Výpočet Uw dvojitého okna
Porovnání variant dodatečného zasklení
ECOTHERM (Argon x Krypton)

Rekonstrukce bytového domu

(energetická sanace)

Telečská 28, číslo parcely 3532
Jihlava

Vypracoval :

Vedoucí DP :

Studijní obor :

Modul (zaměření) :

Datum zakončení :

Část DP - číslo přílohy :


LUKÁŠ STANĚK

ING. V.ŽĎÁRA, CSc.

C – POZEMNÍ STAVBY A KONSTRUKCE

STAVEBNÍ FYZIKA

12/2003

KPS-13
Cíl úlohy
Výpočet celkového součinitele prostupu tepla dvojitého dřevěného okna při výměně vnějšího zasklení za izolační dvojsklo. Provést výpočet pro dva druhy izolačního zasklení :
1) izolační zasklení s náplní plynu Krypton uZASKLENÍ = 0,9 (W/m2.K)
2) izolační zasklení s náplní plynu Argon uZASKLENÍ = 1,1 (W/m2.K)
Provést porovnání obou variant. Výpočet provést dle normy ČSN EN ISO 10077-1.
Zadání a popis okenní výplně



     Fotografie okna

  • Vnitřní pohled na okno, schéma repase okenní výplně, ukázka reálného řešení
     Vodorovný řez
Schema Realita
  • Modelace pro 2D výpočet - půdorys
Bylo provedeno přesné zaměření a zakreslení všech částí okna. Místo původního vnějšího zasklení bylo doplněno nové izolační. Po zhotovení podrobných výkresů vodorovného a svislého řezu byla provedena modelace v programu pro výpočet stacionárního dvourozměrného teplotního pole.

Výpočet

Pro výpočet celkového součinitele prostupu tepla Uw dvojitého okna se použije následujícího vzorce :



kde :
Uw1 (W/m2.K) součinitel prostupu tepla vnějšího okna
Uw2 (W/m2.K) součinitel prostupu tepla vnitřního okna
Rs (m2.K/W) tepelný odpor uzavřené vzduchové dutiny
Rsi (m2.K/W) tepelný odpor při přestupu tepla na vnitřní straně okenní výplně
Rse (m2.K/W) tepelný odpor při přestupu tepla na vnější straně okenní výplně

1) Výpočet - izolační zasklení s náplní plynu Krypton uZASKLENÍ = 0,9 (W/m2.K)

Výpočet součinitele prostupu tepla vnějšího okna UW1 :

Výsek - vnější okno

  • Dvojité okno z vyznačením počítané vnější části

Při výpočtu byly použity tyto veličiny

Společné hodnoty a vzorce
te (°C) ti (°C) Dt (°K) he (W/m2.K) hi (W/m2.K) dp,g-ext (m) lp (W/m.K) lg (W/m.K) Af-ext (m2) Ag-ext (m2)
-15 0 15 23 8 0,02 0,035 1 0,63 1,02

te (°C) vnější výpočtová teplota
ti (°C) stanovená teplota uvnitř vzduchové dutiny
Dt (°K) rozdíl teplot
he (W/m2.K) součinitel přestupu tepla na vnější straně konstrukce
hi (W/m2.K) součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce
dp,g-ext (m) tloušťka náhradní desky resp. zasklení vnějšího okna
lp (W/m.K) součinitel tepelné vodivosti náhradní desky
lg (W/m.K) součinitel tepelné vodivosti zasklení
Af-ext (m2) plocha rámu vnějšího okna při pohledu z exteriéru
Ag-ext (m2) plocha zasklení vnějšího okna při pohledu z exteriéru



Výpočet součinitele prostupu tepla náhradní desky a zasklení :

   


Součinitel prostupu tepla rámem vnějšího okna Uf-ext se vypočítá pomocí zjištěného množství tepla, které při uvažovaném rozdílu teplot daným rámem projde. Pro tyto účely musí být spočítán tepelný tok každým charakteristickým řezem rámu.

