Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 07 okladka

 

       7-8/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG 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

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

  

VITRUM Swiat Szkla Web

 

ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Termowizja w ocenie komfortu cieplnego latem w budynkach bez klimatyzacji
Data dodania: 01.12.13


Obecny artykuł jest kolejnym z serii, w której przedstawianie są możliwości wykorzystywania badań termowizyjnych w budownictwie. Dotychczas więcej uwagi poświęcało się wykrywaniu i lokalizacji miejsc największych strat ciepła z budynków wynikających z gorszej izolacyjności cieplnej czy niedostatecznej szczelności konstrukcji zimą.

Poniżej przedstawione są zastosowania termowizji do wykrywania i lokalizacji nadmiernych zysków ciepła w okresie letnim, zwłaszcza podczas ekstremalnych upałów.

Pokazane będą możliwości poprawy mikroklimatu wewnątrz pomieszczeń bez klimatyzacji poprzez proste działania w obszarach przeszklonych. Przedstawione będzie znaczenie tych działań w poprawie komfortu cieplnego w pomieszczeniach podczas silnego nasłonecznienia. 

 

Wprowadzenie

Współczesne budownictwo powinno być nastawione w coraz większym stopniu na oszczędzanie energii, a zarazem na zapewnienie użytkownikom budynków odpowiedniego komfortu cieplnego wewnątrz pomieszczeń w każdych warunkach atmosferycznych. Dotychczas najwięcej uwagi zwracało się na lokalizację i likwidację nadmiernych strat ciepła na zewnątrz budynków w okresie zimowym, gdy temperatury i warunki zewnętrzne mogły powodować nadmierne obniżenie temperatur wewnątrz pomieszczeń pogarszając komfort cieplny pomieszczeń. Chcąc utrzymać temperatury na żądanym poziomie koniecznym było zwiększenie ogrzewania, a to powodowało wzrost kosztów eksploatacji.

 

Podobne zjawisko, choć w kierunku przeciwnym, występuje w okresie letnim, gdy następuje nadmierne przegrzewanie pomieszczeń przez obszary przeszklone; wtedy aby utrzymać temperatury na żądanym poziomie, należy odebrać ciepło przez schłodzenie. Osiągnąć to można poprzez zastosowanie klimatyzacji, jednak jest to kosztowne inwestycyjnie oraz eksploatacyjnie, ponieważ do chłodzenia wykorzystuje się głównie energię elektryczną. Mniej skutecznym sposobem (choć dającym zauważalne efekty) poprawy komfortu cieplnego jest zastosowanie różnego rodzaju osłon przeciwsłonecznych wewnątrz i zewnątrz okiennych, okiennic, rolet, żaluzji czy tzw. łamaczy światła.

 

 2013-10-49-1

 

Rys. 1 Fotogram i termogram ściany zewnętrznej domu mieszkalnego (elewacja południowa ) w upalny letni dzień, gdzie stwierdzono znacznie niższe temperatury na ścianie w strefie cienia w porównaniu do fragmentów ścian nasłonecznionych

  

2013-10-49-2


Rys. 2 Fotogram i termogram ściany zewnętrznej domu mieszkalnego (elewacja wschodnia ) w upalny letni dzień, gdzie stwierdzono znacznie niższe temperatury na ścianie w strefie cienia w porównaniu do fragmentów ścian nasłonecznionych.

 

 
2013-10-49-3


Rys. 3 Fotogram i termogram ściany zewnętrznej domu mieszkalnego (elewacja północna) w upalny letni dzień, gdzie stwierdzono znacznie nizsze temperatury na ścianie w porównaniu do ścian na pozostałych elewacjach.

 

 

 

Termowizyjna metoda rejestracji zjawisk termalnych na powierzchni obiektów

Termogramy, podobnie jak zdjęcia fotograficzne, są obrazami powierzchni obiektów otrzymanych w określonym przedziale promieniowania elektromagnetycznego. Zdjęcie fotograficzne powstaje w odbitym od obiektu promieniowaniu widzialnym, zaś termogram w niewidzialnym dla człowieka promieniowaniu podczerwonym, wysyłanym przez obiekt i odbijanym od niego. W procesie interpretacji termogramów istotne są bezpośrednie cechy rozpoznawcze. Należą do nich: kształt, wielkość obiektu, jego struktura i tekstura oraz ton lub barwa obrazu.

