arh. fizika_ 2009-10 - 3_ 03-10_ - toplotna izolacija, elementi omotača

7/28/2019 Arh. FIZIKA_ 2009-10 - 3_ 03-10_ - Toplotna izolacija, elementi omotača

http://slidepdf.com/reader/full/arh-fizika-2009-10-3-03-10-toplotna-izolacija-elementi-omotaca 1/29

ARHITEKTONSKI PARAMETRI EEZ – STRUKTURA,KARAKTERISTIKE OMOTAČA, TOPLOTNI BILANS

[3]

Predmetni nastavnik:Prof. dr Dušan Vuksanović, dipl.inž.arh.

Univerzitet Crne Gore ARHITEKTONSKI FAKULTET

ARHITEKTONSKA FIZIKA• Predavanja •

Semestar IV / Studijska god. 2009/2010.



Toplotna izolacija zgrade

TOPLOTNA IZOLACIJA: Principi rje šavanja problema zasnovani na oblastimaprimijenjene fizike:GRAĐEVINSKA FIZIKA (FIZIKA ZGRADE)

TRIOSNOVNA ZADATKA TOPLOTNE IZOLACIJE:

• 1 – da obezbijedi uslove zdravog boravka i toplotne ugodnosti ( aspekttoplotnog komfora )

• 2 – da obezbijedi ispravno funkcionisanje konstrukcija – u prvom redu

spoljašnjih konstrukcija zgra e (aspekt trajnosti konstrukcija i objekta )• 3 – da obezbijedi ušte u energije – o n. racionalnu potrošnju energije za

grijanje i hlađenje prostora (aspekt ekonomije, ali istovremeno i ekološkerazvojne strategije )

mart 2010. 2




• TOPLOTNA IZOLACIJA• Def.:• svojstvo građevinske konstrukcije a u o ređenoj mjeri smanji

prenošenje toplote

• ključna karakteristika:• toplotna provo nost građevinskog materijala Λ

svojstvo materijala a u o ređenoj mjeri provo e toplotu

• mjera toplotne provodnosti:

• koeficijent toplotne provodnosti λ [W/(m·K)]karakteristika materijala u sastavu konstrukcije

mart 2010. 3




• Oblast uređuju stan ar i grupe :JUS U. J5. – Toplotna tehnika u građevinarstvu

• Osnov razmatranja : zimsko razdoblje ( !)

• Analiza OBJEKTA (zgrade):faktor oblika (o nos površine i zapremine objekta)

• Analiza KONSTRUKCIJA (pregrada):toplotna izolacijadifuzija vodene paretoplotna stabilnost spoljašnjih građ. konstr. u ljetnjem raz oblju

mart 2010. 4




ANALIZA KONSTRUKCIJA (PREGRADA):

• toplotna izolacija građevinske konstrukcije – pregrade→ karakteriše je koeficijent prolaza toplote “k” o n. “U“→ meto e proračuna efiniše JUS U. J5. 510 :1998 (:1987)

• difuzija vodene pare kroz građ. konstrukcije u zgra ama→ meto e proračuna efiniše JUS U. J5. 520 :1997

• toplotna stabilnost spolja šnjih građ. konstrukcija u ljetnjem raz obl ju→ meto e proračuna efiniše JUS U. J5. 530 :1997

• OCJENA analiziranih / izračunatih karakteristika – objekta i konstrukcija –vrši se prema kriterijumima koje efiniše :JUS U. J5. 600 – Tehnički uslovi za projektovanje i građenje zgra a

mart 2010. 5



Analiza/p rovjera poje inačnih konstrukcija:koeficijent prolaza toplote

• Tipovi konstrukcija

• Metoda proračuna koeficijenta prolaza toplote uslovljena tipomkonstrukcije:

a) homogena konstrukcijab) konstrukcija od više homogenih slojevac) konstrukcija jednostavne heterogenostid) konstrukcija složene heterogenosti

