Расчет теплопотерь пола по грунту в угв. Теплотехнический расчет полов, расположенных на грунте Зоны пола теплопотери
Для выполняения расчета теплопотерь через пол и потолок на потребуются следующие данные:
- размеры дома 6 х 6 метров.
- Полы - доска обрезная, шпунтованная толщиной 32 мм, обшиты ДСП толщиной 0,01 м, утеплены минераловатным утеплителем толщиной 0,05 м. Под домом устроено подполье для хранения овощей и консервации. Зимой температура в подполье в среднем составляет +8°С.
- Потолочное перекрытие - потолки сделаны из деревянных щитов, потолки утеплены со стороны чердачного помещения минераловатным утеплителем толщина слоя 0,15 метра, с устройством паро-гидроизоляционного слоя. Чердачное помещение неутепленное.
Расчет теплопотерь через пол
R досок =B/K=0,032 м/0,15 Вт/мК =0,21 м²х°С/Вт, где B - толщина материала, К - коэффициент теплопороводности.
R дсп =B/K=0,01м/0,15Вт/мК=0,07м²х°С/Вт
R утепл =B/K=0,05 м/0,039 Вт/мК=1,28 м²х°С/Вт
Суммарное значение R пола =0,21+0,07+1,28=1,56 м²х°С/Вт
Учитывая, что в подполье температура зимой постоянно держится около +8°С, то dT необходимое для расчета теплопотерь равно 22-8 =14 градусов. Теперь есть все данные для расчета теплопотерь через пол:
Q пола = SхdT/R=36 м²х14 градусов/1,56 м²х°С/Вт=323,07 Вт.ч (0,32 кВт.ч)
Расчет теплопотерь через потолок
Площадь потолка такая же как и пола S потолка = 36 м 2
При расчете теплового сопротивления потолка мы не учитываем деревянные щиты, т.к. они не имеют плотного соединения между собой и не выполняют роль теплоизолятора. Поэтому тепловое сопротивление потолка:
R потолка = R утеплителя = толщина утеплителя 0,15 м/теплопроводность утеплителя 0,039 Вт/мК=3,84 м²х°С/Вт
Производим расчет теплопотерь через потолок:
Q потолка =SхdT/R=36 м²х52 градуса/3,84 м²х°С/Вт=487,5 Вт.ч (0,49 кВт.ч)
Согласно СНиП 41-01-2003 полы этажа здания, расположенные на грунте и лагах, разграничиваются на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам (рис. 2.1). При подсчёте потерь тепла через полы, расположенные на грунте или лагах, поверхность участков полов возле угла наружных стен (в I зоне-полосе ) вводится в расчёт дважды (квадрат 2х2 м).
Сопротивление теплопередаче следует определять:
а) для неутеплённых полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с теплопроводностью l ³ 1,2 Вт/(м×°С) по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам, принимая R н.п. , (м 2 ×°С)/Вт, равным:
2,1 – для I зоны;
4,3 – для II зоны;
8,6 – для III зоны;
14,2 – для IV зоны (для оставшейся площади пола);
б) для утеплённых полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с теплопроводностью l у.с. < 1,2 Вт/(м×°С) утепляющего слоя толщиной d у.с. , м, принимая R у.п. , (м 2 ×°С)/Вт, по формуле
в) термическое сопротивление теплопередаче отдельных зон полов на лагах R л, (м 2 ×°С)/Вт, определяют по формулам:
I зона – 
;
II зона – 
;
III зона – 
;
IV зона – 
,
где , , , – значения термического сопротивления теплопередаче отдельных зон неутеплённых полов, (м 2 ×°С)/Вт, соответственно численно равные 2,1; 4,3; 8,6; 14,2; – сумма значений термического сопротивления теплопередаче утепляющего слоя полов на лагах, (м 2 ×°С)/Вт.
Величину вычисляют по выражению:
, (2.4)
здесь – термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек
(табл. 2.1); δ д – толщина слоя из досок, м; λ д – теплопроводность материала из дерева, Вт/(м·°С).
Потери тепла через пол, расположенный на грунте, Вт:
, (2.5)
где , , , – площади соответственно I,II,III,IV зон-полос, м 2 .
Потери тепла через пол, расположенный на лагах, Вт:
, (2.6)
Пример 2.2.
Исходные данные:
– этаж первый;
– наружных стен – две;
– конструкция полов: полы бетонные, покрытые линолеумом;
– расчётная температура внутреннего воздуха °С;
Порядок расчёта.
Рис. 2.2. Фрагмент плана и расположение зон полов в жилой комнате №1
(к примерам 2.2 и 2.3)
2. В жилой комнате № 1 размещаются только I-ая и часть II-ой зоны.
I-ая зона: 2,0´5,0 м и 2,0´3,0 м;
II-ая зона: 1,0´3,0 м.
