prof. dr. sašo medved univerza v ljubljani, fakulteta za ... in mehanizmi prenosa toplote.pdf ·...

Ocena: teorija 2. kolokvija ali pisni izpitvaje poročila vaj, računski kolokvij

(ocena vaj velja v akademskem letu)

Predavanja: prof. dr. Sašo MedvedUniverza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvoAškerčeva 6; dvoriščna stavba DS [email protected]

Vaje vodijo: izr. prof. dr. Ciril Arkar, asis. dr. Tomaž Šuklje, asis mag. Suzana Domjan

Gradbena fizika 2016/2017

Gradivo za teorijo: knjiga “Gradbena fizika II” (S. Medved)

Naročila: www.ee.fs.uni-lj.si -> spletna knjigarnaprevzem na vajahtermina vaj

mailto:[email protected]

Navlaževanje gradbenih konstrukcij (2)

Prenos toplote v stavbah, bivalno ugodje in energijska učinkovitost stavb (št. pred.6)

Svetloba in osvetlitev stavb (2)

Zvok in hrup v stavbah (2)

Požar in požarna varnost v stavbah (2)

Značilnosti podnebja v urbanem okolju (1)

2. kolokvij

29. maj

1. kolokvij

18. april

LOTZ ©

Gradivo za vaje je v knjigi “Gradbena fizika II”

Ocena: 0,5 * povprečje ocene poročil vaj +0,5 * ocena kolokvija

Esperiment: Termografija stavbRačunska vaja: Toplotne prehodnosti gradbenih konstrukcij 1Eksperiment: Določanje toplotne prevodnosti snoviRačunska vaja: Toplotne prehodnosti gradbenih konstrukcij 2Eksperiment: Določanje toplotne prehodnosti zasteklitveRačunska vaja: Difuzija vodne pare in dimenzioniranje parne

ovire 1Računska vaja: Difuzija vodne pare in dimenzioniranje parne

ovire 2Eksperiment: Preverjanje tesnosti stavbEksperiment: Svetilnost svetilk in osvetljenost prostorov Eksperiment: Jakost zvoka in zvočna izolativnost gradbenih

konstrukcij

LOTZ ©

Vre

dnost

ozir

om

a s

troški sta

vbe

odločitev zasnova detajli izgradnja uporaba

Cilji snovalcev stavb : bivalno ugodje, zdravo in varno notranje okolje in varčna raba energije

Faze v življenjskem obdobju stavbe

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Vre

dnost

ozir

om

a s

troški sta

vbe

odločitev zasnova detajli izgradnja uporaba

Cilji : notranje okolje in oskrba stavb z energijo

Faze v življenjskem obdobju stavbe

najboljše bivalno ugodje

ob varčni rabi energije

z najmanjšimi vplivi na

okolje

Cilji snovalcev stavb : bivalno ugodje, zdravo in varno notranje okolje in varčna raba energije

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

Energije delimo v dve skupini:

nakopičene(se v dani obliki obdržijo poljubno dolgo – potencialna

energija vode, notranja energija v premogu,..)

prehodne energije(pri procesih prehajajo meje sistemov in jih v dani obliki ne moremo hraniti – električna energija, mehansko delo,

toplota)

za vse energije velja zakon o ohranitvi energije

O energijiO energijiU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Oblike energij, ki so pomembne za oskrbo stavb:

mehansko delo (ljudje, živali)(.., potencialna , kinetična energija)

notranja energija

nakopičena energija v kemijskih vezeh med atomi in molekulami –> zgorevanje

kemična energija

vezi med elementi jedrih atomov –> jedrska elektrarnajedrska energija

toplotasončno sevanje, geotermalna energija, ->neposredna

uporaba

O energijiO energijiU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Enote količine - mednarodni sestav enot SI: dolžina, masa, čas - m, kg, sAmper, Kelvin, cd(andela), mol

hitrost v = s / t (m/s)pospešek a = v / t (m/s2)sila F = m . a = kg . m / s2 (tudi N)energija = delo E = F . s = N . m (tudi J) (kg . m2 / s2)

moč P = E / t = J/s (tudi W) (kg . m2 / s3 )moč P = F . v = N . m / s (kg . m . m / s2 / s = kg . m2 / s3)

alternativne, ustaljene enote

toe = 44.8 109 J, sodček nafte 0.15876 m3 (tudi 159 l)

