Metody określania współczynnika przenikania ciepła U

Współczynnikprzenikania U jest jednym z ważniejszych parametrów współczesnegobudownictwa. Każdemu branżowcowi i architektowi powinna przydać sięwiedza, w jaki sposób jest obliczany dla szkła w budownictwie.Niniejszy artykuł przedstawia ogólnie metody określania współczynnikaprzenikania ciepła U dla szyb zespolonych izolacyjnych.

Współczynnik przenikania ciepła U charakteryzuje wielkość strat ciepła,które spowodowane są różnicą między temperaturą wewnątrz pomieszczeniaa temperaturą na zewnątrz. Wyznaczamy go dla centralnej częścioszklenia, bez uwzględnienia efektów brzegowych. Wartość współczynnikaprzenikania ciepła U przeszklenia możemy określić trzema metodamizgodnymi z europejskimi standardami:

• PN-EN 673: Szkło w budownictwie, Określanie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda obliczeniowa.

• PN-EN 674: Szkło w budownictwie, Określanie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda osłoniętej płyty grzejnej.

• PN-EN675: Szkło w budownictwie, Określanie współczynnika przenikania ciepłaU. Metoda pomiaru przepływu ciepła miernikiem.

1. Metoda obliczeniowa PN-EN 673

Metoda zgodna z normą PN-EN 673 jest metodą obliczeniową, gdzie wartość współczynnika przenikania ciepła U wyrażona jest wzorem:

 1/U =1/h_e + 1/h_t + 1/h_i,

gdzie: he, hi - współczynniki przejmowania ciepła z powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej ht - całkowita przewodność cieplna oszklenia.Dowyliczenia wartości he, hi oraz ht stosujemy odpowiednie wzory zwykorzystaniem wartości deklarowanych zawartych w normie. Bierzemy tutakże pod uwagę właściwości materiałów takie jak: emisyjnośćskorygowaną powierzchni szkła oraz właściwości gazu wypełniającegoprzestrzeń międzyszybową.

Emisyjność jest to zdolność powierzchniszkła do pochłaniania i odbijania ciepła. Im niższa emisyjność, tymlepsze właściwości termoizolacyjne szkła. Dla niepowlekanego szkłasodowo-wapniowego przyjmujemy wartość skorygowanej emisyjnościwynoszącą 0,837. Natomiast w przypadku szkieł powlekanych najpierwwyznaczamy emisyjność normalną poprzez pomiar spektrofotometrem wpodczerwieni i na tej podstawie wyliczamy emisyjność skorygowaną.

Emisyjność normalna jest to ilość ciepła wypromieniowywana prostopadledo powierzchni szkła, a emisyjność skorygowana jest obliczana jakoilość ciepła wypromieniowywana we wszystkich kierunkach. Do obliczeniawartości U wymagane są także właściwości gazu wypełniającego przestrzeńmiędzyszybową tj. współczynnik przewodzenia ciepła l, gęstość r,lepkość dynamiczna m oraz ciepło właściwe c. Interesujące nas wielkościsą wyznaczone dla poszczególnych gazów i możemy je znaleźć wodpowiednich tablicach np. fizyko-chemicznych.

Metody pomiarowe

Wartość współczynnika przenikania ciepła U możemy określić również metodami pomiarowymi zgodnymi z normami PN-EN 674 oraz PN-EN 675. W obu przypadkach podstawową zależnością, z której korzystamy jest:

 1/U = R + 1/h_e + 1/h_i,

gdzie: R - oporność cieplna wielokrotnego oszklenia [(m²K)/W] he - współczynnik przejmowania ciepła z powierzchni zewnętrznej [W/(m²K)] hi - współczynnik przejmowania ciepła z powierzchni wewnętrznej [W/(m²K)].Wartościhe oraz hi dla szyb zespolonych nie zawierających na powierzchniachzewnętrznych powłok o emisyjności mniejszej niż 0,837 są znormalizowanei wynoszą odpowiednio:

hi = 8 [W/(m²K)] he = 23 [W/(m²K)].

Wprzypadku szyb zespolonych z powłoką o emisyjności mniejszej niż 0,837na powierzchni zwróconej do wnętrza pomieszczenia wartość hi wyliczamyze wzoru:

 h_i = 3,6 + 4,4 * (ε / 0,837) [W/ (m²K)],

gdzie: e - skorygowana emisyjność powierzchni określona na podstawie normy PN-EN 673 0,837 - skorygowana emisyjność powierzchni szkła niepowlekanego.Wcelu wyznaczenia współczynnika przenikalności cieplnej U mierzymyoporność cieplną wielokrotnego oszklenia R. Próbki szyb zespolonych dopomiarów powinny być odpowiednio przygotowane i powinny być prawieidentyczne. Szczególną uwagę należy zwrócić na ich rozmiary orazpłaskość i równoległość powierzchni. Pomiary dokonywane są przyśredniej różnicy temperatur między zimną a gorącą powierzchnią próbekwynoszącą 15K.

2. Metoda osłoniętej płyty grzejnej PN-EN 674

Wprzypadku pomiarów metodą osłoniętej płyty grzejnej wartość opornościcieplnej R mierzy się z zastosowaniem zgodnego z normą aparatudwupróbkowego, składającego się z elementów grzejnych i chłodzących.Element grzejny umieszczony jest między dwiema próbkami. Ciepłoprzepływa przez próbki do elementów chłodzących. Mierzymy moc F (W)dostarczaną do centralnej części elementu grzejnego. Oporność cieplną R obliczamy zgodnie z równaniem:

 R = [2A(T1 - T2)]/Φ[(m²K)/W],

gdzie: Φ - przeciętna moc dostarczana do centralnej sekcji elementu grzejnego [W] T1 - średnia temperatura gorącej strony próbki [K] T2 - średnia temperatura zimnej strony próbki [K] A - powierzchnia [m²].

3. Metoda pomiaru przepływu ciepła miernikiem PN-EN 675

Metodapomiaru przepływu ciepła miernikiem jest metodą pomiaru względnego.Wyznacza się tu stosunek oporności cieplnej próbki do próbki wzorcowej.Jako próbkę wzorcową powinno się zastosować próbkę o oporności cieplnejR zbliżonej do próbki badanej. W metodzie tej do pomiaru opornościcieplnej R można zastosować dwa typy aparatów: jednopróbkowy lubdwupróbkowy.

Aparat jednopróbkowy składa się z elementu grzejnego ichłodzącego, między którymi umieszcza się próbkę badaną lub wzorcową(do kalibracji). Miernik przepływu ciepła umieszczony jest w środkupowierzchni płyty grzejnej i chłodzącej.

Aparat dwupróbkowy składa się z elementu grzejnego i dwóch elementówchłodzących. Element grzejny jest umieszczony między próbką badaną akontrolną. Mierniki przepływu ciepła umieszczone są na każdej stroniepróbki badanej i kontrolnej.Obliczamy tu gęstość przepływu ciepła F przenikającego przez miernik ina tej podstawie obliczamy R zgodnie z równaniem:

 R = 2* (T₁ - T₂) / (Φ₁+ Φ₂) [(m²K)/W],

gdzie: Φ1 i Φ2 (W/m²)- gęstości przepływów ciepła otrzymanymi w wyniku pomiaru przepływuciepła dwoma miernikami przyłożonymi do powierzchni próbki T1i T2 (K) - średnie temperatury gorącej i zimnej powierzchni próbkiprzylegającej do powierzchni pomiarowej mierników przepływu ciepła.Zgodniez wymaganiami dotyczącymi uzyskania oznakowania znakiem CE iobowiązującą normą EN 1279-5, dotyczącą oceny zgodności i zakładowejkontroli produkcji dla szyb zespolonych izolacyjnych, podstawowąmetodą, według której powinno wyznaczać się wartość współczynnikaprzenikania ciepła U jest metoda obliczeniowa (według EN-673). Określenie wartości U metodami pomiarowymi (według EN 674 lub EN 675)jest dopuszczalne jedynie w sytuacji, gdy zastosowanie metodyobliczeniowej jest niemożliwe ze ściśle określonych w normie powodów.

 mgr inż Monika MagieraWspółczynnik ciepła U wg PN EN 673