PROPOZYCJA METODY OKREŚLANIA IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ OKNA PODWÓJNEGO. 1. Wprowadzenie

Transkrypt

1 Robert GERYŁO 1 Jarosław AWKSIENTJK 2 PROPOZYCJA METOY OKREŚLANIA IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ OKNA POWÓJNEGO 1. Wprowadzenie W budynkach o bardzo niskim zapotrzebowaniu na ciepło do orzewania powinny być stosowane okna o podwyższonej izolacyjności cieplnej, np. o współczynniku przenikania ciepła okna poniżej 0,8 W/m 2 K. o takich zastosowań producenci oerują m.in. okna podwójne. W PN-EN ISO :2006() [1] wartość współczynnika przenikania ciepła w w odniesieniu do okna podwójneo (rys. 1) określa się w następujących wzorów: W 1/ 1 (1) R R R 1 W 1 si s se / W 2 dzie W1, W2 - wartości współczynnika przenikania ciepła okna zewnętrzneo i wewnętrzneo obliczone w wzoru (2), w W/(m 2 K), R si, R se - wartości oporu przejmowania ciepła na powierzchniach: wewnętrznej i zewnętrznej, w m 2 K/W, R s - wartość oporu cieplneo w odniesieniu do przestrzeni między oszkleniem zewnętrznym i wewnętrznym, w m 2 K/W. A A W 1 lub W 2 (2) A A l dzie - wartość współczynnika przenikania ciepła oszklenia, w W/(m 2 K), A - powierzchnia, do której ma zastosowanie wartość współczynnika, - wartość współczynnika przenikania ciepła ramy okna, w W/(m 2 K), A - powierzchnia, do której ma zastosowanie wartość współczynnika, - wartość linioweo współczynnika przenikania ciepła w odniesieniu do styku ramy okna z oszkleniem, l - dłuość, do której ma zastosowanie wartość współczynnika. 1 - dr inż. Instytut Techniki Budowlanej 2 - mr inż. Instytut Techniki Budowlanej

2 Ze stosowaniem powyższej metody normowej określania wartości współczynnika przenikania ciepła w w odniesieniu do okna podwójneo wiążą się następujące niedoodności: - podwójny nakład pracy wynikający z konieczności określenia wartości współczynników dwóch okien (zewnętrzneo i wewnętrzneo), - konieczność wykonania dodatkowych badań lub obliczeń w celu określenia pola temperatury w przekroju okna (do oceny ryzyka wewnętrznej kondensacji pary wodnej). W celu wyeliminowania ww. niedoodności proponuje się zastosowanie numerycznych obliczeń pola temperatury w przekroju przez okno podwójne, dzięki którym możliwe jest zinterowanie określania wartości współczynnika przenikania ciepła rozkładu temperatury. Rys. 1. Okno podwójne w [1] 2. Opis zaproponowanej metody Numeryczne obliczenia pola temperatury w przekroju przez okno podwójne, w zakresie modelu numeryczneo i zastosowanej metody numerycznej, powinny spełniać wymaania IS EN ISO [2]. Wartość współczynnika przenikania ciepła w okna podwójneo oblicza się w wzoru (2). W celu określenia współczynnika przenikania ciepła ramy okna podwójneo, w modelu obliczeniowym zastępuje się, zodnie z konwencją przyjętą w PN-EN ISO :2005 [3], zastosowane oszklenia jednorodnymi panelami izolacyjnymi o rubościach równych rubościom oszkleń i współczynniku przewodzenia ciepła = 0,035 W/m K. Wartość współczynnika przenikania ciepła ramy okna oblicza się w wzoru: L 2 b p b p (3) dzie L 2 - wartość współczynnika sprzężenia cieplneo określona na podstawie numerycznych obliczeń dwuwymiaroweo pola temperatury w przekroju przez ramę okna

3 podwójneo z panelami izolacyjnymi zamiast oszkleń, w W/m K, p - współczynnik przenikania ciepła paneli izolacyjnych, w części poza zasięiem oddziaływania mostka cieplneo w połączeniu ramy okna i paneli izolacyjnych, w W/(m 2 K), b p - dłuość paneli izolacyjnych, w świetle ramy okna podwójneo, w m, b - zrzutowana na płaszczyznę równolełą do płaszczyzny paneli izolacyjnych szerokość ramy okna, w m, Wartość linioweo współczynnika przenikania ciepła w odniesieniu do połączenia ramy okna podwójneo z oszkleniami, oblicza się w wzoru: L b b (4) 2 dzie L 2 - wartość współczynnika sprzężenia cieplneo określona na podstawie numerycznych obliczeń dwuwymiaroweo pola temperatury w przekroju przez ramę okna podwójneo z oszkleniami, w W/m K, - współczynnik przenikania ciepła oszkleń, w części poza zasięiem oddziaływania mostka cieplneo w połączeniu ramy okna i oszkleń, w W/(m 2 K), b - dłuość oszkleń, w świetle ramy okna podwójneo, w m, Wartość współczynnika przenikania ciepła w odniesieniu do oszkleń, oblicza się w PN-EN 673 [4]. Z uwai na akt, że oszklenia w oknie podwójnym tworzą układ dwóch lub więcej warstw powietrza lub, w szybach zespolonych, azów takich jak aron, krypton, ksenon, sześcioluorek siarki, których parametry istotnie zależą od rozkładu temperatury, obliczenia wartości przeprowadza się metodą iteracyjną. 3. Przykład zastosowania metody Obliczenia przeprowadzono w odniesieniu do następująceo okna podwójneo: - rama z kształtowników PVC z wzmocnieniami stalowymi, o rubości 260 mm i szerokości b = 160 mm, - oszklenie w postaci dwóch szyb zespolonych 4 mm/16mm/4mm wypełnionych aronem z powłoką niskoemisyjną o skoryowanej emisyjności równej 0,05, z międzyszybowymi ramkami dystansowymi z aluminium, - budowę okna pokazano na przekroju poziomym - rys. 2. Rys. 2. Szkic rozpatrywaneo okna podwójneo

4 3. 1. Wyniki obliczeń metodą w PN-EN ISO :2006 () Obliczenia metodą normową przeprowadzono, przy przyjęciu następujących założeń: - wartość współczynnika przenikania ciepła ramy okna wewnętrzneo (szerokość = 120 mm) i zewnętrzneo (szerokość = 160 mm), określono w wzoru (3), na postawie wyników obliczeń numerycznych pola temperatury w pojedynczym oknie: = 1,5 W/m 2 K, - wartość linioweo współczynnika przenikania ciepła w odniesieniu do połączenia ramy okna pojedynczeo z szybą zespoloną 4 mm/16 mm/4 mm o = 1,1 W/m 2 K, określono w wzoru (4), na podstawie obliczeń numerycznych pola temperatury w pojedynczym oknie: = 0,056 W/m K, - wartość współczynnika przenikania ciepła pojedynczej szyby zespolonej określono w metody wymienionej w punkcie 2: = 1,1 W/m 2 K, - wartości współczynników przenikania ciepła pojedynczych okien: wewnętrzneo i zewnętrzneo określono w wzoru (2): W1, W2 = 1,4 W/m 2 K. Obliczona metodą normową, w wzoru (1), wartość współczynnika przenikania ciepła w okna podwójneo, wykonaneo z ww. okien pojedynczych jest równa 0,69 W/m 2 K. Rys. 3. Rozkład izoterm w ramie wewnętrzneo okna pojedynczeo Wyniki obliczeń zaproponowaną metodą Wartości współczynników sprzężenia cieplneo do określenia wartości i okna podwójneo oraz współczynnika przenikania ciepła oszklenia w tym oknie określono zodnie z metodą opisaną w punkcie 2. Rozkład izoterm w przekroju poziomym przez ramę okna z szybami zespolonymi, zamieszczono na rys. 4. Wartości pola temperatury obliczono proramem BISCO PHYSIBEL [4], przyjmując równomierną siatkę trójkątną zawierającą około 530 tysięcy węzłów. Wyniki obliczeń zamieszczono w tablicy 1.

