Hőtechnika II. ÉPÜLETFIZIKA. Horváth Tamás. építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék

Átírás

1 Hőtechnika II. Horváth Tamás építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék 1

2 Hőátbocsátás Hőátbocsátás levezetett képlete: egydimenziós, stacioner állapotra U = Bonyolultabb esetek? 1 U = + U d g + U f + U r R si + + R λf T F m F se a Többdimenziós állapotban? 1 R si + d λ + R se Két- és háromdimenziós vezetés Vonalmenti és pontszerű hőhidak Rétegtervi hőátbocsátási tényező számítása: U = R si U d g + U f + U r + lψ + nχ + R λf T F m F se a 2

3 Hőátbocsátási tényező követelményértékek 3 Épülethatároló szerkezet U [W/m 2 K] U [W/m 2 K] 1 Külső fal / Homlokzati fal U = 0,45 0,24 Lapostető 0,25 0,17 Padlásfödém / Padlás és búvótér alatti födém R si + d λ + R se 0,30 0,17 Fűtött tetőteret határoló szerkezetek 0,25 0,17 Alsó zárófödém árkád felett / Árkád és áthajtó feletti födém 0,25 0,17 Alsó zárófödém fűtetlen pince felett / terek felett 0,50 0,26 Üvegezés 1,00 Különleges üvegezés (magas akusztikai és biztonsági követelményű) 1,20 Homlokzati üvegezett nyílászáró, fa vagy PVC keretszerkezettel 1,60 1,15 Homlokzati üvegezett nyílászáró, fém keretszerkezettel 2,00 1,40 Homlokzati üvegezett nyílászáró, ha névleges felülete kisebb, mint 0,5 m 2 2,50 Homlokzati üvegfal (az üvegezésre és a távtartókra együttesen értelmezett átlag) 1,50 1,40 Üvegtető 1,45 Tetőfelülvilágító / Tetőfelülvilágító füstelvezető kupola 2,50 1,70 Tetősík ablak 1,70 1,25 Homlokzati üvegezetlen kapu / Ipari és tűzgátló ajtó és kapu 3,00 2,00 Homlokzati vagy fűtött és fűtetlen terek közötti ajtó 1,80 1,45 Homlokzati vagy fűtött és fűtetlen terek közötti kapu 1,80 Fűtött és fűtetlen terek közötti fal 0,50 0,26 Szomszédos fűtött épületek közötti fal 1,50 1,50 Talajjal érintkező fal 0-1 m / Lábazati fal, talajjal érintkező fal 1 m mélységig 0,45 0,30 Talajon fekvő padló (a kerület mentén 1,5 m széles sávban / egész) 0,50 0,30 Hagyományos energiagyűjtő falak (pl. tömegfal, Trombe fal) 1,00 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

4 Rétegtervi hőátbocsátási tényező U = R si U d g + U f + U r + lψ + nχ + R λf T F m F se a U rétegtervi hőátbocsátási tényező, rendeletben foglalt követelményszintnek megfeleltetendő R si, R se belső és külső oldali hőátadási ellenállások d rétegvastagság λ hővezetési tényező deklarált értéke MSZ EN ISO 10456:2007 szerint a hővezetési tényező korrekciós tényezői F T korrekciós tényező a hőmérséklet miatt F m korrekciós tényező a nedvességtartalom miatt F a korrekciós tényező az öregedés miatt MSZ EN ISO 6946:2007 szerint a hőátbocsátási tényező korrekciós tényezői ΔU g a légrések korrekciója ΔU f a mechanikai rögzítések korrekciója ΔU r a fordított rétegrendű tetők korrekciója MSZ EN ISO 10211:2008 szerint a hőhidasság figyelembe vétele l vonalmenti hőhíd hossza Ψ vonalmenti hőátbocsátási tényező n pontszerű hőhidak darabszáma Χ pontszerű hőátbocsátási tényező 4 Reisch Richárd: Az új energetikai szabályozás szerkezeti következményei In: Energiatudatos megoldások I.

5 Inhomogén rétegek U = R si U d g + U f + U r + lψ + nχ + R λf T F m F se a Változó vastagságú réteg Pl.: lejtésképző hőszigetelés lapostetőben Az átlagos vastagsággal számolhatunk Két vagy több különböző hővezetési képességű anyag egy rétegben Pl. acélbetétekkel átszúrt hőszigetelés (jó közelítéssel) a hőhidat egydimenziós hővezetéssel vehetjük figyelembe, eltekinthetünk a vasbetétek palástján végbemenő hőátbocsátástól. λ acél 50,000 W/mK = = 1250 λ hoszig 0,040 W/mK Pl. hőszigetelés faváz között (kevésbé jó közelítéssel) λ fa 0,130 W/mK = = 3,25 λ hoszig 0,040 W/mK Az inhomogén réteg hővezetési tényezője súlyozással számítható d = d min + d max 2 λ = A aλ a + A sz λ sz A a + A sz 5 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp,