 

Wykorzystywane są również pośrednie cechy rozpoznawcze, które pozwalają na sformułowanie wniosków o zjawiskach niewidocznych bezpośrednio na obrazach. Wymienić można wśród nich zależność temperatury budowli od nasłonecznienia, pory dnia, rodzaju i barwy materiału budowlanego. Zjawisko cienia występuje na zobrazowaniu zarejestrowanym przy oświetleniu bocznym, z wykorzystaniem skupionego źródła światła i ciepła. Cień rzucany, to ciemny obszar utworzony na pewnej powierzchni, gdy jakiś obiekt przesłania światło padające ze źródła. W przypadku punktowego źródła kontur cienia jest ostro zarysowany.

 

Cień powoduje wrażenie plastyczności w odwzorowaniu obiektów podkreśla ich kształty. Na obrazach termowizyjnych zazwyczaj nie występuje cień własny, cień rzucany zauważyć można na termogramie tylko w specyficznych warunkach, kiedy w otoczeniu obrazowanego obiektu znajduje się punktowy silny promiennik, czyli ciało o temperaturze dużo wyższej od otoczenia. Dla obiektów znajdujących się w terenie wyraźny efekt cienia rzucanego można zaobserwować na termogramach wykonywanych w słoneczny dzień.

 

 

 
2013-10-49-4

 

Rys. 4 Fotogram i termogramy ściany zewnętrznej domu mieszkalnego (elewacja wschodnia) w upalny letni dzień, gdzie stwierdzono znacznie wyzsze temperatury w porównaniu do ściany od strony północnej, a ekstremalnie wysokie temperatury na dachach budynków

 

 
2013-10-49-5


Rys. 5 Fotogram i termogram ściany zewnętrznej domu mieszkalnego (elewacja zachodnia) w upalny letni dzień, gdzie stwierdzono ekstremalnie wysokie temperatury na ścianie na którą operuje silne nasłonecznienie.

 

 

Problem cienia w podczerwonym zakresie promieniowania jest bardziej złożony niż w odniesieniu do promieniowania widzialnego, w strefie cienia temperatura jest znacznie niższa. Na powierzchni obiektu, w obszarze oświetlonym bezpośrednim promieniowaniem słonecznym, następuje pochłanianie promieniowania w szerokim spektrum i jego zamiana na energię cieplną, co powoduje lokalną zmianę temperatury. Równocześnie padające promieniowanie podczerwone odbija się w stronę kamery, sumując się z promieniowaniem emitowanym przez obiekt.

 

W obszarze cienia jest mniej odbitego promieniowania podczerwonego, bo nie dociera tam bezpośrednie promieniowanie słoneczne i jest mniej promieniowania emitowanego, gdyż obiekt w cieniu nie został ogrzany promieniami słonecznymi. Efekt niejednorodnego nagrzania powierzchni obiektu promieniowaniem widzialnym i podczerwonym w strefie oświetlonej i zacienionej ustępuje dopiero po pewnym czasie potrzebnym na wyrównanie temperatury na oświetlonej i zacienionej powierzchni obiektu.

 

Obrazy termalne budynków na ich zewnętrznych powierzchniach w warunkach silnego nasłonecznienia
Dotychczas badania termowizyjne w budownictwie stosowane były głównie w okresie zimowym do oceny termoizolacyjności. Za pomocą termowizji można wykryć różne typy wad obudowy budynku, np. niedostateczną zdolność izolacyjną, niedoskonałą szczelność konstrukcji. Lokalizują one mostki cieplne w przegrodach zewnętrznych, pozwalając określić stan ich izolacji termicznej. Izolacja termiczna ma znaczenie również w sezonie letnim, zwłaszcza podczas upalnych dni i silnego nasłonecznienia.


Współczesne budownictwo wykorzystuje materiały o dobrych parametrach izolujących, jednak równocześnie stosuje duże powierzchnie przeszklone chcąc uzyskać zyski ciepła słonecznego zimą. Latem zyski te trzeba zminimalizować lub je ograniczyć przy spełnieniu warunku przejrzystości.
A że zyski te są duże, uświadamia nam dopiero analiza wyników badań termowizyjnych, zarejestrowanych na zewnętrznej powierzchni budynku mieszkalnego w strefie cienia pod stropodachem i w strefie nasłonecznionej (rys. 1 i 2).


