Jednowymiarowy stacjonarny przepływ ciepla przez przegrody : współczynnik przenikania ciepła

Wymiana ciepła przez przegrodę ma charakter niestacjonarny, związany ze zmiennością temperatur w czasie, to jednak dla celów praktyki budowlanej zakłada się .najczęściej przy projektowaniu przegród zewnętrznych warunki stacjonarne. Nadto w przypadku .płaskiej przegrody o przekroju jednolitym i przy jej bardzo dużym jednym wymiarze, przyjmuje się jednokierunkowy ruch ciepła, prostopadły do przegrody. Zjawisko przepływu, ciepła przez przegrody budowlane można traktować jako jednokierunkowe jeżeli przegroda (ściana, strop stropodach) ma stalą grubość i jest jednorodna materiałowo lub zbudowana jest z jednorodnych warstw o stałych grubościach. Gęstość strumienia cieplnego (tj. ilość energii cieplnej przepływającej przez jednostkową powierzchnię w jednostkowym czasie) jest jednakowa na całej powierzchni przegrody, linie gęstości strumienia są do tej powierzchni prostopadłe, a izotermy (linie łączące punkty o jednakowej temperaturze) są równoległe. Dzięki temu możliwe jest proste wyznaczenie zarówno gęstości strumienia cieplnego q, strumienia ciepła Φ przepływającego przez przegrodę, jak i wartość temperatur w dowolnym jej punkcie, w tym także szczególnie istotnej temperatury na jej powierzchni wewnętrznej 8i, przy użyciu następujących wzorów:

gdzie: ;

q - gęstość strumienia cieplnego, W\m²

Ф- strumień ciepła, W

- temperatura na powierzchni wewnętrznej przegrody, °C

U₀- współczynnik przenikania ciepła przegrody jednorodnej, W/m²k.)

t_i- wewnętrzna temperatura obliczeniowa, °C

t_e — zewnętrzna temperatura obliczeniowa, ^oC

A — pole powierzchni przegrody, m²

R_i — opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody, m²K/W

Całkowity opór cieplny przegrody lub inaczej względną izolacyjność cieplną przegrody wyznaczamy z zależności:

R_k=R_i+R_s+R_e

gdzie:

R_i- opór napływu ciepła

Rs- opór przewodzenia ciepła warstwy materiału

Re- opór odpływu ciepła

Opór cieplny przegrody jednorodnej lub warstwy jednorodnej wchodzącej w skład przegrody oblicza się ze wzoru:

gdzie:

d - grubość przegrody lub warstwy, m

λ - współczynnik przewodzenia ciepła materiału, W\(mK)

W praktyce posługujemy się odwrotnością oporu cieplnego, oznaczając go przez U i nazywając współczynnikiem przenikania ciepła. Przenikanie ciepła przez przegrodę obejmuje przejmowanie ciepła na powierzchniach przegrody oraz przewodzenie przez materiał przegrody. Przenikanie obejmuje zatem wszystkie trzy rodzaje wymiany ciepła: konwekcję, promieniowanie na powierzchniach i przewodzenie w przegrodzie. I jest to ilość ciepła przenikająca przez przegrodę w odniesieniu do jednostki powierzchni przegrody, czasu i różnicy pomiędzy temperaturą powietrza wewnętrznego zewnętrznego, czyli jest to gęstość ustalonego strumienia ciepła przepływającego między dwoma obszarami powietrznymi podzielonymi przegrodą, jeśli różnica temperatur między tymi obszarami wynosi l K jednostką miary jest W/m²K .

Współczynnik przenikani ciepła U₀ jest miarą strumienia ciepła przepływającego przez przegrodę, jest więc parametrem, który charakteryzuje właściwości izolacyjne przegród budowlanych. Współczynnik przenikania ciepła U_o przegrody jednorodnej lub złożonej z warstw jednorodnych o znanych grubościach [d] i współczynnikach przewodności cieplnej [λ] oblicza się ze wzoru:

gdzie:

R_i , R_e- opory przejmowania ciepła, odpowiednio na wewnętrznej i zewnętrznej stronie, m²K/W

R - opór przewodzenia ciepła (opór cieplny) przegrody, m²K/W

Przy projektowaniu budynków mieszkalnych lub zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej oraz budynków przemysłowych o kubaturze ogrzewanej do 1500 m³ dopuszczalne jest niewykonywanie szczegółowych obliczeń współczynnika przenikania ciepła przegród z mostkami termicznymi z uwzględnieniem wartości U_l i U_p (metoda dokładna) przy wyznaczaniu wartości w sposób uproszczony wg wzoru:

U=U₀+∆U₀

Gdzie:

U₀ - współczynnik przenikania ciepła przegrody bez uwzględnienia wpływu mostków termicznych liniowych i punktowych W/m²K

∆U₀ - dodatek do współczynnika U₀ wyrażający wpływ mostków termicznych (stabelaryzowany)

W celu wyprowadzenia parametru, który charakteryzował by właściwości izolacyjne przegrody, uwzględniając wpływ występujących w niej liniowych i punktowych mostków termicznych (metoda dokładna) należy przeprowadzić szereg obliczeń za pomocą metod numerycznych i innych (metod) w wyniku czego otrzymujemy wzór:

gdzie:

U₀ - współczynnik przenikania ciepła przegrody bez uwzględnienia wpływu mostków termicznych liniowych i punktowych W/m²K

U_l - liniowy współczynnik przenikania ciepła uwzględniający wpływ i-tego mostka liniowego W/m²K

U_p - punktowy współczynnik przenikania ciepła uwzględniający wpływ j-tego mostka punktowego W/m²K

A- powierzchnia przegrody w świetle przegród do niej prostopadłych z potrąceniem pola powierzchni ewentualnych okien i drzwi balkonowych, obliczonego w świetle oścież, m²

L_i- długość i-tego mostka liniowego, m

---