oknoserwis.pl

Szukaj w serwisie:

galerie:     panopticum     wieśniacze życie    siedziby  

WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ

W artykule przedstawiono wyniki badań 32 okien, przeprowadzonych w Zakładzie Fizyki Cieplnej: na stanowisku skrzynki grzejnej oraz obliczeń komputerowych dwuwymiarowego pola temperatury. Stwierdzono niewielkie różnice między wynikami pomiarów i obliczeń, pozwalające na uwierzytelnienie wyników badań przez obliczenia komputerowe i stosowanie ich w procesie aprobacyjnym

1. WPROWADZENIE

Istnieją różne metody badania i obliczania współczynnika przenikania ciepła okien. Wśród metod badawczych wyróżnia się metodę skrzynki grzejnej [1] i [2], a wśród metod obliczeniowych symulację komputerową dwuwymiarowego pola temperatury [3] oraz metody uproszczone [4]. Projekt normy europejskiej dotyczącej okien i drzwi [5] dopuszcza ww. metody badawcze i obliczeniowe jako równoważne w zakresie określania i deklarowania wartości współczynnika przenikania ciepła.

We wcześniejszych pracach z lat 1993÷2000 [6], [7] i [8] wykazywano dostateczną zgodność wyników badań okien metodą skrzynki grzejnej z wynikami obliczeń komputerowych.

Skądinąd jednak są sygnały o rozbieżności wyników badań i obliczeń. W 2002 r., w pracy [9], dotyczącej określenia współczynnika przenikania ciepła ram okien z PVC, stwierdzono występowanie systematycznej różnicy wyników badań i obliczeń (ok. 0,2 W/(m 2·K)). W związku z tym, opracowano wytyczne do stosowania w praktyce [9] i [10], ale dotyczące tylko ram bez uwzględnienia wpływu oszklenia.

Mając na względzie możliwość występowania różnic, w 2004 r. i 2005 r. [11], w ITB przeprowadzono badania porównawcze współczynnika przenikania ciepła okien dwoma metodami: empiryczną przy wykorzystaniu osłoniętej skrzynki grzejnej i obliczeniową uwzględniającą komputerową symulację przepływu ciepła w dwuwymiarowym polu temperatury, tj. metodami ujętymi w [5].

Określenie porównywalności wyników uzyskanych ww. metodami w odniesieniu do tych samych okien oraz wskazanie czynników wpływających w sposób zasadniczy na poziom zgodności ma istotne znaczenie przy uwierzytelnieniu wyników uzyskiwanych metodami obliczeniowymi.

2. PRZEDMIOT BADAŃ

Do pomiarów i obliczeń wybrano okna najczęściej stosowane w Polsce o różnej izolacyjności cieplnej (tabl.1), tj. okna z:

  • drewna iglastego lub meranti,
  • trój i pięciokomorowych kształtowników PVC,
  • kształtowników aluminiowych z przekładką termiczną o różnej wysokości,
  • różnymi szybami zespolonymi oraz z płytami kalibracyjnymi zastępującymi te szyby.

Badano okna z kompletnym wyposażeniem.

2. WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKREŚLANY EMPIRYCZNIE

Współczynnik przenikania ciepła okien U m obliczono wg [1] ze wzoru:

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(1)

D q n - różnica temperatury środowiska po stronie ciepłej i zimnej określona wg [1], K,

q sp - gęstość strumienia ciepła przez okno, W/m 2, wyznaczona ze wzoru (2):

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(2)

A sp - powierzchnia okna, m 2,

F in - wartość strumienia ciepła wydzielonego w skrzynce grzejnej, W,

F sur - wartość strumienia ciepła przez ściankę otaczającą, W, wyznaczona z zależności:

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(3)

A sur - powierzchnia ścianki otaczającej (maski), m 2,

D q s,sur - różnica temperatury płyty otaczającej (maski) po stronie ciepłej i zimnej, K,

R sur - opór cieplny maski, wyznaczony w procesie kalibracyjnym, (m 2·W)/K,

F edge - wartość strumienia ciepła przez obszar brzegowy okna, W, wyznaczona ze wzoru:

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(4)

L edge - obwód badanego okna, m,

Y edge - liniowy współczynnik przenikania ciepła, W/(m·K),

D q c - różnica temperatury powietrza po stronie ciepłej i zimnej, K.

