1

Vnitřní klima v budovách

prof.Ing.Karel Kabele, CSc., Katedra TZB

Fakulta Stavební, ČVUT v Praze

2

Základy termokinetikyZáklady termokinetiky

Teplo, tepelná energieTeplo, tepelná energie Forma přenosu energie související s Forma přenosu energie související s

neuspořádaným pohybem částic neuspořádaným pohybem částic soustavysoustavy

TeplotaTeplota Stavová veličina, vyjadřující střední Stavová veličina, vyjadřující střední

kinetickou energii částic hmotykinetickou energii částic hmoty Termodynamická Termodynamická /Kelvin/ /Kelvin/ T T [[KK]] Celsius t Celsius t [[°C°C]] t = T - 273,15 t = T - 273,15 Fahrenheit Fahrenheit [[°F°F]] 1°F = 5/9°C 1°F = 5/9°C (°F-32).5/9 = °C(°F-32).5/9 = °C

3

Základní zákony Základní zákony termodynamikytermodynamikyZákladní zákony Základní zákony termodynamikytermodynamiky

0. zákon0. zákon Existuje stavová veličina TEPLOTA. Dvě Existuje stavová veličina TEPLOTA. Dvě

soustavy v termodynamické rovnováze mají soustavy v termodynamické rovnováze mají stejnou teplotu.stejnou teplotu.

Dvě soustavy v tepelném kontaktu mění své Dvě soustavy v tepelném kontaktu mění své fyz. parametry tak dlouho, dokud nenastane fyz. parametry tak dlouho, dokud nenastane rovnováha vyjádřená stejnou teplotou.rovnováha vyjádřená stejnou teplotou.

4

Základní zákony Základní zákony termodynamikytermodynamikyZákladní zákony Základní zákony termodynamikytermodynamiky

1. zákon1. zákon Součet energií všech hmotných objektů Součet energií všech hmotných objektů

izolované soustavy je konstantní.izolované soustavy je konstantní. 2. zákon2. zákon

Teplo se šíří samovolně z místa vyšší teploty do Teplo se šíří samovolně z místa vyšší teploty do místa s nižší teplotou.místa s nižší teplotou.

3. zákon3. zákon Žádným konečným pochodem nelze dosáhnout Žádným konečným pochodem nelze dosáhnout

absolutní nuly.absolutní nuly.

5

Sdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoru

Vedení (kondukce)Vedení (kondukce) Sdílení uvnitř pevných těles, Biot-Sdílení uvnitř pevných těles, Biot-

Fourierův zákonFourierův zákon

. .T

q gradTn

[W/m2]

T teplota

n normála k izotermické ploše λ součinitel tepelné

vodivosti [W/m.K]

6

Sdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoru

Proudění (konvekce)Proudění (konvekce) Sdílení tepla makropohybem molekul a Sdílení tepla makropohybem molekul a

jejich shlukůjejich shluků Pohybem tekutiny a přenos z povrchu Pohybem tekutiny a přenos z povrchu

pevného tělesa do tekutiny a naopakpevného tělesa do tekutiny a naopak Newton-Richman, Fourier-KirchhofNewton-Richman, Fourier-Kirchhof

. .Q S t [W]

Qtepelný tok přenášený mezi povrchem a proudící tekutinou [W]

α součinitel přestupu tepla [W/m2K]

Δtrozdíl teplot mezi tekutinou a obtékaným tělesem [K]

7

Sdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoruSdílení tepla v prostoru

Sálání (radiace) Sálání (radiace) Přenos tepla Přenos tepla

elektromagnetickým vlněnímelektromagnetickým vlněním Nevyžaduje hmotuNevyžaduje hmotu Stefan-Boltzmannův zákonStefan-Boltzmannův zákon

1

T1

2

E1

Q1,2= E1- E2

E2

T2 >

ε1 ε2

ε poměrná zářivost šedého tělesa

Stefan-Boltzmanova konstanta [W/(m2K4)] 85,67.10

S vzájemná zářivá plocha [m2]

