Małopolskie Laboratorium Budownictwa Energooszczędnego Raport z badania przegrody zewnętrznej o niskim współczynniku przenikania ciepła ściany szkieletowej z metalową konstrukcją nośną 1
NAZWA ZADANIA: RAPORT Z BADAŃ BADANIA I RAPORT ZOSTAŁ OPRACOWANY W: Małopolskim Laboratorium Budownictwa Energooszczędnego Politechnika Krakowska Ul. Warszawska 24 31-155 Kraków ZESPÓŁ BADAWCZY: dr inż. arch. Marcin Furtak dr inż. Małgorzata Fedorczak-Cisak mgr inż. Henryk Łoziczonek Kraków 04.2016 2
- ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA - RAPORT Z BADAŃ CIEPLNYCH PRZEGRODY O NISKIM WSPŁCZYNNIKU PRZENIKANIA CIEPŁA W TECHNOLOGII ABACUS: I. PODSTAWY PRAWNE OPRACOWANIA 1. Cel opracowania 2. Zakres opracowania 3. Podstawy prawne 3. Podstawowe pojęcia i definicje II. ROZDZIAŁ 1. OPIS METODY BADAWCZEJ 1. Metodyka badań 2. Opis stanowiska badawczego 3. Procedura badania 4. Czujniki wykorzystane w badaniu 5. Opis próbki badawczej 6. Położenie czujników 7. Orientacja próbki, kierunek przejmowania ciepła 8. Prędkość powietrza 9. Czas trwania badania V. ROZDZIAŁ 4. WYNIKI BADAŃ DANE ZMIERZONE 1. Temperatura powietrza 2. Temperatury powierzchni 3. Temperatury ważone powierzchni 4. Temperatura na ciepłomierzu 5. Gęstość strumienia ciepła VI. ROZDZIAŁ 5. WARTOŚCI OBLICZONE: 1. Konwencjonalne opory cieplne powierzchni 2. Opór cieplny: 3. Szacowana dokładność pomiarów 3
I. PODSTAWY PRAWNE OPRACOWANIA 1. Cel opracowania Celem opracowania jest wyznaczenie parametrów ochrony cieplnej innowacyjnej przegrody przegrody szkieletowej o niskim współczynniku przenikania ciepła. Przegroda dedykowana jest obiektom o niskim zapotrzebowaniu na energię np. budynkom pasywnym czy o niemal zerowym zapotrzebowaniu na energię 2. Zakres opracowania Zakresem opracowania obejmuje opis procedury badawczej oraz przeprowadzenie obliczeń i symulacji w celu porównania parametrów badanych z obliczeniowymi 3. Podstawa prawna opracowania Eksperci Małopolskiego Laboratorium Budownictwa Energooszczędnego Politechniki Krakowskiej, zgodnie z obowiązującą procedurą przeprowadzili badania na sprzęcie laboratoryjnym zakupionym w ramach projektu MRPO 05.01.00-12-89/12 Małopolskie Laboratorium Budownictwa Energooszczędnego. Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z procedurą umieszczoną na stronie internetowej http://www.mlbe.pk.edu.pl/ w trybie niekomercyjnym, z zachowaniem poszanowania zasad konkurencyjności na rynku materiałów budowlanych. Badania oraz obliczenia oparto o normy i regulacje dedykowane tego typu projektom Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane Dz U. 1994 Nr 89 poz. 414 wraz z późniejszymi zmianami, Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa I Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75, poz. 690 z późn. zm.), Norma europejska PN-EN 12524:2002 Materiały i wyroby budowlane Właściwości cieplno-wilgotnościowe Stabelaryzowane wartości obliczeniowe, Norma europejska PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane elementy budynku - Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła Metoda obliczania, PN-EN 12667 - Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Wyroby o dużym i średnim oporze cieplnym PN-EN 12664 - Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego Suche i wilgotne wyroby o średnim i małym oporze cieplnym 4