* I. zakon termodinamike – energija je sposobnost opravljanja dela ; enači energijo in delo** dovoljeno tudi Wh*** naftni ekvivalent - ton of oil ekvivalent

O energijiMerjenje količine energijeU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Za naprave je značilna njihova (toplotna, električna,..) moč.Toda le če naprava deluje, porablja in proizvaja energijo.

Toplota je ena od oblik energij, zato jo merimo v enotahenergije J ( Wh, k(kilo)Wh, M(mega)Wh, G(giga)Wh, T(tera)Wh,P(peta)Wh)

Toplota se prenaša s toplotnim tokom z različnimi mehanizmi prenosa toplote; merimo ga v W

Koliko električne energije pretvori vsvetlobo in toploto žarnica z močjo10 W v dveh urah ?

O energijiMoč naprav in raba energije, toplotni tok in toplotaU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Glavni energijski vir na Zemlji je Sonce!

O energijiViri energijeU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

kratkovalovno sončno sevanje

odbito kratkovalovno sončno sevanje, ~ 30%

dolgovalovno sevanje Zemlje v Vesolje

geotermalna toplota

gravitacijska energija (planetarna)

LOTZ ©

Glavni energijski vir na Zemlji je Sonce!

O energijiViri energijeU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Do zamenjave goriv ni prišlo, ker bi zmanjkalo goriv, temveč so se spreminjale tehnologije!

Raba energije se je povečala za 40 x

Rabo energije zaznamujejo dogajanja v družbi, način oskrbe vpliva na kakovost okolja

O energijiOskrba in raba energije skozi časU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Primarna energija –notranja energija goriva (opredeljuje vplive na okolje)

Končna energija – elektrika, toplota, goriva,..energija v obliki, ki jo lahko uporabimo za delovanje naprav (jo plačujemo kot porabniki); 40% vse končne energije v EU v stavbah

Koristna energija – svetloba, kinetična energija,..

O energijiPretvarjanje energijeU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Učinkovitost energetskih pretvorb –toplotna elektrarna 30%

Učinkovitost naprav –žarnica z žarilno nitko 5%

O energijiPretvarjanje energijeU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplota je ena od oblik energije, povezana z notranjo energijo snovi(gibanjem delcev teh snovi), zato jo merimo v enotah energije J ( dovo-ljeno tudi v Wh )

Toplota Q se prenaša s toplotnim tokom Q z različnimi mehanizmiprenosa toplote; merimo ga v W

II zakon termodinamike (veda, ki se ukvarja z notranjo energijo snovi)pravi:

Toplota prehaja samodejno iz teles z višjo temperaturo na telesa znižjo. Večja ko je razlika v temperaturah, večji je toplotni tok !

Osnove prenosa toplote – moč in energija, toplotni tok, toplota

T1 T2

če je T1>T2Q

.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Prevod toplote imenujemo pojav, ko atomi v trdnih snoveh ali mulekulev tekočinah z višjo energijo (so toplejše) predajajo energijo sosednjim znižjo energijo (so hladnejše).

V trdnih telesih je to posledica gibanja prostih elektronov in nihanjatomov v kristalni rešetki (pri toplotnih izolacijah)

V tekočinah (op. kapljevinah in plinih) pa se energija prenaša znaključnimi trki molekul. Te so v plinih (tudi tekočinah) bolj oddaljenemed seboj, zato so trki manj pogosti. Zato je prevod toplote šibkejšikot pri trdnih telesih.

