Politechnika Warszawska WBMiP w Płocku

Laboratorium Fizyki budowli

Temat: Rozkład temperatury i ciśnienia pary wodnej w przegrodzie.

Prowadzący: mgr inż. Michał Borkowski

Wykonali: Rafał Niewęgłowski Jakub Flak

Data wykonania ćwiczenia:

24.05.2011 r.

Ocena:

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wykonanie obliczeń współczynnika przenikania ciepła i strat ciepła przez przenikanie przez przegrodę budowlaną z wykorzystaniem programu PURMO OZC.

Zakres ćwiczenia obejmuje obliczenie wartości współczynnika przenikania ciepła - U oraz strat ciepła przez przenikanie - Qo przegrody budowlanej spełniającej wymagania

izolacyjności cieplnej.

2. Podstawy teoretyczne

Współczynnik przenikania ciepła (U)- współczynnik określany dla przegród cieplnych, szczególnie w budownictwie, 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),[W]

• U - współczynnik przenikania ciepła, [W/m²K]

• S - powierzchnia przegrody, [m²]

• ΔT - różnica temperatur po obu stronach przegrody, [ºC]

Współczynnik przenikania ciepła jest odwrotnością współczynnika oporu cieplnego:

gdzie:

• R_T- współczynnik oporu cieplnego [m²K/W]

Straty ciepła przez przenikanie(Q_p)- jest to suma straty ciepła poszczególnych przegród lub ich części.

gdzie:

• Q_o - straty ciepła poszczególnych przegród lub ich części, dla których obliczeniowy współczynnik przenikania ciepła k ma jednakową wartość, [W]

Straty ciepła Q_o wyznacza się z zależności:

-

gdzie:

• k - współczynnik przenikania ciepła , [W/m]

• t_i - obliczeniowa temperatura w pomieszczeniu, [ºC]

• t_e - obliczeniowa temperatura w przestrzeni przyległej do danej przegrody, [ºC]

• A - powierzchnia przegrody lub jej części, [m²]

3. Opis i charakterystyka programu PURMO OZC

Program Purmo OZC służy do wspomagania obliczenia projektowego obciążenia cieplnego budynków wg normy PN EN 1283, zapotrzebowania na moc cieplną pomieszczeń o kubaturze do 600 m3 wg normy PN 03406 oraz określenia sezonowego zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych.

4. Opis przeprowadzonego ćwiczenia:

Przegroda składa się z warstw:

1. Tynk cementowo-wapienny o grubości 0,04 m, gęstości ρ = 1850 (kg/m³), współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,820 (W/m∙K), oporze R = 0,049 (m²∙K/W).

2. Mur z cegły ceramicznej pełnej o grubości 0,24 m, gęstości ρ = 1800 (kg/m³), współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,770 (W/m∙K), oporze R = 0,0,312 (m²∙K/W).

3. Płyty z wełny mineralnej Rockton, o grubości 0,15 m, gęstości ρ = 50 (kg/m³), współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,036 (W/m∙K), oporze R = 4,167 (m²∙K/W).

4. Tynk cementowo-wapienny o grubości 0,03 m, gęstości ρ = 1850 (kg/m³), współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,820 (W/m∙K), oporze R = 0,037 (m²∙K/W).

Jest to przegroda ściany zewnętrznej, w warunkach wilgotnościowych średnio wilgotnych. Temperatura po stronie wewnętrznej przegrody wynosi 20^oC, po stronie zewnętrznej przegrody -20 ^oC. Przyjęto III strefę klimatyczną.

Opór przejmowania wewnątrz Ri=0,130 m²K/W

Opór przejmowania na zewnątrz Re= 0,040 m²K/W

Grubość przegrody G=0,460m

Suma oporów przejmowania i przewodzenia = 4,734m²K/W

Współczynnik przenikania ciepła U= 0,211 W/m²K

Przegroda spełnia wymagania stawiane przez rozporządzenie. Wartość współczynnika jest mniejsza niż maksymalną wartość podana w normie.

Wykres nr 1.: Rozkład temperatury w przegrodzie.

Wykres nr 2.: Rozkład ciśnienia pary wodnej w przegrodzie.

Na wykresie nr 2.: Rozkładu ciśnienia pary wodnej w przegrodzie krzywe ciśnienia cząstkowego i ciśnienia nasycenia przecinają się. Oznacza to, że w tym miejscu występuje temperatura punktu rosy i wykrapla się w tym miejscu woda.

Sprawdzenie temperatury punktu rosy

Obliczenie temperatury na wewnętrznej powierzchni ściany:

Twew=Ti-U*(Ti-Te)*Rsi= 20-0,211*(20-(-20))*0,167 = 18,59 °C

gdzie:

Twew - temperatura na wewnętrznej powierzchni ściany [°C]

U - współczynnik przenikania ciepła, [W/m²K]

Ti - temperatura wewnątrz pomieszczenia

Te - temperatura za zewnątrz

Rsi - opór przejmowania ciepła

Ciśnienie stanu nasycenia ps dla temperatury 18,59°C wynosi 2145 Pa. Wartość pobrana z tablicy.

Obliczenie ciśnienia rzeczywistego:

pi = φi * ps /100 = 50 * 2145 / 100 = 1072,5 Pa

gdzie:

φi - wilgotność względna powietrza wewnątrz pomieszczenia [%]

ps - ciśnienie stanu nasycenia [Pa]

Na podstawie obliczonego ciśnienia rzeczywistego stwierdzamy temperaturę punktu rosy wynoszącą 8°C. (Na podst. tablicy)

Projektowana strata ciepła przegrody

HTie = A * Uk * ek = 10 * 0,211 * 1 = 2,11 W/K

gdzie:

A - powierzchnia przegrody [m²]

Uk - Współczynnik przenikania ciepła

ek - współczynnnik

HTie - współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni zew. do wnętrza pomieszczenia. [W/K]

ΦTi = HTie * (θint - θe) = 2,11 * 40 = 84.4 W

gdzie:

ΦTi - strata ciepła przegrody [W]

θint - temperatura zewnętrzna

θe - temperatura wewnętrzna

5. Wnioski

- na podstawie obliczeń wykonanych przez program wynika, że zaprojektowana przegroda budowlana spełnia wymagania cieplne odnośnie współczynnika przenikania ciepła zawartego w załączniku do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 2 kwietnia 2002 roku.

- na podstawie przeprowadzonych obliczeń wynika, że przegroda może być stosowana do budowy domów jednorodzinnych.

- w zaprezentowanej przegrodzie występuje kondensacja pary wodnej w warstwie izolacji termicznej, co jest dopuszczalne.

---