Istotne jest też usytuowanie ścian budynku do stron świata. Zyski ciepła są dużo wyższe na elewacjach: południowej, zachodniej, a nawet wschodniej niż na elewacji północnej. To, co jest wielkim dobrodziejstwem w sezonie jesienno-zimowym i wiosennym, może być uciążliwe latem, przy silnym nasłonecznieniu. Widoczne to jest na rys. 3 i 4, gdzie na północnej ścianie występują temperatury 26,8-28,2°C, na ścianie wschodniej 34,1-36,4°C; zaś na ścianie zachodniej 40,4-41,6°C (rys. 5), a na połaciach dachowych nawet 58,8-62,4°C (rys. 4).


Obrazy termalne w pomieszczeniach wewnątrz budynków przy silnym nasłonecznieniu
Silne nasłonecznienie budynków ma wpływ na temperatury na ścianach i powierzchniach wewnętrznych budynku. Występowanie znacznych powierzchni przegród przeziernych (przeszklonych) może powodować problemy zwłaszcza latem, gdyż powierzchnie przeźroczyste powodować będą nadmierne nagrzewanie wewnętrznych powierzchni pomieszczeń ścian i podłóg oraz mebli i innych sprzętów, zwłaszcza od strony południowej, wschodniej i zachodniej co widać na rys. 6-9. Inaczej wygląda sytuacja w pomieszczeniach od strony północnej (rys. 10), gdzie brak jest nadmiernie nagrzanych powierzchni pomieszczenia.

 


2013-10-50-1

 

Rys. 6 Fotogram i termogramy ściany zewnętrznej i podłogi w pokoju mieszkalnym (elewacja południowa ) w upalny letni dzien w godzinach dopołudniowych – stwierdzono wyższe temperatury na szybie i podłodze drewnianej oświetlonej światłem w porównaniu do fragmentów ścian i podłogi nie nasłonecznionych.

 


2013-10-50-2
Rys. 7 Fotogram i termogramy ściany zewnętrznej i podłogi w pokoju mieszkalnym (elewacja południowa) w upalny letni dzień, w godzinach południowych – stwierdzono wyższe temperatury na szybie i podłodze drewnianej oświetlonej światłem w porównaniu do fragmentów ścian i podłogi nie nasłonecznionych.

 


2013-10-50-3
Rys. 8 Fotogram i termogram podłogi ceramicznej w przedpokoju (elewacja wschodnia) w upalny letni dzień, w godzinach południowych – stwierdzono wyższe temperatury na podłodze oświetlonej światłem słonecznym w porównaniu do fragmentów ścian i podłogi nie nasłonecznionych.

 


2013-10-50-4
Rys. 9 Fotogram i termogram podłogi drewnianej w holu (elewacja zachodnia) w upalny letni dzień, w godzinach popołudniowych – stwierdzono nieco wyższe temperatury na podłodze oświetlonej światłem słonecznym przez drzwi wewnętrzne w porównaniu do fragmentów ścian i podłogi nie nasłonecznionych.

 

 Sposoby poprawy komfortu cieplnego w pomieszczeniach wewnątrz budynków przy silnym nasłonecznieniu i przy wysokich temperaturach zewnętrznych

Podczas upalnego lata zapewnienie odpowiedniego komfortu cieplnego i mikroklimatu jest trudne i często wymaga stosowania klimatyzacji, kosztownej inwestycyjnie i eksploatacyjnie. Jednak, aby poprawić sytuacje i nie dopuścić do nadmiernego nagrzewania się wnętrza pomieszczeń, można zastosować proste działania w strefach przeszklonych. Najprostszym z nich jest zastosowanie firan i zasłon okiennych od wnętrza (rys. 11 i 12) oraz rolet czy żaluzji (rys. 13). Jak zmienia to sytuację pokazane jest na fotogramach i termogramach zarejestrowanych kamerą termowizyjną przed i po ich zastosowaniu.

 

 
2013-10-50-5

Rys.10 Fotogram i termogramy w pokoju mieszkalnym od strony północnej w upalny letni dzień, w godzinach popołudniowych – nie stwierdzono zdecydowanie wyższych temperatur żadnej powierzchni ściany i podłogi pomimo wysokiej temperatury zewnetrznej.

 


Żaluzje fasadowe, powstrzymują większość promieni słonecznych bezpośrednio wpadających do wnętrza, skutecznie zabezpieczają pomieszczenia przed nagrzaniem. Dodatkowa swoboda regulacji kąta nachylenia listew umożliwia wybór odpowiedniego stopnia zaciemnienia. Łamacze światła to detale architektoniczne służące rozproszeniu światła słonecznego padającego na okno lub szklaną elewację w celu uniknięcia przegrzewania pomieszczeń, a zwłaszcza oślepienia osób przebywających w budynku. Zmieniają one wygląd fasady, nadając jej ciekawy i nowoczesny charakter.

 

 
2013-10-51-1

Rys. 11 Fotogramy i termogramy ściany zewnętrznej w obszarze okien w pokoju mieszkalnym, w słoneczny i upalny letni dzień, w sytuacji odsłonietego okna i po zasłonieciu zasłonami.

 

 


Podsumowanie
W nowoczesnym budownictwie stosuje się duże powierzchnie przeszklone ścian zewnętrznych celem uzyskania dodatkowych zysków ciepła w bilansie cieplnym budynku od nasłonecznienia. W budynku energooszczędnym chodzi o trzy rzeczy, co do których wszyscy są zgodni: o pomniejsze strat, o maksymalizację zysków energii ze źródeł odnawialnych oraz optymalizację komfortu wnętrz. 


W dotychczasowej analizie i ocenie energetycznej budynków zwracano głównie uwagę na straty ciepła z wnętrza do otoczenia, w sezonie grzewczym w okresie jesienno-zimowym. Maksymalizacja zysków energii ze źródeł odnawialnych może nastąpić tylko w przypadku przegród przezroczystych i przeświecających, gdzie dodatkowo dochodzi efekt szklarniowy, potęgujący skuteczność termiczną przegrody.

 

 

 

 
2013-10-52-1

Rys.12 Fotogramy i termogramy podłogi w pokoju mieszkalnym w słoneczny i upalny letni dzień, na podłodze przy działajacym nasłonecznieniu bez firan i zasłon w oknie i po ich zastosowaniu.

 

 
2013-10-52-2

Rys. 13 Fotogram i termogramy ściany zewnętrznej w obszarze okna z roletą materiałową wewnetrzną w pokoju w sytuacji jej częsciowego opuszczenia i osłonięcia przeszklenia u góry okna oraz odsłoniętego przeszklenia u dołu okna .

 

 
2013-10-52-3

Rys. 14 Fotogramy pokazujace działanie osłon zewnetrznych powierzchni przeszklonych.

  

Ostatnio jednak zwraca się również uwagę na koszty chłodzenia pomieszczeń, które są konieczne do utrzymania właściwego mikroklimatu wewnątrz w upalne, letnie dni. Przy obecnych trendach budownictwa stosowanie żaluzji, rolet czy okiennic jest niezbędne. Zbytnie nasłonecznienie lub wychłodzenie (w zimie) budynku można ograniczyć poprzez odpowiednie osłony i materiały wykończeniowe. W zimie, chcąc utrzymać odpowiedni komfort cieplny pomieszczeń, stosuje się ogrzewanie, w lecie natomiast koniecznym jest chłodzenie. Do ogrzewania można wykorzystywać paliwa konwencjonalne lub energię elektryczną.


Do schłodzenia wykorzystuje się głównie energię elektryczną, ponadto sprawność urządzeń chłodniczych jest mniejsza od grzewczych, dlatego też chłodzenie jest o wiele droższe od ogrzewania.


Analiza tych zjawisk pokazuje, że chcąc schłodzić pomieszczenie o 1 K ponosi się większe koszty niż przy jego ogrzaniu o 1 K. Dlatego, jeśli to możliwe, należy ograniczać nadmierne przegrzewanie pomieszczeń, co można uzyskać przez odpowiednie rozwiązania architektoniczne i konstrukcyjne, lecz również przez proste działania zwłaszcza w obszarach przeszklonych.

(...)

 

mgr inż. Józef Osiadły
Firma Inżynieryjno-Techniczno-Badawcza „DIAGNOTERM” Kraków

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

Więcej informacj: Świat Szkła 10/2013

 

 

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik