Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Fizyka budynków
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Piotr Narowski
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Inżynieria Środowiska
Grupa przedmiotów:
Podstawowe
Kod przedmiotu:
1110-ISCOW-MSP-1201
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2021/2022
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
wykłady: 15h, ćwiczenia audytoryjne: 15h, ćwiczenia projektowe: 15h, zapoznanie z literaturą: 10h, samodzielne ćwiczenia obliczeniowe:10h, przygotowanie projektu: 20h, przygotowanie do zaliczenia wykładów: 5h. Razem: 90
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
nie dotyczy
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład15h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Znajomość podstaw fizyki, znajomość termodynamiki, znajomość wymiany ciepła, znajomość podstaw fizyki budynków, znajomość analizy matematycznej i podstaw rachunku różniczkowego.
Limit liczby studentów:
brak
Cel przedmiotu:
Opanowanie przez studenta teoretycznej i praktycznej znajomości rozszerzonych pojęć i wybranych zagadnień dotyczących: wymiany ciepła i masy w przegrodach budowlanych w stanach nieustalonych w czasie, metod obliczeniowych bilansu energetycznego budynków mieszkalnych z uwzględnieniem dynamiki cieplnej, symulacji energetycznych budynków i obliczania rocznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia budynków. Kurs daje rozszerzoną wiedzę na temat mechanizmów przenoszenia ciepła w elementach konstrukcyjnych budynków w stanach nieustalonej wymiany ciepła, oraz w systemach symulacji energetycznej budynków w metodach godzinowych i miesięcznych. Kurs zapewni biegłość w analizie rocznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej. Kurs umożliwia studentom zrozumienie i stosowanie metod symulacji energetycznej budynków do obliczania całorocznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia.
Treści kształcenia:
Elementy budowlane i budynki – Obliczanie cieplnych właściwości dynamicznych elementów budynków - Metoda obliczania. Wyznaczanie wartości temperatury na powierzchniach i wewnątrz przegrody budowalnej w stanach nieustalonych przy zmiennych parametrach przestrzeni wewnętrznej i zewnętrznej. Obliczanie funkcji odpowiedzi przegrody budowlanej na skokowe wymuszenie temperaturowe. Obliczenie impulsowej odpowiedzi przegrody budowlanej na podstawie odpowiedzi na skok temperatury. Wykorzystanie funkcji odpowiedzi impulsowych przegród budowlanych do obliczenia zmiennej w czasie gęstości strumienia ciepła przewodzonego przez przegrodę w odpowiedzi na dowolne wymuszenie cieplne po obu stronach przegrody z wykorzystaniem splotu funkcji odpowiedzi i funkcji wymuszających. Obliczanie całorocznego przepływu ciepła w całym budynku z wykorzystaniem analizy przepływu ciepła w sieci elementów budynku o skupionych oporach i pojemności cieplnej. Wyznaczanie rocznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia z wykorzystaniem godzinowego i miesięcznego przedziału czasu, Obliczanie zysków ciepła promieniowania słonecznego dla dowolnie zorientowanej płaszczyzny elementu przezroczystego i nieprzezroczystego budynku z wykorzystaniem metodyki ASHRAE. Wykład: 1. Symulacje energetyczne budynków – omówienie modelowania matematycznego zjawisk transportu ciepła w budynkach w stanie nieustalonym, czynniki pogodowe wpływające na procesy wymiany ciepła w budynkach: modele klimatu stosowane w projektowaniu instalacji c.o., modele klimatu stosowane w ocenach budynków pod względem energetycznym. 2. Rozwiązanie nieustalonej wymiany ciepła w płaskich jednorodnych i niejednorodnych przegrodach budowlanych. 