• Za slučajeve homogenih konstrukcija (a) i konstrukcija jednostavneheterogenosti (c) se usvaja (pretpostavlja) da je toplotni protok (tok, fluks) :stacionaranupravan na površinu konstrukcije

mart 2010. 6



Analiza/p rovjera poje inačnih konstrukcija:koeficijent prolaza toplote (2)

mart 2010. 7

• Homogena građevinska konstrukcija : konstrukcija čije su spoljna iunutrašnja strana međusobno paralelne i koja se sastoji od samo

jedne vrste materijala→ k = 1/(1/αi + /λ + 1/αe) ... [W/(m 2 K)]

• Konstrukcija iz više homogenih slojeva : konstrukcija čije su spoljašnjai unutrašnja strana međusobno paralelne i koja se sastoji iz više, njimaparalelnih, homogenih slojeva materijala

→ k = 1/(1/αi + Σd j/λ j + 1/αe); j Є {1,n} ... [W/(m 2 K)]

►Kriva temperature u zidu:− bez TI i− sa primjenom TI




...Član 17. *

• Koeficijent prolaza toplote, U [W/(m²·K)], o ređuje se: – za neprovidne gradjevinske konstrukcije prema EN ISO 6946 ,

– za prozore i balkonska vrata prema EN ISO 10077-1:2002 , s tim da semogu koristiti izmjerene U vrijednosti okvira prema EN 12412-2:2004 izastakljenja prema EN 674:2005 , ili prema tehničkim specifikacijamaza proizvode, odnosno mjerenjem prema EN ISO 12567-1:2002 ;

– za zastakljenje prema EN 673:2003 , ili prema tehničkimspecifikacijama za proizvode.

...• ( *Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada , Nacrt)

mart 2010. 8




• Konstrukcija jednostavne heterogenosti : konstrukcija sastavljena od va ili višehomogenih slojeva sa geometrijski pravilnim spojevima; heterogenost -površinska

• Konstrukcija složene heterogenosti : struktura konstrukcije takva da postojebočni toplotni protoci, odnosno, dodatni linijski toplotni gubici

→ Posebni oblici konstrukcija složene heterogenosti : različiti tipovikonstrukcijakoje sa rže vaz ušni sloj

• Po tipovi konstrukcija sa vaz ušnim slojem se efinišuu zavisnosti o načinaizmjene vazduha u vaz ušnom sloju

→ Provjera koeficijenta prolaza toplote konstrukcije sa ventilisanim vaz ušnim

slojem se vrši zavisno o toga a li je riječ o:vertikalnoj konstrukciji – mjerodavan odnos ukupne površine pres jeka otvora zaventilaciju s (m 2) i užine građevinske konstrukcije koja se ventilišeL (m)horizontalnoj konstrukciji – mjerodavan odnos ukupne površine pres jeka otvoraza ventilaciju s (m 2) i površine ventilisane građevinske konstrukcije A (m 2)

mart 2010. 9




• Konstrukcija složene heterogenosti sa vaz ušnim slojem• Sasvim slabo ventilisane konstrukcije:

− s/L < 0,002 m 2/m za vertikalne konstrukcije

− s/A < 0,0003 m 2/m 2 za horizontalne konstrukcije

→ vaz ušni sloj se tretira kao sloj u mirovanju –kao bilo koji drugi sloj u sklopu konstrukcije

• Slabo ventilisane konstrukcije:

− 0,002 ≤ s/L < 0,05 m 2/m za vertikalne konstrukcije

− 0,0003 ≤ s/A < 0,003 m 2/m 2 za horizontalne kontrukcije

• Slabo ventilisane konstrukcije – koeficijent prolaza toplote k:k = k1 + h(k2-k1) [W/m2K]

− k1 – koeficijent prolaza toplote izračunat za uslove sloja vazduha bez strujanja− k2 – koeficijent prolaza toplote za uslove proračunua ekrana, odnosno, zaklona (uzimaju se u obzir slojevi samo do

vaz ušnog sloja);h za horizontalne konstrukcije: 0h za vertikalne konstrukcije: na osnovu tabeleR2 – toplotni otpor spoljnjeg dijela konstrukcijeR1 – toplotni otpor unutrašnjeg ijela konstrukcije