6 Légréteges szerkezet Szerkezet légrétegében A légrétegben nincs hővezetés A határoló felületek és a légréteg között hőátadás A két határoló felület között sugárzásos hőcsere A levegő mozoghat, elszállíthatja a hőt Bonyolult > légréteg egyenértékű ellenállása Átszellőztetettség Nem, vagy gyengén kiszellőztetett a légréteg akkor, ha vízszintes helyzetben a légréteg és a külső levegő közötti nyílások felülete kisebb, mint 5 cm 2 az egységnyi, 1 m 2 homlokfelületre (0,05 %) függőleges helyzetben ezen felül a nyílások felülete kisebb, mint 5 cm 2 1 m hosszra Közepesen kiszellőztetett a légréteg akkor, ha az előző viszonyszámok értéke 5-15 cm 2 /m 2 (0,05-0,15 %) illetve 5-15 cm 2 /m Intenzíven kiszellőztetett a légréteg akkor, ha a nyílások fajlagos felülete 15 cm 2 /m 2 -nél nagyobb (0,15 %) 6 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

7 Légréteg egyenértékű hővezetési ellenállása A légréteg fajtája Nem vagy gyengén szellőztetett Közepesen szellőztetett A légréteg felületképzése Szokványos Visszaverő Szokványos Visszaverő A légréteg A hőáram iránya vastagsága [mm] vízszintes alulról felfelé felülről lefelé 1 0,035 0,035 0, ,11 0,11 0, ,15 0,13 0, ,17 0,14 0, ,17 0,14 0,21 1 0,07 0,07 0,07 5 0,22 0,22 0, ,30 0,25 0, ,35 0,28 0, ,35 0,28 0,42 1 0,017 0,017 0, ,05 0,05 0, ,07 0,06 0, ,08 0,07 0, ,08 0,07 0,10 1 0,035 0,035 0, ,10 0,10 0, ,14 0,12 0, ,16 0,14 0, ,16 0,14 0,20 Az adatok csak téli időszakra alkalmazhatók! U = Intenzíven átszellőztetett szerkezet esetén: részletes energiamérleg készítendő. közelítésként feltételezhető, hogy az abban uralkodó hőmérséklet a külső hőmérséklet. 1 R si + d λ + R se 7 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

8 Légréteg egyenértékű hővezetési ellenállása 8

9 Hőhidak Többdimenziós hőeloszlás = hőhíd Hőhidak kialakulásának okai: Geometriai forma geometriai hőhíd Különböző hővezetési tényezőjű anyagok szerkezeti hőhíd Egyenlőtlen felületi hőmérséklet-eloszlása Árnyékolt / napsütött felület / akadályozott légmozgás Hőhídmentes szerkezet nincs! Vizsgálatuk bonyolult Közelítő módszereket alkalmazunk Végeselemes szimuláció, nagy számítási kapacitás igénnyel 9 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

10 Többdemenziós hővezetés A hőáramok az útjukba eső ellenállások leküzdésével un. disszipációs munkát végeznek Az áramkép úgy alakul, hogy a munka minimális legyen Az áramképet befolyásoló tényezők Anyagok hővezetési tényezői Geometriai úthossz Rendelkezésre álló keresztmetszet Hőáramok szemléltetése Izotermákkal Az áramlás útvonalai az izotermák ortogonális trajektóriái 10 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

11 Hőhidak vizsgálata Hőhidak általában vagy vonal mentén jelentkező jelenségek Hőhíd keresztmetszetének izotermikus képe jellemzi Hőhíd zavarási sávja általában a szerkezetvastagság kétszerese mindkét irányban Vonalmenti hőátbocsátási tényező Mesterségesen kreált egyszerűsítő mutató 1 m vonalmenti hőhíd többlet hőveszteségének jellemzésére Fizikailag értelmezhetetlen Hőveszteség számítása a segítségével: vagy pontszerűen jelentkező jelenségek Hőhíd keresztmetszetének izotermikus képe jellemzi Pontszerű hőátbocsátási tényező Mesterségesen kreált egyszerűsítő mutató 1 db pontszerű hőhíd többlet hőveszteségének jellemzésére Fizikailag értelmezhetetlen Hőveszteség számítása a segítségével: Ψ: W mk Q = lψ t i t e Χ: W K Q = nχ t i t e 11 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