Osnove prenosa toplote – prevod toplote

Toplota se prenaša z različnimi mehanizmi prenosa toplote

Trije osnovni mehanizmi: prenosa toplote so prevod, prestop alikonvekcija in sevanje

V naravi se praviloma pojavijo istočasno

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Toplotni tok, ki s prevodom prehaja skozi nekosnov popišemo s Fourier-jevim zakonom:

d

ΔTAlQ =

d

DT

Fourier-jev zakon uvaja pomembno snovno lastnost:toplotno prevodnost l

Toplotno prevodnost merimo v W/mK - navaja toplotni tok, ki seprevaja skozi 1 m debel sloj snovi pri temperaturni razliki 1K


Specifični toplotni tok q navajamo kot toplotni tok na m2 površinetelesa

d

ΔTlq =

A površina telesa preko katere prehaja toplotni tok

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

.

.

LOTZ ©

Toplotno prevodnost snovi določamo z eksperimenti in uporaboFourier-jevega zakona, torej izmerimo specifični toplotni tok,temperature na meji sloja izbrane snovi in izračunamo toplotnoprevodnost l.


d

ΔTl q =

Večina gradbenih materialov

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

.

LOTZ ©

Na toplotno prevodnost snovi vpliva vrsta parametrov, najpomembnejevlažnost in temperatura snovi.


0,80

0,40

0,20

0

0

0,60

1,00

1,20

1,40

1,60

20 40 60 80 100

To

plo

tna p

revo

dn

ost

λ (

W/m

K)

Vol. vlažnost snovi (%)

Perlitni beton

(303 kg/m3)

Plino beton

(540 kg/m3)

Opeka

(1556 kg/m3)

Beton

(1748 kg/m3)

-50 0

0

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

50 100 200 150 400 250 300 350

Top

lotn

a p

revod

no

st

λ (

W/m

K)

Temperatura snovi (°C)

Mineralna vlakna

Mirujoč zrak

Kalcijev silikat Keramična vlakna

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,10

So snovi z nizko toplotno prevodnostjo ( l < 0.1 W/mK)

Vlaknaste snovi

mineralna vlakna – kamena volna (diabaz, bazalt)steklena volna (silicijev pesek)

rastlinskega izvoda – bombaž, les, papir, slama

živalskega izvora – volna

Celične snovi

naravne snovi - pluta

naravni materiali - perlit, penjeno steklo, ekspandirana glina

organski materiali – naftni derivati (poliuretanska pena, penjeni in ekstrudirani polistiren

Osnove prenosa toplote – toplotni izolatorji

Kamena volna je izdelana iz vlaken kamenine diabaz

Toplotna izolacija iz kosmičenega odpadnega papirja

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Pluta l=0.045 W/mK r=110 kg/m3 E=450 kWh/m3

Ovčja volna l=0.040 W/mK r=25 kg/m3 E=55 kWh/m3

Steklena volna l=0.035 W/mK r=25 kg/m3 E=250 kWh/m3

Kamena volna l=0.040 W/mK r=40 kg/m3 E=150 kWh/m3

Poliuretan l=0.025 W/mK r=25 kg/m3 E=1200 kWh/m3

Toplotne prevodnosti (l), gostota (r) in vgrajena energija (E) nekaterih toplotnih izolatorjev, ki jih uporabljamo za toplotno zaščito stavb.