Niepewność pomiaru współczynnika przenikania ciepła okien oblicza program komputerowy uwzględniający m.in. niepewności składowe czujników i torów pomiarowych oraz niepewności wynikające ze stabilizacji warunków badania.

Na rys.1 przedstawiono przykładowe wyniki komputerowych obliczeń niepewności rozszerzonej (dla poziomu ufności 90%) przy 5 wartościach współczynnika przenikania ciepła, w funkcji stosunku pola powierzchni próbki do pola powierzchni pomiarowej skrzynki grzejnej.

Stosunek pola powierzchni próbki do pola pomiarowego skrzynki, %

Rys.1 Niepewność pomiaru, u(U m), współczynnika przenikania ciepła

Fig.1 Uncertainty of measurement, u(U m), of thermal transmittance

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ

Znormalizowany współczynnik przenikania ciepła, U st, obliczono ze wzoru:

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(5)

R (s,t),st = 0,17 (m 2 K)/W - normowy całkowity opór przejmowania ciepła,

R s,t - całkowity opór przejmowania ciepła, (m 2 K)/W, odpowiadający zmierzonemu

współczynnikowi, U m, wyznaczony z danych kalibracyjnych.

Współczynnik przenikania ciepła ram okiennych zmierzono wg [2]. W tym celu szyby zespolone w oknach zastępowano płytami kalibracyjnymi ze styropianu o znanym oporze cieplnym R fill i tej samej grubości co szyby zespolone.

Dla okien z płytami kalibracyjnymi zmierzono współczynnik przenikania ciepła, U m,t, wg [1], a następnie obliczono współczynnik przenikania ciepła ram, U f , ze wzoru:

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(6)

U m,t - zmierzony współczynnik przenikania ciepła okna z płytą kalibracyjną, W/(m 2 ·K),

A - powierzchnia okna, m 2

A f - powierzchnia ramy, m 2

R fill - opór cieplny płyty kalibracyjnej, m 2 ·K/W

D q s,fill - różnica temperatury powierzchni płyty kalibracyjnej po stronie ciepłej i zimnej, K

D q n - różnica temperatury środowiska po stronie ciepłej i zimnej, K.

3. WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKREŚLANY OBLICZENIAMI

Wartości współczynników przenikania ciepła U f poszczególnych przekrojów ram obliczono ze wzoru (7) przyjmując model zgodny z [3]:

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(7)

q l - liniowa gęstość strumienia ciepła ramy z płytą kalibracyjną obliczona programem komputerowym BISCO firmy PHYSIBEL [12], W/m,

D θ - różnica temperatury środowiska zewnętrznego ( θ e) i wewnętrznego ( θ i), K

U p - współczynnik przenikania ciepła centralnej część płyty kalibracyjnej, W/(m 2·K),

b f - zrzutowana na płaszczyznę równoległą do oszklenia szerokość ramy, m,

b p - szerokość płyty kalibracyjnej (w świetle ramy), m.

Liniowy współczynnik przenikania ciepła y g, charakteryzujący mostek cieplny powstający na połączeniu ramy z szybą zespoloną, obliczono wg wzoru podanego w [3] :

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(8)

q l - liniowa gęstość strumienia ciepła ramy z oszkleniem, W/m,

U g - zmierzony współczynnik przenikania ciepła centralnej części oszklenia, W/(m 2·K),

b g - szerokość oszklenia (w świetle ramy), m.

Zgodnie z [5], współczynnik przenikania ciepła okna U w obliczono ze wzoru (9).