Pretpostavka: Presjeci nizova ulaznih i izlaznih otvora su približno je naki, rastojanje između va nizane prelazi spratnuvisinu.

mart 2010. 10




• U odnosu na vrijednost koeficijenta toplotne provodnosti λ utvrđuje sepojam i kriterijum za toplotne izolatore :materijali čija je vrije nostλ 0.1 W/(m·K)(tipični toplotni izolatori: λ ≈0.04 W/(m·K))

• PRORAČUN TOPLOTNE IZOLACIJE

Uslovi - toplotni uslovi u okolini:

• zimsko razdoblje – prenošenje toplote: unutrašnji prostor → okolina

Cilj:• ušte a energije za grijanje , s obzirom da se toplota koju zgrada

(prostorija) gubi prenošenjem kroz spoljašnje konstrukcije – na oknađujesistemom grijanja

mart 2010. 11



Analiza/provjera na nivou objekta:Toplotni bilans – toplotni gubici zgrada

• Osim provj ere termičkih karakteristika poje inačnih konstrukcija, toplotna zaštita zgra aiziskuje i provjeru na nivou čitavog objekta, za šta se uzimaju u obzir ukupni toplotni gubici ,koji mogu biti:

transmisioni (Φt)

ventilacioni (Φv)

► TRANSMISIONI TOPLOTNI GUBICI• Transmisioni toplotni gubici : gubici koji nastaju kondukcijom kroz omotač objekta, kao

posljedica razlike u temperaturi vazduha spolja-unutra, uklju čujudi i gubitke koji se javljaju kokonstrukcija koje sa rže vaz ušne slojeve(na mjestu kontakta konstrukcije sa vazduhom i kaoposljedica konvekcije).

→ transmisioni toplotni gubici: površinski (Φ tp ), linijski (Φtl) i tačkasti (Φ tt )

• Napomena:JUS standardima nisu ustanovljene proce ure za proračun solarnih toplotnih dobitaka (krozstaklene jelove omotača – prozore)

EN, ISO standardima su ustanovljene procedure za proračun svih oblika toplotnih gubitaka, alii toplotnih dobitaka (kako od insolacije, tako i od opreme i ljudi)

mart 2010. 12



Analiza/provjera na nivou objekta:Toplotni – energetski bilans zgrada

mart 2010. 13

Energetski bilans ko poro ične kude (Izvor: "EIHP")



Analiza/provjera na nivou objekta:Toplotni gubici zgrada

• Površinski toplotni gubici: gubici do kojih dolazi kroz elemente omotača – spoljnje zidove,zastakljene površine , ravne ili kose krovove (nad kondicioniranim prostorom), tavanice premanegrijanim tavanima, podove na tlu, MK iznad negrijanih podruma, MK iznad otvorenihprolaza i MK ( onja) ko jelova etaža na prepustima MK.Φtp = kp

⋅A ⋅Δt, Δt = ti − te

• Linijski toplotni gubici: povedani toplotni gubici do kojih dolazi na pojedinim djelovimaelemenata omotača – promjena materijala, promjena geometrije , u okviru sklopova zgrade(veze zidova, veze zidova i tavanica, veze zidova i krovova, veze zidova i podova na tlu,...) –zone specifičnih toplotnih gubitaka: toplotni mostovi (!)

Φtl = kl⋅ l ⋅Δt

(Formule za izračunavanje različitih slučajeva linijskih toplot. gubitaka date su u JUS U.J5.510)

• Tačkasti toplotni gubici : gubici koji nastaju kod troslojnih konstrukcija na mjestima gde jetermoizolacioni sloj probijen veznim elementima koji spajaju konstruktivni sloj sa oblogomΦtt = kt

⋅ n ⋅Δt, n – broj veza

mart 2010. 14



Analiza/provjera na nivou objekta:Toplotni gubici zgrada (2)

• Ventilacioni gubici : gubici koji nastaju zbog ventilacije zgrada koja se odvija u ciljuobezbj eđenja čistog vaz uha i/ili iz higijenskih razloga