12 Dűbelek pontszerű hőhídként U = R si + A dűbel kialakítása 1 + U d g + U f + U r + lψ + nχ + R λf T F m F se a χ p [W/K] Műanyag szeges 0 Nemesacél feszítőelemes (pl. fúródűbeles) 0,001 Süllyesztett tányérnál hőszigetelő pogácsás 0,002 Süllyesztett acél csavarfejnél hőszigetelő dugós 0,002 Süllyesztett acél csavarfejnél légréteges 0,002 Műanyag fejű nemesacél csavaros (szeges) 0,002 Műanyag fejű horganyzott acélcsavaros (szeges) 0,004 Műanyaggal nem védett fejű acélcsavaros, Ø8 mm-es 0,006 Műanyaggal nem védett fejű acélcsavaros, Ø10 mm-es 0, Dr. habil. Kocsis Lajos: Homlokzati hőszigetelések dűbelezésének hőhídhatásai

13 Hőhidak - példa 13 Higi Balázs: Belső oldali hőszigetelések, tanulmány, 2012.

14 Hőhíd vizsgálat - példa 14 Zöld András: Energiatudatos építészet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1999.

15 Vonalmenti hőátbocsátási tényező számítása A vonalmenti hőátbocsátási tényező meghatározása történhet: hőhídkatalógus vagy, ±20% az MSZ EN ISO 10211:2008. Hőhidak az épületszerkezetekben. Hőáramok és felületi hőmérsékletek. Részletes számítások című szabvány vagy, ±20% az MSZ EN ISO 14683:2008. Hőhidak az épületszerkezetekben. Vonal menti hőátbocsátási tényező. Egyszerűsített módszer és felülírható kiindulóértékek című szabvány vagy, ±50% az MSZ EN ISO 13370:2008. Épületek hőtechnikai viselkedése. Hőátvitel a talajban. Számítási módszerek című szabvány vagy, számítógépes (végeselemes) hőhíd szimuláció alapján. ±5% 15 Lukács Dorottya: Hőhidak különböző vizsgálati módszereinek bemutatása a soproni Trefort téri óvoda utólagos hőszigetelésén, szakdolgozat, 2012.

16 Hőhíd vizsgálat szoftverrel 16 AnTherm Thermal Bridge Visualization - window/frame/wall junction.

17 Hőhídkatalógus Az EnEV a számításokhoz a külső méreteket írja elő, ezért ezen hőhídkatalógusban kizárólag ψ k külső méretekre vonatkoztatott hőhídveszteségi tényezőket alkalmazunk. Magyarországon az épületenergetikában mindig belső méretekkel számolunk! 17

18 Hőhidak vizsgálata példa 18 Lukács Dorottya: Hőhidak különböző vizsgálati módszereinek bemutatása a soproni Trefort téri óvoda utólagos hőszigetelésén, szakdolgozat, 2012.

19 Felülírható kiindulóértékek C1 Pozitív falsarok ψ=0,15 W/mK R5 Tetőcsatlakozás ψ=0,80 W/mK F1 Külső fal, közbenső födém ψ=0,10 W/mK IW1 Belső falcsatlakozás ψ=0,10 W/mK W18 Nyílászáró ψ=0,20 W/mK IW6 Belső fal, zárófödém ψ=0,10 W/mK G5 Külső fal, padló ψ=0,75 W/mK 19 Lukács Dorottya: Hőhidak különböző vizsgálati módszereinek bemutatása a soproni Trefort téri óvoda utólagos hőszigetelésén, szakdolgozat, MSZ EN ISO 14683:2008. Hőhidak az épületszerkezetekben. Vonal menti hőátbocsátási tényező.

20 Falsarok végeselemes modellje Blocon Heat3 Q = AU + lψ t i t e Q = 1U 1 + 1U 2 + 1Ψ 1 Q = U 1 + U 2 + Ψ 20 Lukács Dorottya: Hőhidak különböző vizsgálati módszereinek bemutatása a soproni Trefort téri óvoda utólagos hőszigetelésén, szakdolgozat, 2012.

21 Hőhidak vizsgálata példa 21 Lukács Dorottya: Hőhidak különböző vizsgálati módszereinek bemutatása a soproni Trefort téri óvoda utólagos hőszigetelésén, szakdolgozat, 2012.

22 Vonalmenti hőátbocsátási adatok becslése Hőhíd típusa Ψ[W/mK] Nyílászáró kerülete 0,15 Nyílászáró kerülete, ha a tok a hőszigetelés síkjában van 0,00 Falazott szerkezet sarka 0,10 Utólagosan hőszigetelt fal sarka 0,15 Falazott fal és belső fal T csatlakozása 0,06 Utólagosan hőszigetelt fal és belső fal T csatlakozása 0,03 Fal és födém csatlakozása (hőszigetelt) 0,15 Utólagosan hőszigetelt fal és födém csatlakozása 0,03 Párkány, attika 0,20 Erkélylemez, loggia pofafal 0,25 Egyéb hőhíd Ha az eredeti rétegterv 0,1 m-nél kisebb sávon szakad meg 0,25 U r Ha az eredeti rétegterv 0,1 m-nél nagyobb sávon szakad meg 0,50 U r Ahol U r az eredeti rétegterv hőátbocsátási tényezője 22 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

23 Hőveszteség-számítás egy helyiségre Q = AU + lψ t i t e 23 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

24 Hőveszteség-számítás egy helyiségre Megjegyzések Közelítő módszer, az Ytong hőhídkatalógusának (sic!) adataival A külső és belső hőmérséklet egységnyi (1 K) különbségére Fal U [W/m 2 K] A [m 2 ] UA [W/K] Rétegrendnek megfelelően 0,440 15,12 6,653 Ablak 1,400 3,78 5,292 Felületek összesen 11,945 Hőhidak Ψ [W/mK] l [m] Ψl [W/K] 1. falsarok (geometriai) 0,185 2,70 m 0, ablak függőleges (szerkezeti) 0,038 3,60 m 0, ablakpárkány (szerkezeti) 0,017 2,10 m 0, ablak feletti áthidalás (szerkezeti) 0,057 2,10 m 0, födémcsatlakozás (szerkezeti) 0,090 7,00 m 0, belső fal csatlakozása (geometriai) 0,009 2,70 m 0,024 Hőhidak összesen 1,447 Hőveszteség összesen Q = AU + lψ t i t e 8, Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp,

25 A hőhidak hatását kifejező korrekciós tényező A felületi, szerkezeti csatlakozásoknál keletkező hőhídveszteségeket a) részletes módszer alkalmazása esetén az MSZ EN ISO szabvány szerinti vagy azzal azonos eredményt adó számítás alapján, b) egyszerűsített módszer alkalmazása esetén a következő összefüggés szerint: U R = U 1 + kell figyelembe venni. A korrekciós tényező nem használható a gyártási, kivitelezési, tervezési hibák figyelembevételére és az ezek miatt időben bekövetkezett hőhidasság figyelembevételére (pl. hőszigetelt panelos rendszerek gyártási hibái). 25 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

26 A hőhidak hatását kifejező korrekciós tényező 26 Határoló szerkezetek A hőhidak hatását kifejező korrekciós tényező, χ külső oldali, vagy szerkezeten gyengén hőhidas 0,15 belüli megszakí- közepesen hőhidas 0,20 Külső falak 1) tatlan hőszigeteléssel erősen hőhidas 0,30 gyengén hőhidas 0,25 egyéb külső falak közepesen hőhidas 0,30 erősen hőhidas 0,40 gyengén hőhidas 0,10 Lapostetők 2) közepesen hőhidas 0,15 erősen hőhidas 0,20 gyengén hőhidas 0,10 Beépített tetőteret határoló szerkezetek 3) közepesen hőhidas 0,15 erősen hőhidas 0,20 Padlásfödémek 4) 0,10 Árkádfödémek 4) 0,10 Pincefödémek 4) szerkezeten belüli hőszigeteléssel 0,20 alsó oldali hőszigeteléssel 0,10 Fűtött és fűtetlen terek közötti falak, fűtött pincetereket határoló, külső oldalon hőszigetelt falak 0,05 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

27 A hőhidak hatását kifejező korrekciós tényező 1) [Külső falak] Besorolás a pozitív falsarkok, a falazatokba beépített acél vagy vasbeton pillérek, a homlokzatsíkból kinyúló falak, a nyílászáró-kerületek, a csatlakozó födémek és belső falak, erkélyek, lodzsák, függőfolyosók hosszának fajlagos mennyisége alapján (a külső falak felületéhez viszonyítva). 2) [Lapostetők] Besorolás az attikafalak, a mellvédfalak, a fal-, felülvilágító- és felépítményszegélyek hosszának fajlagos mennyisége alapján a (tető felületéhez viszonyítva, a tetőfödém kerülete a külső falaknál figyelembe véve). 3) [Padlásfödémek] Besorolás a tetőélek és élszaruk, a felépítményszegélyek, a nyílászárókerületek hosszának, valamint a térd- és oromfalak és a tető csatlakozási hosszának fajlagos mennyisége alapján (a födém kerülete a külső falaknál figyelembe véve). 4) [Árkádfödémek] A födém kerülete a külső falaknál figyelembe véve. Határoló szerkezetek A hőhidak hosszának fajlagos mennyisége (fm/m 2 ) alapján gyengén hőhidas közepesen hőhidas erősen hőhidas Külső falak < 0,8 0,8-1,0 > 1,0 Lapostetők < 0,2 0,2-0,3 > 0,3 Beépített tetőtereket határoló szerkezetek < 0,4 0,4-0,5 > 0,5 27 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról