bevezetÉs az ÉpÜletfizikÁba · 2019-11-19 · tematika bme ÉpÜletenergetikai És...

BEVEZETÉS AZ ÉPÜLETFIZIKÁBA

Dr. Harmathy Norbert, PhD

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEMÉpítészmérnöki Kar, Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

Tematika

BME ÉPÜLETENERGETIKAI ÉS ÉPÜLETGÉPÉSZETI TANSZÉK


Bevezetés az épületfizikába.

Épületfizikai alapfogalmak, szerepe, jelentősége és alkalmazása a tervezésben. Épületfizika témakörei.

A hőátviteli folyamatok ismertetése. Hőátbocsátás.

A hővezetés, hőáramlás és a hősugárzás jelenségeinek ismertetése, alapösszefüggések. A rétegrendi

hőátbocsátási tényező levezetése. Időben állandósult egydimenziós hőáram. Hőátbocsátási tényező

számítása többrétegű szerkezetekben. A hőátbocsátási tényező számítása különböző többrétegű

szerkezetekben, hőszigetelés méretezése és alkalmazási lehetőségek bemutatása példákon keresztül.

A hőhidak hőtechnikai kialakulásának ismertetése.

A hőhidak szerkezeti megjelenésének formái. A hőhidak alapvető épületfizikai jellemzői. A hőátbocsátási

tényező, a vonalmenti hőátbocsátási tényező, a sajátléptékben mért hőmérséklet. Hőhidak hőtechnikai

méretezése és számítási módszere. Eredő hőátbocsátási tényező kiszámítása példán keresztül. A

hőhidak hőtechnikai szerepének bemutatása példákon keresztül. Kritikai értékelő képesség fejlesztése

és építészmérnöki hibák észrevétele esettanulmányokon keresztül.

Hőtechnikai számtani példák.

Feladatok: Időben állandósult egydimenziós hőáram, hőáramsűrűség számítás. Hőmérsékleteloszlás

többrétegű falszerkezetben.

Ablakszerkezetek hőtechnikai viszonyai.

A transzmissziós áramok meghatározása. A hőszigetelő üvegezés javításának épületfizikai tényezői. A

gáztöltés és a LOW-e bevonat épületfizikai működése. A szoláris hőterhelés megjelenése

ablakszerkezetek esetén, annak számszerűsítése. A hővédelem kialakítása bevonatrendszerekkel.

1. zárthelyi dolgozat: Elmélet és számtani feladat, (2019.10.31. 15.15h K250)

Tematika



Méretezési elvek az épületfizikában

A hőtechnikai minimum méretezési elv levezetése. A hőtechnikai optimum elv ismertetése, az optimális

tényezők bemutatása, az optimum keresése.

Az „egyenlő térbe, egyenlő energia”

Méretezési elv levezetése, kapcsolata napjaink energiaszabályozásával. Az európai energiaszabályozás

főbb elemei.

Páradiffúzió jelenségének ismertetése.

Páravezetési tényező, diffúziós ellenállás, gőzáram sűrűség. A stacioner páradiffúzió alapösszefüggései. A

páradiffúzió megjelenítése Ps-t diagramban. A kondenzációs zóna meghatározása. A kondenzáció

megszüntetésének eszközei. A rétegcsere szerepe a kondenzáció megszüntetésében. A párafékezés helye, a párafékező fólia ellenállásának meghatározása.

Ablakszerkezetek légáteresztése

2. zárthelyi dolgozat: Elmélet és számtani feladat, 2019.12.05, 15.15h K250

Pótlási hét

1. Pótzárthelyi (kedd) 12.17. 12.15h, K250

2. Pótzárthelyi (csütörtök, térítésköteles) 12.19. 10.15h, K250

Épületfizika = tudomány?

Az Épületfizika (Building Physics, US Eng. Building Science)

tudományos ismeretek és tapasztalatok gyűjteménye, amely

összpontosít az építészetet érintő fizikai jelenségek vizsgálatára.

Európában az épületfizika és az alkalmazott fizika (Applied

Building Physics) olyan fogalak, amelyek egy tudományterülethez

kapcsolódnak.

Az épületfizika a természetben előforduló fizikai jelenségeket

alkalmazva elősegíti az építészmérnöki és műszaki megoldások

vizsgálatát.



