F

IZYKA

B

UDOWLI

WYKŁADY

1

dr inż. Aneta Krzyżak

Treść wykładów

1.

Podstawowe pojęcia stosowane w fizyce budowli

2.

Właściwości fizyczne materiałów budowlanych

3.

Wymiana ciepła

4.

Ruch wilgoci

5.

Izolacja termiczna

6.

Bilans cieplny

7.

Oświetlenie

8.

Akustyka budowlana

2 z 22

Literatura

1) P. Klemm (pod red.): Budownictwo ogólne. Tom II. Fizyka budowli.

Arkady, Warszawa 2009.

2) A. Alsabry: Fizyka budowli. Wybrane zagadnienia. Oficyna Wydawnicza

Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2008.

3) T. Zakrzewski., R. Żuchowski: Kompendium akustyki architektonicznej

wraz z przykładami metod obliczeniowych. Wydawnictwo Politechniki
Śląskiej, Gliwice 2009.

3

Fizyka budowli

– nauka, która wskazuje, jak należy projektowad oraz

wykonywad przegrody zewnętrzne i wewnętrzne budynku, aby:

-

w pomieszczeniach można było utrzymad właściwe warunki
mikroklimatyczne korzystne dla człowieka;

-

oraz zostało zapewnione długotrwałe i bezawaryjne użytkowanie tych
pomieszczeo.

Fizyka budowli

zajmuje się:

-

zjawiskami wymiany ciepła i wilgoci w materiałach i przegrodach o
złożonej strukturze;

-

wpływu wysokiej temperatury na przegrody;

-

określaniem najkorzystniejszych parametrów charakteryzujących komfort
cieplny, mikroklimat wewnątrz pomieszczeo;

-

wyznaczaniem bilansu cieplnego z uwzględnieniem zysków i strat ciepła w
długim okresie - budownictwo energooszczędne;

-

wyznaczaniem optymalnego oświetlenia w pomieszczeniach;

-

ochroną przed hałasem.

4

1.1. Komfort cieplny człowieka

1. Podstawowe pojęcia

5

Ocena komfortu cieplnego

Komfort cieplny człowieka

– stan zadowolenia z otaczającego go środowiska

cieplnego.

Jest to indywidualne odczucie zależne od: aktywności, płci, wieku,

uwarunkowao psychicznych, odżywiania się, metabolizmu itp.

Czynniki komfortu cieplnego:
• temperatura powietrza;
• prędkośd ruchu powietrza;
• średnia temperatura otaczających powierzchni np. podłogi;
• natężenie promieniowania ciepła ze źródeł ciepła;
• wilgotnośd powietrza.

6

Prędkość ruchu powietrza

Ruch powietrza odczuwamy szczególnie wtedy, gdy jest duża różnica

temperatury powietrza i skóry oraz wtedy, gdy prędkośd jest znaczna.

Prędkośd

m/s

Rodzaj ruchu

Spostrzeżenia

< 0,1

Powietrze spokojne

Najczęściej spotykane

w polskich mieszkaniach

0,2

Próg zdecydowanych

odczud

Prędkośd naturalnego strumienia

wokół głowy

0,25 – 0,5

Ruch umiarkowany

Ruch odczuwany; poruszanie się

lekkich firanek

0,5 – 1,0

Ruch odświeżający

Falowanie włosów

1,0 – 2,0

Lekki wietrzyk

Prędkośd normalnego chodu;

spadanie kartek papieru

7

Temperatura otaczających powierzchni

W dłuższym okresie czasu:
o Zimne kamienne posadzki obniżają uczucie komfortu.
o Dotykanie ciepłych przedmiotów powoduje rozszerzenie naczyo

krwionośnych, w dłuższym czasie może powodowad nieprzyjemne
odczucia oraz obrzmienia.

o Ciepła podłoga (powyżej 24°C) obniża poziom komfortu osobom w

obuwiu.

o Długotrwałe działanie wyższej temperatury podłoża może powodowad, na

zmianę, pocenie się i dreszcze.

8

Promieniowanie cieplne

Na komfort cieplny ma wpływ:
o Rodzaj ogrzewania
o Ilośd ciepła przekazywana przez źródła ciepła
o Liczba i umiejscowienie źródeł ciepła
o Prędkośd nagrzewania się powierzchni
o Rodzaj oświetlenia (oświetlenie wolframowe emituje znacznie większą

ilośd ciepła niż lampy sodowe)

9

Wilgotność

Wilgotnośd powietrza ma mały wpływ na odczucia człowieka w sposób

bezpośredni.

Bezpośrednio wpływ wilgotności na odczucia człowieka jest większy przy

temperaturze wyższej od komfortowej, gdy człowiek się poci.

Pośrednio:
Wysoka wilgotnośd powoduje problemy z eksploatacją budynków.
Przykład: może dojśd do zawilgocenia dywanu. Zetknięcie się z wilgotnym,

a przez to z chłodniejszym, dywanem obniża poczucie komfortu
cieplnego.

10

Ocena komfortu

O

DCZUCIA

Skala komfortu cieplnego

SET, °C

Liczbowa

PMV

Za gorąco

> 34,5

7

3

Zbyt ciepło

30,0 – 34,5

6

2

Lekko ciepło

25,6 – 30,0

5

1

Przyjemnie

22,2 – 25,6

4

0

Lekko chłodno

17,5 – 22,2

3

-1

Za chłodno

14,5 – 17,5

2

-2

Za zimno

< 14,5

1

- 3

Komfort

cieplny

11

Wskaźniki komfortu

o Temperatura efektywna ET

. Wskaźnik uwzględniający wpływ

temperatury, wilgotności i prędkości ruchu powietrza na odczucia cieplne
ludzi. Najstarszy wskaźnik wyznaczany na podstawie pomiarów
temperatury różnymi metodami (psychometrem i termometrem kulistym).

o Standardowa temperatura efektywna SET

. Funkcja aktywności człowieka

oraz izolacyjności cieplnej jego odzieży, a także zmiennych fizycznych
środowiska.

o Temperatura subiektywna

. Jest to temperatura jednorodnego otoczenia,

gdzie temperatura powietrza jest równa temperaturze promieniowania,
przy prędkości powietrza 0,1m/s i wilgotności względnej 50%.

12

o Przewidywana średnia ocena komfortu PMV

. Wskaźnik wynika z

równania komfortu Fangera, równania bilansu cieplnego (słuszne tylko w
obszarze temperatury komfortowej) uwzględniającego:

metabolizm M, wykonywaną pracę człowieka W, odpornośd cieplną odzieży

I

cl

, stosunek pola powierzchni ciała okrytego odzieżą do pola powierzchni

ciała odkrytego A

cl

, temperatury powietrza t

a

, średniej temperatury

promieniowania t

r

, względnej prędkości przepływu powietrza v

ar

, ciśnienia

pary wodnej p

a

, współczynnika wymiany ciepła przez konwekcję h

c

oraz

temperatury powierzchni odzieży t

cl

.

PMV=(0,303e

0,03M

+0,028) {(M-W)-3,05*10

-3

*[5733-6(M-W)-p

a

]-0,42*

*[(M-W)-58,5]-1,7*10

-5

M(5867-p

a

)-0,001*4M(34-t

a

)-3,96*10

-8

*

*A

cl

*[(t

cl

+273)

4

(t

r

+273)

4

]A

cl

*h

c

(t

cl

-t

a

)}

13

o Przewidywany odsetek niezadowolonych PPD

. Wskaźnik PPD jest

wartością średnią wrażeo cieplnych znacznej grupy ludzi przebywających
w tym samym środowisku. Wskaźnik umożliwia przewidzenie jaka liczba
osób będzie odczuwała brak komfortu. Wskaźnik PPD jest zależny od
wskaźnika PMV:

14

0

-0,5

-1,0

-1,5

-2,0

0,5

1,0

1,5

2,0

4

6

8

10

20

30

40

60

80

%

Przewidywana ocena średnia (PMV)

P

rz

e

w

id

y

w

a

n

y

u

d

z

ia

ł

n

ie

z

a

d

o

w

o

lo

n

y

c

h

(

P

P

D

)

1. Podstawowe pojęcia

1.2. Klimat zewnętrzny i mikroklimat pomieszczeo

15

Klimat

Klimat

– cechy charakterystyczne układu i zmienności zjawisk

atmosferycznych na danym terenie, uwarunkowane jego położeniem
geograficznym, które pozwalają ustalid normalny przebieg pogody *1+.