3. Площади каждой зоны равны:
4. Определяем сопротивление теплопередаче каждой зоны по формуле (2.2):
(м 2 ×°С)/Вт,
(м 2 ×°С)/Вт.
5. По формуле (2.5) определяем потери тепла через пол, расположенный на грунте:
Пример 2.3.
Исходные данные:
– конструкция пола: полы деревянные на лагах;
– наружных стен – две (рис. 2.2);
– этаж первый;
– район строительства – г. Липецк;
– расчётная температура внутреннего воздуха °С; °С.
Порядок расчёта.
1. Вычерчиваем план первого этажа в масштабе с указанием основных размеров и делим пол на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам.
2. В жилой комнате №1 размещаются только I-ая и часть II-ой зоны.
Определяем размеры каждой зоны-полосы:
Ранее провели расчет теплопотерь пола по грунту для дома 6м шириной с УГВ на 6м и +3 градусов в глуби.
Результаты и постановка задачи тут -
Учитывали и теплопотери уличному воздуху и вглубь земли. Теперь же отделю мух от котлет, а именно проведу расчет чисто в грунт, исключая теплпередачу наружному воздуху.
Расчеты проведу для варианта 1 из прошлого расчета (без утепления). и следующих сочетаний данных
1. УГВ 6м, +3 на УГВ
2. УГВ 6м, +6 на УГВ
3. УГВ 4м, +3 на УГВ
4. УГВ 10м, +3 на УГВ.
5. УГВ 20м, +3 на УГВ.
Тем самым закроем вопросы связанные с влиянием глубины УГВ и влиянием температуры на УГВ.
Расчет как и ранее стационарный, не учитывающих сезонных колебаний да и вообще не учитывающий наружный воздух
Условия те же. Грунт имеет Лямда=1, стены 310мм Лямда=0,15, пол 250мм Лямда=1,2.
Результаты как и ранее по две картинки (изотермы и "ИК"), и числовые - сопротивление теплопередаче в грунт.
Числовые результаты:
1. R=4,01
2. R=4,01 (На перепад все нормируется, иначе и не должно было быть)
3. R=3,12
4. R=5,68
5. R=6,14
По поводу величин. Если соотнести их с глубиной УГВ получается следующее
4м. R/L=0,78
6м. R/L=0,67
10м. R/L=0,57
20м. R/L=0,31
R/L было бы равно единице (а точнее обратному коэффициенту теплопроводности грунта) для бесконечно большого дома, у нас же размеры дома сравнимы с глубиной на которую осуществляются теплопотери и чем меньше дом по сравнению с глубиной тем меньше должно быть данное отношение.
Полученная зависимость R/L должна зависеть от отношения ширины дома к УГВ (B/L), плюс к тому как уже сказано при B/L->бесконечности R/L->1/Лямда.
Итого есть следующие точки для бесконечно длинного дома:
L/B | R*Лямда/L
0 | 1
0,67 | 0,78
1 | 0,67
1,67 | 0,57
3,33 | 0,31
Данная зависимость неплохо аппрокисимируется экспонентной (см. график в комментарии).
При том экспоненту можно записать попроще без особой потери точности, а именно
R*Лямда/L=EXP(-L/(3B))
Данная формула в тех же точках дает следующие результаты:
0 | 1
0,67 | 0,80
1 | 0,72
1,67 | 0,58
3,33 | 0,33
Т.е. ошибка в пределах 10%, т.е. весьма удовлетворительная.
Отсюда для бесконечного дома любой ширины и для любого УГВ в рассмотренном диапазоне имеем формулу для расчета сопротивления теплопередаче в УГВ:
R=(L/Лямда)*EXP(-L/(3B))
здесь L - глубина УГВ, Лямда - коэффициент теплопроводности грунта, B - ширина дома.
Формула применима в диапазоне L/3B от 1,5 примерно до бесконечности (высокий УГВ).
Если воспользоваться формулой для более глубоких УГВ, то формула дает значительную ошибку, например для 50м глубины и 6м ширины дома имеем: R=(50/1)*exp(-50/18)=3,1, что очевидно слишком мало.
Всем удачного дня!
Выводы:
1. Увеличение глубины УГВ не приводит к сообразному уменьшению теплопотерь в грунтовые воды, так как вовлекается все большее количество грунта.
2. При этом системы с УГВ типа 20м и более могут никогда не выйти на стационар получаемый в расчете в период "жизни" дома.
3. R в грунт не столь и велик, находится на уровне 3-6, таким образом теплопотери вглубь пола по грунту весьма значительны. Это согласуется с полученным ранее результатом об отсутствии большого снижения теплопотерь при утеплении ленты или отмостки.