T1,T2 teploty vzájemně osálaných těles  

4 41,2 1,2 1 2Q S T T

8

VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ BUDOVBUDOV

Teorie vnitřního prostředí budovTeorie vnitřního prostředí budov Tepelně vlhkostní mikroklimaTepelně vlhkostní mikroklima Akustické mikroklimaAkustické mikroklima Psychické mikroklimaPsychické mikroklima Světelné mikroklimaSvětelné mikroklima Elektrostatické mikroklima a dalšíElektrostatické mikroklima a další

Tepelně-vlhkostní mikroklimaTepelně-vlhkostní mikroklima Stav vnitřního prostředí z hlediska tepelných a Stav vnitřního prostředí z hlediska tepelných a

vlhkostních toků mezi člověkem a okolímvlhkostních toků mezi člověkem a okolím Tepelná pohodaTepelná pohoda

Tepelná rovnováha mezi člověkem a okolímTepelná rovnováha mezi člověkem a okolím

9

Člověk z hlediska tepelné Člověk z hlediska tepelné energieenergie

Člověk z hlediska tepelné Člověk z hlediska tepelné energieenergie

Zdroj tepla QZdroj tepla Qmm metabolické teplometabolické teplo

Sdílení tepla s okolím QSdílení tepla s okolím Qzz DýcháníDýchání KonvekceKonvekce RadiaceRadiace KondukceKondukce EvaporaceEvaporace

Rovnice tepelné bilance Rovnice tepelné bilance organismuorganismu

QQmm = Q = Qzz pohoda pohodaQQmm >> QQzz horko horkoQQmm << QQzz chlad chlad

Ta

Tp

10

Faktory ovlivňující TVMFaktory ovlivňující TVM

ČlověkČlověk Tepelná produkce metabolismuTepelná produkce metabolismu Tepelný odpor oděvu Tepelný odpor oděvu

MístnostMístnost Teplota vzduchu Teplota vzduchu Povrchová teplota okolních stěnPovrchová teplota okolních stěn Rychlost proudění vzduchuRychlost proudění vzduchu Vlhkost vzduchuVlhkost vzduchu

11

FyzikFyzikální veličiny pro popis ální veličiny pro popis tepelného stavu místnostitepelného stavu místnosti

FyzikFyzikální veličiny pro popis ální veličiny pro popis tepelného stavu místnostitepelného stavu místnosti

Teplota vzduchuTeplota vzduchu Teplota okolních ploch Teplota okolních ploch

Účinná teplota okolních ploch, tÚčinná teplota okolních ploch, treffreff

Teplota imaginární duté šedé koule, která má stejné Teplota imaginární duté šedé koule, která má stejné sálavé účinky jako daný prostorsálavé účinky jako daný prostor

Operativní teplota (globe teplota, výsledná Operativní teplota (globe teplota, výsledná teplota)teplota)

Zohledňuje teplotu vzduchu i teplotu okolních plochZohledňuje teplotu vzduchu i teplotu okolních ploch Měří se kulovým teploměremMěří se kulovým teploměrem

273.T....Tt 4 4nrn

41rr1r

rgcg

rrgcg

hh

thth a

gt

12

Tepelná pohodaTepelná pohodaTepelná pohodaTepelná pohoda Faktory prostředí:Faktory prostředí: teplota, vlhkost, teplota, vlhkost,

rychlost proudění vzduchu, sálánírychlost proudění vzduchu, sálání Osobní faktory: Osobní faktory:

AktivitaAktivita - metabolické teplo (W/m - metabolické teplo (W/m22) ) OděvOděv – tepelná izolace oblečení (m – tepelná izolace oblečení (m22.K/W).K/W)Jednotka 1 clo = 0,155 m2.K/W

<0,5 clo0,6-1,2 clo

>3,5 clo

13

Tepelná pohodaTepelná pohodaTepelná pohodaTepelná pohodaHodnocení kvality prostředí - indexy:Hodnocení kvality prostředí - indexy: PMV PMV (Predicted Mean Vote)…předpokládaná (Predicted Mean Vote)…předpokládaná

průměrná volba = průměrný tepelný pocit průměrná volba = průměrný tepelný pocit člověkačlověka

