1. Wyjaśnij pojęcia: konwekcja, przewodzenie, promieniowanie

Konwekcja - proces przenoszenia ciepła wynikający z makroskopowego ruchu materii w gazie bądź cieczy, np. powietrzu, wodzie. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła.

Przewodzenie ciepła - proces wymiany ciepła między ciałami o różnej temperaturze pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Polega on na przekazywaniu energii kinetycznej bezładnego ruchu cząsteczek w wyniku ich zderzeń. Proces prowadzi do wyrównania temperatury między ciałami.

Promieniowanie cieplne (termiczne) to promieniowanie, które emituje ciało mające temperaturę większą od zera bezwzględnego gdy znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej z promieniowaniem. Promieniowanie to jest falą elektromagnetyczną o określonym widmie częstotliwości.

2. Czym różni się (zasadnicza różnica) konwekcja od promieniowania.

Promieniowanie jest emitowane przez wszystkie ciała ( bo wszystkie ciała mają temperaturę wyższą od 0 bezwzględnego, są więc źródłem promieniowania cieplnego), zachodzi w stosunkowo niewielkiej skali. Konwekcja to makroskopowy ruch cząstek (w bardzo dużej skali - ogromne odległości) zachodzący w płynach (gazy i ciecze) przy towarzyszącej zmianie gęstości.

3. Jak zmieni się wilgotność względna gdy temperatura wewnętrzna obniży się. Wytłumacz.

Wraz z obniżeniem temperatury wewnętrznej, wzrasta wilgotność względna w pomieszczeniu.

Wynika to bezpośrednio ze wzoru na wilgotność względną - jest to stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej do ciśnienia stanu nasycenia w danej temperaturze i danym ciśnieniu barycznym. Ponieważ wraz ze spadkiem temperatury maleje ciśnienie stanu nasycenia (a więc zmniejsza się mianownik we wzorze), to przy założeniu, że ciśnienie baryczne nie ulega zmianie, zwiększa się wilgotność względna.

4. Jak zmieni się wilgotność bezwzględna jeśli temperatura obniży się. Wytłumacz.

Wilgotność bezwzględna to ilość pary wodnej w jednostce masy lub objętości powietrza. Zakładamy, że na początku mamy powietrze nienasycone. Wraz z obniżaniem temperatury zmniejsza się maksymalna ilość pary wodnej mogącej zmieścić się w 1m³ powietrza (podczas schładzania powietrze traci zdolność magazynowania pary wodnej). Jeżeli przejdziemy przez punkt rosy, to część wilgoci się skropli i zmniejszy się ilość pary wodnej zawartej w powietrzu (zmniejszy się wilgotność bezwzględna). Jeżeli nie przejdziemy przez punkt rosy, to wilgotność bezwzględna nie zmieni się, będzie natomiast wzrastać wilgotność względna ( punkcie rosy osiąga 100%).

5. Naszkicuj wykresy ( w proporcjach) psat i p dla przegrody o układzie warstw: stropodach : żelbet 25 cm, wełna mineralna 15 cm, warstwa wyrównawcza 5 cm, papa 1 mm. Opisz osie. Opisz wykresy. Opisz jednostki. Podaj możliwości poprawy- odpowiedź uzasadnij wykresem. (ważne !)

6. Zapisz warunek pleśnienia przegrody na wewnętrznej powierzchni wiedząc ,że Ti=22, te = -3, U ściany 0.95 W/m2K i Rsi=0.25, fisi,min=0.72.

7. W jaki sposób można zapobiec pleśnieniu wewnętrznej powierzchni przegrody.

Pleśń powstaje w wyniku skraplania się wilgoci na powierzchni przegrody. Skraplanie wilgoci zachodzi wówczas, gdy powietrze stykające się z chłodnymi powierzchniami przegrody ochładza się poniżej temperatury punktu rosy.