3. Funkcje odpowiedzi przegrody budowlanej na skokowe i impulsowe wymuszenie temperaturowe – charakterystyka dynamiczna przegród budowlanych – bezwładność cieplna. 4. Zmienna w czasie temperatura powierzchni przegród budowlanych jako odpowiedź na zmienne wymuszenia temperaturowe – splot funkcji odpowiedzi przegrody i wymuszenia cieplnego. Wyznaczenie funkcji CTSF przegród budowlanych. 5. Podstawy modelowania przepływu ciepła w budynku za pomocą sieci elementów o skupionych parametrach cieplnych – oporze i pojemności cieplnej. 6. Obliczanie całorocznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia budynków z wykorzystaniem metod sieci przepływu ciepła elementów o skupionych parametrach cieplnych oraz z wykorzystaniem funkcji odpowiedzi przegród budowlanych. 7. Wyznaczanie zysków ciepła promieniowania słonecznego dla dowolnie zorientowanej w płaszczyzny przezroczystego i nieprzezroczystego elementu obudowy zewnętrznej budynku wg metodyki ASHRAE z wykorzystaniem funkcji CTSF Ćwiczenia: – dwa ćwiczenia obliczeniowe do samodzielnego wykonania: 1. Wyznaczenie funkcji odpowiedzi na impulsowe wymuszenie cieplne wielowarstwowej przegrody budowlanej wraz z obliczeniem funkcji CTSF. Obliczenie gęstości strumienia ciepła przewodzonego na powierzchniach przegrody dla określonego odcinka czasu przy zadanych zmiennych w czasie warunkach cieplnych przestrzeni wewnętrznej i zewnętrznej. 2. Obliczenia przepływu ciepła w modelu budynku w warunkach nieustalonej wymiany ciepła za pomocą metody skupionych oporów i pojemności cieplnej w określonym przedziale czasu i zadanych parametrach cieplnych przestrzeni zewnętrznej i stref wewnętrznych budynku. Wyznaczenie godzinowych wartości zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia. Projekt: – projekt obliczeniowy: Wyznaczenie projektowych zysków ciepła w stanie nieustalonym przez część nieprzezroczystą i przezroczystą przegrody budowlanej z wykorzystaniem funkcji CTSF przegrody i modelu natężenia promieniowania słonecznego ASHRAE dla pomieszczenia z dowolnie zorientowanymi przestrzennie przegrodami
Metody oceny:
Ocena końcowa = 0,33 * ocena z zaliczenia wykładów * 0,33 * ocena z ćwiczeń audytoryjnych + 0,33 * ocena z ćwiczeń projektowych
Egzamin:
nie
Literatura:
J.A. Pogorzelski, Fizyka cieplna budowli, PWN, 1976 Budownictwo ogólne, tom 2. pod red. P. Klemma, rozdział 4. i rozdział 8. Arkady, Warszawawa 2005 Twarowski M.: Słońce w architekturze. Arkady 2006 W. N. Bogosławski, Procesy cieplne i wilgotnościowe w budynkach, ARKADY, 1985 ASHRAE Fundamentals – 2013 C.E. Hagentoft – Introduction to Building Physics, Studentlitteratur 2003 J.A. Clarke, Energy Simulation in Building Design, BH 2001 Budownictwo ogólne, L. Laskowski, Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku, WPW 2005 ASHRAE Fundamentals 2013 Building Physics – Heat, Air and Moisture, Ernst & Sons, 2007
Witryna www przedmiotu:
www.is.pw.edu.pl/moodle
Uwagi:
brak

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W01
Student, który osiągnął cele kursu, będzie potrafił: omówić mechanizmy przenoszenia ciepła w elementach budynków w stanach nieustalonej wymiany ciepła, które są istotne dla analizy zapotrzebowania na energię: metody rozwiązywania pola temperatury w stanie nieustalonym, funkcje odpowiedzi przegrody na impuls temperatury po stronie wewnętrznej i zewnętrznej przegrody budowlanej, przeprowadzić analizę rocznego zapotrzebowania na energię za pomocą uproszczonych modeli skupionych pojemności i oporów cieplnych budynku, wyznaczyć zmienne w czasie zyski ciepła od promieniowania słonecznego dla dowolnego elementu przezroczystego i nieprzezroczystego budynku.