Osnove prenosa toplote – toplotni izolatorji

Snovi, ki jih uporabljamo kot toplotne izolatorje morajo imeti polegnizke toplotne prevodnosti še ustrezne mehanske lastnosti, morajo bitiognje-odporne, njihova izdelava naj povzroča čim manjše okoljskepritiske, po vgradnji pa naj ne vplivajo na počutje in zdravjestanovalcev. En od kriterijev okoljske primernosti toplotnih izolatorjevje podatek o potrebni energiji za izdelavo te snovi. Raba energije –imenujemo jo tudi vgrajena energija - je namreč dobro merilo zaokoljske pritiske, ki jih povzroča proizvodnja.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Prenos toplote s konvekcijo je imenujemo prenos toplote s trdnih telesna pline (npr. zrak v prostoru ali argon v zasteklitvi) ali kapljevine(voda v cevi ogrevala) in obratno. Pojavi se lahko tudi med plinom inkapljevino, seveda, če obstaja med njima razlika v temperaturi

Prenos toplote je posledica dveh mehanizmov: naključnih trkov molekul v plinu ali kapljevini in gibanja delčkov plina ali kapljevine v prostoru.

Gibanje delčkov plina ali kapljevine ali je lahko posledica:razlike v temperaturah med delčki snovi (in zato različne gostote snovi) in delovanja zemeljske težnostiposledica dovedenega dela npr. ventilatorja

V prvem primeru govorimo o naravni konvekciji, v drugem o prisilnikonvekciji.

Osnove prenosa toplote – prestop toplote ali konvekcijaU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Osnove prenosa toplote – prestop toplote ali konvekcija

Prenos toplote s konvekcijo je še posebej učinkovit, če se snovi, kisprejema ali oddaja toploto, ob tem spreminja agregatno stanje –govorimo o prenosu toplote s konvekcijo pri uparjanju ali utekočinjanjusnovi

Konvekcija toplote je lahko naravna ali prisilna ter lahko poteka ob sočasnem uparjanju ali utekočinjanju snovi.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

DT

DT


ΔTAaQ =

Toplotni tok, ki prestopa med telesi in snovmi popišemo z Newtonovim zakonom hlajenja :

Prestop toplote na gradbeni konstrukciji se pojavi na notranji in zunanji površini konstrukcije.

Toplotni tok je proporcionalen snovni lastnosti, ki jo imenujemo toplotna prestopnost a

Toplotno prestopnost merimo v W/m2K - navaja toplotni tok, kiprestopa na ali z 1 m2 velike površine pri temperaturni razliki 1K(DT med površino in okolico)

Toplotna prestopnost na površini gradbene konstrukcije jeodvisna od hitrosti gibanja zraka:

Npr: a = 4 + 4*v (zunaj 14 W/m2K, znotraj 4,5 W/m2K)

A površina telesa na kateri prestopa toplotni tok v ali iz telesa

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

.

LOTZ ©

Proces a (W/m2K)

Naravna konvekcija - toploto oddaja ali sprejema plin 2-25

Naravna konvekcija - kapljevina 50-1000

Prisilna konvekcija - plin 25-250Prisilna konvekcija - kapljevina 50 -20000


Toplotna prestopnost a je odvisna od snovi, ki sprejema ali oddaja toploto in mehanizma konvektivnega prestopa toplote

Uparjanje ali utekočinjanje

Z ogrevala toplota prestopa v prostor z naravno konvekcijo

Z ventilatorjem v talnem konvektorju povečamo hitrost gibanja zraka in s tem tudi toplotno prestopnost, toplotni tok, ki prestopi v prostor je ob enaki površini ogrevala nekajkrat večji

25000 -100000

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©


Včasih želimo toplotno prestopnost zmanjšati – zrak v regi zasteklitve sodobnih oken zamenjamo z žlahtnimi plini (Ar, Kr), za katere je značilna nižja toplotna prestopnost pri naravni konvekciji

Na prestop toplote med stekloma vpliva tudi razmak (širina rege).

DT

DT

V zasteklitvi oken se prestop toplote pojavi na notranji in zunanji površini ter med stekli zasteklitve.

2,0

1,0

0,5

0

0

1,5

2,5

3,0

1 2 3 4 5 6

Zrak

ArgonKripton

Ksenon

Gostota plina (kg/m3)

To

plo

tna p

rest

op

nost

(W

/m2K

)

4

2

1

0

0

3

5

6

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

v okenski zastekljitvi

To

plo

tni to

k q

(W

/m2K

)

Širina rege med stekli (mm)

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©To

plo

tni t

ok

q (

W/m

2)

Top

lotn

i pre

sto

pn

ost

a (

W/m

2K

)

Gostota plina (kg/m3)

Sevanje, ki ga oddaja segreto telo v hladno okolico ali pa ga hladno telo sprejema iz toplejše okolice lahko obravnavamokot elektromagnetno valovanje ali kot delec brez mase, ki prenaša energijo in ga imenujemo foton.

Elektromagnetno valovanje je časovno spreminjanje jakosti električnega in magnetnega polja v prostoru. Razdaljo med točkama dveh enakih zaporednih vrednosti jakosti elektromagnetnega valovanja imenujemo valovna dolžina l. Merimo jo v nanometrih (nm) ali 1000 x večjih enotah

mikrometrih (mm).

Osnove prenosa toplote – prenos toplote s sevanjemU

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Kljub enaki fizikalni naravi elektromagnetnega valovanja, pa imasevanje zelo različen vpliv na ljudi – če so valovne dolžine sevanja, kijih oddaja neko telo med 0,38 in 0,76 mm, to sevanje vidimo z očmi inga imenujemo svetloba. Če so valovne dolžine sevanja nekolikomanjše (~ 0,28 mm) imenujemo to sevanje ultaviolično (UV) in lahkotrajno poškoduje celica na površini kože naših teles. Tudi sevanje zvečjimi valovnimi dolžinami kot svetloba in ga imenujemo toplotno aliIR sevanje ne vidimo z očmi, vendar ga zaznamo s čutili na koži.


NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Valovne dolžine toplotnega sevanja, ki ga oddaja neko telo so odvisne od temperature njegove površine – višja, ko je temperatura telesa, krajše valovne dolžine toplotnega sevanja oddaja

Sevalni toplotni tok, ki ga oddaja neko telo je vsota “delni” sevalnih tokov pri vseh valovnih dolžinah toplotnega sevanja, ki ga telo oddaja

Telo, ki pri neki temperaturi s sevanjem odda največji toplotni tok imenujemo optično črno telo.


NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Pri prenosu toplote v stavbah nas še posebej zanima prenos toplote s sevanjem v naslednjih področjih valovnih dolžin :

sončno sevanje (l 0,3 do 3 mm)svetloba (l 0,38 do 0,76 mm)bližnje in daljne toplotno (IR) sevanje (l 3 do 100+ mm)področje atmosferskega okna (l 8 do 12 mm); atmosfersko oknoje lastnost ozračja Zemlje, da v celoti prepušča IR sevanje valovnih dolžin 8 do 12 mm, ki ga oddaja površje Zemlje

Osnove prenosa toplote – prenos toplote s sevanjem

Značilna področja, ki jih opazujemo pri sevalnem prenosu toplote v stavbah. Skala nad sliko predstavlja delež celotnega sevanja sonca in telesa t temperaturo 300K pri različno velikih območjih valovnih dolžin:

95% celotnega sončnega sevanja se nahaja v področju valovnih dolžin 0,3 do 3 mm;

99% celotnega sevanja, ki ga oddaja telo segreto na 300K se nahaja v območju valovnih dolžin 3 do 50 mm.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Celotni toplotni tok, ki ga optično črno telo oddaja s sevanjem določimo s Stefan-Boltzmanovim zakonom

Telesa v naravi se bolj ali manj približajo optično črnim telesom. Pri enaki temperaturi oddajajo manjši toplotni tok, sevanje pa tudi ni enakomerno porazdeljeno v prostoru okoli telesa, ki seva. Taka telesa imenujemo optično “siva” telesa


Optično siva telesa oddajajo pri enaki temperaturi manjši toplotni tok kot črna telesa torej je manjša površina pod krivuljo, ki navaja sevalni tok pri posamezni valovni dolžini.