Aby uniknąć rozwoju pleśni, wilgotność względna powietrza przy powierzchni przegrody zewnętrznej nie powinna przekraczać wartości 80% . Obliczenia są wykonywane dla średnich warunków brzegowych w poszczególnych miesiącach roku. Dla każdego miesiąca w roku należy wykonać następujące kroki obliczeniowe:

1. Zdefiniować średnią miesięczną temperaturę i wilgotność powietrza zewnętrznego dla danej lokalizacji.
2. Zdefiniowań temperaturę wewnętrzną.
3. Obliczyć wilgotność względną powietrza we wnętrzu na podstawie różnicy ciśnień lub sposobu wentylowania wnętrza lub też przyjąć jako stałą dla wnętrz klimatyzowanych. Do obliczonej wartości wprowadza się poprawki, zwiększające margines bezpieczeństwa, zgodnie z zasadami podanymi w normie.
4. Przyjmując maksymalną dopuszczalną wilgotność względną powietrza przy powierzchni jako 80%, oblicza się wartość dopuszczalnego ciśnienie stanu nasycenia.
5. Na tej podstawie wyliczana jest w dalszej kolejności wartość minimalnej dopuszczalnej temperatury powierzchni Tsimin.
6. Dla temperatury Tsimin i średnich wa-runków miesięcznych w otoczeniu obliczany jest minimalny współczynnik temperaturowy f Rsi,min z zależności:


7. Krytycznym miesiącem jest ten, dla którego wymagana wartości fRsi,min jest największa. Współczynnik temperaturowy dla miesiąca krytycznego oznaczony jest symbolem f Rsi,max, a budynek należy zaprojektować tak, aby wyliczona dla przegrody wartość f Rsi spełniała zawsze warunek: f Rsi > f Rsi,max
Współczynnik temperaturowy na wewnętrznej powierzchni przegrody

w którym U to współczynnik przenikania ciepła analizowanej przegrody.

8. W jakich warunkach można prowadzić poprawne badania termowizyjne budynków od zewnątrz.

Wymagane warunki to:

• odpowiednia różnica temperatur pomiędzy wnętrzem budynku a temperaturą zewnętrzną powietrza (co najmniej 10 st; badania termowizyjne najlepiej przeprowadzać zimą, bo im większa różnica temperatur, tym większy strumień ciepła)

• brak promieniowania cieplnego (żeby ściany budynków nie nagrzały się) (noc lub nad ranem)

• zestaw sprzyjających warunków pogodowych (bezwietrznie, bez opadów, bez mgły - bo woda pochłania część energii)

• minimalna zmienność warunków pogodowych przed badaniem

• pole wolne od zakłóceń lub odbić

Najlepiej : zima, nad ranem, bezchmurne niebo

9. Czy termowizja służy do określania współczynnika przenikania ciepła U?

Badań termowizyjnych nie można w sposób bezpośredni wykorzystać do dokładnego określania współczynnika przenikania ciepła ze względu na nieustabilizowane warunki meteorologiczne.

Poza tym ściana ma sporą pojemność cieplną i ustabilizowanie przepływu ciepła i wyrównanie temperatur zajmuje sporo czasu (a w tym czasie zmieni się temperatura na zewnątrz). Ponadto, dobrze docieplona ściana przyjmuje temperaturę bliską otoczeniu, więc błąd oszacowania współczynnika przejmowania ciepła rośnie (R_e=0.04 przyjmuje się do obliczeń, ale w rzeczywistości waha się on w szerokich granicach, a wraz z nim zmienia się wartość U).

10. Czy opór cieplny to R=λ/d , czy R=d/ λ .

Opór cieplny jest to stosunek grubości warstwy materiału do współczynnika przewodnictwa cieplnego rozpatrywanej warstwy materiału.

gdzie:

Ri - opór cieplny warstwy materiału [m2K/W],

di - grubość warstwy materiału [m],

λi - współczynnik przewodnictwa cieplnego [W/mK].

11. Jaka jest jednostka oporu cieplnego R.

gdzie:

Ri - opór cieplny warstwy materiału [m2K/W],

di - grubość warstwy materiału [m],

λi - współczynnik przewodnictwa cieplnego [W/mK].

Jednostką oporu cieplnego jest w układzie SI:

12. Czym różni się współczynnika przenikania ciepła U od współczynnika przewodzenia ciepła λ. Podaj odpowiednie wzory.

λ jest wartością charakteryzującą materiał, natomiast U charakteryzuje całą przegrodę (komponent z różnych materiałów).

Współczynnik przenikania ciepła (U, również (zwłaszcza dawniej) - k) - współczynnik określany dla przegród cieplnych, umożliwiający obliczanie ciepła przenikającego przez przegrodę cieplną, a także porównywanie własności cieplnych przegród budowlanych. Ciepło przepływające przez przegrodę wyznacza wzór:

Z tego wynika:

gdzie:

Q - ilość przepływającego ciepła w jednostce czasu (moc cieplna),

U - współczynnik przenikania ciepła,

S - powierzchnia przegrody,

ΔT - różnica temperatur po obu stronach przegrody.

Współczynnik przenikania ciepła jest odwrotnością współczynnika oporu cieplnego:

gdzie:

R_T: współczynnik oporu cieplnego [m²K/W]

Przewodność cieplna, inaczej współczynnik przewodnictwa ciepła, (k lub λ), określa, jaki strumień ciepła przenika w ciągu 1 godziny przez 1m2 materiału budowlanego grubości 1 m, jeżeli różnica temperatur po obu stronach powierzchni tegoż materiału wynosi 1 K (określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła)
λ=W/mK

W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej.

Współczynnik przewodzenia ciepła λ jest uwikłany we wzór na współczynnik przewodzenia ciepła U, bo U jest odwrotnością oporu cieplnego R, a opór jak wiemy wyliczamy ze wzoru

13. Co to jest mostek cieplny. W jaki sposób we współczynniku przenikania ciepła U uwzględnia się wpływ mostków cieplnych.

Mostek termiczny (zwany także cieplnym) to element przegrody budowlanej o znacznie wyższym niż sąsiadujące z nim elementy współczynniku przewodzenia ciepła. Na skutek tej cechy, przy różnicy temperatur wewnątrz i na zewnątrz budynku, dochodzi do punktowego wychładzania przegrody. Poprzez mostek termiczny następuje więc wzmożona, niekontrolowana utrata ciepła. Jest ona wprost proporcjonalna do wielkości mostka termicznego.
W miejscu powstawania mostka cieplnego temperatura powierzchni ściany obniża się często do tego stopnia (przede wszystkim w zimnych porach roku), że przekroczony zostaje temperatura punktu rosy - skraplania się pary wodnej. Zjawisko to niesie ze sobą duże ryzyko zawilgocenia ścian pomieszczenia oraz wielu innych negatywnych konsekwencji.

Najbardziej zagrożone występowaniem mostków termicznych są węzły konstrukcyjne, gdzie łączą się różne elementy przegród zewnętrznych budynku. Do miejsc takich należą: połączenie dachu i ściany zewnętrznej, miejsce obsadzenia okien, połączenie balkonu ze stropem, wieńce i nadproża, ściany piwnic i wieńce stropu nad piwnicą.

Konsekwencje powstania mostków termicznych

• niekontrolowana utrata ciepła, skutkiem której są duże straty energetyczne oraz ujemny wpływ na bilans cieplny budynku. W takim przypadku znacznie rosną koszty ogrzewania pomieszczenia, których można by uniknąć w odpowiednio zaizolowanym termicznie budynku.

• wychłodzenie przegrody budynku. Może ono doprowadzić do jej zawilgocenia na skutek skraplania się pary wodnej. Sytuacja taka sprzyja tworzeniu i rozwojowi grzyba lub pleśni w pomieszczeniach i budynkach mieszkalnych. Oprócz tego, że zjawisko to jest niezwykle nieestetyczne, ma również negatywny wpływ na zdrowie człowieka. Przyczynia się do powstania lub nasilenia alergii, może także powodować choroby reumatyczne, układu oddechowego, grzybice, a nawet nowotwory.

• mostek termiczny może przyczyniać się również do poważnych uszkodzeń elementów konstrukcji budynku. Sytuacja taka jest prawdopodobna, m.in. w miejscu nieizolowanego połączenia płyty balkonowej ze stropem. Temperatura pierwszego elementu zmienia się wraz z warunkami atmosferycznymi. Strop budynku posiada natomiast temperaturę pokojową. Wynikająca z tego różnica na styku elementów powoduje zarysowania i pęknięcia płyty balkonowej.

14. Podaj dwa podstawowe kryteria, od których zależy grubość termoizolacji (ocena ekonomiczna).

- koszt eksploatacji

- koszt inwestycji

Im większa jest grubość termoizolacji, tym koszty eksploatacji budynku (rozłożone w czasie) maleją.

Im większa jest grubość termoizolacji, tym wyższy jest koszt inwestycji (wydatkowany w momencie realizacji przedsięwzięcia, jednorazowo).

Poszukujemy optymalnej grubości termoizolacji, przy której poniesiemy najmniejszy koszt całkowity (wykres, wykład 26.04.2010).

---