FIZYKA BUDOWLI _pytania ( semestr letni 2009 / 2010 )

1. podstawowe akty prawne, w których sformułowano wymagania dot. m.in.

budynków i ich ochrony cieplnej

ROZPORZ

Ą

DZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 kwietnia

2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiada

ć

budynki i ich usytuowanie ( Dz.U.02.75.690; z pó

ź

n.zm. )

Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r Prawo budowlane ( Dz.U. Nr 156 / 2006 r,

poz. 1118

z pó

ź

n. zm. )

Rozporz

ą

dzenie Ministra Infrastruktury z dnia 3 lipca 2003 r. zmieniaj

ą

ce

w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego ( Dz. U.

Nr 120, poz. 1133, zmiana Dz.U. Nr 201 / 2008, poz. 1239 )

2. materiały termoizolacyjne

materiały o obliczeniowej przewodno

ś

ci cieplnej mniejszej lub równej 0,065 W / m

⋅

K

materiały izolacyjne zapewniaj

ą

ce wymagan

ą

warto

ść

U przegród

budowlanych , zgodnie z WT

3. zasada wyznaczania całkowitego oporu cieplnego zło

ż

onego procesu wymiany

ciepła

Do oceny izolacyjno

ś

ci termicznej zewn

ę

trznych przegród budowlanych, opór

jaki materiał stawia przepływowi ciepła. Opór cieplny warstwy materiału jest

równy odwrotno

ś

ci konduktancji. Iloraz przewodno

ś

ci cieplnej materiału

i grubo

ś

ci jego warstwy jest okre

ś

lany jako konduktancja cieplna.

Konduktancja okre

ś

la, jaka ilo

ść

ciepła [ W×s ] przepływa przez warstw

ę

materiału budowlanego o grubo

ś

ci [ d ] przy nast

ę

puj

ą

cych warunkach

brzegowych: A = 1 m

2

,

∆

T = 1 K, t = 1 s

Całkowity opór cieplny przegrody oblicza si

ę

jako sum

ę

oporów przewodzenia

poszczególnych warstw przegrody i oporów przejmowania ciepła na obydwu

jej powierzchniach

R

T

= R

si

+

Σ

R

j

+ R

se

[ m

2

K / W ]

R

j

= d /

λ

d - grubo

ść

warstwy przegrody [ m ]

λ

- wsp. przewodzenia ciepła [ W / m*K ]

R

si

-

opór przejmowania na zewn

ą

trz

R

se

-

opór przejmowania wewn

ą

trz

4. definicja _współczynnika przenikania ciepła _ dwie

współczynnik przenikania ciepła odpowiada ilo

ś

ci ciepła [ W×s ] jaka

przenika przez

przegrod

ę

budowlan

ą

,

z

uwzgl

ę

dnieniem

przypowierzchniowych warstw

powietrznych,

przy

nast

ę

puj

ą

cych

warunkach brzegowych:

A = 1 m

2

,

∆

T = 1 K, t = 1 s

przy u

ż

yciu współczynnika przenikania ciepła mo

ż

na opisa

ć

ilo

ść

ciepła,

jaka przenika przez przegrody osłaniaj

ą

ce ogrzewane wn

ę

trze budynku,

współczynnik

przenikania

ciepła

przez

element

konstrukcyjny

charakteryzuje wielko

ść

strat ciepła ( 1W ), z wn

ę

trza pomieszczenia

na zewn

ą

trz na powierzchni 1m² przy ró

ż

nicy temperatur 1°C ( 1 K .

współczynnik przenikania ciepła to stosunek g

ę

sto

ś

ci ustalonego strumienia

cieplnego do ró

ż

nicy temperatur powietrza po obu stronach przegrody.

Współczynnik przenikania ciepła jest odwrotno

ś

ci

ą

współczynnika oporu

cieplnego. Charakteryzuje jako

ść

elementu budowlanego pod wzgl

ę

dem

jego izolacyjno

ś

ci cieplnej.

