Vliv prosklení na teplotu vnitřního prostředí Modernizace vzdělávacího obsahu a podpora rozvoje na SPŠS Havlíčkův Brod VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV TECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ BUDOV Veveří 95, 602 00Brno
Ing. Pavel Uher
1
Osnova
• Slunce v tepelné bilanci budov • Pohyb Slunce na obloze • Působení Slunce na budovu (průsvitné a neprůsvitné části obálky budovy) • Tepelná bilance budovy v letním období • Protisluneční ochrana budov • Případová studie – teplota v klimatizované místnosti
2
Klimatické (návrhové) podmínky v ČR VENKOVNÍ KLIMATICKÉ PODMÍNKY Zeměpisná poloha, nadmořská výška
+30°C
-15°C
VNITŘNÍ PODMÍNKY komfort
VYTÁPĚNÍ
KLIMATIZACE 20°C
TEPELNÁ ZTRÁTA
TEPELNÁ BILANCE
26°C TEPELNÝ ZISK
3
Tubo – slunce NÁVRHOVÉ VELIČINY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ
LÉTO
ZIMA Teplota vzduchu
Teplota vzduchu Vlhkost (entalpie) vzduchu Intenzita slunečního záření Geografická poloha (nadmořská výška – tlak vzduchu)
Má výrazně proměnlivý charakter
4
Tepelné zisky místnosti
venkovní zdroje okna
vnitřní zdroje osvětlení
lidé
stěna
elektronika
větrání
okolní místnosti
klimatické podmínky + stavba
vybavení a účel budovy, dispozice budovy 5
Okno = průsvitný prvek v obálce budovy Okno je nejslabší článek v obálce budovy – v zimě vykazuje při zatažené obloze nejvyšší tepelnou ztrátu, v létě nadměrný tepelný zisk Ohřívání i chladnutí místností je přímo úměrné podílu průsvitných ploch (také nepřímo úměrné hmotnosti konstrukcí) Velké plochy jsou účelné pro zrakovou pohodu a psychologické propojení s okolím budovy Čím je menší součinitel prostupu tepla (menší U), tím klesá i prostupnost slunečního záření Na tepelnou bilanci okna má zásadní vliv dostupnost slunečního záření
6
Využití slunečního záření v budovách
te,L
teplota
CHLAZENÍ
tmax = tL
solární zisky + akumulace tepla
∆ti
- komfort - spotřeba energie
tmin = tZ
VYTÁPĚNÍ
1
2
3
4
5
6
te,Z 7
8
9
10
11
měsíce
12 7
Sluneční souřadnice – výška Slunce Výška Slunce nad obzorem h
h
8
Sluneční souřadnice - azimut ZÁPAD SLUNCE
VÝCHOD SLUNCE
S
V
Z
a
J 9
Poloha Slunce na obloze v zimě a v létě
10
Průchod slunečního záření atmosférou
PŘÍMÁ RADIACE NA HRANICI ATMOSFÉRY
Ik
Ik PŘÍMÁ
PŘÍMÁ
DIFÚZNÍ
Ip GLOBÁLNÍ
Ig
Ip
DIFÚZNÍ
Id 11
1000
800
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
dopadající sluneční záření (W/m2)
Sluneční záření v květnu – ČSN a skutečnost 1200 2.5.2010
5.5.2009
11.5.2010
21.5-N
600
400
200 čas
0
12
1200
1000
200
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
dopadající sluneční záření (W/m2)
Sluneční záření v červnu – ČSN a skutečnost 1400 1.6.2010
1.6.2009
23.6.2010 21.6-N
800
600
400
čas
0
13
Sluneční záření působící na různé světové strany Intenzita sluneční radiace I (W/m2) procházející jednoduchých oknem s ocelovým rámem
SEVER
VÝCHOD
JIH
ZÁPAD
VODOROVNÁ 14
Prostup slunečního záření do budovy – jasný letní den 500 W/m2
Prostup slunečního záření oknem je okamžitý, prostup tepla stěnou je zpožděný a vykazuje teplotní útlum.
5 W/m2
15
Výpočet tepelného zisku okna Závisí na denní a roční době, poloze osluněné roviny a oblačnosti Okno - rám
Intenzita záření
Průsvitná plocha
Stínící součinitel
Tepelný zisk
Stínění překážkami (okolní budovy) Propustnost skla Pohyblivé stínící prvky (žaluzie, rolety)
16
Dopadající sluneční záření v průběhu roku v Praze
dopadající záření (kJ/m2.den)
V létě dopadá na zemský povrch ze Slunce v ČR 10x více tepelné energie než v zimě. Racionální využívání solárních zisků musí být řízené. 2008
35000
2007
30000
2005 průměr
25000
trend prumeru
20000 15000 10000 5000 0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12
datum 17
Stínící technika Cíl = řídit průchod slunečního záření do místnosti
• • • •
Okenice Venkovní rolety Venkovní žaluzie Slunolamy a markýzy
18
Stínící součinitel s=
I o ,e I o ,i
s = 0,85
s = 0,80
I o ,i I o ,e
s = 0,60
s = 0,15 19
Případová studie – prosluněný klimatizovaný byt
20
06:00:00
22:00:00
25.6.2010 14:00:00
06:00:00
22:00:00
24.6.2010 14:00:00
T-sání
06:00:00
22:00:00
23.6.2010 14:00:00
T-ext
22:00:00
22.6.2010 14:00:00
06:00:00
22:00:00
T4
21.6.2010 14:00:00
06:00:00
22:00:00
T3
20.6.2010 14:00:00
06:00:00
22:00:00
19.6.2010 14:00:00
T2
06:00:00
22:00:00
18.6.2010 14:00:00
T-přívod
06:00:00
22:00:00
17.6.2010 14:00:00
06:00:00
22:00:00
26
16.6.2010 14:00:00
06:00:00
22:00:00
15.6.2010 14:00:00
teplota (°C)
Průběh teploty v klimatizované místnosti (byt) 28 T nastavená
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
čas (den, hodina)
21
Prognóza teploty v místnosti s oknem
• Metoda tepelné rovnováhy
ZISKY (solární, vnitřní – lidé, svítidla)
ZTRÁTY (prostup a větrání)
22
Tepelné mikroklima jednoduché místnosti s = 0,15 s = 0,7 34,9 °C 25,6 °C
Stěna 5x3m (dovnitř 4m) Okno 3x1,6 m na jih s = 0,15 Q = 200 W
28,2 °C
23
Shrnutí
Vysoké prosklení v obálce budovy způsobuje: • snížení tepelné stability – způsobuje kolísání teploty • Zvyšuje tepelné zisky místnosti – významně zvyšuje teplotu místnosti (v létě) • Při zamračené obloze zvyšuje tepelnou ztrátu v zimě, povrch skla má nízkou teplotu (chladné sálání) • Bez stínění za jasné oblohy snižuje zrakovou pohodu (jas) 24
Děkuji za pozornost
25
