OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ

1

Ciepło - jest formą przekazywania energii. Cieplna forma przekazywania energii realizowana

jest przy bezpośredniej wymianie energii między bezładnie poruszającymi się cząsteczkami

ciał działających wzajemnie na siebie. Dzięki przekazanej ciału energii wzmaga się

nieuporządkowany ruch jego cząstek czyli zwiększa się energia wewnętrzna ciała. Na

przykład, przy zetknięciu się ciała zimnego z gorącym szybko poruszające się cząsteczki ciała

gorącego zderzają się z cząsteczkami ciała zimnego poruszającymi się wolniej i przekazują

im część swojej energii kinetycznej. Przy tym energia wewnętrzna ciała gorącego zmniejsza

się aż do chwili wyrównania temperatury obu ciał.

Wymiana ciepła między dwoma ciałami jest typowym przykładem przekazywania energii

w postaci ciepła. Temperatura ciała jest więc zależna od energii wewnętrznej tego ciała,

a przekazywanie energii cieplnej może zachodzie tylko w przypadku różnicy temperatury

ciał. Ciepłem nazywamy również ilość przekazywanej energii.

Każde ciało oddaje ciepło na zewnątrz bądź do przylegających ciał chłodniejszych przez

przewodnictwo lub konwekcję, bądź do ciał odległych - nawet oddzielonych próżnią - przez

promieniowanie.

Przewodzenie (kondukcja) jest to przenoszenie ciepła przy

bezpośrednim zetknięciu cząstek ciał wymieniających ciepło, które

zderzając się ze sobą przekazują sobie energię kinetyczną drgań. Jest

to mechanizm występujący w ciałach stałych i cieczach.

Konwekcja (unoszenie ciepła) występuje wtedy, gdy poszczególne makroskopowe cząstki

ośrodka, w których odbywa się ruch ciepła, zmieniają swoje położenie.

Rozróżnia się przy tym dwa rodzaje konwekcji: swobodną i wymuszoną.

Przy konwekcji swobodnej ruch ośrodka jest wynikiem różnic gęstości

spowodowanych wzrostem objętości przy ogrzewaniu. Przy konwekcji

wymuszonej ruch ośrodka spowodowany jest różnicą ciśnienia ogólnego

(w przypadku powietrza może ona być wynikiem działania wiatru lub

wentylatorów). Konwekcja zachodzi głównie w cieczach i gazach.

Promieniowanie (radiacja) jest to mechanizm przenoszenia ciepła, który odbywa się na

odległość i zachodzi za pośrednictwem fal elektromagne-

tycznych, przy czym następuje tu dwukrotna zmiana postaci

energii, tj. cieplnej na elektromagnetyczną na powierzchni

ciała wymieniającego ciepło i elektromagnetycznej na

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ

2

cieplną na powierzchni ciała pochłaniającego ciepło.

Jedną z podstawowych wielkości fizycznych określających stan cieplny ciała lub układu jest

temperatura, podana w określonej skali temperatur. Skalę temperatur określa się przez

podanie jej zera oraz jednostki. Ustalenie zera może mieć charakter czysto umowny

(np. w skali Celsjusza) lub wynikać z analizy własności materiałów (bezwzględna skala

temperatur).

Pojęcie temperatury i jej skali wprowadza się w oparciu o kinetyczno-molekularną budowę

materii i termodynamikę. Drobiny tworzące ciało posiadają energię, której wartość jest

proporcjonalna do k, T (k - stała Boltzmana, T – temperatura). 'Ponieważ drobina znajdująca

się w danym stanie ma jedną, określoną wartość energii, nie przyjmowaną umownie, więc jej

pomiar poprzez pomiar temperatury musi być jednoznaczny. Wynika stąd bezwzględna skala

temperatur. Położenie zera bezwzględnego w praktycznie przyjmowanej skali Celsjusza

określa się w oparciu o prawo przemiany izochorycznej:

p = p

o

/l +

α

t/

gdzie:

t - temperatura w °C,

p - ciśnienie gazu w temperaturze 0°C,

α

= 1/273,16

Przyjmujemy, że w temperaturze zera bezwzględnego ciśnienie spada do zera. Z powyższego

prawa wynika, że temperatura zera bezwzględnego odpowiada temperaturze - 273,16

0

C.

Twórcą skali, której zero odpowiada temperaturze zera bezwzględnego, był Kelvin.

Współczynnik przenikania ciepła ( oznaczony symbolem U ), wyraża ilość ciepła

przenikającą w ciągu jednej godziny przez 1m

2

przegrody przy różnicy temperatury powietrza

przy jej przeciwległych powierzchniach 1

o

C (1

o

K).