Sevanje optično sivih teles tudi ni idealno enakomerno porazdeljeno v prostoru, v katerega telo oddaja sevanje

Izraza “optično črno” in “optično sivo” telo nista povezana z barvo teles, ampak z značilnostjo kako oddajata toplotno sevanje !

A je površina telesa, ki oddaja sevalni toplotni tok, T pa njegova absolutna temperatura (v K) Tabs=T°C+273

4 8 4Q A T 5,67 10 A T W= =

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Razliko med “optično sivimi” in “optično črnimi” telesi ovrednotimo s snovno lastnostjo površine teles, ki jo imenujemo emisivnost e. To je relativno število, ki navaja razmerje med toplotnim tokom, ki ga s sevanjem pri enaki temperaturi odda optično sivo in optično črno telo.


Q črno

Q sivoe =

Celotni toplotni tok, ki ga optično sivo (resnično) telo oddaja sevanjem je tako enak:

Snov e (-)

Papir, beton, opeka, omet, les, .. 0,8 - 0,9

Steklo 0,88

Nizko-emisijski nanos na steklu < 0,10

Kovine, Al folija 0,05

Omenimo dve posebnosti prenosa toplote s sevanjem jakost toplotnega toka je proporcionalna 4 potenci absolutne temperature telesa, ki seva,toplotno sevanje se prenaša brez prenosnikov toplote, torej tudi v brez zračnem prostoru – nazoren dokaz je sončno sevanje, ki ogreva Zemljo.U

NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Q = σ ∙ ε ∙ A ∙ T4 = 5,67 10−8 ∙ ε ∙ A ∙ T4 = 5,67 10−8 ∙ ε ∙ A ∙ T4 = 5,67 10−8 ∙ ε ∙ A ∙T

100

4

W

.

.

Med stekloma v okenski zasteklitvi se toplota prenaša ne le s konvekcijo, temveč tudi s sevanjem !


Na toplotni tok vplivata emisivnosti e obeh površin (zapisan je kot specifični toplotni tok na 1m2 površine) e1 e2

T1

T2

4 4

21 2

1 2

1 T Tq 5,67 W /m

1 1 100 1001

=

e e

estekla je 0,88, pri razliki T1-T2 (283/263) 20 K je specifični toplotni tok med stekli s površino 1 m2

enak 72,6 W/m2

Če eno steklo obložimo z Al folijo (e2 = 0,05) se specifični tok zmanjša na 3,6 W/m2

e1 e2

T1

T2

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Temperatura jasnega neba je nižja od temperature zraka:

jasno nebo: Tok=5 -> Tsky =-8°C

oblačno nebo:


44sky1

TT1q 5,67 F

sky1 1 100 1001

11

sky

=

e =

e

sky okT 1,2 T 14 C=

sky okT T C=

44sky 21

1 sky

TTq 5,67 F W /m

100 100

= e

Površine konstrukcij, ki niso vodoravne “vidijo le del neba”; to upoštevamo z “faktorjem vidnosti” Fsky:

Celo nebo Fsky=1

Pol neba Fsky=0,5

To uporabljamo pri sevalnem hlajenju gradbenih konstrukcij

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©


Kaj se zgodi, če zid zgradimo iz snovi, ki ima višjo toplotno prevodnost l ?

20°C

- 10°C

20°C

- 10°C

Zid enake debeline toda zgrajen iz snovi z večjo toplotno prevodnostjo !

Temperatura na površini zidu je višja, površina oddaja večji toplotni tok s sevanjem.

To sevanje sicer ne zaznamo z očmi, lahko pa s “toplotno kamero ali IR”.

To je fotografski aparat za IR sevanje.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©


Termografija ali toplotno slikanje je eden od postopkov ugotavljanja primerne toplotne zaščite stavbe in predvsem kakovosti izdelava. Še posebej zaznamo “toplotne mostove” in netesnost stavb.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Termografijo uporabljamo tudi pri ugotavljanju toplotnih izgub naprav in sistemov.