5. zale

ż

no

ść

miedzy współczynnikiem przenikania ciepła a oporem cieplnym

współczynnik

przenikania ciepła jest równy odwrotno

ś

ci całkowitego oporu

cieplnego przegrody
U

O

= 1 / R

T

[ W / m

2

K ]

6. od czego zale

ż

y ilo

ść

ciepła przenikaj

ą

ca przez przegrod

ę

budowlan

ą

Ilo

ść

ciepła przenikaj

ą

cego przez przegrod

ę

oblicza si

ę

wg wzoru :

Q= U x (

Θ

i

–

Θ

e

) x Ax T ( Wh )

gdzie:

U – współczynnik przenikania ciepła charakteryzuj

ą

cy własno

ś

ci przegrody

( W / m

2

⋅

K )

Θ

i

oraz

Θ

e

- temperatura powietrza wewn

ą

trz i na zewn

ą

trz pomieszczenia

(

o

C )

A – powierzchnia przegrody ( m

2

),

T - czas trwania procesu przenikania ciepła ( h )

Na warto

ść

strat ciepła mo

ż

na wpływa

ć

głównie przez dobór materiałów, a tym

samym

kształtowanie

warto

ś

ci

współczynników

przenikania

ciepła

poszczególnych przegród

7. co wywołuje przepływ ciepła

je

ż

eli w obr

ę

bie ciała wyst

ę

puje ró

ż

nica temperatur, albo te

ż

pojawia sie

ró

ż

nica temperatur pomi

ę

dzy dwoma ciałami, to zgodnie z pierwsz

ą

zasad

ą

termodynamiki uruchamiana jest naturalna d

ąż

no

ść

do wyrównywania

temperatury. Energia cieplna przepływa od ciała cieplejszego do

chłodniejszego tak długo, dopóki temperatury nie zostan

ą

wyrównane.

Przepływ ciepła mo

ż

e si

ę

odbywa

ć

na ró

ż

ne sposoby: poprzez przewodzenie

ciepła, konwekcj

ę

i promieniowanie.

8. co wywołuje przepływ wilgoci

ruch wilgoci ( głównie dyfuzja pary wodnej ) przez przegrody, wywołany

ró

ż

nic

ą

temperatur i wilgotno

ś

ci wzgl

ę

dnych powietrza w pomieszczeniu

i na zewn

ą

trz budynku. Ochrona przed kondensacj

ą

jest powi

ą

zana

z izolacyjno

ś

ci

ą

termiczn

ą

przegród budowlanych; sprawdzenie mo

ż

liwo

ś

ci

wykraplania pary wodnej na wewn

ę

trznej powierzchni przegród oraz

we wn

ę

trzu przegród budowlanych; efektem ochrony przed wilgoci

ą

jest

zdrowy mikroklimat oraz wn

ę

trze pozbawione grzybów ple

ś

niowych

9. sposób wyznaczania powierzchni wymiany ciepła – przegród budowlanych, -

otworów okiennych i drzwiowych

pole powierzchni okien i drzwi oblicza si

ę

na podstawie zewn

ę

trznych wymiarów

o

ś

cie

ż

nic, czyli w

ś

wietle otworów w

ś

cianach

pozostałe przegrody:

•

wg PN – B – 02025:2001

w osiach symetrii przegród

•

wg PN – EN ISO 13790:2008

według

wymiarów

zewn

ę

trznych

do wyznaczania współczynnika przenoszenia ciepła przez przenikanie oraz

oblicze

ń

cieplnych

10. definicja _współczynnik kształtu budynku, jak wyznaczamy jego warto

ść

A / Ve – stosunek pola powierzchni przegród zewn

ę

trznych ogrzewanej

cz

ęś

ci budynku (

ś

cian zewn

ę

trznych, dachów i stropodachów, podłóg

na gruncie lub stropów nad piwnic

ą

nie ogrzewan

ą

), do kubatury ogrzewanej

cz

ęś

ci budynku.

Wartość graniczna wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania

budynku jest obliczana w zależności od współczynnika kształtu A/V

11. wymagania WT w zakresie ochrony cieplnej

§ 328. 1. budynek i jego instalacje powinny by

ć

zaprojektowane i wykonane w

taki sposób, aby ilo

ść

ciepła, chłodu i energii elektrycznej, potrzebnych do

u

ż

ytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, mo

ż

na było utrzyma

ć

na racjonalnie niskim poziomie.

§ 329. 1. przegrody zewn

ę

trzne budynku odpowiadaj

ą

wymaganiom

izolacyjno

ś

ci cieplnej opisanym w pkt 1. zał

ą

cznika nr 2 do rozporz

ą

dzenia,

oraz powierzchnia okien spełnia wymagania okre

ś

lone w pkt 2.1. zał

ą

cznika nr

2, przy czym dla budynku przebudowywanego dopuszcza sie zwi

ę

kszenie

ś

redniego współczynnika przenikania ciepła osłony budynku o nie wi

ę

cej ni

ż

15 % w porównaniu z budynkiem nowym o takiej samej geometrii i sposobie

u

ż

ytkowania, a tak

ż

e je

ż

eli przegrody zewn

ę

trzne budynku odpowiadaj

ą

przynajmniej

wymaganiom

izolacyjno

ś

ci

cieplnej

niezb

ę

dnej

dla

zabezpieczenia przed kondensacja pary wodnej;

Warto

ś

ci współczynnika przenikania ciepła przegrody, obliczone zgodnie

z Polskimi Normami dotycz

ą

cymi obliczania oporu cieplnego i współczynnika

przenikania ciepła, nie mog

ą

by

ć

wi

ę

ksze ni

ż

okre

ś

lone warto

ś

ci

U

max

[ W / m

2

⋅

K ]:

dla

ś

ciany zewn

ę

trznej stykaj

ą

cej si

ę

z powietrzem zewn

ę

trznym

( niezale

ż

nie od rodzaju

ś

ciany):

•

przy ti > 16 °C , U

max

= 0,30 [ W / m

2

⋅

K ],

•

przy ti

≤

16 °C, , U

max

= 0,80 [ W / m

2

⋅

K ],

dachy, stropodachy i stropy nad przejazdami:

•

przy ti > 16 °C, , U

max

= 0,25 [ W / m

2

⋅

K ],

•

przy 8 °C < ti



16 °C, U

max

= 0,50 [ W / m

2

⋅

K ]

podłoga na gruncie: U

max

= 0,80 [ W / m

2

⋅

K ]

okna, drzwi balkonowe i drzwi zewn

ę

trzne

•

okna (z wyj

ą

tkiem połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie

przezroczyste nieotwieralne w pomieszczeniach o ti

≥

16 °C: w I, II i III

strefie klimatycznej U

max

= 1,80 [ W / m

2

⋅

K ]; w IV i V strefie

klimatycznej U

max

= 1,70 [ W / m

2

⋅

K ]

•

okna połaciowe (bez wzgl

ę

du na stref

ę

klimatyczn

ą

) w pomieszczeniach

o ti

≤

16 °C U

max

= 1,80 [ W / m

2

⋅

K ]

•

okna w

ś

cianach oddzielaj

ą

cych pomieszczenia ogrzewane od

nieogrzewanych U

max

= 2,60 [ W / m

2

⋅

K ]

•

okna pomieszcze

ń

piwnicznych i poddaszy nieogrzewanych oraz nad

klatkami schodowymi nieogrzewanymi - bez wymaga

ń

•

drzwi zewn

ę

trzne wej

ś

ciowe U

max

= 2,60 [ W / m

2

⋅

K ]

12. jednostki

współczynnik przenikania ciepła

U



W / m

2

⋅

K

współczynnik przewodzenia ciepła

λ



W / m

⋅

K

opór cieplny

R



m

2

⋅

K

/ W

roczne zapotrzebowanie na ciepło / energi

ę

do ogrzewania

Q

PH



kWh / rok

wska

ź

nik sezonowego zapotrzebowania na energi

ę

do ogrzewania

EP



kWh / m

2

⋅

rok

współczynnik strat ciepła

H

tr



W / m

2

⋅

K

13. definicja _gł

ę

boko

ść

przemarzania

GŁĘBOKOŚĆ PRZEMARZANIA GRUNTU. Głębokość, do której zimą zamarza grunt i zawarta w nim woda

gruntowa. Średnia głębokość przemarzania to ok. 1 m. Wielkość ta zależy od strefy klimatycznej (w

mniejszym stopniu od rodzaju gruntu) i decyduje o głębokości, na której prowadzi się rurociągi

Konstrukcja

ś

ciany powinna by

ć

taka, aby nie dochodziło do skraplania pary wodnej na jej

powierzchni wewn

ę

trznej.

Ś

ciana musi by

ć

równie

ż

odizolowana od wilgoci i zabezpieczona

przed kapilarnym podci

ą

ganiem wody. Zawilgocenie i przemarzanie

ś

cian niszczy struktur

ę

materiałów

ś

ciennych, powoduje powstawanie plam i wykwitów, zagrzybienie i stwarza złe

warunki zdrowotne w pomieszczeniach

Ochrona przed kondensacj

ą

jest powi

ą

zana z izolacyjno

ś

ci

ą

termiczn

ą

przegród

budowlanych. Analiza ruchu wilgoci ( głownie dyfuzja pary wodnej ) przez

przegrody, wywołana ró

ż

nic

ą

temperatur i wilgotno

ś

ci wzgl

ę

dnych powietrza w

pomieszczeniu i na zewn

ą

trz budynku.

Przedmiotem oblicze

ń

sprawdzaj

ą

cych jest mo

ż

liwo

ść

wykraplania pary wodnej

na

wewn

ę

trznej powierzchni przegród, zgodnie z obowi

ą

zuj

ą

cymi przepisami oraz we

wn

ę

trzu przegród budowlanych.

Ochrona przed kondensacj

ą

nie zajmuje

ś

rodkami zapobiegaj

ą

cymi przed

opadami, podci

ą

ganiem wilgoci z gruntu, wodami gruntowymi.

Celem ochrony przed kondensacj

ą

wgł

ę

bn

ą

jest:



stworzenie dogodnych warunków we wn

ę

trzu,



utrzymanie wła

ś

ciwej izolacyjno

ś

ci termicznej



ochrona przegród przed uszkodzeniem w wyniku nadmiernego zawilgocenia



zapewnienie trwało

ś

ci fizycznej i jako

ś

ci materiałów

Efektem ochrony przed wilgoci

ą

jest zdrowy mikroklimat oraz wn

ę

trze pozbawione

grzybów ple

ś

niowych.

14. proste i zło

ż

one sposoby wymiany ciepła

proste przewodzenie – przekazywanie ciepła mi

ę

dzy bezpo

ś

rednio

stykaj

ą

cymi si

ę

cz

ęś

ciami jednego ciała lub ró

ż

nych ciał. Dotyczy to ciał

stałych, płynów i gazów; Straty cieplne z budynku przez przegrody
budowlane s

ą

zwi

ą

zane głównie z przewodzeniem ciepła

zło

ż

one konwekcja – ruch cz

ą

stek o

ś

rodka w którym nast

ę

puje wymiana

ciepła.

Dotyczy

to

powietrza

i

innych

gazów

oraz

cieczy;

promieniowanie – wymiana ciepła mi

ę

dzy powierzchniami ciał stałych za

po

ś

rednictwem fal elektromagnetycznych

15. definicja _stopniodni_SD

liczba dni ogrzewania w sezonie

S

D

=

Σ

(

θ

i -

θ

e ) L

D( M )

[ dzie

ń

· K / a ]

Liczba S

D

zale

ż

y od lokalizacji ( temp. zewn. i liczby dni ) oraz od temperatury

wewn

ę

trznej pomieszczenia.

16. definicja _ współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie ( strat ciepła

przez przenikanie ) _ H

tr

wielko

ść

strumienia cieplnego przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej

do

ś

rodowiska zewn

ę

trznego, podzielona przez ró

ż

nic

ę

temperatury pomi

ę

dzy

ś

rodowiskiem zewn

ę

trznym i wewn

ę

trznym

•

Metoda obliczania i zastosowanie współczynnika strat ciepła przez przenikanie

( H

tr

) okre

ś

lona jest w normie PN-EN ISO 13 789 „Wła

ś

ciwo

ś

ci cieplne

budynków. Współczynnik strat ciepła przez przenikania. Metoda obliczeniowa”

17. składniki bilansu cieplnego budynku, podstawowe ró

ż

nice

zyski i straty ciepła, wg PN – B – 02025

straty ciepła:

•

strumie

ń

strat ciepła przez przenikanie przez przegrody pełne

•

strumie

ń

strat ciepła przez przenikanie przez okna

•

strumie

ń

strat ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego

•

strumie

ń

ciepła wypromieniowany w długofalowej cz

ęś

ci widma

zyski ciepła

•

strumie

ń

zysków ciepła od promieniowania przez przegrody pełne

•

strumie

ń

zysków ciepła od promieniowania przez okna

•

strumie

ń

wewn

ę

trznych zysków ciepła ( od ludzi, o

ś

wietlenia i urz

ą

dze

ń

)

•

strumie

ń

ciepła dostarczany przez system grzewczy

strumie

ń

ciepła akumulowany w budynku

( w przegrodach i wyposa

ż

eniu )

W celu utrzymania temperatury w pomieszczeniu na zało

ż

onym poziomie

nadwy

ż

ka strat nad zyskami musi by

ć

kompensowana ciepłem dostarczanym

przez instalacj

ę

ogrzewania.

W bilansie cieplnym pomieszczenia uwzgl

ę

dnia si

ę

:

•

straty ciepła zwi

ą

zane z jego przenikaniem przez obudow

ę

i wentylacj

ą

pomieszcze

ń

,

•

zyski ciepła od docieraj

ą

cego do pomieszczenia promieniowania słonecznego

i wewn

ę

trzne od ludzi i wyposa

ż

enia

Udziały ww. składników w bilansie cieplnym budynku zale

żą

od:

•

jego lokalizacji i usytuowania wzgl

ę

dem kierunków geograficznych i s

ą

siedniej

zabudowy,

•

wielko

ś

ci i kształtu bryły budynku,

•

ilo

ś

ci i rozmieszczenia okien i innych elementów przezroczystych

w przegrodach zewn

ę

trznych,

•

izolacyjno

ś

ci cieplnej obudowy,

•

przepuszczalno

ś

ci promieniowania słonecznego cz

ęś

ci przezroczystych

obudowy,

•

intensywno

ś

ci i sposobu wentylacji pomieszcze

ń

,

•

cz

ę

sto

ś

ci i sposobu eksploatacji pomieszcze

ń

.

W budynkach z nieszczeln

ą

obudow

ą

, powoduj

ą

c

ą

nadmiern

ą

infiltracj

ę

, najwi

ę

ksze

straty ciepła s

ą

zwi

ą

zane z nadmiern

ą

wymian

ą

powietrza w pomieszczeniach.

W wi

ę

kszo

ś

ci istniej

ą

cych budynków mieszkalnych z wentylacj

ą

naturaln

ą

jej

intensywno

ść

w znacznym stopniu jest kształtowana przez u

ż

ytkowników, którzy j

ą

ograniczaj

ą

w okresie najni

ż

szych temperatur w celu zmniejszenia napływu

mro

ź

nego powietrza i oszcz

ę

dzania ciepła.

18. bilans cieplny przegród przezroczystych w okresie ogrzewczym oraz w ci

ą

gu

roku

strumie

ń

ciepła przez przegrody przezroczyste stanowi kilkadziesi

ą

t procent

w stosunku do promieniowania całkowitego padaj

ą

cego na ich powierzchni

ę

,

zale

ż

y od liczby szyb i ich wła

ś

ciwo

ś

ci optycznych oraz od stopnia

zabrudzenia;

strumie

ń

ciepła generowany przez szyb

ę

wskutek pochłoni

ę

cia cz

ęś

ci

promieniowania słonecznego jest przekazywany przez konwekcj

ę

i

promieniowanie niskotemperaturowe do wn

ę

trza i na zewn

ą

trz pomieszczenia;

odpowiedni dobór izolacyjno

ś

ci cieplnej szyb i całkowitego współczynnika

przepuszczalno

ś

ci całkowitego promieniowania słonecznego – g, umo

ż

liwia

uzyskanie w warunkach klimatycznych srodkowo – zachodniej a nawet pół

nocnej Europy, dodatniego bilansu cieplnego okien w sezonie grzewczym ( to

jest z przewag

ą

zysków ciepła pochodz

ą

cych od promieniowania słonecznego

nad stratami przez przenikanie ); elewacje zorientowane na południe na

półkuli płnocnej

19. ró

ż

nice w okre

ś

laniu zapotrzebowania na ciepło ( lub energi

ę

) metod

ą

bilansów

miesi

ę

cznych, a metod

ą

uproszczon

ą

metoda bilansowa miesi

ę

czna wykonanie kolejno miesi

ę

cznych bilansów

energii obejmuj

ą

ce:

•

miesi

ę

czne straty ciepła na ogrzewanie i wentylacj

ę

•

miesi

ę

czne zyski energii od promieniowania słonecznego i zyski wewn

ę

trzne

Metoda obejmuje 10 kolejnych kroków, w których obliczane s

ą

:

1. współczynnik strat ciepła przez przenikanie

2. współczynnik strat ciepła przez wentylacj

ę

3. miesi

ę

czne straty ciepła przez przenikanie i wentylacj

ę

4. miesi

ę

czne zyski ciepła od nasłonecznienia

5. miesi

ę

czne wewn

ę

trzne zyski ciepła

6. miesi

ę

czne zapotrzebowanie ciepła u

ż

ytkowego do ogrzewania i wentylacji

7. roczne zapotrzebowanie energii u

ż

ytkowej

8. roczne zapotrzebowanie energii ko

ń

cowej

9. roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej

10. roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej

metoda uproszczona ma zastosowanie dla budynków istniej

ą

cych nie

poddanych termomodernizacji, w których

ś

redni współczynnik przenikania

ciepła obudowy budynku jest wi

ę

kszy od 0,8 W / ( m

2

K ), wyposa

ż

onych

w wentylacj

ę

naturaln

ą

. Metoda jest oparta na stopniogodzinach sezonu

grzewczego.

Metoda składa si

ę

z 6 prostych kroków:

1. współczynnik strat ciepła przez przenikanie

2. współczynnik strat ciepła przez wentylacj

ę

3. wewn

ę

trzne zyski ciepła w sezonie grzewczym

4. roczne zyski ciepła od nasłonecznienia

5. roczne zapotrzebowanie energii u

ż

ytkowej do ogrzewania i wentylacji

6. roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej