Politechnika Białostocka Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska. Rozkład temperatury gruntu w sąsiedztwie ogrzewanych i nieogrzewanych budynków

Podobne dokumenty
WPŁYW ŚNIEGU NA NATURALNE POLE TEMPERATURY GRUNTU

Materiały edukacyjne dla doradców Na podstawie projektu gotowego z kolekcji Muratora M03a Moje Miejsce. i audytorów energetycznych

Badania naturalnego pola temperatury gruntu w rejonie aglomeracji poznańskiej i przykład ich zastosowania

2. PRZYKŁAD OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPłA U

PRZEPŁYW CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY BUDOWLANE

OCENA OCHRONY CIEPLNEJ

Sposób na ocieplenie od wewnątrz

Optymalizacja izolacji cieplnej podłogi na gruncie pod dużą halą przemysłową

R = 0,2 / 0,04 = 5 [m 2 K/W]

OBLICZENIA CIEPLNO-WILGOTNOŚCIOWE DOCIEPLENIE PRZEGRÓD ZEWNĘTRZNYCH BUDYNKU OŚRODKA REHABILITACJI I OPIEKI PSYCHIATRYCZEJ W RACŁAWICACH ŚLĄSKICH

LABORATORIUM Z PROEKOLOGICZNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII ODNAWIALNEJ

Fizyka cieplna budowli w praktyce : obliczenia cieplno-wilgotnościowe / Andrzej Dylla. Warszawa, cop Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń

Wyniki - Ogólne. Podstawowe informacje: Nazwa projektu: Szpital w Suchej Beskidzkiej - Budynek Główny stan istniejący Miejscowość:

INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 3-WPC WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

3. PRZYKŁAD OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA U

3. PRZYKŁAD OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPłA U

PROJEKT DOCIEPLENIA BUDYNKU BIUROWEGO Głubczyce, ul. Sobieskiego 14/9

OBLICZENIA STRAT CIEPŁA BUDYNKU

Raport - Ocena parametrów cieplno-wilgotnościowych przegrody budowlanej na podstawie normy PN-EN ISO

Materiały edukacyjne dla doradców Na podstawie projektu gotowego z kolekcji Muratora M03a Moje Miejsce. i audytorów energetycznych

Materiały edukacyjne dla doradców Na podstawie projektu gotowego z kolekcji Muratora M03a Moje Miejsce. i audytorów energetycznych

Gruntowy wymiennik ciepła GWC

BUDYNKI WYMIANA CIEPŁA

PN-B-02025:2001. temperaturze powietrza wewnętrznego =20 o C, mnożnikach stałych we wzorach,

3. PRZYKŁAD OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPłA U

tynk gipsowy 1,5cm bloczek YTONG 24cm, odmiana 400 styropian 12cm tynk cienkowarstwowy 0,5cm

Zagadnienia fizyki budowli przy ocieplaniu od wewnątrz

Obliczenia kontrolne izolacyjności cieplnej ścian.

OBLICZENIA STRAT CIEPŁA BUDYNKU

ZUŻYCIE ENERGII DO OGRZEWANIA LOKALU W BUDYNKU WIELORODZINNYM. Paweł Michnikowski

A N E K S DO PROJEKTU BUDOWLANO - WYKONAWCZEGO

ANALIZA WYMIANY CIEPŁA OŻEBROWANEJ PŁYTY GRZEWCZEJ Z OTOCZENIEM

Zmiany izolacyjności cieplnej przegród budowlanych na tle modyfikacji obowiązujących norm i przepisów

Instrukcja stanowiskowa

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Obliczanie zapotrzebowania na ciepło zgodnie z normą PN-EN ISO Mgr inż. Zenon Spik

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W MODELOWANIU WYMIANY CIEPŁA W PRZEGRODZIE BUDOWLANEJ WYKONANEJ Z PUSTAKÓW STYROPIANOWYCH

Dokumenty referencyjne:

Przenikanie ciepła obliczanie współczynników przenikania ciepła skrót wiadomości

Ocieplanie od wewnątrz

PRZEBUDOWA II ETAP - ADAPTACJA DZIENNEGO DOMU POMOCY SPOŁECZNEJ NR.4 PROJEKT TERMOIZOLACJI PRZEGRÓD BUDOWLANYCH DZIENNY DOM POMOCY SPOŁECZNEJ NR.

1. Wprowadzenie: dt q = - λ dx. q = lim F

POLE TEMPERATURY SIECI CIEPLNYCH

- prędkość masy wynikająca z innych procesów, np. adwekcji, naprężeń itd.

ĆWICZENIE 2 BADANIE TRANSPORTU CIEPŁA W WARUNKACH STACJONARNYCH

Karty mostków cieplnych

Wyniki - Ogólne. Podstawowe informacje: Nazwa projektu: Instalacja co Miejski Ośrodek Kultury Miejscowość:

BALKONY I LOGGIE A STRATY CIEPŁA PRZEZ ŚCIANY ZEWNĘTRZNE

Wnikanie ciepła przy konwekcji swobodnej. 1. Wstęp

Dane pliku Nazwa pliku: : Ustronie-etapI.ISB. Data utworzenia: : Data ostatniej modyfikacji: : Liczba pomieszczeń: : 70

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Suma oporów ΣRi = λ [W/(m K)]

Cieplno-wilgotnościowe właściwości przegród budowlanych wg normy PN-EN ISO )

Dziennik Ustaw 31 Poz WYMAGANIA IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ I INNE WYMAGANIA ZWIĄZANE Z OSZCZĘDNOŚCIĄ ENERGII

MOSTKI TERMICZNE. mostki termiczne a energochłonność budynku. Karolina Kurtz dr inż., arch.

Ytong + Multipor ETICS System budowy i ocieplania ścian

Termomodernizacja a mostki cieplne w budownictwie

Nr oceny energetycznej: Łódź/Łódź_gmina_miejska/Łódź/250/4/3/ _13:44

Zastosowanie termografii do weryfikacji numerycznego modelu wymiany ciepła w przegrodach budowlanych z umieszczonymi przewodami centralnego ogrzewania

ANALIZA PARAMETRÓW LINIOWEGO MOSTKA CIEPLNEGO W WYBRANYM WĘŹLE BUDOWLANYM

Materiały edukacyjne dla doradców Na podstawie projektu gotowego z kolekcji Muratora M03a Moje Miejsce. i audytorów energetycznych

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Prezentacja IV Potwierdzenie spełnienia wymagań Programu przez projekt budowlany

Budownictwo mieszkaniowe

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Pozycja okna w murze. Karol Reinsch, Aluplast Sp. z o.o.

1 DEVI. DEVI najtańsze ogrzewanie domów

Ćwiczenie projektowe z przedmiotu FIZYKA BUDOWLI

Wykorzystanie wzoru na osiadanie płyty statycznej do określenia naprężenia pod podstawą kolumny betonowej

Tabela 1. Aktualne wymagania wartości U(max) wg WT dla budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego. od 1 stycznia 2017 r.

INSTRUKCJA OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA Z UWZGLĘDNIENIEM POPRAWEK OD PUNKTOWYCH MOSTKÓW TERMICZNYCH.

metoda obliczeniowa Oceniany budynek EU = 97,55 kwh/(m 2 rok) EK = 169,86 kwh/(m 2 rok) EP = 254,60 kwh/(m 2 rok) /(m 2 rok)

Politechnika Poznańska Zakład Budownictwa Ogólnego Obliczanie przegród z warstwami powietrznymi

Filtracja - zadania. Notatki w Internecie Podstawy mechaniki płynów materiały do ćwiczeń

Rozkład temperatury na powierzchni grzejnika podłogowego przy wykorzystaniu MEB

Wpływ zawilgocenia ściany zewnętrznej budynku mieszkalnego na rozkład temperatur wewnętrznych

KOMPENDIUM WIEDZY. Opracowanie: BuildDesk Polska CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKÓW I ŚWIADECTWA ENERGETYCZNE NOWE PRZEPISY.

ENERGOOSZCZĘDNOŚĆ ROZWIĄZAŃ PODŁÓG NA GRUNCIE W BUDYNKACH ZE ŚCIANAMI JEDNOWARSTWOWYMI

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Co nowego w CERTO. nieogrzewanych (zgodnie z PN-EN ISO 13789:2008)

Wykorzystanie programu COMSOL do analizy zmiennych pól p l temperatury. Tomasz Bujok promotor: dr hab. Jerzy Bodzenta, prof. Politechniki Śląskiej

Modelowanie bilansu energetycznego pomieszczeń (1)

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Prezentacja IV Potwierdzenie spełnienia wymagań Programu przez projekt budowlany

DZIENNIK USTAW RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ

Wyznaczanie izolacyjności cieplnej dachów w świetle obowiązujących polskich norm i przepisów prawa budowlanego

Zadania przykładowe z przedmiotu WYMIANA CIEPŁA na II roku studiów IŚ PW

mib.gov.pl mib.gov.pl Stan przepisów dot. projektowania budynków. Zamierzenia i kierunek dalszych prac legislacyjnych mib.gov.pl

Ocieplenia fundamentów i podłóg na gruncie w budynkach energooszczędnych

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

metoda obliczeniowa Oceniany budynek EU = 110,66 kwh/(m 2 rok) EK = 221,79 kwh/(m 2 rok) EP = 332,45 kwh/(m 2 rok) /(m 2 rok)

JANOWSCY. Współczynnik przenikania ciepła przegród budowlanych. ZESPÓŁ REDAKCYJNY: Dorota Szafran Jakub Janowski Wincenty Janowski

CHARAKTERYSTYKA CIEPLNA BUDYNKU. NAZWA OBIEKTU: Gminny Ośrodek Kultury ADRES: Nawojowa 333, KOD, MIEJSCOWOŚĆ: , Nawojowa

Wybrane zagadnienia przenikania ciepła i pary wodnej przez przegrody. Krystian Dusza Jerzy Żurawski

REFERENCJA. Ocena efektu termoizolacyjnego po zastosowaniu pokrycia fasady budynku. Farbą IZOLPLUS

Mostki cieplne wpływ mostków na izolacyjność ścian w budynkach

Transkrypt:

Politechnika Białostocka Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Rozkład temperatury gruntu w sąsiedztwie ogrzewanych i nieogrzewanych budynków Białystok, czerwiec 2018 Irena Ickiewicz 1

Głębokość posadowień bezpośrednich Jeżeli głębokość posadowień bezpośrednich podyktowana jest tylko głębokością przemarzania gruntów to w polskich warunkach klimatycznych fundamenty budynków niepodpiwni- MATERIAŁY grunt czonych można posadawiać na głębokości0,5m,podwarunkiem,żefundamenty te będą odpowiednio ocie- +-0,00m 8cm 8cm 8cm pkt 1 pkt 2 pkt 3 pkt 4 pkt 5-0,5m beton z kruszywa kamiennego zagęszczony piasek mur z cegły silikatowej styropian plone(zapis w normie PN 03020). 2

Parametry mające wpływ na rozkład temperatury Podstawowymi parametrami mającymi decydujący wpływ na rozkład temperatury w gruncie pod budynkiemw okolicy fundamentów są: - wskaźnik stopniodni temperatur ujemnych F d, - współczynnik przewodzenia ciepła λ[w/(m K)] gruntu, - charakter eksploatacji budynku (budynek ogrzewany, nieogrzewany). Zależności te (do obliczeń inżynierskich) można przyjąć, że mają charakter liniowy. 3

Parametry cd Wpływ pozostałych czynników takich jak : - wody gruntowe, -uwarstwienia gruntu, -przesunięcia fazowe, -sprzężone procesy przenoszenia ciepła i wilgoci, -stężenie substancji (soli) w gruncie, -obniżony punkt zamarzania wody wolnej, -kilkakrotne zamarzania i rozmarzania w czasie zimy jest nieznaczny i również w przypadku obliczeń dla celów inżynierskich można go pominąć. Błąd z tego tytułu wynosi < 5 %. 4

