The effect of structure and thickness on periodic thermal capacity of building components

• Autorzy: Kossecka E.

Warianty tytułu

PL

Wpływ struktury i grubości na periodyczną pojemność cieplną przegród budowlanych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Thermal capacity of building partitions and their internal thermal structure, that is location of materials of different thermal conductivity, density and specific heat, have an influence on dynamics of the heat transfer processes, caused by external and internal thermal excitations. Dynamic thermal characteristics of building components, which determine the periodic heat transfer processes, are admittances, transmittances and periodic thermal capacities. In this paper, properties of the areal periodic heat capacity of interior and exterior building partitions are examined: its dependence on structure, thickness of masonry layers, surface film resistances and period of temperature variations, and also its asymptotic values for high thickness and low frequency. For wall assemblies composed of lightweight materials, and also for massive walls of very low thickness, approximate proportionality takes place. For heavy structures, the dependence becomes curvilinear, and for very thick walls tends to the constant value, attaining maximum for a comparatively low thickness which is approximately twice the periodic penetration depth. For exterior walls, dependence on the thermal mass factor, and also on thickness of the interior massive layer, has a similar character. Maximum periodic heat capacity for walls with insulation outside appears for thickness of the masonry layer of only 10-12 cm, which is approximately value of the periodic penetration depth.

PL

Pojemność cieplna elementów budynku oraz ich wewnętrzna struktura termiczna, czyli sposób ułożenia materiałów o różnej przewodności cieplnej, gęstości i cieple właściwym, mają wpływ na dynamikę procesów przepływu ciepła, wywołanych oddziaływaniami czynników zewnętrznych i wewnętrznych. Dynamiczne charakterystyki cieplne przegród budowlanych, które określają przebiegi periodycznych procesów wymiany ciepła, to tzw. admitancje, transmitancje i pojemności periodyczne. W niniejszej pracy analizowane są własności periodycznej pojemności cieplnej przegród wewnętrznych i zewnętrznych; jej zależność od struktury i grubości ścian, oporów przejmowania ciepła i okresu periodycznych zmian temperatury oraz wartości graniczne dla dużych grubości i małych częstości. Zależność periodycznej pojemności cieplnej od pojemności połówkowej, a także od grubości, dla przegród symetrycznych względem płaszczyzny środkowej ma specyficzny przebieg. Dla ścian z lekkich materiałów oraz masywnych, ale bardzo cienkich ma miejsce przybliżona proporcjonalność. Przy wzroście grubości zależność staje się krzywoliniowa; dąży asymptotycznie do wartości stałej, osiągając jednakże maksimum dla grubości stosunkowo niedużej, równej w przybliżeniu dwukrotnej głębokości periodycznego wnikania. Dla ścian zewnętrznych zależność od czynnika masowego, a także od grubości, ma podobny charakter. Maksimum periodycznej pojemności cieplnej dla ścian z izolacją na zewnątrz pojawia się przy grubości warstwy masywnej jedynie 10-12 cm, równej w przybliżeniu wartości głębokości periodycznego wnikania.

Słowa kluczowe

EN

heat transfer; building walls; dynamic thermal characteristics; freguency response; periodic heat capacity

PL

struktura; grubość; pojemność periodyczna; pojemność cieplna; przegroda budowlana

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 53, nr 3
• Strony: 527--539
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Kossecka E.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences Department of Eco-Building Engineering, Warszawa, Poland,

Bibliografia

• 1. International Standard ISO 13786: Thermal performance of building components - Dynamic Thermal Characteristics - Calculation Methods; first edition 1999-09-01.
• 2. Draft International Standard ISO/DIS 13786: Thermal performance of building components - Dynamic Thermal Characteristics - Calculation Methods, ISO/TC 163/SC 2, 2006-03.
• 3. PN-EN ISO 13786, Thermal performance of building components - Dynamic Thermal Characteristics - Calculation Methods [in Polish], PKN, June 2001.
• 4. H. S. CARSLAW, J. C. JAEGER, Conduction of heat in solids, Oxford University Press, Oxford 1959.
• 5. J. A. CLARKE, Energy simulation in building design, first ed. Adam Hilger Ltd, 1985, second ed, Butterworth-Heinemann, 2001.
• 6. CIBSE Guide A: Environmental design. Chapter 3: Thermal properties of building structures, 7-th edition, CIBSE 2006.
• 7. E. KOSSECKA, Problems of thermal dynamics of building walls, Studia z Zakresu Inżynierii, No 45, Warszawa 1998.
• 8. B. WILCOX, A. GUMERLOCK, C. BARNABY, R. MITCHELL, C. HUIZENGA, The effects of thermal mass exterior walls on heating and cooling loads in commercial buildings, Proceedings of the ASHRAE/DOE/BTECC Conference on Thermal Performance of the Exterior Envelopes of Buildings III, Clearwater Beach, FL, 1187-1224, 1985.
• 9. S. J. BYRNE, R. L. RITSCHARD, A parametric analysis of thermal mass in residential buildings, Proceedings of the ASHRAE/DOE/BTECC Conference on Thermal Performance of the Exterior Envelopes of Buildings III, Clearwater Beach, FL, 1225-1240, 1985.
• 10. E. KOSSECKA, J. KOŚNY, The effect of insulation and mass distribution in exterior walls on the dynamic thermal performance of whole buildings, Proceedings of the ASHRAE/DOE/ BTECC Conference on Thermal Performance of the Exterior Envelopes of Buildings VII, Clearwater Beach, FL, 721-731, 1998.
• 11. E. KOSSECKA, J. KOŚNY, Influence of insulation configuration on heating and cooling loads in a continuously used building, Energy and Buildings, 34, 4, 321-331, 2002.
• 12. J. PEŁCZYŃSKI, The effect of material and space design on energy savings in a building [in Polish], Ph.D. thesis, Rzeszów University of Technology, 2004.
• 13. P. T. TSILINGIRIS, Wall heat loss from intermittently conditioned space - The dynamic influence of structural and operational parameters, Energy and Buildings, 38, 8, 1022-1031, 2006.
• 14. E. KOSSECKA, Relationships between structure factors, response factors and z-transfer function coefficients for multilayer walls, ASHRAE Transactions 104(1 A), 68-77, 1998.
• 15. PN-EN ISO 6946, Building components and building elements - Thermal resistance and thermal transmittance - Calculation methods [in Polish], PKN, November 2004.
• 16. ASHRAE Handbook 1989, 1997, Fundamentals; I-P Edition.
• 17. E. KOSSECKA, Correlations between structure dependent and dynamic thermal characteristics of building walls, Journal of Thermal Insulation and Building Science, 22, 315-333, 1999.