Newsletter

Login Form



Aktualne wydanie

OkladkaSS-10-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner konferencja 12 2017

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

  

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 baner mochnik colorimo 750X100

 

lisec SS FastLAne

 

baner-2-krzywe

 

 

 

Przepływ energii promieniowania przez warstwowe zestawy szyb
Data dodania: 06.03.09

 

Przy doborze parametrów przegród przezroczystych w budynkach ważnym czynnikiem są parametry charakteryzujące przepływ promieniowania przez te przegrody. Parametry te warunkują odpowiednie doświetlenie pomieszczeń i mają wpływ na straty i zyski ciepła pomieszczeń. Obecnie większość przezroczystych przegród zewnętrznych budynków stanowią szyby zespolone, a więc warstwowe układy najczęściej dwóch szyb. Parametry zestawu szyb różnią się od parametrów pojedynczych szyb tworzących zestaw.

 

Przedstawiony w artykule model obliczeniowy pozwala na szybkie oszacowanie parametrów zestawu, składającego się z dwóch szyb, jeżeli znane są parametry szyb pojedynczych tworzących ten zestaw. Odpowiednie wzory wyprowadzono przy założeniu, że parametry pojedynczej szyby nie zależą od kierunku padania promieniowania na szybę.

 

 

Przepływ promieniowania przez szyby pojedyncze i zestawy szyb

Parametrami charakteryzujących przepływ promieniowania przez pojedyncze szyby są:

- refleksyjność (współczynnik odbicia) r, część promieniowania padającego odbita od szyby,

- absorpcyjność (współczynnik pochłaniania) a, część promieniowania pochłonięta przez szkło,

- transmisyjność (współczynnik przepuszczalności) p, część promieniowania przepuszczona przez przegrodę.

 

Między powyższymi współczynnikami zachodzi związek

 

r + a + p = 1      (1)

 

Wzór (1) jest słuszny zarówno dla całkowitego bilansu energii promieniowania

z całego zakresu widma, jak również dla promieniowania monochromatycznego

 

r(λ) + a(λ) + p(λ) = 1      (2)

 

gdzie λ - rozpatrywana długość fali promieniowania

 

Rozkłady widmowej transmisyjności p(λ) przykładowych szyb przeciwsłonecznych przedstawiono na rys. 1.

 

33-rys1

Rys. 1. Widmowe transmisyjnosci szkła przeciwsłonecznego Parsol: a) szkło szare 6 mm, b) szkło zielone 6 mm [1]

1 - szkło bezbarwne, 2 - szkło przeciwsłoneczne 
I - ultrafiolet, II - spektrum widzialne, III - podczerwień

 

Współczynniki odbicia r, pochłaniania a i przepuszczalności p dla dowolnego przedziału długości fali (λ1, λ2) wyznacza się na podstawie współczynników widmowych ze wzorów

 

33-wzo1          (3) 

 


gdzie Er(λ), Ea(λ), Ep(λ) - oznacza odpowiednio gęstość strumienia energii odbitej, pochłoniętej i przepuszczonej przez szybę.

 

W praktyce współczynniki widmowe r, a, p, podaje się najczęściej dla trzech przedziałów długości fali świetlnej λ:

- spektrum widzialne (0,38 do 0,75 μm) - współczynniki r, a, p dla tego przedziału mają decydujące znaczenie dla oświetlenia pomieszczeń światłem dziennym,

- promieniowanie słoneczne (0,3 do 3 μm), w skład którego wchodzi częściowo ultrafiolet, pasmo widzialne i krótkofalowe promiemiowanie podczerwone - r, a, p dla tego przedziału decydują o zyskach ciepła przez przegrody przezroczyste,

- promiemiowanie długofalowe (3 do 50 μm) - r, a, p z tego przedziału decydują o wielkości strat ciepła z wnętrza budynku, wg [1, 2] dla długości fali świetlnych powyżej 2,8 mm, przepuszczalność promieniowania przez szkło spada praktycznie do zera.

 

 

Przejście promieniowania przez zestaw warstw przezroczystych w istotny sposób różni się od przejścia promieniowania przez pojedynczą warstwę. Część promieniowania jest odbijana wielokrotnie między warstwami (rys. 2), przy czym jego energia po każdym kolejnym odbiciu maleje.

 

33-rys2

Rys. 2. Przepływ promieniowania przez szybę: a) pojedynczą, b) zespoloną 

 

 

W związku z tym, parametry r, a, p szyb warstwowych różnią się od parametrów przegrody jednowarstwowej. W dalszej części parametry dotyczące pojedynczych szyb oznaczono r, a, p, natomiast parametry dotyczące zestawu jako całości lub szyb w zestawie oznaczono r', a', p'.

W miarę potrzeby oznaczenia uzupełniono odpowiednimi indeksami (i - dla szyby usytuowanej od wnętrza pomieszczenia tzn. interieru, e - dla szyby od strony powietrza zewnętrznego, tzn. eksterieru).

 

W przypadku przepływu promieniowania przez zestaw szyb zachodzi związek, bilansujący odpowiednie składowe

 

r' + p' + a'e + a'i= 1          (4)

 

gdzie: r', p' - odpowiednio refleksyj-ność i transmisyjność zestawu, a'e, a'i -absorpcyjność szyby zewnętrznej i wewnętrznej w zestawie.

 

Wzór (4) jest słuszny dla dowolnego przedziału długości fal elektromagnetycznych.

 

Zaabsorbowana przez szyby zestawu część energii promieniowania, powoduje wzrost temperatury szyb. Należy jednak pamiętać, że powierzchnie szyb w każdej temperaturze emitują wtórne promieniowanie długofalowe i przez to tracą ciepło. W ustabilizowanych warunkach termicznych zachodzi pewnego rodzaju chwilowa równowaga między promieniowaniem docierającym do elementu i przez niego emitowanym.

 

Można więc powiedzieć, że w warunkach przepływu ciepła zbliżonych do ustalonych cała zaabsorbowana energia jest wtórnie emitowana przez szyby do otoczenia i do wnętrza budynku.

 

Rozdział energii wymienianej przez szybę jest uzależniony od warunków panujących po obu stronach przegrody, a temperatury na powierzchniach zewnętrznych zestawu i powierzchniach wewnątrzkomorowych stabilizują się na pewnym poziomie.

W ustalonych warunkach przepływu ciepła, uwzględniając wtórną emisję, można mówić o refleksyjności i przepuszczalności całkowitej (r'c, p'c).

 

Dla całego widma promieniowania zachodzi

 

r'c + p'c = 1, przy czym: r'c > r', p'c > p'      (5)

 

Należy podkreślić, że wzór (5), słuszny dla całego widma, nie jest słuszny dla dowolnie wybranych przedziałów długości fali. Zgodnie z rozkładem Plancka i prawem Wiena długość fali świetlnej, przy której gęstość strumienia emisji monochromatycznej osiąga maksimum, zależy od temperatury powierzchni emitera.

 

Powierzchnia Słońca emituje przede wszystkim promieniowanie w widzialnym zakresie długości fali i w bliskiej podczerwieni. Ciała o temperaturach w zakresie 250÷350 K emitują natomiast promieniowanie długofalowe. W związku z powyższym promieniowanie wtórnie emitowane przez szyby różni się długością fali od promieniowania wcześniej zaabsorbowanego.

 

Rozdział strumienia energii promieniowania docierającego do szyby zespolonej

Załóżmy, że do szyby zespolonej dociera od strony zewnętrznej (eksterieru) strumień energii promieniowania o natężeniu S.

 

Parametry charakteryzujące przepuszczalność, refleksyjność i absorpcyj-ność zewnętrznej szyby zestawu oznaczmy przez pe, re, ae, natomiast parametry dla szyby wewnętrznej przez pi, ri, ai.

W zależności od charakteru padającego promieniowania wielkości te odnoszą się do całego obszaru widma, bądź dowolnego przedziału długości fali. Na rys. 3 przedstawiono schemat przejścia strumienia energii przez zestaw szyb. Część energii jest odbijana między szybami zestawu.

 

33-rys3

Rys. 3. Schemat rozdziału strumienia promieniowania docierającego do szyby zespolonej

 



Strumienie energii pochodzące od kolejnych odbić układają się w malejące ciągi geometryczne. Biorąc pod uwagę sumy tych ciągów, wyprowadzono wzory (6÷9) na przepuszczalność, refleksyjność i absorpcyjność szyby zespolonej traktowanej jako całość.

 

Refleksyjność bezpośrednia r' jednokomorowej szyby zespolonej wyraża się wzorem

   (6)

 

Absopcyjność bezpośrednia szyby wewnętrznej, usytuowanej od strony interieru a'i , w szybie zespolonej jedno-komorowej, wyraża się wzorem

   (7)

 

Absopcyjność bezpośrednia szyby zewnętrznej, usytuowanej od strony eksterieru a'e , w szybie zespolonej jednokomorowej, wyraża się wzorem

   (8)

 

Przepuszczalność bezpośrednią p' szyby zespolonej jednokomorowej, wyraża się wzorem

   (9)

 

W przypadku, gdy promieniowanie dochodzi od strony interieru uzyskuje się wzory analogiczne do (6÷9), różniące się odpowiednimi indeksami.

 

 

Rozdział energii promieniowania wtórnie emitowanego przez szyby

Załóżmy, że powierzchnie szyb mają w warunkach zbliżonych do ustalonych temperatury bezwzględne Θe, Θek, Θik, Θi, zgodnie z rys. 4.

 

 

33-rys4

Rys. 4. Schemat rozdziału promieniowania wtórnie emitowanego przez szybę zewnętrzną

 

 

Powierzchnie szyb emitują wtórne promieniowanie cieplne w kierunku interieru i eksterieru. W przypadku szyby zewnętrznej, zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna ilość energii E1e emitowanej w kierunku eksterieru wynosi

   (10)

 

natomiast w kierunku interieru

   (11)

 

gdzie: εe - emisyjność szyby, σ - stała Boltzmanna 5,6693-10-8 W/(m2K4).

 

Ponieważ emisyjność szyby jest dla określonej długości fali równa absorpcyjności, w dalszym ciągu użyto oznaczenia a zamiast ε. Ponieważ szyby emitują promieniowanie długofalowe użyte do dalszej analizy parametry dotyczą tego właśnie przedziału (indeks - r).

 

Energia bezpośrednio wypromieniowana w kierunku eksterieru przez szybę zewnętrzną jest w całości tracona przez zestaw, natomiast energia wyemitowana w kierunku interieru jest częściowo wtórnie absorbowana przez szyby zestawu. Ta energia ma znaczenie w bilansie zysków i strat ciepła zestawu.

 

Część energii En wtórnie przejętą przez szybę zewnętrzną można oszacować ze wzoru

   (12)

 


Część energii E1i wtórnie przejętą przez szybę wewnętrzną można oszacować ze wzoru

   (13)

Przy analizie energii emitowanej przez szybę wewnętrzną odpowiednie wzory są analogiczne do (10÷13), różnią się indeksami.

 

Dr inż. Zbigniew Respondek

Politechnika Częstochowska Wydział Budownictwa

 

LITERATURA

1. Klindt L.B., Klein W.: Szkło jako materiał budowlany. Arkady, Warszawa 1982.

2. Zabelitz von C.: Gewachshauser - Planung und Bau. Stuttgart 1986.

 

 

patrz też:

. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 1, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 10/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 2, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 11/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 3, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 12/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 4, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 1/2008
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 5, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 2/2008
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 6, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 3/2008

 

więcej informacji: Świat Szkla 6/2005

 

 

 

 

01 chik