Model obliczeniowy rozkładu temperatury w gruncie zakłóconym budynkiem Aby opracować model obliczeniowy dotyczący określenia wpływu izolacji termicznej fundamentów na rozkład temperatury w gruncie na styku z fundamentem, należy wcześniej wykonać następujące badania szczegółowe dotyczące; - analizy merytorycznej istniejących metod teoretycznych, empirycznych i numerycznych wyznaczania pól temperatur w gruntach zamarzających z uwzględnieniem zakłóceń spowodowanych dodatkowymi źródłami ciepła w postaci budynków, 5

Model obliczeniowy zadania szczegółowe - określenia warunków brzegowych czyli znaleźć zimy (dla klimatu Polski) charakteryzujące się maksymalnymwskaźnikiem stopniodni temperatur ujemnych F d z ostatnich 50-ciu lat (zimy z 50-letnim okresem powrotu), - wykonania analizy programów numerycznych pod kątem przydatności do obliczenia rozkładu temperaturw zamarzających gruntach z uwzględnieniem wpływu źródeł ciepła czyli budynków, zwłaszcza ogrzewanych. 6

Model termiczny przemarzania gruntu (warunki brzegowe i początkowe) Do analizy teoretycznej przemarzania gruntu wykorzystano równanie różniczkowe Fouriera opisujące przepływ ciepła w ośrodku pomiędzy dwoma punktami o różnej temperaturze. W wyniku analizy otrzymano równania matematyczne, które możliwe są do rozwiązania poprzez zastosowanie pewnych założeń upraszczających. Korzystając z teorii Klapejrona, Stefana i Lebejzona założono, że dolna ruchoma granica zamarzania gruntu, ma zawsze stałą temperaturę zamarzania. Dolną granicę rozmarzniętej strefy przyjęto w nieskończoności (l = ). 7

Model termiczny przemarzania gruntu (analiza metod teoretycznych) gdzie : T o temperatura w gruncie przed okresem mrozów (temperaturajest wyrównana i równa temperaturze gruntu na dużych głębokościach, w polskiej strefie klimatycznej > 8,5m wynoszącej 9,5 o C T c 0 T o 1 2 x T c temperatura powierzchni gruntu przez okres mrozów x X głębokość (rzędna granicy zmiany faz) [m] 8

Metody obliczeniowe analiza programów numerycznych Metody numeryczne dają możliwość uzyskania wartości liczbowych temperatury w określonych punktach przestrzeni dla określonych czasów i dla konkretnej realizacji geometrycznej i fizycznej zjawiska. Zastosowanie metod numerycznych daje większą możliwość praktycznego wykorzystania danego modelu obliczeniowego w zagadnieniach inżynierskich. - Entalpia i Bilans (programy opracowane przez autorkę) - DEISY 2 (Kozłowski T., Politechnika Świętokrzyska), - Kobra (Belgia), - Heat2 i Heat3 (BlombergT., Stany Zjednoczone) 9

Analiza programów numerycznych (Heat 2 i Heat 3) Po analizie tych programów wybrano program Heat2 służący do obliczenia dwuwymiarowych zadań zarówno w stanie ustalonym jak i przejściowym. W programie został wykorzystane równanie różniczkowe Fouriera opisujące przewodzenia ciepła w 2 kierunkach. Z analizy programu Hest 2 stwierdzono, że program ten umożliwia uzyskanie wartości liczbowych temperatur w określonynych punktach przestrzeni, dla określonych czasów i dla konkretnej realizacji geometrycznej i fizycznej zjawiska. Program umożliwia wprowadzenia warunków brzegowych i początkowych. Wstępne wyniki z obliczeń, zweryfikowane pomiarami bezpośrednimi potwierdziły przydatność programu do dalszych obliczeń. 10

Analiza pól temperatur w gruncie zakłóconym budynkiem (w otoczeniu fundamentów) przy wykorzystaniu programu HEAT Przyjęto następujące założenia do modelu obliczeniowego rozkładu temperatury w gruncie zakłóconym budynkiem: - budynek niepodpiwniczony ogrzewany (nieogrzewany) - temperatury wewnętrzne : w budynku ogrzewanym T i = +20 0 C - w budynku nieogrzewanym T i =+ 5 0 C Przyjęte warunki brzegowe przedstawiono na rys. 1. 11

WPŁYW PRZEGRÓD STYKAJĄCYCH SIĘ Z GRUNTEM NA ROZKŁAD TEMPERATURY Na zmiany rozkładu temperatur w gruncie pod budynkiem, poza temperaturą powietrza, wpływ mają również przegrody stykające się z gruntem (podłoga i ściany powierzchni zagłębionych. Straty ciepła tych przegród należy rozpatrywać jako model złożony z budynku i gruntu. Spośród kilku różnych modeli obliczeniowych najlepszą zgodność z wynikami doświadczalnymi wykazuje model Henrikssona. Model ten zakłada, że w obszarze podłogi budynku można wyróżnić dwie strefy i podzielić całkowity strumień strat ciepła przez podłogę na dwa składniki.. 12

Model Henrikssona Q o = Q 1 + Q 2 gdzie: Q 2 - odnosi się do środkowej części podłogi budynku na którą zmiany temperatury powietrza nie mają wpływu, Q 1 - określa przepływ ciepła przez tą część połogi wokół ścian zewnętrznych, której straty ciepła podlegają wahaniom zależnym od zmian temperatury powietrza zewnętrznego W obszarze odległym mniej niż o r od osi ściany zewnętrznej przenikanie ciepła odbywa się po okręgach o promieniu ρ < r. Dla obszaru w odległości większej od r od osi ściany zewnętrznej, założono, że izoterma średniej rocznej wieloletniej przebiega w płaszczyźnie osi ściany zewnętrznej po okręgach o promieniu r< ρ< B/2 (B - szerokość budynku) 13

WPŁYW PRZEGRÓD STYKAJĄCYCH.. Wówczas strumień strat ciepła ma postać: Q = U 1 (T i T e ) r+ U 2 (T e -T śr )(B/2 r) gdzie: U 1,U 2 współczynniki przenikania ciepła odpowiednio dla 1 i 2 strefy, T i temperatura powietrza w budynku, T e obliczeniowa temperatura powierzchni gruntu poza budynkiem, T śr temperatura gruntu na dużej głębokości pod budynkiem (średnia wieloletnia temperatura powierza zewnętrznego w ciągu roku) B szerokość budynku Z badań przeprowadzonych przez Henrikssona wynika, że szerokość pasa przyściennego w którym jest zauważalny wpływ temperatury zewnętrznej powietrza na układ budynek- grunt wynosi około 0,75 m. 14

Analiza pól temperatur..(model obliczeniowy) WARUNKI BRZEGOWE: rys.1. Powierzchnia1 T 0 = const= 9,5 0 C Powierzchnia 3 T=const= 20 0 C, R si = 0,17 [(m 2 K/W)] Powierzchnia 4 T=const= 20 0 C R si = 0,13 [(m 2 K/W)] Powierzchnia 6-7 T(t) = funct (funkcja liniowa na podstawie danych klimatycznych (np. zima 95/96 ) R si = 0,04 [(m 2 K/W)] Powierzchnie2, 5, 8 adiabatyczne, q = 0 15

Analiza pól temperatur (punkty pomiarowe) Rys. 2. Fundament posadowionyna głębokości 0,50 cm poniżej poziomu gruntu. Zaznaczone miejsca 6-ciupunktów pomiarowych + - 0,00-0,50 pkt 1 pkt 2 10 40 pkt 3 50 pkt 4 pkt 5 pkt 6 16

Analiza pól temperatur określenie warunku brzegowego Warunek brzegowy w postaci temperatury zewnętrznej powietrza w okresie zimowym przyjęto dla zimy z 50- letnim czasem powrotu, charakteryzującej się maksymalnymwskaźnikiem stopniodni temperatur ujemnych F d dla klimatu Polski z ostatnich 50 lat. 17

Wartości wskaźnika stopniodni temperatur ujemnych w latach 1936-2010 dla najzimniejszego miasta w Polsce Suwałki Suwałki -wskaźnik Fd lata 1936-2010 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 wskaźnik Fd 36/37 54/55 55/56 56/57 57/58 58/59 59/60 60/61 61/62 62/63 63/64 64/65 65/66 66/67 67/68 68/69 69/70 70/71 71/72 72/73 73/74 74/75 75/76 76/77 77/78 78/79 79/80 80/81 85/86 86/87 95/96 2005/2006 2009/2010 wskaźnik stopniodni Fd zimy 18

Analiza wpływu izolacji termicznej na rozkład temperatury na styku fundamentu z gruntem Do analizy wpływu izolacji fundamentów przyjęto 9 wariantów ocieplenia, obliczenia zostały wykonane dla ekstremamalnych warunków jakie miały miejsce w okresie ostatnich 50 lat na terenie Polski (z wyłączeniem terenów górskich), były to zimy 1986/87, 1995/96 i 2005/2006 2005, przyjęto 3 różne wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ analizowanego gruntu. Wykonano również obliczenia dla gruntu o λ= 1.293 [W/(m K)], gdyż takim współczynnikiem charakteryzował się grunt na poletku IMiGW Białystok. 19

Wpływ izolacji termicznych na rozkład temperatury w gruncie (λ= 2,0 [W/(m K)]) w okolicy fundamentów budynku ogrzewanego Schemat obliczeniowy dla proponowanego rozwiązania Rozkład izoterm dla najzimniejszegodnia 20.01.2006 (-23,4 0 C) MATERIAŁY grunt +-0,00m 6cm beton z kruszywa kamiennego zagęszczony piasek pkt 1 pkt 2-0,5m mur z cegły silikatowej pkt 3 pkt 4 pkt 5 styropian 20

6. Wpływ izolacji termicznych na rozkład temperatury w gruncie (λ= 2,0 [W/(m K)]) w okolicy fundamentów budynku ogrzewanego Schemat obliczeniowy dla proponowanego rozwiązania MATERIAŁY grunt Rozkład izoterm dla najzimniejszegodnia 20.01.2006 (-23,4 0 C) +-0,00m 8cm beton z kruszywa kamiennego zagęszczony piasek 8cm 8cm pkt 1 pkt 2 pkt 3 pkt 4pkt 5-0,5m mur z cegły silikatowej 8cm styropian 21

6. Wpływ izolacji termicznych na rozkład temperatury w gruncie (λ= 2,0 [W/(m K)]) w okolicy fundamentów budynku ogrzewanego Schemat obliczeniowy dla proponowanego rozwiązania Rozkład izoterm dla najzimniejszego dnia 20.01.2006 (-23,4 0 C) MATERIAŁY grunt +-0,00m 6cm 80cm 8cm beton z kruszywa kamiennego zagęszczony piasek 6cm pkt 1 pkt 2 pkt 3 pkt 4 pkt 5-0,5m mur z cegły silikatowej styropian 22

6. Rozkład temperatury w otoczeniu fundamentów budynku posadowionego na gruncie o współczynniku przewodzenia ciepła λ= 2,0 [W/(m K)], dla najchłodniejszego dnia 20.01 2006r. Budynek ogrzewany Budynek nieogrzewany 23

Wzory obliczeniowe (symulacyjne wartości temperatur w gruncie na głębokości 0,5 m w p.3 fundamentu) Budynki ogrzewane Budynki nieogrzewane Wzór wyjaśnienie Wzór wyjaśnienie T =-0,01F d + 5,95 dla λ gruntu = 0,85 W/(m K), fundamenty nie ocieplone T = -0,012 F d + 3,98+(-0,073 n) 0,85 λ gruntu 1,7 W/(m K), fundamenty nie ocieplone T=0,01F d +5,95+ (-0,087 n) T = - 0,004 F d + 8,10+(-0,08n) T = - 0,006 F d + 9,90+(-0,09n) 0,85 λ gruntu 2,10 W/m K, fundamenty nie ocieplone 0,85 λ gruntu 2,10 W/(m K), ocieplnie 6 cm warstwą styropianu ekstrudowanego 0,85 λ gruntu 2,10 W/(m K), fundamenty ocieplone 8 cm war stwą styropianu eks trudowanego T = -0,013 F d + 3,29+(-0,073 n) T = - 0,001 F d + 0,70+(-0,030 n) T = - 0,002 F d + 1,90+(-0,035n) λ gruntu > 1,7 W/(m K), fundamenty nie ocie plone 0,85 λ gruntu 2,10 W/(m K), ocieplonie 6 cm warstwą styropianu ekstrudowanego 0,85 λ gruntu 2,10 W/(m K), fundamenty ocieplone 8 cm war stwą styropianu ekstru dowanego 24

Wzory obliczeniowe (cd) gdzie: T temperatura w pkt. 3 fundamentu n = 1 25 w zależności od wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ, dla n= 0, λ=0,85: zmiana o 1 jednostkę powoduje zmianę wartości λo 0,05 [W/(m K)]. 25

Najniższe wartości temperatury w p.3 nieocieplonego fundamentu w zależności od λ i warunków eksploatacji budynku, zima 95/96 -Białystok Temperatury o C 0-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8 budynek ogrzewany budynej nie ogrzewany λ = 0,85 λ = 1,15 λ = 1,45 λ = 1,75 λ = 2,00 26

Symulacyjne wartości najniższych temperatur w p.3 fundamentu budynek nieogrzewany, fundamenty nieocieplony 0 600 630 660 690 720 750 780 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050 1080-2 λ = 0,85 Tempratury o C -4-6 -8-10 λ = 1,15 λ = 1,45 λ = 1,75 λ = 2,00-12 -14 Stopniodni tempratur ujemnych F d 27

Wartości temperatur w. p.3 fundamentu w zależnościod F d i współczynnika λ, budynek ogrzewany, fundamenty nieocieplone 0-1 -2 Temperatura [ o C] -3-4 -5-6 -7-8 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 Stopniodni temperatur ujemnych F d λ = 0,85 [W/m K] λ = 1,15 [W/m K] λ = 1,45 [W/m K] λ = 1,75 [W/m K] λ = 2,00 [W/m K] 28

Wartości temperatur w. p.3 fundamentu w zależności od F d i współczynnika przewodzenia ciepła λ budynek ogrzewany, fundamenty ocieplone (ocieplenie 6cm styropianu) 6 5 Temperatura [ 0 C] 4 3 2 1 0 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 StopniodnitemperaturujemnychF d λ = 0,85 λ = 1,15 λ = 1,45 λ = 1,75 λ = 2,00 29

Podsumowanie i wnioski Aby uzyskać założony cel opracowania modelu obliczeniowego rozkładu temperatur w otoczeniu budynków ogrzwanychi nieogrzewanych, przeprowadzono analizę istniejących metod teoretycznych, empirycznych i numerycznych dotyczących rozkładu temperatury w gruntach, uwzględniających zakłócenia naturalnego pola temperatur źródłem ciepła (np. budynkiem). Korzystając z metod numerycznych (HEAT 2) wykonano obliczenia rozkładu temperatury w gruncie w otoczeniu budynku ogrzewanego i nieogrzewanego. 30

Podsumowanie wzory obliczeniowe Otrzymane wartości obliczeniowe temperatur są poprawne pod względem merytorycznym oraz rachunkowym (zweryfikowane na podstawie pomiarów bezpośrednich). Korzystając z teoretycznych podstaw wymiany ciepła i masy, danych literaturowych i badań własnych, podjęto próbę uogólnienia zależności rozkładu temperatury w gruncie w okolicy fundamentu w zależności od : -temperatury powietrza (stopniodni temperatur ujemnych F d ), - współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/(m 2 K)] analizowanego gruntu -źródła ciepła (budynek ogrzewany i nieogrzewany). 31