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ

 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN WG OBLICZEŃ I BADAŃ
(9)

A - pole całkowite powierzchni okna, m 2,

A g - pole powierzchni, do której ma zastosowanie wartość U g, m 2,

A f = A - A g- pole powierzchni ramy okna, m 2,

l g - długość, do której ma zastosowanie wartość liniowego współczynnika y g, m.

Do obliczeń przyjęto:

  • wymiary - na podstawie rysunków technicznych w postaci plików formatu DXF,
  • wartości współczynnika przewodzenia ciepła materiałów oraz szczelin powietrznych wg [3] lub na podstawie pomiarów,
  • wartości temperatury i współczynnika przejmowania ciepła płaskich powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej, przyjęto odpowiednio: θ i = 20 oC, h si = 7,7 W/(m 2K) oraz θ e = -20 oC, h se = 25 W/(m 2K).

4. WYNIKI BADAŃ I OBLICZEŃ

4.1. Wyniki pomiarów współczynnika przenikania ciepła U g

Zmierzone wartości współczynnika U g oraz płyt kalibracyjnych, podane w [11] i będące danymi wyjściowymi do obliczeń komputerowych całych okien, zawierają się w granicach od 1,1 do 2,7 W/(m 2·K).

4.2. Wyniki pomiarów i obliczeń współczynnika przenikania ciepła ram okien U f

Wartości współczynnika U f, podane w [11], zawierają się w granicach od ok. 1,5 do 3,3 W/(m 2·K) , natomiast różnice między zmierzonymi i obliczonymi wartościami nie są duże, gdyż wynoszą 7,1 % (0,12 W/(m 2 × K)) i nie przekraczają wartości niepewności złożonej pomiarów.

Większe różnice, występujące w odniesieniu do okien nieotwieralnych (maksymalnie 11,2 %) wynikają z niepewności pomiaru wzrastającej wraz ze zmniejszaniem się wartości stosunku powierzchni ram do powierzchni otworu „maski”, w którym się je montuje lub do powierzchni pomiarowej skrzynki grzejnej (rys.1). Powierzchnia ram okien nieotwieralnych jest w przybliżeniu dwukrotnie mniejsza niż w oknach otwieralnych.

4.3 Wyniki pomiarów i obliczeń współczynnika U W

W tabl.1 przedstawiono zmierzone i obliczone wartości współczynnika przenikania ciepła U w oraz względne różnice między tymi wartościami.

Tabl.3 Wyniki badań współczynnika przenikania ciepła U w

Tabl.3 Results of investigations of thermal transmittance U w.

Nr okna

Rodzaj okna

Rodzaj ramy okna

Współczynnik, U w [ W/(m 2·K)]

Różnica [%]

obliczenia programem [12]

pomiar metodą „Hot Box” [1]

1

Okno jednorzędowe, dwudzielne ze słupkiem stałym, otwieralne, rozszczelnione

3-komorowe kształtowniki PVC

1,65

1,75

5,7

2

Okno jak nr 1, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,39

1,39

0,0

3

Okno jak nr 1, nierozszczelnione

Jw.

1,62

1,64

1,2

4

Okno jak nr 2 nierozszczelnione

Jw.

1,36

1,33

2,3

5

Okno jednorzędowe, dwudzielne, ze słupkiem stałym, nieotwieralne

Jw.

1,64

1,66

1,2

6

Okno jak nr 5, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,26

1,27

0,8

7

Okno jak nr 1, innego systemu

Jw.

1,64

1,61

1,9

8

Okno jak nr 7, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,35

1,36

0,7

9

Okno jak nr 5, innego systemu

Jw.

1,55

1,54

0,6

10

Okno jak nr 9, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,18

1,19

0,8

11

Okno jednorzędowe, dwudzielne ze słupkiem stałym, otwieralne rozszczelnione

5-komorowe kształtowniki PVC

1,55

1,57

1,3

12

Okno jak nr 11, z płytą styropianową zastępującą szybę

5-komorowe kształtowniki PVC

1,29

1,29

0,0

13

Okno jak 11 nierozszczelnione

Jw.

1,53

1,57

2,5

14

Okno jak nr 12, nierozszczelnione

Jw.

1,27

1,28

0,8

15

Okno jednorzędowe, dwudzielne, ze słupkiem stałym, nieotwieralne

Jw.

1,52

1,50

1,3

16

Okno jak nr 15, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,18

1,22

3,3

17

Okno zespolone z drewna, l obl. = 0,14 W/(m·K)

Kształtowniki drewniane

2,20

2,16

1,9

18

Okno jak nr 17, z drewna, l obl. = 0,16 W/(m·K)

Jw.

2,25

2,16

4,2

19

Okno dwurzędowe, z drewna meranti, l obl. = 0,11 W/(m·K))

Jw.

2,00

1,90

5,3

20

Okno jak nr 19, z drewna meranti l obl. = 0,13 W/(m·K))

Jw.

2,07

1,90

8,9

21

Okno dwudzielne, ze słupkiem stałym, z drewna meranti, l obl. = 0,15 W/(m·K)) , rozszczelnione

Jw.

1,50

1,56

3,8

22

Okno jak nr 21, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,25

1,30

3,8

23

Okno jak nr 21, nierozszczelnione

Jw.

1,49

1,51

1,3

24

Okno jak nr 22, nierozszczelnione

Jw.

1,24

1,24

0,0

25

Okno dwudzielne, ze słupkiem stałym, rozszczelnione

Kształtowniki aluminiowe z przekładką termiczną

2,24

2,33

3,9

26

Okno jak nr 25, z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,72

1,83

6,0

27

Okno jak nr 25, nierozszczelnione

Jw.

2,18

2,27

4,0

28

Okno jak nr 26, nierozszczelnione

Jw.

1,67

1,80

7,2

29

Okno dwudzielne ze słupkiem stałym, rozszczelnione, innego systemu

Jw.

2,57

2,55

0,8

30

Okno jak nr 29 z płytą styropianową zastępującą szybę

Jw.

1,99

2,01

1,0

31

Okno jak nr 29, nierozszczelnione

Jw.

2,54

2,54

0,0

32

Okno jak nr 30, nierozszczelnione

Jw.

1,95

2,01

3,0

5. PODSUMOWANIE

5.1 Badania 32 okien (o U w=1,2 do 2,6 W/(m 2·K)) wykazały następujące różnice między zmierzonymi i obliczonymi wartościami U w:

- w odniesieniu do okien z ramami z PVC największa różnica wynosi 5,7 % (0,1 W/(m 2·K)) i przekracza wartość niepewności złożonej pomiaru wynoszącej ok. 0,05 W/(m 2·K). W pozostałych przypadkach różnice są znacznie niższe;

- w odniesieniu do okien z ramami z drewna maksymalna różnica nie przekracza 8,9 % (0,17 W/(m 2·K)). Zależy ona od przyjętej do obliczeń komputerowych wartości współczynnika przewodzenia ciepła l drewna, dlatego niezbędne jest przyjmowanie wartości l na podstawie wcześniej przeprowadzonych badań;

- w odniesieniu do okien z kształtowników aluminiowych z przekładką termiczną różnica względna nie przekracza 7,2 % (0,13 W/(m 2·K)). Do obliczeń konieczna jest identyfikacja rodzaju powierzchni kształtowników aluminiowych: widocznych oraz między przekładkami termicznymi i przyjmowanie wartości emisyjności równej 0,9 w odniesieniu do powierzchni pokrytych lakierem, a 0,12 w odniesieniu do aluminium niepokrytego lakierem lub ewentualne określenie wartości współczynnika emisyjności powierzchni na podstawie wyników badań.

5.2 Różnice wyników uzyskanych metodą pomiarową i obliczeniową ocenia się jako niewielkie. Nie stwierdzono przy tym występowania odchyłek systematycznych, wymagających uwzględnienia. W związku z powyższym wyniki uzyskane metodą osłoniętej skrzynki grzejnej i metodą komputerowych obliczeń można traktować jako równorzędne.

5.3 Właściwości cieplne okien i drzwi balkonowych mogą więc być określane w procesie aprobacyjnym (wstępne badania typu) przez obliczenia komputerowe, a nie tylko badania eksperymentalne.

6. LITERATURA

  • PN-EN ISO 12567–1:2004 Cieplne właściwości użytkowe okien i drzwi. Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej. Część 1: Kompletne okna i drzwi.
  • PN-EN 12412–2:2005 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej. Część 2: Ramy.
  • PN-EN ISO 10077-2:2005 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji Obliczanie współczynnika przenikania ciepła Część 2: Metoda komputerowa dla ram.
  • PN-EN ISO 10077-1:2002. Właściwości cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1: Metoda uproszczona.
  • PrEN 14351-1:2005. Windows and external pedestrian doorsets. Product standard. Performance characteristic. Part 1: Product without fire and smoke related characteristic.
  • Carpenter, S. 1993. Use of computer simulation to rate window thermal performance. CIB W67 International Symposium Energy Efficient Buildings, March 1993, Stuttgart .
  • Zb. Owczarek. Metoda obliczania oporu cieplnego aluminiowych ram okiennych z wykorzystaniem modelu o skupionych parametrach cieplnych. Praca doktorska, ITB 2000r.
  • Bertil Jonsson Energy- efficient windows: Testing and Calculation of U-values. Swedish National Testing and Research Institute. SP Report 1996:36 .
  • IFT Richtlinie WA-02/1. U f–Werte für Kunststoffprofile aus Fenstersystemen.
  • Prufbericht 432 25195/2. IFT Rosenheim. 20. August 2002.
  • Praca naukowo-badawcza NF-47/04/05. Ocena porównawcza obliczeń i badań współczynnika przenikania ciepła okien, ITB, Warszawa 2004 i 2005.
  • Program komputerowy BISCO firmy PHYSIBEL, www.physibel.be

THERMAL TRANSMITTANCE OF WINDOWS ACCORDING TO TESTS AND CALCULATIONS

Summary

The paper shows results of tests of 32 windows, obtained using existing in Thermal Physics Department: “hot box” apparatus and computer calculations of two-dimensional thermal field. Not significant differences between results of measurements and calculations which have been found, allows to validate calculation results and using them in approval procedure.

 
Drzwi na aranżacyjne wyzwania
  • Drzwi na aranżacyjne wyzwania
  • Gwarancja na otwieranie. Jak zachować gwarancję na napędy automatyczne?
  • TECAUMA : specjalista zautomatyzowanego magazynowania profili
  • Profile Metal -Plast - opcja łączenia w pionie i wypełnień komór pianką PU
  • Kostka w mieszkaniu, czyli beton zatopiony w bieli
  • Reklama

    Pobierz odtwarzacz Adobe Flash Player

    Kursy walut NBP

    WalutaKupnoSprzedaż
    EUR4,19154,2761
    USD3,31263,3796
    GBP5,30805,4152
    CHF3,47423,5444

    Reklama

    Pakiet szybowy 4 Xglass – 4 dodatkowe korzyści w standardzie
  • Pakiet szybowy 4 Xglass – 4 dodatkowe korzyści w standardzie
  • Promocja nakładki aluminiowej na okna od Internorm.
  • Promocja Somfy – niezwykle atrakcyjne nagrody
  • Nowości firmy Veyna
  • Szyba SUNLIGHT + w letniej promocji Domel
  • Piana montażowa Flexifoam doceniona przez Instytut Techniki Budowlanej
  • Piana montażowa Flexifoam doceniona przez Instytut Techniki Budowlanej
  • Chemia między nami
  • Nowy wymiar uszczelnienia
  • VELUX najlepszym partnerem w biznesie
  • ANWIS po raz trzeci i podwójnie...
  • Strefa partnera:

     
     

    Wydawnictwo bud media
    ul. Szajnochy 14 85-738 Bydgoszcz
    Tel: 530 005 016

    Copyright 1994-2014 Oknoserwis.pl Wszelkie prawa zastrzeżone.