PN-EN 1934 - Właściwości cieplne budynków Określanie oporu cieplnego metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza. Mury EN ISO 7345 Thermal insulation Physical quantities and definitions Poniżej przytoczono wartości współczynników przenikania ciepła U zawarte w Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa I Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie aby porównać wartości otrzymane w badaniach przegrody z wartościami dopuszczalnymi w Polskich rozporządzeniach dotyczących ochrony cieplnej W warunkach technicznych obowiązujących od 1 stycznia 2014 roku zaostrzono wymagania dotyczące wartości maksymalnych współczynników przenikania ciepła przegród przezroczystych i nieprzezroczystych w stosunku do wcześniejszych zapisów. Poniżej w formie tabelarycznej zestawiono maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła poszczególnych przegród zgodnie z obowiązującymi wymaganiami. Tabela 1. Wymagania ochrony cieplnej dotyczące współczynników przenikania ciepła U [W/m 2 K]. Lp. Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu Ściany zewnętrzne: a) przy ti 16 o C b) przy 8 o C ti< 16 o C c) przyti< 8 o C Współczynnik przenikania ciepła Umax(W/m 2 K) od 1 stycznia 2014 r. 0,25 0,45 0,90 od 1 stycznia 2017 r. 0,23 0,45 0,90 od 1 stycznia 2021 r. 0,20 0,45 0,90 4. Podstawowe pojęcia i definicje Podstawowe definicje zostały przytoczone na podstawie obowiązujących norm i rozporządzeń: Współczynnik przenikania ciepła U [W/m 2 K] należy rozumieć oznaczenie właściwości termoizolacyjnej dla danej przegrody domu (ściany, okna, dachu, etc.). Wartość U określa ile energii przenika przez metr kwadratowy przegrody w czasie jednej sekundy gdy różnica między temperaturą na zewnątrz i wewnątrz wynosi 1 stopień Celsjusza. Współczynnik przewodzenia ciepła λ dla materiałów budowlaych [W/mK] należy rozumieć Zdolność materiału do przewodzenia ciepła. Badanie i określanie współczynnika przewodzenia ciepła materiału jest wykonywane zgodnie z normami: PN ISO 8301 i PN ISO 8302 Izolacja cieplna - Określanie oporu cieplnego i właściwości z nim związanych w stanie ustalonym - Aparat płytowy z osłoniętą płytą grzejną oraz PN ISO 10456 Określanie deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych. 5
Średnia temperatura promieniowania odpowiednio ważone temperatury powierzchni widzianych przez próbkę w celu określenia promieniowania cieplnego do lub z powierzchni próbki. Temperatura otoczenia odpowiednio ważone temperatury powietrza i promieniowania w celu osiągnięcia strumienia cieplnego od powierzchni próbki Średnio niejednorodna próbka próbka gdy jest badana spełnia ujednolicone kryteria temperatury zgodne z normą II. ROZDZIAŁ 1. OPIS METODY BADAWCZEJ 1. METODYKA BADAŃ Innowacyjne elementy obudowy budynków w szczególności energooszczędnych charakteryzują się złożonymi procesami transportu ciepła poprzez przewodzenie, konwekcje, promieniowanie i wymianę masy. Metodologia według której przeprowadzono badanie określa całkowita ilość ciepła przenikającego z jednej strony próbki do innej, dla danej różnicy temperatur, w zdefiniowanych warunkach badania. Przy interpretacji badań należy pamiętać, że właściwości wymiany ciepła często zależą od samej próbki i od warunków brzegowych, wymiarów próbki oraz wielu innych parametrów. Zatem wyniki otrzymane z pojedynczej próbki nie są koniecznie reprezentatywne lub możliwe do odniesienia do wszystkich próbek z danej technologii. Z uwagi na niejednorodność próbki (usztywnienia), zastosowano układ ciepłomierzy dla skrajnych warunków (rys 1). Właściwością mierzoną jest opór cieplny pomiędzy powierzchniami próbki. Na podstawie tych pomiarów określa się opór cieplny odpowiedni dla budynków. 2. OPIS STANOWISKA BADAWCZEGO Stanowisko badawcze laboratoryjne stanowi zespół komór klimatycznochłodząco-grzewczych do pomiarów laboratoryjnych oporu cieplnego przegród budowlanych Zestaw komór laboratoryjnych jest przeznaczony do określania właściwości przegród budowlanych związanych z przenikaniem ciepła w stanie ustalonym, dwoma różnymi metodami: metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza oraz metodą osłoniętej skrzynki grzejnej. Dodatkowo zestaw komór jest przeznaczony również do określania przepuszczalności powietrza kompletnych zespołów okiennych i drzwiowych (szczelności powietrznej). 1. Metoda skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza jest przeznaczona do badania próbek badawczych jednorodnych oraz średnio niejednorodnych przegród budowlanych (mury, stropodachy, stropy, podłogi). Podstawową mierzoną wielkością jest opór cieplny pomiędzy powierzchniami próbki. Podstawowym dokumentem zawierającym wymagania związane z konstrukcją aparatu badawczego, szczegółową technologią badań, rodzajem i rozmieszczeniem czujników pomiarowych oraz dokładnością pomiarów jest norma: PN-EN 1934:1999 Właściwości cieplne budynków Określanie oporu cieplnego metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza. Mury. 6
2. Metoda osłoniętej skrzynki grzejnej jest przeznaczona do badania próbek badawczych niejednorodnych przegród budowlanych (drzwi i okna). Podstawową mierzoną wielkością jest współczynnik przenikania ciepła przez próbkę. Podstawowymi dokumentami zawierającymi wymagania związane z konstrukcją aparatu badawczego, szczegółową technologią badań, rodzajem i rozmieszczeniem czujników pomiarowych oraz dokładnością pomiarów są normy: PN-EN ISO 12567-1:2010 Cieplne właściwości użytkowe okien i drzwi Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej Część 1: Kompletne okna i drzwi PN-EN ISO 12567-2:2006 Cieplne właściwości użytkowe okien i drzwi Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej Część 2: Okna dachowe i inne okna wystające z płaszczyzny PN-EN ISO 8990:1998 Izolacja cieplna Określanie właściwości związanych z przenikaniem ciepła w stanie ustalonym Metoda kalibrowanej i osłoniętej skrzynki grzejnej Badanie próbki wykonano zgodnie z metodą 1 Metoda skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza Zamawiany zestaw komór musi w całości spełniać wymagania stawiane przez ww. normy. Zestaw badawczy komór, w formie komór izotermicznych, jest przeznaczony do odtwarzania warunków jednorodnej temperatury po obu stronach próbki. Obudowa zestawu komór jest przedzielona na dwie części (komory) za pomocą przegrody wyposażonej w dodatkowe maski lub maskownice odpowiednio do osadzanych w nich próbkach i stosowanej metody badań. Próbka jest umieszczana między ciepłą a zimną komorą, w których są wytworzone odpowiednie temperatury środowiska zimnego i ciepłego. Metoda pomiaru odtwarza umowne warunki eksploatacji próbki znajdującej się między dwoma płytami o jednorodnej temperaturze. Na powierzchni próbki wymiana ciepła odbywa się przez konwekcję i promieniowanie. Na proces konwekcji wpływ mają temperatura i prędkość powietrza. Na proces promieniowania temperatura, całkowita emisyjność powierzchni próbki oraz powierzchni widzianych przez próbkę. Komora jest wyposażona w urządzenia umożliwiające odpowiednie pomiary temperatury powietrza, powierzchni próbki oraz powierzchni ekranujących w ścianach komory oraz w skrzynce grzejnej. Jest to szczególnie ważne dla próbek o małym oporze cieplnym. Warunki termiczne pomiarów Sprzęt laboratoryjny umożliwia utrzymanie w komorze ciepłej temperatury w zakresie od 0ºC do +40ºC, w komorze zimnej temperatury w zakresie od -30ºC do +40ºC i jednoczesnej różnicy temperatury między komorą ciepłą a zimną co najmniej 40K. Zarówno ciepła jak i zimna komora są wyposażone w instalacje pozwalające na kształtowanie klimatu (chłodzenie oraz ogrzewanie) podczas badań, zgodnie z wytycznymi norm PN-EN 1934, PN-EN ISO 12567-1 i -2 oraz PN-EN ISO 8990. Zastosowana instalacja zapewnia, by podczas badań parametry klimatu w komorach były utrzymywane z tolerancjami stabilności oraz jednorodności zawartymi w tych normach. Układ pomiarowy dla badań murów, metodą skrzynki grzejnej z ciepłomierzem, spełnia wymagania zawarte w normie PN-EN 1934 7
Rys1. Schemat normowego stanowiska badawczego 3. PROCEDURA BADANIA Próbki zostały dostarczone do Małopolskiego Laboratorium Budownictwa Energooszczędnego. W celu przygotowania próbek zgodnie z normą zostały one poddane procesowi kondycjonowania aż do osiągniecia w próbce wyrównanego rozkładu wilgoci. W celu uzbrojenia próbki w czujniki zamontowano na ich powierzchniach czujniki: ciepłomierze i czujniki temperatury. Ciepłomierze i płytę osłonową przyklejono do ciepłej strony powierzchni próbki za pomocą specjalistycznego kleju o niewielkim oporze cieplnym. 4. CZUJNIKI WYKORYSTANE W BADANIU CIEPŁOMIERZ Czujnik używany do badania tzw ciepłomierz jest przetwornikiem dającym sygnał elektryczny, który jest bezpośrednią funkcją gęstości strumienia cieplnego przechodzącego przez niego. Ciepłomierz jest wyposażony w czujniki temperatury rozmieszczonymi w taki sposób, że sygnał elektryczny podany przez czujniki jest bezpośrednio związany z gęstością strumienia cieplnego przechodzącego przez płytę. Na próbce zamontowano 2 ciepłomierze 1 w strefie bez wzmocnienia drugi w strefie ze wzmocnieniem. Typ ciepłomierza Ahlborn Almemo FQA018T CZUJNIKI TEMPERATURY 8
Czujniki do pomiaru temperatury powietrza i temperatury powierzchni próbki według normy były rozmieszczone równomiernie na powierzchni próbki i umieszczone naprzeciwko siebie po stronie ciepłej i zimnej. Czujniki temperatury zamontowane na powierzchni próbki były rozmieszczone w sposób umożliwiający określenie przeciętnej temperatury sekcji pomiarowej oraz sprawdzenie wymagań jednorodności temperatury. W badaniu zastosowano: W sekcji ze wzmocnieniem: - 5 czujników po stronie ciepłej - 6 czujników po stronie zimnej W sekcji bez wzmocnienia: - 5 czujników po stronie ciepłej - 6 czujników po stronie zimnej Czujniki zastosowane w badaniu to termopary typu T Dodatkowo prowadzono pomiar temperatury powietrza wewnątrz komór ciepłej i zimnej. 5. OPIS PRÓBKI BADAWCZEJ Próbka badawcza o wymiarach 150 x 150 cm jest wykonana jako ściana szkieletowa ze wzmocnieniem. Szkielet wykonany jest ze stali Wypełnienie wykonano z wełny mineralnej Układ wzmocnienia (usztywnienia) oraz przekrój przez warstwy jak na rysunku 3: Rys 2. Przekrój B-B 9
Rys 3. Ułożenie wzmocnienia stalowego 6. POŁOŻENIE CZUJNIKÓW Próbkę badawczą podzielono na dwie strefy (rys 3): Strefa A ze wzmocnieniem Strefa B bez wzmocnienia Ułożenie ciepłomierzy: Po stronie bez wzmocnienia znajduje się ciepłomierz 0.0 (1.0). Naprzeciw znajduje się termopara SC11. Po stronie z wzmocnieniem znajduje się ciepłomierz 0.1 (1.1). Naprzeciw znajduje się termopara SC12. Czujniki temperatury: Strona Ciepła: SC.: 00, 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10 według rysunku 4. Strona Zimna SZ: 00, 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12 według rysunku 5. 10
Rys 4. Ułożenie czujników strona ciepła Rys 5. Ułożenie czujników strona zimna 11
7. ORIENTACJA PROBKI, KIERUNEK PRZEJMOWANIA CIEPŁA Orientacja próbki pionowa Kierunek przejmowania ciepła poziomy 8. PRĘDKOŚĆ POWIETRZA Prędkość powietrza w czasie badania wynosiła 1,5 m/s 9. CZAS TRWANIA BADANIA Czas wykonywania badania wynosił 17.02.2016-22.02.2016 V. ROZDZIAŁ 4. WYNIKI BADAŃ DANE ZMIERZONE 1. Temperatura powietrza (tabela 2): - strona zimna 0,61 C - strona ciepła 23,55 C 2. Temperatury powierzchni - strona ciepła (tabela 3) - strona zimna (tabela 4) 3. Temperatury ważone powierzchni (tabela 5) 4. Temperatura na ciepłomierzu (tabela 6) Ciepłomierz sekcja A 23,16 C Ciepłomierz sekcja B 22,80 C 5. Gęstość strumienia ciepła (tabela nr 7) Ciepłomierz sekcja A -3,56 W/m Ciepłomierz sekcja B -6,93 W/m Tabela2 Temperatura powietrza Data Mierzona wartość Temperatura w komorze [ 0 C] strona zimna strona ciepła Czujnik 0.3 Czujnik 0.4 Różnica Czas pomiaru 10:00 0,30 C 21,70 C 21,40 C 2016-02-17 11:00 0,30 C 21,80 C 21,50 C 12:00 0,30 C 21,90 C 21,60 C 19:45 0,60 C 22,40 C 21,80 C 2016-02-18 08:15 0,60 C 23,00 C 22,40 C 12
10:00 0,60 C 23,00 C 22,40 C 14:00 0,70 C 23,60 C 22,90 C 17:00 0,70 C 22,60 C 21,90 C 19:00 0,70 C 23,10 C 22,40 C 2016-02-19 10:00 0,70 C 24,30 C 23,60 C 12:30 0,70 C 24,40 C 23,70 C 21:00 0,70 C 24,40 C 23,70 C 2016-02-20 15:00 0,70 C 24,90 C 24,20 C 16:00 0,70 C 24,90 C 24,20 C 2016-02-21 13:30 0,70 C 25,30 C 24,60 C 2016-02-22 06:30 0,70 C 25,50 C 24,80 C Średnia ważona 0,61 C 23,55 C 22,94 C Tabela 3 Temperatury powierzchni po stronie ciepłej Mierzona wartość: Temperatura czujników temperatury po stronie ciepłej [ 0 C] Sekcja ze wzmocnieniem A Sekcja bez wzmocnienia B Data/ Czas pomiaru SC01 SC02 SC03 SC04 SC05 SC06 SC07 SC08 SC09 SC10 średnia 2016-02-17 21,10 21,61 21,18 21,44 21,58 21,53 21,64 21,58 21,58 21,66 21,49 2016-02-18 2016-02-19 2016-02-20 2016-02-21 2016-02-22 11:00 21,22 21,74 21,30 21,57 21,69 21,66 21,77 21,69 21,70 21,79 21,61 12:00 21,29 21,80 21,36 21,62 21,77 21,73 21,83 21,76 21,78 21,84 21,68 19:45 21,30 21,78 21,36 21,61 21,73 21,73 21,80 21,76 21,80 21,83 21,67 08:15 22,03 22,55 22,10 22,37 22,52 22,48 22,58 22,51 22,53 22,60 22,43 10:00 22,08 22,60 22,16 22,43 22,58 22,55 22,64 22,57 22,59 22,65 22,49 14:00 22,62 23,00 22,66 22,92 23,01 22,93 23,00 22,94 23,01 23,01 22,91 17:00 21,87 22,09 21,88 22,08 22,11 22,05 22,11 22,05 22,11 22,13 22,05 19:00 22,24 22,49 22,24 22,48 22,51 22,44 22,52 22,44 22,51 22,53 22,44 10:00 23,47 23,74 23,48 23,72 23,75 23,68 23,76 23,69 23,76 23,78 23,68 12:30 23,57 23,84 23,59 23,84 23,86 23,80 23,86 23,80 23,87 23,89 23,79 21:00 23,55 23,82 23,57 23,81 23,83 23,76 23,84 23,77 23,84 23,86 23,77 15:00 24,08 24,35 24,08 24,33 24,36 24,30 24,37 24,30 24,36 24,39 24,29 16:00 24,03 24,30 24,04 24,30 24,32 24,26 24,32 24,25 24,32 24,34 24,25 13:30 24,39 24,67 24,41 24,66 24,67 24,62 24,68 24,62 24,68 24,71 24,61 06:30 24,58 24,85 24,59 24,84 24,86 24,80 24,87 24,80 24,88 24,88 24,80 Średnia ważona 22,71 23,08 22,75 23,00 23,07 23,02 23,10 23,03 23,08 23,12 23,00 Tabela 4 Temperatury powierzchni po stronie zimnej Data/ Czas pomiaru Mierzona wartość: Temperatura czujników temperatury po stronie zimnej [ 0 C] 13
Sekcja ze wzmocnieniem A Sekcja bez wzmocnienia B SZ01 SZ02 SZ03 SZ04 SZ05 SZ12 SZ06 SZ07 SZ08 SZ09 SZ10 SZ11 średnia 2016-02-17 0,23 0,23 0,25 0,22 0,31 0,24 0,21 0,26 0,22 0,20 0,21 0,27 0,24 11:00 0,23 0,23 0,25 0,21 0,30 0,25 0,22 0,27 0,23 0,20 0,21 0,26 0,24 12:00 0,18 0,18 0,20 0,20 0,24 0,22 0,18 0,22 0,18 0,17 0,17 0,21 0,20 19:45 0,19 0,20 0,20 0,20 0,25 0,22 0,18 0,22 0,20 0,18 0,17 0,22 0,20 2016-02-18 08:15 0,19 0,20 0,21 0,20 0,25 0,22 0,18 0,22 0,20 0,17 0,19 0,20 0,20 10:00 0,33 0,34 0,34 0,28 0,44 0,34 0,30 0,37 0,31 0,28 0,29 0,33 0,33 14:00 0,26 0,27 0,28 0,25 0,35 0,28 0,23 0,30 0,26 0,23 0,25 0,30 0,27 17:00 0,27 0,27 0,28 0,23 0,34 0,28 0,25 0,31 0,27 0,23 0,24 0,28 0,27 19:00 0,26 0,28 0,27 0,25 0,35 0,28 0,25 0,30 0,27 0,23 0,24 0,29 0,27 2016-02-19 10:00 0,28 0,27 0,29 0,25 0,36 0,30 0,28 0,31 0,28 0,25 0,25 0,30 0,29 12:30 0,28 0,27 0,29 0,26 0,35 0,28 0,27 0,29 0,28 0,24 0,25 0,31 0,28 21:00 0,27 0,28 0,29 0,26 0,36 0,29 0,27 0,31 0,29 0,24 0,25 0,30 0,28 2016-02-20 15:00 0,26 0,25 0,27 0,26 0,35 0,28 0,26 0,30 0,27 0,24 0,24 0,29 0,27 16:00 0,29 0,28 0,32 0,29 0,39 0,33 0,28 0,34 0,30 0,26 0,27 0,27 0,30 2016-02-21 13:30 0,26 0,25 0,28 0,25 0,36 0,28 0,26 0,30 0,27 0,25 0,25 0,28 0,27 2016-02-22 06:30 0,26 0,25 0,28 0,26 0,35 0,30 0,27 0,32 0,27 0,25 0,25 0,30 0,28 Średnia ważona 0,25 0,25 0,27 0,24 0,33 0,27 0,24 0,29 0,26 0,23 0,23 0,28 0,26 Tabela 5 Temperatury ważone powierzchni. Temperatura średnia w sekcjach postronnie ciepłej i zimnej Temperatura ważona po stronie ciepłej [ 0 C] Temperatura ważona po stronie zimnej [ 0 C] Sekcja ze Sekcja bez Sekcja ze Sekcja bez wzmocnieniem A wzmocnienia B wzmocnieniem A wzmocnienia B 22,92 23,07 0,27 0,25 Tabela 6 Temperatury na ciepłomierzach Data pomiaru Mierzona wartość: Temperatura na ciepłomierzu Czas pomiaru Ciepłomierz 0.0 (sekcja B bez wzmocnienia) Ciepłomierz 0.1(sekcja A z wzmocnieniem) Różnica 2016-02-17 10:00 21,72 C 21,19 C -0,53 C 11:00 21,85 C 21,32 C -0,53 C 12:00 21,92 C 21,39 C -0,53 C 19:45 21,88 C 21,38 C -0,50 C 2016-02-18 08:15 22,65 C 22,14 C -0,51 C 10:00 22,70 C 22,19 C -0,51 C 14:00 23,05 C 22,72 C -0,33 C 14