Podsumowanie Na podstawie analizy otrzymanych wyników obliczeniowychzweryfikowanych pomiarami bezpośrednimi opracowano, w postaci wzorów i wykresów model obliczeniowy, który w prosty sposób umożliwia obliczanie wartość temperatury w gruncie w otoczeniu fundamentów w zależności od współczynnika przewodzenia ciepła λ gruntu, stopniodni temperatur ujemnych, charakterueksploatacji budynku Otrzymane wyniki mogą być pomocne do optymalnego zaprojektowania głębokości posadowienia oraz izolacji termicznej fundamentu, tak aby nie nastąpiło ryzyko przemarzanie fundamentów a w konsekwencji naruszeniakonstrukcji. 32

Wnioski W polskich warunkach klimatycznych budynki niepodpiwniczone można posadawiaćna głębokości 0,5 m, (jeżeli wartość ta podyktowana jest tylko głębokością przemarzania) pod warunkiem, że fundamenty budynków zarówno ogrzewanych jak i nie ogrzewanych będą posiadały izolację termiczną. Dla celów inżynierskich można założyć, że wartościobliczeniowe najniższych temperatur w gruncie na styku z fundamentem są zależne głównie od stopniodni temperatur ujemnych F d oraz współczynnika przewodzenia ciepła gruntu λ. 33

Wnioski Zależność wartości temperatury w gruncie na styku z fundamentem od stopniodni temperatur ujemnych F d oraz współczynnika gruntu λ, można przyjąć jako liniową pod warunkiem, że głównym celem obliczeń jest określenie najniższych temperatur jakie mogą wystąpićw czasie analizowanej zimy. Zwiększenie głębokości posadowienia z 0,5 m do 0,6 m skutkuje podniesienie temperatury w okolicy fundamentówśrednio o 1,0 o C, natomiast do 0,7 m o 2,5 3,2 o C. 34

Wnioski (cd) Wszystkie wartości obliczeniowe temperatur zawierają pewien zapas bezpieczeństwa (w rzeczywistości temperatury są wyższe od 0,5 do 1 o C), wynika to między innymi z nie uwzględnienia ciepła utajonego przemiany fazowej (przy zamarzaniu gruntów krzepnięciu 1 g wody towarzyszy wydzielenie się 5,5 kcal. ciepła) oraz przyjęcia, że woda w gruncie zamarza w 0 0 C W modelu obliczeniowym przyjęto, że najniższa temperatura w gruncie obniża się przez cały okres trwania ujemnych temperatur. W rzeczywistości najniższe temperatury w gruncie występują po kilku dniach z najniższą temperaturą ujemną powietrza (najczęściej w styczniu) i taką najniższą temperaturę przyjęto do modelu obliczeniowego jako wartość maksymalną 35

Wnioski Niestety brak jest danych dotyczących wartości wskaźnikaf d liczonego do dnia w którym wystąpiła najniższa temperatura w gruncie. Zauważone na podstawie analizy literatury jak i pomiarów bezpośrednich (IMiGW) zjawisko, można wytłumaczyć przepływem ciepła w strefie poniżej frontu przemarzania, w szczególności dopływem ciepła z wnętrza Ziemi. Niestety uwzględnienie w modelu obliczeniowych zmiennej temperatury w płaszczyźnie poziomej (pod fundamentem) jest bardzo trudne do ujęcia w modelu obliczeniowym. 36

Dziękuję za uwagę 37

Rozkład izoterm dla najzimniejszego dnia zimy 2005/2006 przy zaproponowanym wariancie ocieplenia fundamentów MATERIAŁY grunt +-0,00m 6cm 80cm 8cm beton z kruszywa kamiennego zagęszczony piasek 6cm pkt 1 pkt 2 pkt 3 pkt 4 pkt 5-0,5m mur z cegły silikatowej styropian 38