Épületfizika területei

Épületfizika

Építészmérnöki tervezés

Épületenergetika és épületgépészet

Építőmérnöki tervezés

Anyagtudományok

Számítástechnika

Energetikai tanúsítás

Energiatudatos épületminősítés

Számítógépes szimulációs technológiák



Épületfizika témakörei

HŐVÉDELEM

PÁRAVÉDELEM

TERMÉSZETES VILÁGÍTÁS

ÉPÜLETENERGETIKA

LEVEGŐFORGALOM

AKUSZTIKA



Hővédelem

Határolószerkezetek energiamérlege

Hőátviteli folyamatok (hőtranszport)

Időben állandósult egydimenziós energiaáram

Felületi hőátadási tényező

Hőátbocsátás

Hőhidak

Egyidejű hő- és légáteresztés

Talajra fektetett szerkezetek

Sugárzást átbocsátó szerkezetek

Hőátbocsátás

Sugárzási energiamérleg



Páravédelem

Párafizikai alapok

Párás levegő, nedves anyag

Párafizikai jelenségek

Nedvesség az épületszerkezetekben

Folyékony állapotú nedvesség

Gőzállapotú nedvesség

Párajelenség hőtechnikai vonatkozása

Páraterhelés számítás és befolyása

Párakeletkezés okai

Páraterhelés csökkentése

Páradiffúzió

Számítási eljárások

Páradiffúzió számítási eljárása és méretezés

Kondenzáció a szerkezetben



Természetes világítás

Világítástechnikai alapfogalmak

A fény

Világítástechnikai mennyiségek

Természetes fény mint fényforrás

Természetes fényforrás jellemzése

Természetes fény hasznosítása

Környezeti adottságok hatása

Építészeti kialakítással összefüggő tényezők

Természetes fénymodellezés és szimuláció

Síkra vetített fényszórás és fényerősség

Térben modellezett fényszórás és fényerősség



Épületenergetika

Épületburkolat energetika

Határolószerkezetek energetikai jellemzői

Homlokzati falak, födémek, padlószerkezetek

Üvegszerkezetek energetikai jellemzői

Többrétegű üvegszerkezetek, szigetelések és bevonatok

Helyiségek energiamérlege

Egyensúlyi állapot és állandósult állapot egyenletrendszere

Épületfizikai és energetikai számítások

Fajlagos hőveszteség számítás

Hőszükséglet számítás

Helyiség hőszükséglet számítása



Épületfizikai hatások

Hőmérsékleti hatások

Szél hatás

Hősugárzás

Csapadék

Nedvesség hatások

Hó és fagy hatások

Egyéb hatások:

zaj, rezgés …



http://images.adsttc.com/media/images/50f6/2cb7/b3fc/4b

26/2a00/02b6/large_jpg/section.jpg?1413936961

te

Talajvíz

Talajnedvesség

ti

Épületfizika szerepe

Épületfizikai tervezésnek három fő elemre épülő célrendszere van:

1. A megfelelő belső komfort biztosítása

2. A megfelelő állagvédelmi viszonyok biztosítása

3. Megfelelő energetikai viszonyok kialakítása



HATÁSOK

Épület geometria és

szerkezetek

Épületgépészet

rendszerei

ÉPÜLETFIZIKA ÉPÜLETFIZIKA

ÉPÜLETFIZIKA

Dr. Várfalvi János, Épületfizika, előadás

Fogalmak, elméleti alapok

Éghajlat

Környezet

Hőmérséklet

A napsugárzás spektruma

Direkt napsugárzás

Napsugárzás intenzitása

Csapadék

A levegő nedvességtartalma, állapotjellemzők

Árnyékolóhatás

Mikroklíma

Hőérzet és mérőszámai



Éghajlat

Az építés egyik célja olyan komfortos terek létrehozása, amelyekben a külső környezettől eltérő állapotokat kell biztosítani.

A tervezői feladat szakszerű megoldásához nélkülözhetetlen az épületet érő környezeti hatások ismerete.

Az éghajlatból meghatározó természetes környezeti hatások köre tág. Ide értjük a következőket:

• Földrajzi hely

• Domborzati-vízrajzi jellemzők

• Szűkebb környezet éghajlati jellemzői

• Növényzet

• Időjárási elemek

Az éghajlat az időjárási elemek időbeli összegeződéséből tevődik össze és a különböző időszakokra vonatkozó statisztikai adatokkal jellemezzük.



Éghajlat

A Föld éghajlati övei Léghőmérséklet átlagértékek



http://www.met.hu/eghajlat/fold_eghajlata/jelenlegi_eghajlat/images/abra2.jpghttps://hu.wikipedia.org/wiki/R%C3%A1kt%C3%A9r%C3%ADt%C5%91#/media/File:Earth_zones.png

Éghajlat

Legösszetettebb építési követelményekkel a mérsékelt éghajlati övezetben találkozunk. Jellemzők:

1. Téli hideg

2. Nyári túlmelegedés

3. Nappálya

4. Különböző formájú csapadék

Klímatudatos és környezettudatos tervezésnél az éghajlati adottságokhoz ajánlott illeszteni a jellemző formákat és szerkezetek termikus karakterisztikáit.

Elkerülhetetlen a meteorológiai állomásokon begyűjtött éghajlati adatok ismerete és vizsgálata ahhoz, hogy a tervező megfelelő és hatékony módon alakítsa ki az épület épületfizikai és energetikai jellemzőit.



Környezet – hőmérséklet

A hőmérsékletet statisztikai adatokkal jellemzik:

• Éves középhőmérséklet

• Havi középhőmérsékletek

• Hőmérsékletlengések

• Szélsőséges (extrém) értékek

• Tervezési értékek (extrém értékeknél enyhébbek, elfogadható kockázat mellett)

• Fűtési hőfokhíd (a fűtési energiaigény egyik meghatározója az, hogy az idény folyamán a helyiség és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség mekkora és milyen hosszú időtartamú)



http://metcenter.uw.hu/pic/budapest_2009.jpg

Környezet – a napsugárzás spektruma

A bejövő napsugárzás és a kimenő földsugárzás Planck függvényei, azaz a Nap és a Föld által kibocsátott sugárzási energia spektrális eloszlásának összehasonlítása (Forrás: T. L. McKnight, 1990)



http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/MeteorologiaAlapismeretek/images/6cfd955d.jpg

Környezet – a napsugárzás spektruma

A felhőrétegen visszaverődött, elnyelt ésáteresztett (transzmittált) napsugárzás százalékos

arányai a felhővastagság függvényében (%)



http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/MeteorologiaAla

pismeretek/images/117a509f.jpg

Különböző mélységű talajrétegek éves átlagos hőmérsékleti menete.

A méréseket a talaj felszínén, illetve 3 cm, 31 cm, 63 cm, 125 cm, 251 cm, 502 cm és 753 cm-es talajrétegekben végezték, Königsberg (Kalinyingrád) körzetében (Geiger, 1965 nyomán).

http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/Meteor

ologiaAlapismeretek/images/m18763b03.jpg

Környezet – direkt napsugárzás

Általános jellemzők:

• Terjedéshez nincs szükség közvetítő közegre.

• Hőenergiává alakul anyagi részecskék jelenlétében pl. a légkörön keresztül

haladva.

• Időben viszonylag állandó: a napenergia állandó értéke kb. 1368 W/m2. A

Napból a légkör felső határára ennyi energia érkezik.

• A Napból érkező, hullámok formájában terjedő elektromágneses energiának

sajátos hullámhossz szerinti eloszlása van – spektrális eloszlás.

• A légkörön áthaladva a sugárzás szóródik, elnyelődik, illetve visszaverődik.

A felszínre érkező sugárzás veszteséget szenved, gyengül, változik a

spektrális összetétele.



Forrás: http://www2.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/pdf/moeghajl02.pdf

Környezet – direkt napsugárzás

A sugárzás erőssége és mérése

• A sugárzás erőssége jellemezhető azzal a hőmennyiséggel, amely akkor

keletkezik, ha a sugárzást egy tökéletesen elnyelő testtel elnyelhetjük.

• Mértékegysége: W/m2

• Másik fontos sugárzási jellemző a napfénytartam, ami a 120 W/m2 feletti

sugárzás időtartama (óra/év).

• 1965 óta a sugárzásmérés központi obszervatóriuma Pestlőrinc.



Forrás: http://www2.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/pdf/moeghajl02.pdf

Campbell-Stokes-féle napfénytartam mérő

Környezet – napsugárzás intenzitása

Napsugárzás intenzitásának a mérése

Direkt sugárzás - Pirheliométer



Abbot-féle Pirheliométer felül nyitott

fémhenger, belső fala feketére van festve,

- Ebben diafragmák (1-6) – csak a direkt

sugárzást engedik be,

- A henger falán spirál alakban, ismert

sebességgel víz áramlik, ez

felmelegszik, hőmérsékletét a henger

falával való érintkezés előtt (A), majd a

falától való távozáskor mérik (A’),

- A víz mennyisége és fajhője ismert, a

felmelegedésből számítható a sugárzás

hőegyenértéke

Forrás: http://meteor.geo.klte.hu/hu/doc/06napsugarzas.pdf


Globális sugárzás - Pyranométer



Forrás: http://meteor.geo.klte.hu/hu/doc/06napsugarzas.pdf

Globál sugárzás mérésére szolgálnak, azaz a Nap

és az égbolt együttes sugárzását mérik:

• érzékelőjük vízszintes, az érzékelő felületét a

teljes félgömbi tartományból érkező sugárzás

szabadon éri

• az érzékelő két koncentrikus ezüstgyűrűből áll, a

belső feketére, a külső fehérre van festve

• a két gyűrű hőmérsékletkülönbségét egy ún.

termooszlop méri

• kialakult termofeszültség arányos a beérkező

rövidhullámú globál sugárzással.