Jednostką U jest [ W/m

2

K]

W obliczeniach inżynierskich współczynnik przenikania ciepła przegrody budowlanej

stykającej się z powietrzem oblicza się wg zasad określonych w normie PN-B ISO 6946:













=

K

m

W

R

U

T

2

1

gdzie:

R

T

– całkowity opór cieplny przegrody (opór przenikania ciepła),

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ

3

Całkowity opór cieplny:













+

+

+

+

+

=

W

K

m

R

R

R

R

R

R

se

n

si

T

2

2

1

.....

(3-2)

gdzie:

R

si

– opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni;

R

1

, R

2

....R

n

– obliczeniowe opory cieplne jednorodnych warstw i pustek powietrznych;

R

se

– opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni;

Opory przejmowania ciepła przyjmuje się w zależności od kierunku przepływu strumienia
ciepła:

Kierunek strumienia cieplnego

R













⋅

W

K

m

2

w górę ↑

poziomy ↔

w dół ↓

R

si

0,10

0,13

0,17

R

se

0,04

0,04

0,04

Opór pojedynczej warstwy zależy od jej grubości d

n

oraz współczynnika przewodzenia

ciepła

λ

n

materiału, z którego została wykonana.

R

n

=d

n

/

λ

n

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ

4

PRZEBIEG BADANIA

Badanie polega na ustaleniu współczynnika przenikania ciepła U przy pomocy dwóch metod:

-metodą pomiaru temperatur,

-metodą pomiaru strumienia ciepła.

1) W celu określenia U należy określić rozkłady temperatur i strumienia ciepła na

przegrodzie (szklanych drzwiach komory chłodniczej). W tym celu w odstępach 10

minutowych z interfejsu pomiarowego odczytujemy odpowiednie wielkości i zapisujemy je

w załączonym formularzu.

t

e

t

3

t

2

t

1

t

i

czujnik
strumienia
ciepla

Rozkład czujników temperatury i strumienia ciepła na badanej przegrodzie

2) Do ostatecznych obliczeń według algorytmów podanych w załączonym formularzu należy

przyjąć wartość średnią (arytmetyczną).

3) Po wykonaniu obliczeń dla średnich arytmetycznych należy wykonać wykresy rozkładu

temperatur w czasie.

4) Obliczenia należy powtórzyć dla ekstremalnych, odpowiadających sobie wartości

temperatur i strumienia ciepła.

SPRAWOZDANIE

Sprawozdanie powinno zawierać wypełniony formularz, wykresy rozkładu mierzonych

temperatur oraz praktyczną interpretację współczynnika U w budownictwie mieszkaniowym.

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ

5

KOMORA CHŁODNICZA

q

DRZWI PRZESZKLONE

20,4

OZN

t

i

t

e

t

1

t

2

t

3

Nap.

Jedn.

°

C

mV

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Wart.

ś

red.

Wykonawcy:
1)...........................................................
2)...........................................................
3)...........................................................
4)...........................................................

Przegroda pionowa

Wyliczone wartości średnie:

t

i

= [

°

C]; t

e

= [

°

C];

t

1

= [

°

C]; t

2

= [

°

C];

t

3

= [

°

C]

q = nap.

×

20,4 = ..................... [W/m

2

];

R

c

= 0,0225 [m

2

K/W]

h=1,5 [m]

Metoda pomiaru

temperatur

Metoda pomiaru

strumienia ciepła

e

i

i

i

t

t

t

t

U

−

−

×

=

2

α

Współczynnki
przejmowania ciepła:

pr

k

i

α

α

α

+

=

94

,

4

=

pr

α

W/m

2

K

4

2

7

,

1

t

t

i

k

−

=

α

α

i

= ....................

=.....................

[W/m

2

K]

Współczynnik przenikania
ciepła:

U= ...........................

=....................

[W/m

2

K]

U = 1/(R + 1/

α

αα

α

i

+1/

α

αα

α

e

)

Opór cieplny ciepłomierza:

R

c

= (t

1

-t

2

)/q

R

c

=..........................=

=.......................

[m

2

K/W]

Opór cieplny przegrody:
R=(t

1

-t

3

)/q - R

c

R=..........................=
=....................

[m

2

K/W]

Współczynnki przejmowania
ciepła:

α

i

= q/(t

i

-t

1

)=

=...................................
=..................... W/m

2

K

α

e

= q/(t

3

-t

e

)=

=....................................=
=........................

[W/m

2

K]

Współczynnik

przenikania

ciepła:
U=............................=

.....................

[ W/m

2

K]

Data

Podpis prowadzącego