V rámci posuzovaného vnějšího okna se vyskytuje pět charakteristických řezů, dva půdorysné a tři svislé. Pomocí programu pro výpočet dvourozměrného teplotního pole byl spočítán tepelný tok jednotlivými řezy Q (W/m). Výpočet pro každý řez byl proveden tak, že se zasklení o délce 0,205 m nahradilo deskou stejné tloušťky o zadaném parametru l.



bp-ext = 0,205 m Uf1 = 2,88 W/m2.K
bf-ext = 0,1 m
Qext = 8,47 W/m


bp-ext = 0,41 m Uf2 = 3,07 W/m2.K
bf-ext = 0,075 m
Qext = 11,77 W/m
 

bp-ext = 0,205 m Uf3 = 3,01 W/m2.K
bf-ext = 0,09 m
Qext = 8,22 W/m


bp-ext = 0,41 m Uf4 = 3,29 W/m2.K
bf-ext = 0,133 m
Qext = 14,88 W/m


bp-ext = 0,205 m Uf5 = 3,63 W/m2.K
bf-ext = 0,089 m
Qext = 9,01 W/m


Pro každý řez rámem se množství tepla procházející jeho 1 metrem Q (W/m) podělí rozdílem uvažovaných teplot Dt (°K), od tohoto podílu se odečte množství tepla procházející náhradní deskou (Up-ext*bp-ext), tak získáme množství tepla procházející pouze rámem. Sumu těchto rozdílů pro všechny char. řezy podělíme sumou šířek rámů bf-ext pro tyto řezy a získáme hodnotu Uf-ext (W/m2.K).

Součinitel prostupu tepla rámem vnějšího okna Uf-ext :



Lineární činitel prostupu tepla yg (W/m.K) vnějšího okna UW1 :

zvětšeno -->




Použité hodnoty
te (°C) -15 vnější výpočtová teplota
ti (°C) 0 stanovená teplota uvnitř vzduchové dutiny
Dtext (°K) 15 rozdíl teplot
he (W/m2.K) 23 součinitel přestupu tepla na vnější straně konstrukce
hi (W/m2.K) 8 součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce
Qext (W/m) 8,512 množství tepla procházející 1 metrem řezu
Uf-ext (W/m2.K) 2,88 součinitel prostupu tepla rámem okna v místě řezu
bf-ext (W/m2.K) 0,1 šířka rámu v místě řezu
Ug-ext (W/m2.K) 0,9 součinitel prostupu tepla zasklení okna
bg-ext (W/m2.K) 0,205 šířka zasklení v místě řezu


Součinitel prostupu tepla vnějšího okna UW1 se vypočítá podle následujícího vzorce :




kde :
Ag-ext (m2) plocha zasklení vnějšího okna při pohledu z exteriéru
Af-ext (m2) plocha rámu vnějšího okna při pohledu z exteriéru
Ug-ext (W/m2.K) součinitel prostupu tepla zasklení vnějšího okna
Uf-ext (W/m2.K) součinitel prostupu tepla rámu vnějšího okna
Lg (m) délka tepelného mostu vlivem distančního rámečku
yg (W/m.K) lineární činitel prostupu tepla


Výpočet součinitel prostupu tepla vnitřního okna UW2 se vypočítá analogickým způsobem :

Výsek - vnitřní okno

  • Dvojité okno z vyznačením počítané vnitřní části

Při výpočtu byly použity tyto veličiny

Společné hodnoty a vzorce
te (°C) ti (°C) Dt (°K) he (W/m2.K) hi (W/m2.K) dp,g-int (m) lp (W/m.K) lg (W/m.K) Af-int (m2) Ag-int (m2)
0 21 21 23 8 0,001 0,035 1 0,49 1,18

te (°C) stanovená teplota uvnitř vzduchové dutiny
ti (°C) vnitřní výpočtová teplota
Dt (°K) rozdíl teplot
he (W/m2.K) součinitel přestupu tepla na vnější straně konstrukce
hi (W/m2.K) součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce
dp,g-int (m) tloušťka náhradní desky resp. zasklení vnitřního okna
lp (W/m.K) součinitel tepelné vodivosti náhradní desky
lg (W/m.K) součinitel tepelné vodivosti zasklení
Af-int (m2) plocha rámu vnitřního okna při pohledu z interiéru
Ag-int (m2) plocha zasklení vnitřního okna při pohledu z interiéru



Výpočet součinitele prostupu tepla náhradní desky a zasklení :

   


Součinitel prostupu tepla rámem vnitřního okna Uf-int se vypočítá pomocí zjištěného množství tepla, které při uvažovaném rozdílu teplot daným rámem projde. Pro tyto účely musí být spočítán tepelný tok každým charakteristickým řezem rámu.

