Optimalizace lehkého šikmého střešního pláště k redukci letních tepelných zisků
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební
Abstract
Předložená práce se zabývá problematikou přehřívání podkrovních místností během letního období. U převážné většiny rodinných a bytových domů, kde je využito podkroví pro obytné účely, je opláštění krovu řešeno střešním pláštěm tvořeným lehkou konstrukcí. Takový plášť není schopen dostatečně odolávat letním okrajovým podmínkám a to se projevuje na tepelných ziscích v interiéru. V této práci je pozornost soustředěna pouze na prostup tepla střešním pláštěm. Je zde hodnocen vliv jednotlivých konstrukčních opatření doporučovaných pro redukci tepelných zisků střešním pláštěm – barva krytiny; tepelně akumulační vlastnosti; reflexní povrchy v dutině pod krytinou a větraná vzduchová vrstva. Jsou sledovány teplotní a rychlostní profily ve větrané vzduchové dutině a hodnocena účinnost tohoto opatření. Při tvorbě dílčích analýz bylo využito simulačních softwarů – na principu metody konečných prvků a také pro dynamickou simulaci. Rovněž bylo provedeno dlouhodobé měření teplot na modelech střešních plášťů, krátkodobé měření povrchových teplot různých druhů krytin, laboratorní měření odrazivosti na vzorcích krytiny. Také je zde diskutován vliv krycích mřížek větracích otvorů, které byly testovány na ventilátorové dráze. V publikaci je věnován prostor pro vysvětlení obecných principů přirozeného proudění, mezních vrstev a teorii výpočtu součinitele přestupu tepla. Součástí práce je vyhotovený standard metodiky přesných výpočtů větraných střešních plášťů, který lze využít pro snadnou orientaci při tepelně technickém výpočtu střešního pláště. Z poznatků dílčích analýz a energetických bilancí je prokazatelný pozitivní vliv větrané vzduchové vrstvy na redukci tepelných zisků v podkrovní místnosti. Současné řešení hřebene zajišťuje pouze odvod vlhkosti ze skladby a pro účely odvětrání přebytečných tepelných zisků není zdaleka dostačující. To vedlo k návrhu inovativního řešení konstrukce hřebene, tak aby se podpořila výměna vzduchu v dutině, a tím zvýšilo přirozené odvádění tepla.
The thesis deals with the topic of overheating of attic rooms during the summer period. In vast majority of family houses and apartment houses with inhabited attic spaces is the roof solved as lightweight. This kind of roof assembly is not able to sufficiently resist the summer boundary conditions and leads to increased heat gains in the interior. In this work, the attention is drawn entirely to the heat penetration through the roof. Different aspects of passive cooling were applied to the roof and the impact of each change was assessed. This concerns the color of the tiles, thermal accumulation, reflective surfaces and the ventilated air layer. The temperature and velocity profiles in the ventilated cavity were monitored and an analysis of the ventilated cavity efficiency was conducted. For individual analyses was used software – based on the principles of the Finite Element Method or the dynamic simulation software. Also other methods were employed: long-term measurement of temperatures on roof models; short-term measurement of surface temperature of various kinds of roof tiles; and laboratory measurement of reflexivity. Also the effect of insect grilles on the air flow is discussed; which was tested on a ventilator track. In this publication are explained the principles of natural convection; boundary layers and the theory of the coefficient of heat transfer. This work includes a standard of the precise calculation methodology for ventilated roofs which was developed for the purpose of creating a user-friendly guide. The results of individual analyses show, a definitely positive effect of the ventilated cavity on the heat gain reduction of attic rooms. The current technical solution of a roof ridge provides the exhaust of the water vapor from a roof assembly; but for providing ventilation for reducing heat gains is insufficient. This lead to a concept of an innovative roof ridge design which enhances the air exchange between the cavity and outdoor environment.