Weryfikacja: Student, który osiągnął cele kursu, będzie potrafił: omówić mechanizmy przenoszenia ciepła w elementach budynków w stanach nieustalonej wymiany ciepła, które są istotne dla analizy zapotrzebowania na energię: metody rozwiązywania pola temperatury w stanie nieustalonym, funkcje odpowiedzi przegrody na impuls temperatury po stronie wewnętrznej i zewnętrznej przegrody budowlanej, przeprowadzić analizę rocznego zapotrzebowania na energię za pomocą uproszczonych modeli skupionych pojemności i oporów cieplnych budynku, wyznaczyć zmienne w czasie zyski ciepła od promieniowania słonecznego dla dowolnego elementu przezroczystego i nieprzezroczystego budynku.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_W01, IS_W03, IS_W04, IS_W09, IS_W19
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U01
W związku z tym, że fizyka budynków jest podstawowym kursem w inżynierii systemów ogrzewania, wentylacji, chłodzenia i klimatyzacji budynków, w przedmiocie kładzie nacisk na umiejętności i prowadzące do realizacji celu edukacyjnego, którym jest umiejętność projektowania systemów i instalacji wewnętrznych budynków i rozwiązywanie problemów przepływów energii i masy w budynkach, w tym w stanach nieustalonych, przy użyciu zasad matematycznych, naukowych i inżynierskich i narzędzi obliczeniowych. Wprowadzono intuicyjną, systematyczną technikę rozwiązywania zaawansowanych problemów wymiany ciepła w budynkach, która może być stosowana w rozwiązywaniu złożonych problemów inżynierskich takich jak wyznaczanie rocznego zapotrzebowania na energie w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej.
Weryfikacja: W związku z tym, że fizyka budynków jest podstawowym kursem w inżynierii systemów ogrzewania, wentylacji, chłodzenia i klimatyzacji budynków, w przedmiocie kładzie nacisk na umiejętności i prowadzące do realizacji celu edukacyjnego, którym jest umiejętność projektowania systemów i instalacji wewnętrznych budynków i rozwiązywanie problemów przepływów energii i masy w budynkach, w tym w stanach nieustalonych, przy użyciu zasad matematycznych, naukowych i inżynierskich i narzędzi obliczeniowych. Wprowadzono intuicyjną, systematyczną technikę rozwiązywania zaawansowanych problemów wymiany ciepła w budynkach, która może być stosowana w rozwiązywaniu złożonych problemów inżynierskich takich jak wyznaczanie rocznego zapotrzebowania na energie w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_U02, IS_U04, IS_U01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K01
Cel edukacyjny - absolwenci podchodzą do zaawansowanych decyzji inżynierskich ze świadomym uwzględnieniem globalnych i społecznych kontekstów i konsekwencji oraz rozwijają swoje umiejętności zawodowe, zdobywają umiejętność dyskutowania o właściwościach cieplnych, wilgotnościowych i energetycznych przegród i obiektów budowlanych oraz umiejętność efektywnej współpracy w grupie, oraz brania odpowiedzialność za otrzymane wyniki obliczeń.
Weryfikacja: Cel edukacyjny - absolwenci podchodzą do zaawansowanych decyzji inżynierskich ze świadomym uwzględnieniem globalnych i społecznych kontekstów i konsekwencji oraz rozwijają swoje umiejętności zawodowe, zdobywają umiejętność dyskutowania o właściwościach cieplnych, wilgotnościowych i energetycznych przegród i obiektów budowlanych oraz umiejętność efektywnej współpracy w grupie, oraz brania odpowiedzialność za otrzymane wyniki obliczeń.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IS_K01, IS_K02, IS_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_K, I.P7S_KK, I.P7S_KR