Współczynnik przenikania U jest jednym z ważniejszych parametrów współczesnego budownictwa. Każdemu branżowcowi i architektowi powinna przydać się wiedza, w jaki sposób jest obliczany dla szkła w budownictwie.
Niniejszy artykuł przedstawia ogólnie metody określania współczynnika przenikania ciepła U dla szyb zespolonych izolacyjnych.
Współczynnik przenikania ciepła U charakteryzuje wielkość strat ciepła, które spowodowane są różnicą między temperaturą wewnątrz pomieszczenia a temperaturą na zewnątrz. Wyznaczamy go dla centralnej części oszklenia, bez uwzględnienia efektów brzegowych. Wartość współczynnika przenikania ciepła U przeszklenia możemy określić trzema metodami zgodnymi 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-EN 675: Szkło w budownictwie, Określanie współczynnika przenikania ciepła U. 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/he + 1/ht + 1/hi,
gdzie:
he, hi – współczynniki przejmowania ciepła z powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej
ht – całkowita przewodność cieplna oszklenia.
Do wyliczenia wartości he, hi oraz ht stosujemy odpowiednie wzory z wykorzystaniem wartości deklarowanych zawartych w normie. Bierzemy tu także pod uwagę właściwości materiałów takie jak: emisyjność skorygowaną powierzchni szkła oraz właściwości gazu wypełniającego przestrzeń międzyszybową.
Emisyjność jest to zdolność powierzchni szkła do pochłaniania i odbijania ciepła. Im niższa emisyjność, tym lepsze właściwości termoizolacyjne szkła. Dla niepowlekanego szkła sodowo-wapniowego przyjmujemy wartość skorygowanej emisyjności wynoszącą 0,837. Natomiast w przypadku szkieł powlekanych najpierw wyznaczamy emisyjność normalną poprzez pomiar spektrofotometrem w podczerwieni i na tej podstawie wyliczamy emisyjność skorygowaną.
Emisyjność normalna jest to ilość ciepła wypromieniowywana prostopadle do powierzchni szkła, a emisyjność skorygowana jest obliczana jako ilość ciepła wypromieniowywana we wszystkich kierunkach. Do obliczenia wartości U wymagane są także właściwości gazu wypełniającego przestrzeń międzyszybową tj. współczynnik przewodzenia ciepła l, gęstość r, lepkość dynamiczna m oraz ciepło właściwe c. Interesujące nas wielkości są wyznaczone dla poszczególnych gazów i możemy je znaleźć w odpowiednich 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/he + 1/hi,
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)].
Wartości he oraz hi dla szyb zespolonych nie zawierających na powierzchniach zewnętrznych powłok o emisyjności mniejszej niż 0,837 są znormalizowane i wynoszą odpowiednio:
hi = 8 [W/(m2K)]
he = 23 [W/(m2K)].
W przypadku szyb zespolonych z powłoką o emisyjności mniejszej niż 0,837 na powierzchni zwróconej do wnętrza pomieszczenia wartość hi wyliczamy ze wzoru:
hi = 3,6 + 4,4 * (ε / 0,837) [W/ (m2K)],
gdzie:
ε – skorygowana emisyjność powierzchni określona na podstawie normy PN-EN 673
0,837 – skorygowana emisyjność powierzchni szkła niepowlekanego.
W celu wyznaczenia współczynnika przenikalności cieplnej U mierzymy oporność cieplną wielokrotnego oszklenia R. Próbki szyb zespolonych do pomiarów powinny być odpowiednio przygotowane i powinny być prawie identyczne. Szczególną uwagę należy zwrócić na ich rozmiary oraz płaskość i równoległość powierzchni. Pomiary dokonywane są przy średniej różnicy temperatur między zimną a gorącą powierzchnią próbek wynoszącą 15K.
2. Metoda osłoniętej płyty grzejnej PN-EN 674
W przypadku pomiarów metodą osłoniętej płyty grzejnej wartość oporności cieplnej R mierzy się z zastosowaniem zgodnego z normą aparatu dwupróbkowego, składającego się z elementów grzejnych i chłodzących. Element grzejny umieszczony jest między dwiema próbkami. Ciepło przepływa 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
Metoda pomiaru 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 cieplnej R zbliżonej do próbki badanej. W metodzie tej do pomiaru oporności cieplnej R można zastosować dwa typy aparatów: jednopróbkowy lub dwupróbkowy.
Aparat jednopróbkowy składa się z elementu grzejnego i chłodzącego, między którymi umieszcza się próbkę badaną lub wzorcową (do kalibracji). Miernik przepływu ciepła umieszczony jest w środku powierzchni płyty grzejnej i chłodzącej.
Aparat dwupróbkowy składa się z elementu grzejnego i dwóch elementów chłodzących. Element grzejny jest umieszczony między próbką badaną a kontrolną. Mierniki przepływu ciepła umieszczone są na każdej stronie próbki badanej i kontrolnej.
Obliczamy tu gęstość przepływu ciepła F przenikającego przez miernik i na 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 przepływu ciepła dwoma miernikami przyłożonymi do powierzchni próbki
T1 i T2 (K) – średnie temperatury gorącej i zimnej powierzchni próbki przylegającej do powierzchni pomiarowej mierników przepływu ciepła.
Zgodnie z wymaganiami dotyczącymi uzyskania oznakowania znakiem CE i obowiązującą normą EN 1279-5, dotyczącą oceny zgodności i zakładowej kontroli produkcji dla szyb zespolonych izolacyjnych, podstawową metodą, według której powinno wyznaczać się wartość współczynnika przenikania 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 metody obliczeniowej jest niemożliwe ze ściśle określonych w normie powodów.
mgr inż Monika Magiera