Forrás: Országos meteorológiai szolgálat, http://www.met.hu/




Forrás: http://www.naplopo.hu/tudastar/napsugarzasi-adatok/263-napsugarzasi-adatok-2013

Napsugárzási adatok, 2013.

• Éves sugárzásösszeg: 1368,6 kWh/m2

• Átalagos napi sugárzás: 3750 Wh/m2

• A legmagasabb napi sugárzásjövedelem június 29-én: 7586 Wh/m2

• A legalacsonyabb napi sugárzásjövedelem január 17-én: 70 Wh/m2

2013. évi napsugárzás havi bontásban ábrázolva

Környezet – csapadék



Forrás: Országos meteorológiai szolgálat, http://www.met.hu/

Mikroklíma

A mikroklíma mindazoknak a tér aránylag kicsiny részére vonatkozó és egymással kölcsönhatásban is levő elemeknek, tényezőknek összegzése, amelyek az e térben (térrészben, helyiségben) levő élettelen tárgyak és élő szervezetek hő- és anyagcsere folyamatait befolyásolják.

Az élő szervezet hőérzetét a szervezet és a környezet közötti hő- és anyagtranszport határozza meg.

A mikroklíma és az ember

A kellemes hőérzeti állapot feltétele az, hogy az emberi test biológiai hőtermelése a kellemes bőrfelületi hőmérséklet mellett jusson a környezetbe.

Az emberi szervezet hőtermelése az anyagcsere folyamatokhoz kötődik. A hőátszármaztatási folyamat négy legfontosabb tényezője:

• a száraz hőleadás a környező levegőbe,

• a sugárzásos hőleadás,

• a légzés útján történő hőleadás,

• a párolgás útján történő hőleadás.



Forrás: Dr. Fekete Iván, Épületfizika kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985

Mikroklíma



Az emberi szervezet hőleadása:

1. Összes hőleadás

2. Száraz (konvekciós+sugárzásos)

hőleadás

3. Sugárzásos hőleadás

4. Konvekciós hőleadás

5. Nedves (párolgás + légzés)

hőleadás

6. Párolgásos hőleadás


Mikroklíma – hőérzet és mérőszámai

A kellemes hőérzet az általánosan elfogadott meghatározás szerint az a tudatos állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejezi ki.

A belső mikroklímára ható legfontosabb műszaki paraméterek:

- levegő hőmérséklete

- a környező felületek hőmérséklete

- a sugárzás mértéke

- a levegő nedvességtartalma

- a levegő sebessége




https://www.ecophon.com/en/about-ecophon/functional-demands/thermal-comfort/

Állagvédelem

A belső felületek állagvédelmi ellenőrzése

A lehetséges állagkárosodások:

• Felületi kondenzáció

Ha a felülettel érintkező, azzal azonos hőmérsékletű határrétegben a relatív nedvességtartalom eléri a 100 %-ot

• Kapilláris kondenzáció

Ha a felülettel érintkező, azzal azonos hőmérsékletű határrétegben a relatív nedvességtartalom eléri a 75 %-ot.



Forrás: http://www.sze.hu/~tothp/Epuletfizika_2009.tavasz/Penesz%20,%E1llagv%E9delem.pdf

J. Guillot, 2017, Développement de faisceaux radioactifs :

Influence de la microstructure d’une cible d’UCx sur les

propriétés de relâchement des produits de fission

Állagvédelem

A nedvesség jelenléte a gombásodás szükséges feltétele!

Szaporodásra képes penészgomba spórák mindig vannak a levegőben.

A többezer faj között mindig találhatók olyanok, amelyek számára az adott hőmérséklet-és fényviszonyok megfelelőek.

Penészképződés szempontjából a kritikus részek a határolószerkezetek belső felületének legalacsonyabb hőmérsékletű felületei, vagyis a csatlakozási élek, sarkok, hőhidak.



Forrás: http://www.sze.hu/~tothp/Epuletfizika_2009.tavasz/Penesz%20,%E1llagv%E9delem.pdf

http://m.cdn.blog.hu/fu/furdancs/image/gyokosi2/p%C3%A1ra5.jpg https://insofast.com/explore/insofast-vs-traditional-fiberglass/

Penészes fal Nedves hőszigetelés

Solar Decathlon 2019Nemzetközi házépítő verseny



http://www.sde2019.hu

http://www.sde2019.hu/

bevezetÉs az ÉpÜletfizikÁba · 2019-11-19 · tematika bme ÉpÜletenergetikai És...

Documents