→ U zavisnosti o načina na koji se ventilacijaodvija – prirodna ili vj eštačka – i ventilacionigubici mogu biti:prirodni - kroz prozore i vrata, ventilacione kanala, infiltracijom, kroz zazore

vještački - kod prinud nih sistema ventilacije, pomodu regeneratora i rekuperatora

• Mjere za obezbj eđenje vaz ušnog komfora→ potrebe za vaz ušnim komforom uslovljavaju da bude obezbj eđen ovoljan broj

izmjena vazduha (na čas)→ minimalni zahtj ev za čistim vaz uhom efinisan je brojem izmj ena vaz uha na čas

• Potreban broj izmjena vazduha : uslovljen i aktivnostima koje se odvijaju u prostoriji,brojem ljudi itd.

• Ukoliko prirodnom ventilacijom nije mogude obezbijediti dovoljan broj izmjena vazduhana čas, pribjegava se primjeni vještačke (prinudne) ventilacije ili klimatizacije.

mart 2010. 15



Linijski toplotni gubici− Toplotni mostovi −

Toplotni mostovi: povedani toplotni gubici do kojih dolazi na pojedinim djelovimakonstrukcija – promjena materijala, promjena geometrije – u okviru sklopova zgrade(veze zidova, veze zidova i tavanica, veze zidova i krovova, veze zidova i podova na tlu,...)mart 2010. 16




mart 2010. 17

Ugao zgrade (sučeljavanje zidova) kao tipičan slučaj toplotnog mosta:raspored i zoniranje izotermi

a – bez toplotne izolacije b – sa primjenom toplot.izolacije (spolja)




mart 2010. 18

Varijante rješavanja toplotnog mosta u slučaju balkonske ploče – prepuštene iz MK



Toplotni gubici kroz provi ne (zastakljene) jelove omotača• Prozori i fasadne staklene pregrade •

mart 2010. 19



Staklo – uloga i način jelovanja ukonceptima pasivnog kori šdenjasunčeve energije

• Ponašanje stakla u o nosu na svjetlosnu i energetsku komponentu sunčevogzračenja •

• Ka a svjetlost pa ne na površinustakla , jedan dio biva odmahreflektovan, drugi apsorbovan, aostatak prolazi kroz staklo.

• Ukupan toplotni dobitak odsunčevog zračenja sastoji se oprenijete i ponovo izračenekomponente.

− apsorpcija kod ravnog providnogstakla: 1,6 - 2,5% (zavisno oddebljine stakla)

− refleksija na svakoj površini: 4%(vrijednost refleksije raste saupadnim uglom)

− propustljivost ravnog stakla zavidjivu svjetlost: maksimalno 91 -92% o ukupne količine svjetlosti.

20mart 2010.




• Termičke karakteristike stakla •

• Termičke karakteristike stakla:

− koeficijent toplotne provodljivosti:

λ = 0,81 W/mK – relativno dobarprovo nik toplote (loš toplotniizolator)

− termopostojanost – veda pri

naglom zagrijavanju nego prihlađenju

21mart 2010.




• Vrste stakla •

22

•Provi no (obično) stakloOko 90% zračenja pre stavlja toplotni obitak

•Toplotno- apsorbujude staklo

Tehnološki princip: dodavanjem metalnihoksida u rastopljenu staklenu masu dobijaju sestakla različitih boja – rizici u pogledu kvalitetaviđenja u unutrašnjem prostoru.

•Reflektujude stakloTehnološki princip: na površini stakla formirase refleksivni film metala ili metalnog oksida

(coating) koji znatno povedava stepenrefleksije.

Fotohromatska stakla mijenjaju automatskisvoje karakteristike u skladu sa promjenamaosvjetljaja u okolini

mart 2010.



SHGC = Solar Heat GainSHGC = Solar Heat Gain

Direct

Solar Ref lec ted Gain

Out

O utdoors Indoors89°F 75°F

Radia ted

In

ConductedIn

Ab sorb ed in G lass

Solar Radiation230 btu/hr • ft _

Za pasivno solarno grijanje traži se visoka vrije nost koeficijenta toplotnogdobitka od sunca ( SHGC)

Staklo - toplotni dobici od sunca

mart 2010. 23



Tinted GlassTinted Glass

43% Infrared43% Infrared45% Visible Light45% Visible Light

Reflective GlassReflective Glass


Aspekt projektantske odluke: Arhitekta je donio odluku da umanji providnostprema spolja – zatamnjenje (trajno) .

Aspekt projektantske odluke: Arhitekta nijesagledao Problem reflektovanog sunčevogzračenja (kao uticaj na okolinu) .

Toplotno- apsorbujude staklo Reflektujude staklo

Staklo – uloga i način jelovanja ukonceptima pasivnog kori šdenjasunčeve energije• Vrste stakla (2) •

mart 2010. 24



High Solar Gain Low-EHigh Solar Gain Low-E


Solar Control Low-ESolar Control Low-E


Tinted Solar Control Low-ETinted Solar Control Low-E


Visoki toplotni dobici – pasivno grijanje ↓

Staklo niske emisije – karakteristike kontrole sunčevog zračenja

mart 2010. 25

Sprečavanje toplot. obitaka –

zaštita o pregrijavanja →



Low-e prevlaka (coating ): povedavanje ili smanjivanje solarnihtoplotnih dobitaka :

• Povedavanje solarnih toplotnih obitaka – pasivno zagrijavanje prostora (zimskidan pri vedrom nebu) : coating naspoljašnjoj strani unutrašnjeg stakla(surface 3)

• Smanjivanje solarnih toplotnih dobitaka – smanjeno pregrijavanje prostora

(ljetnji dan pri vedrom nebu) : coating naunutrašnjoj strani spoljašnjeg stakla(surface 2)

→ Ovim rješenjem istovremeno se smanjuju itoplotni gubici tokom zimskog dana prioblačnom nebu i tokom zimske nodi.

mart 2010. 26

Položaj Low-e prevlake o ređuje vrstu toplotnog efektau prostoriji. Položaj prevlake (navlake) ne utiče nakoeficijent prolaza toplote (U).



Energetske kategorije kuda – kriterijumi EEZ

mart 2010. 27

Niskoenergetska kudaZa razliku o klasične gra nje, niskoenergetska kuda za zagrijavanje koristi svega40kWh/m2 go išnje, što se može izraziti ekvivalentom o 2,7 litra lož ulja, pa se nazivai trolitarskom kudom. Niskoenergetska potrošnj a energije može se postidi i u obnovived postojede gra nje, a mogude je ostvariti i u arhitekturi gra iteljskog nasljeđa .

Pasivna kudaPasivna kuda, kojoj je ime dao njemački arhitekta Wolfgang Weiss (Passivhaus) idekorak alje i troši svega15 kWh/m2 go išnje. Takva je nolitarska kudatroši svegalita r lož ulja po metru kvadratnom.

Energetski- nulta kudaRazvijena je i tzv. energetski- nulta kuda, u kojoj se postiže potpuna energetskapokrivenost potreba, a u slučaju ka a premašuje energetske potrebe, postaje kuda –energana .



Kategorije kuda prema kriterijumima EE

mart 2010. 28

Energija potrebna za grijanje (go išnje)

- Niskoenergetska kuda < 40 kWh/m2

- Pasivna kuda < 15 kWh/m2

- Energetski- nulta kuda 0 kWh/m2

• Prosječna potrošnja energije za grijanje na go išnjem nivou –kodtermički neizolovanih zgra a: 200 – 250 kWh/m2 (zavisno od klimatskezone...)



"Pasivna kuda"

mart 2010. 29

''Pasivna kuda" je objekat u kojoj je

termički komfor (ISO 7730)zajamčen uz čisto zagrijavanje,o nosno hlađenje svježeg vazduha

koji ulazi u unutrašnjost, i koji je

kao takav potreban za potpuni

kvalitet života. Pri tome nije

potrebno bilo kakvo dodatnoprovjetravanje.''

arh. fizika_ 2009-10 - 3_ 03-10_ - toplotna izolacija, elementi omotača

Documents