The thesis deals with the topic of overheating of attic rooms during the summer period. In vast majority of family houses and apartment houses with inhabited attic spaces is the roof solved as lightweight. This kind of roof assembly is not able to sufficiently resist the summer boundary conditions and leads to increased heat gains in the interior. In this work, the attention is drawn entirely to the heat penetration through the roof. Different aspects of passive cooling were applied to the roof and the impact of each change was assessed. This concerns the color of the tiles, thermal accumulation, reflective surfaces and the ventilated air layer. The temperature and velocity profiles in the ventilated cavity were monitored and an analysis of the ventilated cavity efficiency was conducted. For individual analyses was used software – based on the principles of the Finite Element Method or the dynamic simulation software. Also other methods were employed: long-term measurement of temperatures on roof models; short-term measurement of surface temperature of various kinds of roof tiles; and laboratory measurement of reflexivity. Also the effect of insect grilles on the air flow is discussed; which was tested on a ventilator track. In this publication are explained the principles of natural convection; boundary layers and the theory of the coefficient of heat transfer. This work includes a standard of the precise calculation methodology for ventilated roofs which was developed for the purpose of creating a user-friendly guide. The results of individual analyses show, a definitely positive effect of the ventilated cavity on the heat gain reduction of attic rooms. The current technical solution of a roof ridge provides the exhaust of the water vapor from a roof assembly; but for providing ventilation for reducing heat gains is insufficient. This lead to a concept of an innovative roof ridge design which enhances the air exchange between the cavity and outdoor environment.
Description
Keywords
šikmá střecha, střešní plášť, dvouplášťová střecha, letní období, redukce tepelných zisků, pasivní chlazení, větraná vzduchová vrstva, součinitel přestupu tepla, standard metodiky výpočtu, střešní hřeben, pitched roof, double-skin roof, summer period, heat gain reduction, passive cooling, ventilated air layer, coefficient of heat transfer, calculation methodology standard, roof ridge
Citation
SVOBODOVÁ, S. Optimalizace lehkého šikmého střešního pláště k redukci letních tepelných zisků [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Pozemní stavby
Comittee
prof. Ing. Miloslav Novotný, CSc. - předseda,
doc. Ing. Aleš Rubina, Ph.D. - oponent,
ing. Vladimír Sedlák, Ph.D. - oponent,
prof. Ing. Jiří Hirš, CSc. - člen,
prof. Ing. Jitka Mohelníková, Ph.D. - člen,
Ing. Vladimír Tichomirov, CSc. - člen,
Ing. Petr Andrys - člen,
prof. Ing. Miroslav Bajer, CSc. - člen,
prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. - člen,
doc. Ing. Vít Motyčka, CSc. - člen,
prof. Ing. arch. Alois Nový, CSc. - člen,
prof. Ing. Karel Tuza, CSc. - člen,
Ing. Petr Sedlák, Ph.D. - člen,
doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D. - člen,
doc. Ing. Jan Pěnčík, Ph.D. - člen
Date of acceptance
2020-01-30
Defence
Studentka stručně a výstižně představila hlavní myšlenky disertační práce. Přínos práce byl zejména v komplexním přístupu k řešené problematice. Komise konstatuje, že práce je na velmi vysoké úrovni. Teze práce vystihují podstatu disertační práce. Drobné nedostatky byly zjištěny v modelování větrané vzduchové mezery a v nepřesném užívání terminologie.
Otázky a odpovědi:
Význam rozdělení vzduchové dutiny do dvanácti segmentů?
Z důvodu stratifikace teplot po délce dutiny pro správný výpočet proudění.
Bylo by vhodné doplnit popis a upřesnění postupu optimalizace tloušťky větrané vzduchové mezery.
Proč byly použity pro simulaci okrajové teploty matriálu a interiéru 20 st Celsia pro letní (teplé) období?
Byla při návrhu hřebenové větrací tvarovky uvažována okrajová podmínka vlivu působení větru?
Doktorandka komentovala optimalizaci tloušťky větrané vzduchové mezery, připustila použití nevhodných teplotních okrajových podmínek s upozorněním na použití rozdílu teplot ve výpočtu a změně podmínek pro další dynamické simulace, uvedla, že okrajovou podmínku působení větru neuvažovala.
Vliv tlaku větru na výpočty uvedené v disertační práci.
Aerodynamické činitele při proudění vzduchu v okolí budov.
Obě otázky disertantka zodpověděla uspokojivě.
Srovnání numerických a experimentálních postupů, validace modelů..
Bylo zodpovězeno.
Jak si vysvětlujete nefunkčnost reflexní vrstvy v případě nevětrané vzduchové vrstvy?
V grafu v prezentaci je uveden teplotní útlum. Nejedná se spíše o rozdíl teplot?
Studentka odpověděla na položené otázky.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení