití slunečního záření je navržen Efektivní sklení u kterého by bylo možno měnit sklon prosklených ploch a tím podstatně ovlivnit odražené a propuštěné sluneční záření.
2 Polohy Střešní konstrukte a čelní stěny Krajní polohy jsou stanoveny dle dopadání slunečních paprsků. Sklon střechy v zimním období je 60 což umožňuje dopadání slunečních paprsků téměř v kolmém směru na prosklenou plochu a tím dochází k maximálnímu získání tepla ze slunečního záření. V letním období je sklon střechy 30, což opět umožňuje maximální využití sluneční energie. Přebytkové teplo, kterého bude převáže letních měsících mnoho bude sloužit k ohřevu užitkové vody. Sklony 30 až 60 stupňů jsou krajní polohy mezi kterými se bude střecha pohybovat během roku. Obr. 2 Polohy střechy (vlevo sklon 60, uprostřed sklon 45, vpravo sklon 30 ) Obr. 3 Schematické zobrazení poloh střechy
3 Externí pohledy na Efektivní skleník ČZU Obr. 4 Pohled Severní Obr. 5 Pohled Severozápadní
Obr. 6 Pohled - Západní Obr. 7 Pohled Jihozápadní
Obr. 8 Pohled Jižní Obr. 9 Pohled Jihovýchodní
Obr. 10 Pohled Východní Obr. 11 Pohled Severovýchodní 3 Dispoziční řešení Efektivního skleníku ČZU Prosklená část je spoje se zděnou částí, která slouží jako statická opora a zároveň jako technické zázemí skleníku a studijní prostory pro studenty všech fakult ČZU.
3.1 1NP Zázemí skleníku Prvním nadzemní podlaží slouží jako technické zázemí budovy a skleníku. Jsou zde toalety, sprchový kout, úložné prostory a dvě pracovní desky. Vstup je řešen otočnými dveřmi, které se nachází na západní straně, popřípadě je možno odejít přes požární schodiště na východní straně budovy. Obr. 12 Pohled na interiér v 1NP z severní strany Obr. 13 Pohled na interiér v 1NP z jižní strany
3.2 2NP Bar a studijní prostoty Vstup do druhého nadzemního podlaží je řešen výtahem z východní strany. Podlaží je rozděleno do tří studijních zón. První zóna se nachází v předsazené obloukové části budovy, druhá je v hlavním sektoru společně s barem a třetí zóna je na konzolové konstrukci, která je tvořena z ocelových nosníků a prosklené podlahy. Každá zóna je oddělena posuvnými dveřmi. Obr. 14 Pohled na bar a prosklenou konzolovou konstrukci z Severo-východní strany Obr. 15 Pohled z prosklené terasy na hlavní studijní zóny
3.3 3 NP Studijní prostory s otevřenou terasou Třetí nadzemní podlaží je z poloviny tvořenou otevřenou půlkruhovou terasou, která bude zpřístupněna v letních měsících. Prosklená plocha do skleníku je pouze fixní, jelikož v její úrovni a se bude pohybovat vrchní část střechy. Obr. 16 Pohled z terasy do budovy z Severní strany Obr. 17 Pohled na terasu a výstup z výtahu z Jihovýchodní části budovy
4. Pevnostní analýza 4.1 Střešní krokev 240 x 50 x 4 Materiál: Hliník AHC Délka: 8510 mm Rozteč krokví: 1000 mm Zatížení skleněným pláštěm Stření plášť je tvořen tepelně izolačním dvojsklem. Skladba skla je 2.1.2 + 22 + 4 Hustota skla je 2600 kg.m -3 0,008 x 1 x 8,510 x 2600 = 180 kg = 1800 N Zatížení se počítá v nejkritičtějším stavu, což je při nejmenším možném sklonu střechy 30. 1800 x cos30 = 1559 N Bezpečnost volím 1,2 1559 x 1,2 = 1870 N Zatížení sněhem Objekt se nachází v Praze, což je dle mapy sněhových oblastí oblast č. I, pro kterou platí zatížení sněhem 0,7 kpa (1kPa = 102 kg.m -2 ) = 71,4 kg.m -2 Pro délku 8,510 je zatížení sněhem = 6080 N Celkové zatížení Celkové zatížení je rovno součtu zatížení sklem, zatížení sněm a hmotností krokve která je rovna 520 N. 1870 + 6080 + 520 = 8470 N Skutečné zatížení bude téměř třetinové, jelikož v zimních měsících, kdy nastává zatížení sněhem, bude mít sklon střechy 60, při kterém po přepočtu cos60 se zatížení sníží na polovinu. S největší pravděpodobností však nebude žádná sněhová pokrývka na střešní konstrukci během celého roku, protože v zimních měsících bude sklení přitápěn a vločky budou okamžitě odtávat.
Obr.č. 1 Posun krokve ve svislém směru při sklonu střechy 30 a zatížení stálém 1870 N Maximální průhyb je 9,064 mm Obr.č. 2 Posun krokve ve svislém směru při sklonu střechy 30 a zatížením sněhem 7950 N Maximální průhyb je 32,21 mm
Obr.č. 3 Krokev zatížena celkovou silou 8470 N Napětí Von Mises (min. = 0,2 MPa, max. = 214,1 MPa) Obr.č.4 Krokev zatížená silou 8470 N Součinitel bezpečnosti (min. = 1,28 ul, max. = 15 ul)
4.2 Střešní příčka 50 x 50 x 1 Materiál: Hliník AHC Délka: Rozteč příček: 1000 mm 1000 mm Zatížení skleněným pláštěm Stření plášť je tvořen tepelně izolačním dvojsklem. Skladba skla je 2.1.2 + 22 + 4 Hustota skla je 2600 kg.m -3 0,008 x 1 x 1 x 2600 = 20,8 kg = 208 N Zatížení se počítá v nejkritičtějším stavu, což je při nejmenším možném sklonu střechy 30. 208 x cos30 = 180 N Bezpečnost volím 1,2 180 N x 1,2 = 216 N Zatížení sněhem Objekt se nachází v Praze, což je dle mapy sněhových oblastí oblast č. I, pro kterou platí zatížení sněhem 0,7 kpa (1kPa = 102 kg.m -2 ) = 71,4 kg.m -2 Pro délku 1 m je zatížení sněhem = 714 N Celkové zatížení Celkové zatížení je rovno součtu zatížení sklem, zatížení sněm a hmotností příčky, která je rovna 5,3 N. 216 + 714 +5,3 = 935,3 N Skutečné zatížení bude téměř třetinové, jelikož v zimních měsících, kdy nastává zatížení sněhem, bude mít sklon střechy 60, při kterém po přepočtu cos60 se zatížení sníží na polovinu. S největší pravděpodobností však nebude žádná sněhová pokrývka na střešní konstrukci během celého roku, protože v zimních měsících bude sklení přitápěn a vločky budou okamžitě odtávat.
Obr.č. 1 Posun příčky ve svislém směru při sklonu střechy 30 a zatížení stálém 216 N Maximální průhyb je 0,3118 mm Obr.č. 2 Posun příčky ve svislém směru při sklonu střechy 30 a zatížením sněhem 930 N Maximální průhyb je 1,32 mm
Obr.č. 3 Příčka zatížena celkovou silou 930 N Napětí Von Mises (min. = 1 MPa, max. = 115,9 MPa) Obr.č.4 Příčka zatížená silou 930 N Součinitel bezpečnosti (min. = 2,37 ul, max. = 15 ul)