17:00 22,15 C 21,94 C -0,21 C 19:00 22,57 C 22,33 C -0,24 C 2016-02-19 10:00 23,81 C 23,53 C -0,28 C 12:30 23,93 C 23,66 C -0,27 C 21:00 23,89 C 23,62 C -0,27 C 2016-02-20 15:00 24,43 C 24,16 C -0,27 C 16:00 24,38 C 24,10 C -0,28 C 2016-02-21 13:30 24,75 C 24,47 C -0,28 C 2016-02-22 06:30 24,92 C 24,64 C -0,28 C Średnia ważona 23,16 C 22,80 C -0,36 C Tabela 7. Gęstość strumienia ciepła Data Mierzona wartość Gęstość Strumienia ciepła [W/m 2 ] Ciepłomierz 0.0 Ciepłomierz (sekcja B bez 0.1(sekcja A z Czas pomiaru wzmocnienia) wzmocnieniem) Różnica 2016-02-17 10:00-3,30-6,60-3,30 11:00-3,80-6,40-2,60 12:00-3,20-7,10-3,90 19:45-3,50-6,40-2,90 2016-02-18 08:15-3,80-6,70-2,90 10:00-3,40-6,60-3,20 14:00-3,80-6,90-3,10 17:00-3,50-6,40-2,90 19:00-3,80-7,10-3,30 2016-02-19 10:00-3,80-7,30-3,50 12:30-3,80-7,40-3,60 21:00-3,80-7,20-3,40 2016-02-20 15:00-3,50-7,40-3,90 16:00-3,50-7,40-3,90 2016-02-21 13:30-3,20-6,70-3,50 2016-02-22 06:30-3,30-7,30-4,00 Średnia ważona -3,56-6,93-3,37 VI. ROZDZIAŁ 5. WARTOŚCI OBLICZONE 1. KONWENCJONALNE OPORY CIEPLNE POWIERZCHNI Zgodnie z normą EN ISO 6946 przyjęto dla próbki o orientacji pionowej i poziomym przepływie strumienia ciepła: Rsi = 0,13 m 2 K/W Rse = 0,04 m 2 K/W 15
2. OPÓR CIEPLNY: Obliczenia przeprowadzono przy uwzględnieniu wartości pomierzonych na podstawie wzoru na opór cieplny próbki powierzchnia-powierzchnia Rt Rt = (Tsi-Tse)/q Z tej zmierzonej wielkości i oporów przejmowania ciepła na powierzchni zgodnie z EN ISO 6946 właściwości przejmowania ciepła są obliczane zgodnie z następującymi równaniami: RT = Rsi + Rt +Rse Współczynnik przenikania ciepła U jest obliczony zgodnie ze wzoru U = 1/RT OBLICZENIA: Obliczenia oparte na rzeczywistych pomiarach przeprowadzono w podziale na strefy A i B zgodnie z rys 6 1. Strefa A - ze wzmocnieniem Rt (A) = (22,92-0,27)/6,93 = 3,27 [m 2 K/W] RT (A) = 0,13+ 3,27 +0,04 = 3,44 [m 2 K/W] U (A) = 1/3,44 = 0,29 [W/m 2 K] 2. Strefa B bez wzmocnienia Rt (B) = (23,07-0,25)/3,56 = 6,41[m 2 K/W] RT (B) = 0,13+ 6,41 +0,04 = 6,58 [m 2 K/W] U (B) = 1/6,58 = 0,16 [W/m 2 K] 16
Rys 6. Podział badanej próbki na strefy. W sposób uproszczony obliczono średni współczynnik przenikania ciepła U dla całej badanej próbki, oszacowując procentowy udział stali w przekroju według rys 6 17
Rys 6. Przekrój AA przez badaną próbkę Pole przekroju badanego elementu: Szerokość próbki 29,24 cm Długość próbki 150 cm Pole przekroju całej próbki 4 386 cm2 Pole przekroju pojedynczego wycinka zawierającego wzmocnienie stalowe W przekroju występuje 5 ceowników o szerokości 40 mm, Szerokość próbki 29,24 cm Długość próbki zawierającej profile stalowe 5 x 4 = 20 cm Pole przekroju zawierającej profile stalowe 29, 24 x 20 = 588 cm 2 Procentowy udział stali w przekroju 13,4 % Uśredniony współczynnik przenikania ciepła U dla przekroju Uśr = (86,6*0,16)/100 +(13,4*0,29)/100 = 0,177 W/m2K 18
WNIOSKI: Aby w sposób dokładny obliczyć współczynnik U dla analizownej przegrody, oparty na wartościach rzeczywistych zaleca się PRZEPROWADZENIE BADAŃ LABOLATORYJNYCH mających na celu określenie współczynników przewodzenia ciepła dla poszczególnych materiałów, a następnie obliczenie rzeczywistego współczynnika przenikania ciepła dla takiej przegrody metodą kresów zgodnie z normą PN-EN 6946. 3. SZACOWANA DOKŁADNOŚC POMIARÓW Rozważane błędy pomiarowe: 1. Błąd strat na krawędzi 1% 2. Niepewność w niezrównoważeniu strumienia ciepła (dla próbek niejednorodnych 2% 3. Dokładność odczytu na wyjściu ciepłomierza 0,5% 4. Dokładność odczytu czujników temperatury 0,05 K 5. Dokładność pozycji czujnika temperatury 2% 19