5 Rys. 4. Rozkład izoterm w ramie okna podwójneo Tablica 1. Wyniki obliczeń L.p. Opis Wartość 1 Współczynnik sprzężenia cieplneo L 2, W/m K (rama z panelami izolacyjnymi) 18,57 2 Współczynnik sprzężenia cieplneo L 2, W/m K (rama z szybami zespolonymi) 20,17 3 Współczynnik przenikania ciepła ramy okna podwójneo, W/m 2 K 0,61 4 Współczynnik przenikania ciepła szyb zespolonych w oknie podwójnym, 0,60 W/m 2 K 5 Liniowy współczynnik przenikania ciepła połączenia ramy okna podwójneo z szybami 0,028 zespolonymi, W/m K 6 Współczynnik przenikania ciepła okna podwójneo W, W/m 2 K 0,67 7 Zakres wartości współczynnika temperaturoweo na wewnętrznej 0,313-0,415 powierzchni okna podwójneo, Rsi 8 Zakres wartość współczynnika temperaturoweo na wewnętrznej powierzchni zewnętrzneo okna w oknie 0,798-0,955 podwójnym, Rsi

6 4. Wnioski zięki zastosowaniu zaproponowanej metody, na podstawie wyników numerycznych obliczeń pola temperatury można w zinterowany sposób określać: - wartość współczynnika przenikania ciepła okna podwójneo, (bez potrzeby określania współczynników przenikania ciepła okien: wewnętrzneo i zewnętrzneo, jak w jest to konieczne w ww. metodzie normowej), - rozkład temperatury w przekroju przez okno, w celu określenia minimalnych wartości w odniesieniu do powierzchni, do oceny ryzyka kondensacji pary wodnej. W rozpatrzonym przykładzie uzyskano wartość współczynnika przenikania ciepła okna podwójneo o 3 % niższą od wartości uzyskanej metodą normową. Minimalne wartości współczynnika temperaturoweo na wewnętrznej powierzchni okna podwójneo i na wewnętrznej powierzchni zewnętrzneo okna w oknie podwójnym, występują w stykach skrzydeł z szybami zespolonymi. Na podstawie ich wartości oceniono że istnieje niewielkie ryzyko występowania kondensacji na wewnętrznej powierzchni okna podwójneo i duże ryzyko występowania kondensacji na wewnętrznej powierzchni okna zewnętrzneo. Literatura [1] PN-EN ISO :2006() Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji - Obliczanie współczynnika przenikania ciepła - Część 1: Postanowienia oólne. [2] IS EN ISO :2005. Thermal brides in buildin construction - Calculation o heat lows and surace temperatures. [3] PN-EN ISO :2005. Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji - Obliczanie współczynnika przenikania ciepła - Część 2: Metoda komputerowa dla ram. [4] BISCO computer proram to calculate two-dimensional steady state heat transer in reeorm objects, PHYSIBEL, PROPOSAL OF THE METHO FOR ETERMINING THERMAL TRANSMITTANCE OF OBLE WINOW The paper consists proposal o the method or determinin thermal transmittance o double windows based on results o numerical calculations o two-dimensional temperature ields. Comparin to the method accordin to PN-EN ISO :2006 (), in the proposed method, thermal transmittance o double windows in not determined rom thermal transmittance o two separate sinle windows and when determinin thermal transmittance the minimal value o temperature actor or assessment o water vapour condensation risk is also obtained. As en example the proposed method was applied to examine the thermal quality o the double window with plastic rames and two insulated lass units.