V rámci posuzovaného vnitřního okna se vyskytuje pět charakteristických řezů, dva půdorysné a tři svislé. Pomocí programu pro výpočet dvourozměrného teplotního pole byl spočítán tepelný tok jednotlivými řezy Q (W/m). Výpočet pro každý řez byl proveden tak, že se zasklení o délce 0,18 m nahradilo deskou stejné tloušťky o zadaném parametru l.



bp-int = 0,18 m Uf1 = 2,83 W/m2.K
bf-int = 0,083 m
Qint = 24,11 W/m


bp-int = 0,36 m Uf2 = 3,65 W/m2.K
bf-int = 0,085 m
Qint = 44,88 W/m
 

bp-int = 0,18 m Uf3 = 2,74 W/m2.K
bf-int = 0,081 m
Qint = 23,84 W/m
            

bp-int = 0,36 m Uf4 = 3,6 W/m2.K
bf-int = 0,126 m
Qint = 47,89 W/m


bp-int = 0,18 m Uf5 = 3,23 W/m2.K
bf-int = 0,066 m
Qint = 23,65 W/m


Pro každý řez rámem se množství tepla procházející jeho 1 metrem Q (W/m) podělí rozdílem uvažovaných teplot Dt (°K), od tohoto podílu se odečte množství tepla procházející náhradní deskou (Up-int*bp-int), tak získáme množství tepla procházející pouze rámem. Sumu těchto rozdílů pro všechny char. řezy podělíme sumou šířek rámů bf-int pro tyto řezy a získáme hodnotu Uf-int (W/m2.K).

Součinitel prostupu tepla rámem vnitřního okna Uf-int :



Součinitel prostupu tepla vnitřního okna UW2 se vypočítá podle následujícího vzorce :




kde :
Ag-int (m2) plocha zasklení vnějšího okna při pohledu z interiéru
Af-int (m2) plocha rámu vnějšího okna při pohledu z interiéru
Ug-int (W/m2.K) součinitel prostupu tepla zasklení vnitřního okna
Uf-int (W/m2.K) součinitel prostupu tepla rámu vnitřního okna


Dle vzorce viz. úvod výpočtu je proveden výpočet UW



kde :
Uw1 (W/m2.K) součinitel prostupu tepla vnějšího okna
Uw2 (W/m2.K) součinitel prostupu tepla vnitřního okna
Rs (m2.K/W) tepelný odpor vrstvy mezi zasklením obou oken
Rsi (m2.K/W) odpor při přestupu tepla na vnitřní straně vnějšího okna v případě jeho samostatného použití
Rse (m2.K/W) odpor při přestupu tepla na vnější straně vnitřního okna v případě jeho samostatného použití


2) Výpočet - izolační zasklení s náplní plynu Argon uZASKLENÍ = 1,1 (W/m2.K)
Stejným způsobem jako ve variantě 1 byly spočteny a zadány tyto hodnoty :

Up-ext = 1,35 (m2.K/W)
Ug-ext = 1,10 (m2.K/W)
Uf-ext = 3,13 (m2.K/W)
Up-int = 5,07 (m2.K/W)
Ug-int = 5,90 (m2.K/W)
Uf-int = 3,18 (m2.K/W)
Lg = 7,70 (m)
yg = 0,091(W/m.K)
Uw1 = 2,30 (W/m2.K)
Uw2 = 5,10 (W/m2.K)
Uw = 1,60 (W/m2.K)

Porovnání

Při použití izolačního zasklení s náplní plynu Krypton uZASKLENÍ = 0,9 (W/m2.K)
Zobrazení termovize při použití izolačního zasklení s náplní plynu Krypton uZASKLENÍ = 0,9 (W/m2.K) a hliníkového distančního rámečku.

Zobrazení termovize při použití izolačního zasklení s náplní plynu Krypton uZASKLENÍ = 0,9 (W/m2.K) a plastového distančního rámečku.

Bez započítání vlivu distančního rámečku je
Uw1 = 1,75 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,29 W/m2.K

S vlivem distančního Al rámečku je
Uw1 = 2,20 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,52 W/m2.K
ZHORŠENÍ CELKOVÉHO Uw
VLIVEM DISTASTANČNÍHO RÁMEČKU ČINÍ 18 %
Bez započítání vlivu distančního rámečku je
Uw1 = 1,75 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,29 W/m2.K

S vlivem distančního plas. rámečku je
Uw1 = 1,98 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,41 W/m2.K
ZHORŠENÍ CELKOVÉHO Uw
VLIVEM DISTASTANČNÍHO RÁMEČKU ČINÍ 9 %


Při použití izolačního zasklení s náplní plynu Argon uZASKLENÍ = 1,1 (W/m2.K)
Zobrazení termovize při použití izolačního zasklení s náplní plynu Argon uZASKLENÍ = 1,1 (W/m2.K) a hliníkového distančního rámečku.

Zobrazení termovize při použití izolačního zasklení s náplní plynu Argon uZASKLENÍ = 1,1 (W/m2.K) a plastového distančního rámečku.

Bez započítání vlivu distančního rámečku je
Uw1 = 1,88 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,36 W/m2.K

S vlivem distančního Al rámečku je
Uw1 = 2,30 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,57 W/m2.K
ZHORŠENÍ CELKOVÉHO Uw
VLIVEM DISTASTANČNÍHO RÁMEČKU ČINÍ 15 %
Bez započítání vlivu distančního rámečku je
Uw1 = 1,88 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,36 W/m2.K

S vlivem distančního plas. rámečku je
Uw1 = 2,09 W/m2.K
Uw celého okna potom = 1,47 W/m2.K
ZHORŠENÍ CELKOVÉHO Uw
VLIVEM DISTASTANČNÍHO RÁMEČKU ČINÍ 8 %

Dle požadavků ČSN 730540-2 (2002), čl. 5.1:

Modrá izoterma představuje teplotu rosného bodu Tw = -8,15 °C
Červená izoterma představuje minimální požadovanou vnitřní povrchovou teplotu ve všech místech konstrukce v zimním období Tsi,N = -7,65 °C

• Výpočet byl proveden při uvažované průměrné teplotě uvnitř dutiny dvojitého okna td = 0 °C
• Bezpečnostní přirážka DTsi = 0,50 °C
• Kritická povrchová teplota byla stanovena pro maximální přípustnou vnitřní povrchovou relativní vlhkost 100%.
• Součinitel prostupu tepla potřebný ke splnění požadavku byl stanoven pro Rsi=0,13 m2K/W a Rse=0,04 m2K/W a pro zadanou vnější teplotu.


Závěr
Z provedeného výpočtu a porovnání variant lze provést následující závěry :

1) Při použití různého druhu plynu v dutině izolačního zasklení nevzniká v rámci opatření významný rozdíl v celkové hodnotě souč. prostupu tepla.
2) Z hlediska celkové hodnoty součinitele prostupu tepla Uw při tomto způsobu sanace dvojitého dřevěného okna nehraje příliž velkou roli ani materiál distančního rámečku. Použití hliníkového resp. plastového rámečku znamená rozdíl v hodnotě jedné desetiny. Procentuelní podíl zhoršení celkového Uw je při použití plastového rámečku snížen na polovinu.
3) Materiál distančního rámečku je důležitý z důvodu možné povrchové kondenzace na vnitřní straně vnějšího okna. Při použití plastového rámečku je její riziko významně sníženo.
4) Dále je patrné, že význam distančního rámečku vzrůstá s kvalitou izolačního zasklení.

5.11. 2003, Lukáš Staněk


POUŽITÁ LITERATURA:
F. Kulhánek, J. Tywoniak : skripta - Stavební fyzika 20 (Stavební tepelná technika)
ČSN EN ISO 10077-1 : norma - Tepelná chování oken, dveří a okenic-Výpočet součinitele prostupu tepla-Část 1:Zjednodušená metoda

VÝPOČETNÍ PROGRAMY:
AREA 2002

POZNÁMKA :
Úloha byla provedena v rámci školní práce v předmětu stavební fyzika. Pro veškeré výpočty bylo použito softwaru ve školních učebnách /Svoboda software - Program AREA 2002, který poskytuje firma K-CAD s.r.o., www.KCAD.cz/






© 2004-2007 www.stanek-lukas.cz, Všechna práva vyhrazena. Chcete-li použít zde prezentované materiály napište mi mail.
Kontakty:
   

laky.stanek@email.cz
 
Úvodní stránka