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.
Metoda obliczeniowa PN-EN 673
Metoda zgodna z normą PN-EN 673 jest metodą obliczeniową, w której 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 sodowowapniowego 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 λ, gęstość ρ, lepkość dynamiczna μ 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 15 K.
PN-EN 674 (Metoda osłoniętej płytygrzejnej)
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 chłodzącycych.
Element grzejny umieszczony jest między dwiema próbkami. Ciepło przepływa przez próbki do elementów chłodzących. Mierzymy moc Φ (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].
PN-EN 675 (Metoda pomiaru przepływu ciepła miernikiem)
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 Φ 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
Guardian
Tabela 1. Współczynnik ciepła U wg PN EN 673
więcej informacji: Świat Szkla 11/2005