PPD PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) (Predicted Percentage of Dissatisfied) předpokládané procento nespokojenýchpředpokládané procento nespokojených

PPD

PMV - vyhodnocení 7stupňů

3, 2, 1, 0 ,-1,-2,-3

horko, teplo, mírně teploneutrálně

mírně chladno, chladno, zima

PMV - vyhodnocení 7stupňů

3, 2, 1, 0 ,-1,-2,-3

horko, teplo, mírně teploneutrálně

mírně chladno, chladno, zima

PMV

14

Tepelná pohodaTepelná pohodaTepelná pohodaTepelná pohoda Kategorie prostředíKategorie prostředí

PMV…predicted mean vote, PPD…predicted percentage of dissatisfiedPMV…predicted mean vote, PPD…predicted percentage of dissatisfied

Kategorie Kategorie vnitřního vnitřního tepelného tepelného prostředíprostředí

Celkový tepelný stav tělaCelkový tepelný stav těla

Předpokládané Předpokládané procento procento

nespokojených nespokojených PPDPPD

Předpokládané Předpokládané průměrné průměrné

hodnocení PMVhodnocení PMV

A 6% 0,2 < PMV < + 0,2

B 10% 0,5 < PMV < + 0,5

C 15% 0,7 < PMV < + 0,7

15

Tepelná pohoda Tepelná pohoda Optimální výsledná teplotaOptimální výsledná teplota

Tepelná pohoda Tepelná pohoda Optimální výsledná teplotaOptimální výsledná teplota

19 – 2519 – 25CC20 – 2420 – 24BB21 – 2321 – 23AA

1,21,21,01,0BydleníBydlení

19 – 2519 – 25CC20 – 2420 – 24BB21 – 2321 – 23AA

1,21,21,01,0KancelářKancelář

Výsledná Výsledná teplotateplotaKat.Kat.metmetclocloProvozProvoz

16

Tepelná pohoda Tepelná pohoda Optimální výsledná teplotaOptimální výsledná teplota

Tepelná pohoda Tepelná pohoda Optimální výsledná teplotaOptimální výsledná teplota

17

Tepelná pohoda Tepelná pohoda Optimální výsledná teplotaOptimální výsledná teplota

Tepelná pohoda Tepelná pohoda Optimální výsledná teplotaOptimální výsledná teplota

18

Vyhodnocení vnitřního Vyhodnocení vnitřního prostředíprostředí

Vyhodnocení vnitřního Vyhodnocení vnitřního prostředíprostředí

operativníoperativní teplota t teplota tgg ( (C) C) asymetrie radiasymetrie radiačační teploty ní teploty ttrr ( (C)C) rozdíl operativních teplot vzduchu rozdíl operativních teplot vzduchu

v úrovni hlava - kotníky v úrovni hlava - kotníky ttoo ( (CC)) rychlost prorychlost prouděudění vzduchu vní vzduchu vaa (m.s (m.s-1-1)) intenzita sálání I (W.mintenzita sálání I (W.m-2-2)) relativní vlhkost rh (%)relativní vlhkost rh (%)

19

Měření Měření vnitřníhvnitřníh

o o prostřeprostře

dí dí budovbudov

Měření Měření vnitřníhvnitřníh

o o prostřeprostře

dí dí budovbudov

Kulový teploměrTeplota vzduchuRelativní vlhkostIntenzita sáláníPovrchové teplotyRychlost proudění vzduchu

20

Rozdělení vytápěníRozdělení vytápěníRozdělení vytápěníRozdělení vytápění

Podle umístění zdrojePodle umístění zdroje MístníMístní EtážovéEtážové Ústřední Ústřední DálkovéDálkové

Podle způsobu sdílení teplaPodle způsobu sdílení tepla SálavéSálavé KonvekčníKonvekční TeplovzdušnéTeplovzdušné