NI LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Telesa oddajajo toplotni tok s sevanjem in ga tudi sprejemajo. Dospelo sevanje se na netransparentnih telesih delno odbije (reflektira) in delno vsrka (absorbira).


Če odbiti in absorbirani del zapišemo z razmerjem glede na dospelo sevanje, to razmerje navaja odbojnost in absorbtivnost telesa

r l al = 1

Gl

Gl, reflektiranorl=

Gl

Gl , absorbiranoal=

Iz zakona o ohranitvi energije sledi

0 < rl ,al < 1

Indeks l poudarja, da izraz velja za posamezno valovno dolžino, ki jo opazujemo

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Dospelo sevanje se na transparentnih telesih delno odbije (reflektira), delno vsrka (absorbira) in delno preide telo (transmitira). Razmerja med pojavi so odvisna od optičnih lastnosti snovi.


Transmitivnost telesa je razmerje med delom sevanja, ki preide telo in dospelim sevanjem na telo

tl r l al = 1

Gl

Gl, transmitiranotl=

Iz zakona o ohranitvi energije sledi

0 < tl < 1


UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Omenimo naj še povezavo med sprejemanjem (absorbtivnostjo) in oddajanjem (emisivnostjo) toplotnega sevanja – opredeljuje jo Kirchoffov zakon, ki pravi:

Torej telesa, ki toplotno sevanje določene valovne dolžine močno absorbirajo, toplotno sevanje z isto valovno dolžino tudi močno oddajajo. Ali povedano drugače – če velja:

Potem velja tudi:

Torej telesa, ki imajo nizko emisivnost sevanja z določene valovne dolžine, tako sevanje, če prihaja na njih močno odbijajo. Njihova površina je torej nizko-emisijska in visoko refleksijska za tako sevanje!


al = el


r l al = 1 in je al = el

r l el = 1 in je 1 rl = el

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Optične lastnosti se ne razlikujejo zgolj glede na fizikalne in kemične lastnosti snovi, temveč tudi pri isti snovi glede na valovno dolžino valovanja, ki ga telo oddaja ali sprejema. Nazoren primer je okensko steklo.


Steklo dobro prepušča sončno sevanje, to je valovanje z majhnimi valovnimi dolžinami (0,3<l<3 mm) in ne prepušča valovanja z večjimi valovnimi dolžinami (l>3 mm).

Slika zgoraj potrjuje, da steklo dobro prepušča svetlobe, ki je sestavni del spektra sončnega sevanja. Toplotna (IR) slika spodaj pa dokazuje, da steklo ne prepušča toplotnega sevanja, ki ga oddajajo telesa in predmeti v prostoru v hladno okolico.

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

Sodobne nanotehnologije omogočajo tudi izdelavo selektivnih barv!


Obloga z enako absorbtivnostjo sončnega sevanja (enake barve) a različno emisivnostjo toplotnega sevanja, ki ga površina obloge oddaja v okolico

Z osnovno barvo, ki reflektira več toplotnega sevanja sonca (valovne dolžine večje od 0,76 mm) lahko ob enaki barvi fasade bistveno znižamo segrevanje konstrukcije in mehanske obremenitve, ki so posledica toplotnega širjenja snovi

eIR=0,3eIR=0,9

Temperatura na površini obloge z nižjo emisivnostjo je do 10°C višja -> primerno za izkoriščanje sončne energije

Razlika med temperaturo zelene in črne fasade (običajna barva 6K, selektivna barva 16K)

UN

I LJ, F

A, G

radbena f

izik

a;

pro

f. S

ašo M

edved

LOTZ ©

prof. dr. sašo medved univerza v ljubljani, fakulteta za ... in mehanizmi prenosa toplote.pdf ·...

Documents