1.Sformułuj i omów r-nie gęstości strumienia cieplnego w radiacyjnej wymianie ciepła.

W odniesieniu do promieniowania jako nośnika energii cieplnej, natężeniu promieniowania odpowiada gęstości strumienia cieplnego emitowanego przez ciało na drodze promieniowania:
Natężenie promieniowania ciała czarnego dane jest wzorem: Eo=Co[T/100]’4

Co -współczynnik promieniowania ciała czarnego, równy 5.77 W/m2K4, T - temperatura bezwzględna powierzchni [ K ] .
Dla ciał szarych, to znaczy takimi które częściowo promieniowanie cieplne pochłaniają, a częściowo odbijają, Współczynniki promieniowania i pochłaniania dla promieniowania monochromatycznego są sobie równe (prawo Kirchoffa) i zawsze mniejsze od Co. Związane są one ze współczynnikiem promieniowania ciała czarnego zależnością (prawo Stefana – Boltzmanna): C =&E C₀ C - współczynnik promieniowania ciała szarego , &E - współczynnik emisji ( absorbcji) ciała szarego.

Stosunek natężenia promieniowania odbitego od natężenia promieniowania padającego nazywamy współczynnikiem odbicia „ ro" . Dla materiałów nieprzeźroczystych: p+&E=1

1-Gęstość strumienia cieplnego wyemitowana, na drodze promieniowania, przez wycinek dF1 i pochłaniana przez wycinek dF2 jest równa:

2-Ogólny wzór opisujący wymianę radiacyjną ciepła z pow. ciała szarego F1 do pow. ciała szarego F2 ma: E-emisja zastępcza, &-wsp. konfiguracji

$1 - dq_{1 - 2} = E_{1}E_{2}C_{o}\frac{cos\beta 1cos\beta 2}{\pi R^{2}}dF_{1}dF_{2}\left( \frac{t1}{100} \right)^{'}4$ $\ \ \ 2 - Q_{1 - 2} = E_{1}E_{2}C_{o}\varphi_{1 - 2}F_{1}\left\lbrack \left( \frac{t1}{100} \right)^{4}{- \left( \frac{1}{100} \right)}^{4} \right\rbrack$

2.Podaj definicję i omów pojęcie słonecznej temperatury powietrza.Jest to hipotetyczna temperatura powietrza, przy której ilość ciepła przekazywanego przegrodzie przez konwekcję byłaby równa ilości ciepła wymienianej między przegrodą, a powietrzem zewnętrznym, z uwzględnieniem promieniowania słonecznego, padającego na tę przegrodę. gdzie:ts - temperatura słoneczna powietrza, te - temperatura powietrza zewnętrznego, E- emisyjność promieniowania wysokotemperaturowego przegrody, I promieniowania słonecznego, ak’’- współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję dla temperatury powietrza zewnętrznego ts, ak'- współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję dla realnej temperatury powietrza zewnętrznego, t - temperatura powierzchni przegrody. Temperaturę słoneczną skorygowaną, można więc wyznaczyć z poniższej zależności:gdzie współczynnik przejmowania ciepła w złożonej wymianie ciepła jest określony poniższym wzorem:gdzie: ar - współczynnik przejmowania ciepła dla promieniowania niskotemperaturowego dla wymiany ciepła między powierzchnią przegrody a nieboskłonem.

${1 - t}_{s} = t_{e} + \frac{\text{εI}}{\alpha_{k}^{''}} + t\frac{\alpha_{k}^{''} - \alpha_{k}^{'}}{\alpha_{k}^{''}}$ 2- $t_{s} = t_{e} + \frac{\text{Iε}}{\alpha_{e}^{}} - \frac{\alpha_{r}^{} - t}{\alpha_{e}^{}}$ 3- α_e = α_k + α_r

4.Omów temperaturę nieboskłonu Oprócz przejmowania ciepła na drodze konwekcji z powietrzem zewnętrznym, oraz na drodze promi­eniowania wysokotemperaturowego ze słońcem, powierzchnia przegrody wymienia ciepło na drodze promieniowania nieboskłonem. t_n=t_e 4^0.526 + 0.075^p gdzie: tn - bezwzględna temperatura nieboskłonu, te - bezwzględna temperatura powietrza, p - prężność cząstkowa pary wodnej w powietrzu [mm Hg].Przy założeniu, że temperatura nieboskłonu tn jest niższa od temperatury powietrza zewnętrznego te o pewną wartość At, to dla powierzchni zewnętrznej można zapisać równanie bilansu cieplnego: El-a_k(t-te)- a_r(t-t_e + At) = (a_k+a_r)(t_s-t)

gdzie: ts - skorygowana temperatura słoneczna.

3.Warunki brzegowe (war jednoznaczności rozwiązania) rów przewodnictw cieplnego.

W ogólnym przypadku, gdy przepływ ciepła ma charakter trójwymiarowy i niestacjonarny, rozwiązanie równania przewodnictwa cieplnego wymaga określeni warunku początkowego. Poza warunkiem początkowym, rozwiązanie szczególneniestacjonarnego równania przewodnictwa cieplnego wymaga określenia warunków jednoznaczności rozwiązania, które nazywamy warunkami brzegowymi. Warunki brzegowe opisują sposób wymiany ciepła na granicy obszaru o jednorodnych cechach cieplnych, w którym przewodzenie ciepła jest opisane jednym równaniem. 1)gdy znany jest rozkład temp na brzegu obszaru w danej chwili tF(τ)=f(τ); 2)gdy znana jest gęst. strum. cieplnego na brzegu obszaru w danej chwili qF(τ)=f(τ);

3) gdy znana jest temp otoczenia oraz zależność opisująca wymianę ciepła między ciałem stałym a otoczeniem zgodnie z prawem Newtona. -λ(grad t )F =α(tF-tc) określa param przejmowania ciepła z przegrody do otoczenia. 4)war ciągłości strumienia ciepl, na styku jednorodnych mat; wyst ciągłości strumienia cieplnego oraz ciągłość temp (dotyczy wszystkich przegród wielowarst) t1F(τ)=t2F(τ); λ1(grad t1)= λ2(grad t2)F

8. KONWEKCJA podział: `1)Swobodna-jest wynikiem różnic gęstości spowodowanych wzrostem objętości gazu ze wzrostem temp. Bezpośrednio przy ścianie powst nieruchoma wartswa powietrza. Burzliwy ruch powietrza: Zależą od: ^różn temp ^wsp wyrówn temp ^lepkości kinem powietrz ^wsp λ–wsp przejmowania ciepła na drodze konwekcji. Opór przejmowania ciepła: Rs=1/α_k Np.oznaczmy tsi: q=ti-tsi/Rsi2)wymuszona-jest wynikiem zewn czynników wymuszających ruch powietrza np. wiatr po str zewn i wentylatory, ruch maszyn produkcyjnych po str wewn(też kurtyny powietrzne). Ruch powietrza jest ruchem poziomym oraz L_kr obejmuje obszar który spełnia warunek: Re≤1,8*10^5 ; Lkr=1,7-2m 3)mieszana-ruch spowodowany jest wspomagany czynnikami zewn. Dla ściany pionowej; powoduje wzrost o ok. 50% q=(ti-te)/R; q=(ti-tsi)/Rsi; Rsi=1/α_si9

5. Współczynnik przenikania ciepła U charakteryzuje statyczną pracę przegród zewnętrznych. W rzeczywistości przegrody, na skutek zmiennych w czasie wymuszeń zewnętrznych (takich jak temperatura powietrza zewnętrznego i wewnętrznego , prędkość wiatru współczynnik przejmowania ciepła ) „pracują” jako układy dynamiczne. W pewnych warunkach może doprowadzić do wystąpienia bardzo dużych błędów w ocenie termoizolacyjności przegrody.

W związku z powyższą zależnością, dla ścianki wielowarstwowej opór przewodzenia ciepła jest sumą oporów poszczególnych warstw, jak i – co łatwo udowodnić – oporów cieplnych szczelin powietrznych. q=^t/R U=1/ 1/a1+ sumR +1/a2

6. Omów wymianę ciepła na drodze przewodzenia przez 1 warstwową ścianę zewnętrzną budynku. Przewodzenie ciepła w ciałach stałych w sposób ilościowy opisuje empiryczne prawo Fouriera: q = - L grad t gdzie: q - wektor gęstości strumienia cieplnego, □ -współczynnik przewodzenia ciepła , t - temperatura

Przez powierzchnię odległą o x od początku układu współrzędnych dopływa do elementu, w czasie , ilość ciepła: dQ'_x =q_xdydzdT przez powierzchnię zaś odległą o x + dx odpływa ciepło: Bilans energetyczny prostopadłościanu odniesiony do okresu czasu dTał z uwzględnieniem możliwości wewnętrznego wydzielania się ciepła można wyrazić opisowo w następujący sposób: ciepło doprowadzone do prostopadłościanu - ciepło odprowadzone z prostopadłościanu + ciepło wydzielone w elemencie = przyrost energii wewnętrznej prostopadłościanu + praca zewnetrzna

7.Wymień i omów kryteria termoizolacyjności budynków. Sformułuj r-nia kryterialne.

Podstawowe wymagania dotyczące termo­izolacyjności elementów konstrukcji nazywane są kryteriami termoizolacyjności. Kryterium współczynnika przenikania ciepła przez przegrody nieprzeźroczyste Kryterium to dotyczy ścian (przegród zewnętrznych), których współczynnik przenikania ciepła U, nie może być większy od pewnej wartości maksymalnej, określonej w rozporządzeniu o warunkach mechanicznych U < U_m„ U=Uo+^U Kryterium minimalnego oporu cieplnego przegród stykających się z gruntem (ściany, podłogi) Suma oporów cieplnych warstw podłogowych, dodatkowej izolacji cieplnej (poziomej lub pionowej) i gruntu,obliczona zgodnie z Polską Normą nie powinna być mniejsza od wartości określonych w wymaganiach technicznych. Rg>Rmin Kryterium maksymalnej powierzchni okien W budynku mieszkalnym pole powierzchni A0, wyrażone w m2 okien oraz przegród szklanych i przezroczystych, o współczynniku przenikania ciepła U nie mniejszym niż 2,0 [W/m2K] obliczone według ich wymiarów modularnych nie może być większe niż wartość Ao<Aomax, Aomax=0,15Az+0,03Aw Az - jest sumą powierzchni rzutu poziomego (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych Aw - jest sumą powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkichkondygnacji po odjęciu Az . Kryterium punktu rosy W budynku mieszkalnym, budynku użyteczności publicznej, a także w budynku przemysłowym opór cieplny nieprzezroczystej przegrody zewnętrznej powinien umożliwiać utrzymanie na wewnętrznych jej powierzchniach temperatury wyższej co najmniej o 1°C od temperatury punktu rosy Qt>ts+1ts - temperatura punktu rosy, ts =10,7[°C],Qi - temperatura powierzchni przegrody wewnętrznej

Kryterium ograniczenia zawilgocenia przegród maksymalnej kondensacji pary wodnej) Przegrody zewnętrzne powinny być zabezpieczone przed zawilgoceniem spowodowanym przez kondensację pary wodnej w ich wewnętrznych warstwach.Kondensacja pary wodnej w przegrodzie jest dopuszczalna, ale nagromadzenie kondensatu nie powinno powodować większego przyrostu wilgotnościniż wartości dopuszczalne określone w PN-82/B- 02020. ^U<^Umax

Ryzyko wystąpienia pleśni na powierzchniach przegród budowlanych Warunki związane z ochroną budynków przed zawilgoceniem zawarte są w normie PN-EN ISO 13788:2003 Aby uniknąć rozwoju pleśni, wilgotność względna powietrza przy powierzchni przegrody zewnętrznej nie powinna przekraczać wartości 80%. Obliczenia wykonywane są dla średnich warunków brzegowych, dla każdego miesiąca w roku .wyliczona wartość współczynnika temperaturowego na wewnętrznej powierzchni przegrody fRsi pełniła warunek: fRsi>fRsi,max

Kryterium szczelności przegród budowlanych W budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, budynku użyteczności publicznej, a także w budynkuprodukcyjnym przegrody zewnętrznenieprzezroczyste, złącza między przegrodami i częściami przegród oraz połączenia okien z ościeżami należy projektować i wykonywać pod kątem osiągnięcia ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza. W budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego i budynku użyteczności publicznej współczynnik infiltracji powietrza dla otwieranych okien i drzwi balkonowych w pomieszczeniach, w których napływ powietrza zewnętrznego jest zapewniony przez nawiewniki, powinien wynosić nie więcej niż 0,3 m3/(m • h • daPa2/3), a w pozostałych przypadkach powyżej 0,5, lecz nie więcej niż 1,0 m3/(m • h daPa2/3).

9. TEORIA PODOBIEŃSTWA- pewna ilość licz zdefiniowany- Liczba Reynoldsa: Re=V*L/υ gdzie V-prędk przepływu płynu, L-wymiar charakteru przegrody w kier ruchu płynu, υ-lepkość kinemat powietrza Liczba Grashofa:Gr=g*L^3*β*Δt/υ^2 gdzie g-przysp ziems , β-wsp rozszerzalności cieplnej powietrza równy odwrotnoś temp w skali bezwgl β=1/T Liczba Prandtla: Pr=υ/a gdzie a-wsp wyrówn temp dla powietrza Liczba Nusselta: Nu=α*L/λ gdzie α-wsp przejmowania ciepła na pow przegrody(przez konwekcję); λ- współ przewodzenia ciepła;

10. Sformułuj i omów związek pomiędzy liczbą podobieństwa Nusselta a wsp przejmowania ciepła α w konwekcyjnej wymianie ciepła: Nu=α*L/λ gdzie L-wymiar przegrody w kierunku ruchu płynu; α-wsp przejmowania ciepła na drodze konwekcji; λ-wsp przewodz ciepła powietrza.Z wiązek między Nu a α zależy od rodzaju konwekcji: 1)w konwekcji swobodnej-zjawisko przenoszenia ciepła można opisać wzorem dla r. burzliwego: Nu=0,135(GrPr)^(1/3): Gr-liczba Grashofa α*L/λ=0,135*[g*L^3*β*Δt*υ/(υ^2*a)]^1/3 Dochodzimy do wniosku że wys ściany nie wpływa na warunki przejmowania ciepła z powietrza do mat stałego: -wzór konwekcyjny: α_k=1,66*pierw3stop[Δt] (α_k-wsp przejmow ciepła na drodze konwekcji). Opór przejmowania ciepła: Rs=1/α_k 2)W konw wymuszonej: Nu=0,03*R*Re^(0,8) ; α_k=6,42*[υ^0,8/L^0,2] 3)W konwek mieszanej: Nu=0,135*[1+0,5*(Re^2/Gr)^0,5]*[Gr*Pr]^1/3gdzie α wzrasta o 50%=>Wsp przenik ciepła na pow wew: α_k=1,66*pierw3st[Δt]