Zhrnutie na Fyzika budov a prenos tepla
Fyzika Budov a Prenos Tepla: Detailný Rozbor a Tipy
Úvod
Tento materiál poskytuje súhrn podstatných pojmov, vzťahov a praktických poznatkov z oblasti tepelná technika vhodný pre samostatné štúdium. Zameriava sa na výpočty tepelných strát a ziskov, prenos tepla a vlhkosti, vplyv zasklenia, vetranie a zabezpečenie vnútornej pohody. Pozor: obsah nezahrňuje podrobnosti o stavebnej fyzike, termodynamike a energetickej hospodárnosti, ktoré sú riešené inde.
Základné princípy prenosu tepla
Spôsoby prenosu tepla
- Vedenie (kondukcia): teplo sa šíri v materiáloch proti smeru teplotného gradientu.\
Definícia: Teplo sa šíri proti smeru teplotného gradientu.
- Konvekcia: výmena tepla medzi povrchom a okolným fluidom (vzduchom). Pri výpočtoch sa používa súčiniteľ prestupu tepla $h_c$ alebo $h_r$.
- Žiarenie: prenos tepla elektromagnetickým žiarením; intenzitu popisuje Stefan–Boltzmannov zákon.
Tepelné odpory a súčinitele
- Tepelný odpor vrstvy: $$R=\frac{d}{\lambda}$$ kde $d$ je hrúbka, $\lambda$ súčiniteľ tepelnej vodivosti.
- Odpor pri prechode tepla cez konštrukciu: $$R_T=R_{si}+R+R_{se}$$ kde $R_{si}$, $R_{se}$ sú odpor pri prestupe na vnútornom a vonkajšom povrchu.
- Súčiniteľ prestupu tepla (U): $$U=\frac{1}{R_T}$$
Definícia: Tepelný odpor konštrukcie pri prechode tepla zahŕňa vnútorné a vonkajšie povrchové odpory.
Pri výpočte tepelných strát a povrchových teplôt
- Používame tepelný odpor konštrukcie pri prechode tepla (teda vrátane $R_{si}$ a $R_{se}$).
- Výpočet lineárnych tepelných strát pri detailoch (tepelný most) sa charakterizuje lineárnym stratovým súčiniteľom (trojzubec) pre interakciu rám–zasklenie–vyplň.
Energetická bilancia vnútorného priestoru
- Základná rovnica: $$Q_T + Q_v = Q_s + Q_p + Q_e + H$$
- $Q_T$ = tepelné straty vedením, $Q_v$ = tepelné straty vetraním/infiltráciou
- $Q_s$ = teplotný zisk zo slnečného žiarenia, $Q_p$ = zisky od osôb
- $Q_e$ = vnútorné tepelné zisky (spotrebiče), $H$ = výkon vykurovacieho/chladiaceho systému
Praktický príklad: Ak sú zimné tepelné straty $Q_T+Q_v=4000\ \mathrm{kWh/rok}$ a vnútorné plus solárne zisky $Q_s+Q_p+Q_e=2500\ \mathrm{kWh/rok}$, vykurovací systém musí dodať $H=1500\ \mathrm{kWh/rok}$.
Vetranie, rekuperácia a minimálne výmeny vzduchu
- Minimálna intenzita výmeny vzduchu pre obytné miestnosti: $$n\ge 0{,}5\ \mathrm{h^{-1}}$$
- Rekuperácia: spätné získavanie energie (tepla) z odpadového vzduchu pomocou výmenníka tepla.
Definícia: Rekuperácia je systém, ktorý odoberá teplo z odvádzaného vzduchu a prenáša ho do privádzaného vzduchu.
Praktická poznámka: mechanické vetranie s rekuperáciou je súčasťou štandardu pre ultra-nízkoenergetické a takmer nulové budovy.
Vlhkosť, difúzia a kondenzácia
- Prenos látky v stavebnej konštrukcii je najmä difúzia vodnej pary.
- Faktor difúzneho odporu $\mu$ udáva, koľkokrát je odpor materiálu voči difúzii vodnej pary vyšší než odpor vzduchu.
- Kondenzácia vodnej pary v konštrukcii je prípustná len v obmedzenej miere, ak neohrozí funkciu konštrukcie a sú splnené normové podmienky na maximálne množstvo skondenzovanej pary alebo ročnú bilanciu.
Definícia: Ekvivalentná hrúbka difúznej vrstvy je hrúbka vzduchovej vrstvy, ktorá by mala rovnaký odpor voči difúzii ako daný materiál.
Rovnica pre vylúčenie rizika plesní (slovami): vnútorná povrchová teplota $\theta_{si}$ musí byť na každom mieste konštrukcie bezpečne nad teplotou rosného bodu; platí pri relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu $\mathrm{RH}\le 80%$.
Tepelné mosty a povrchové teploty
- Tepelný most: časť obvodového plášťa s deformovaným teplotným poľom, čo spôsobuje výrazne odlišnú vnútornú povrchovú teplotu oproti okoliu.
- Pre posúdenie rizika plesní a tepelných mostov sledujeme lokálne povrchové teploty a ich rozdiel oproti roseniu.
Zaregistruj sa pre celé zhrnutieUž máš účet? Prihlásiť sa
Tepelná technika - prehľad
Klíčová slova: Stavebná fyzika, Tepelná technika, Termodynamika, Energetická hospodárnosť
Klíčové pojmy: Rovnica energetickej bilancie: $Q_T+Q_v=Q_s+Q_p+Q_e+H$., Tepelný odpor vrstvy: $R=\frac{d}{\lambda}$ a $R_T=R_{si}+R+R_{se}$., Súčiniteľ prestupu tepla: $U=\frac{1}{R_T}$., Minimálna výmena vzduchu pre obytné miestnosti: $n\ge 0{,}5\ \mathrm{h^{-1}}$., Rekuperácia: spätné získavanie tepla z odvádzaného vzduchu cez výmenník., Riziko plesní vylúčime, ak $\theta_{si}$ je nad teplotou rosného bodu pri $\mathrm{RH}\le 80\%$., Daltonov zákon: $p_b=p_v+p_d$ (sčítanie parciálnych tlakov)., Nízkoemisná vrstva znižuje spätné vyžarovanie tepla do interiéru., Pri výpočte tepelných strát okien zohľadniť plochové aj lineárne straty (styky)., Ekvivalentná hrúbka difúznej vrstvy = hrúbka vzduchovej vrstvy s rovnakým difúznym odporom.