Elementy klimatu: promieniowanie słooca, temperatura i wilgotnośd

powietrza, opady i ciśnienie atmosferyczne, wiatry.

Czynniki warunkujące klimat: szerokośd geograficzna, właściwości atmosfery,

wysokośd nad poziomem morza, rozkład wód i lądów, działalnośd
człowieka i inne.

16

17

Obliczeniowe

strefy

klimatyczne

Polski

18

Obliczeniowe

strefy

klimatyczne

Polski

19

Strefy

lata

Miesiąc

Temperatura termometru

Wilgotnośd

suchego

mokrego

I

Kwiecieo

Maj

Czerwiec

Lipiec

Sierpieo

Wrzesieo

18,6 °C
23,4 °C
26,2 °C
28,0 °C
28,0 °C
24,4 °C

15,8 °C
18,2 °C
19,9 °C
21,0 °C
21,0 °C
19,7 °C

52%

II

Kwiecieo

Maj

Czerwiec

Lipiec

Sierpieo

Wrzesieo

19,5 °C
25,0 °C
28,2 °C
30,0 °C
30,0 °C
26,6 °C

15,5 °C
18,2 °C
19,9 °C
21,0 °C
21,0 °C
19,3 °C

45%

Strefy

zimy

Temperatura termometru

Wilgotnośd

suchego

mokrego

I

-16 °C

100%

II

-18 °C

III

-20 °C

IV

-22 °C

V

-24 °C

Mikroklimat

Mikroklimat pomieszczenia

jest to zespół czynników fizycznych i chemicznych

danego pomieszczenia, wywierający wpływ na organizm, np.:

o czynniki komfortu cieplnego (temperatura, wilgotnośd),
o skład powietrza,
o zapylenie,
o stężenie różnych związków,
o oświetlenie,
o poziom natężenia dźwięków,
o przeznaczenie pomieszczeo,
o sposób ich eksploatacji,
o skład demograficzny mieszkaoców,
o cechy izolacyjne przegród, szczególnie zewnętrznych.

20

1. Podstawowe pojęcia

1.3. Założenia projektowe

21

ISO 7730-1984

Optymalna temperatura odpowiadająca PMV = 0 (obszar przyciemniony –

strefa komfortu cieplnego) jest funkcją: izolacyjności cieplnej odzieży *clo],
rodzaju aktywności *met+, promieniowania cieplnego *W/m

2

] oraz

mikroklimatu pomieszczenia.

22

0

0,5

1,0

1,5

2,0

50

75

100

125

150

175

1,0

2,0

3,0

Odzież

clo

W/m

2

met

A

k

ty

w

n

o

ść

28

C

o

26 C

o

24 C

o

22 C

o

20

C

o

18

C

o

16

C

o

14

C

o

12

C

o

10

C

o

Normy techniczne [1]

Elementy mikroklimatu

Wartości

graniczne

Temperatura powietrza

• w pokojach, kuchniach, przedpokojach

• w łazienkach, toaletach

20 – 22 °C

powyżej 22 °C

Temperatura powierzchni przegrody (we wszystkich

pomieszczeniach) niższa od temperatury powietrza nie więcej

niż o:

3 °C

Prędkośd ruchu powietrza (we wszystkich pomieszczeniach)

poniżej 0,15 m/s

Wilgotnośd względna powietrza

• w pokojach, kuchniach, przedpokojach

• w łazienkach, toaletach

40 – 60 %

poniżej 70 %

23 z 23