4. Из результатов выведена формула, пользуйтесь на здоровье (на свой страх и риск естественно, прошу заранее знать, что за достоверность формулы и иных результатов и применимость их на практике я никак не отвечаю).
5. Следует из небольшого исследования проведенного ниже в комментарии. Теплопотери улице снижают теплопотери грунту.
Т.е. поотдельности рассматривать два процесса теплопередачи некорректно. И увеличивая теплозащиту от улицы мы повышаем теплопотери в грунт
и тем самым становится ясным почему эффект от утепления контура дома полученный ранее не столь значителен.
Теплопередача через ограждения дома является сложным процессом. Чтобы максимально учесть эти сложности, обмер помещений при расчетах теплопотерь делают по определенным правилам, которые предусматривают условные увеличение или уменьшение площади. Ниже приводятся основные положения этих правил.
Правила обмера площадей ограждающих конструкций: а - разрез здания с чердачным перекрытием; б - разрез здания с совмещенным покрытием; в - план здания; 1 - пол над подвалом; 2 - пол на лагах; 3 - пол на грунте;
Площадь окон, дверей и других проемов измеряется по наименьшему строительному проему.
Площадь потолка (пт) и пола (пл)(кроме пола на грунте) измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены.
Размеры наружных стен принимают по горизонтали по наружному периметру между осями внутренних стен и наружным углом стены, а по высоте - на всех этажах, кроме нижнего: от уровня чистого пола до пола следующего этажа. На последнем этаже верх наружной стены совпадает с верхом покрытия или чердачного перекрытия. На нижнем этаже в зависимости от конструкции пола: а) от внутренней поверхности пола по грунту; б) от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах; в) от нижней грани перекрытия над неотапливаемым подпольем или подвалом.
При определении теплопотерь через внутренние стены их площади обмеряют по внутреннему периметру. Потери теплоты через внутренние ограждения помещений можно не учитывать, если разность температур воздуха в этих помещениях составляет 3 °С и менее.
Разбивка поверхности пола (а) и заглубленных частей наружных стен (б) на расчетные зоны I-IV
Передача теплоты из помещения через конструкцию пола или стены и толщу грунта, с которыми они соприкасаются, подчиняется сложным закономерностям. Для расчета сопротивления теплопередаче конструкций, расположенных на грунте, применяют упрощенную методику. Поверхность пола и стен (при этом пол рассматривается как продолжение стены) по грунту делится на полосы шириной 2 м, параллельные стыку наружной стены и поверхности земли.
Отсчет зон начинается по стене от уровня земли, а если стен по грунту нет, то зоной I является полоса пола, ближайшая к наружной стене. Следующие две полосы будут иметь номера II и III, а остальная часть пола составит зону IV. Причем одна зона может начинаться на стене, а продолжаться на полу.
Пол или стена, не содержащие в своем составе утепляющих слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности менее 1,2 Вт/(м·°С), называются неутепленными. Сопротивление теплопередаче такого пола принято обозначать R нп, м 2 ·°С/Вт. Для каждой зоны неутепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:
- зона I - RI = 2,1 м 2 ·°С/Вт;
- зона II - RII = 4,3 м 2 ·°С/Вт;
- зона III - RIII = 8,6 м 2 ·°С/Вт;
- зона IV - RIV = 14,2 м 2 ·°С/Вт.
Если в конструкции пола, расположенного на грунте, имеются утепляющие слои, его называют утепленным, а его сопротивление теплопередаче R уп, м 2 ·°С/Вт, определяется по формуле:
R уп = R нп + R ус1 + R ус2 ... + R усn
Где R нп - сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, м 2 ·°С/Вт;
R ус - сопротивление теплопередаче утепляющего слоя, м 2 ·°С/Вт;
Для пола на лагах сопротивление теплопередаче Rл, м 2 ·°С/Вт, рассчитывается по формуле.
Суть тепловых расчётов помещений, в той или иной степени находящихся в грунте, сводится к определению влияния атмосферного «холода» на их тепловой режим, а точнее, в какой степени некий грунт изолирует данное помещение от атмосферного температурного воздействия. Т.к. теплоизоляционные свойства грунта зависят от слишком большого числа факторов, то была принята так называемая методика 4-х зон. Она основана на простом предположении о том, что чем толще слой грунта, тем выше его теплоизоляционные свойства (в большей степени снижается влияние атмосферы). Кратчайшее расстояние (по вертикали или горизонтали) до атмосферы разбивают на 4 зоны, 3 из которых имеют ширину (если это пол по грунту) или глубину (если это стены по грунту) по 2 метра, а у четвёртой эти характеристики равны бесконечности. Каждой из 4-х зон присваиваются свои постоянные теплоизолирующие свойства по принципу – чем дальше зона (чем больше её порядковый номер), тем влияние атмосферы меньше. Опуская формализованный подход, можно сделать простой вывод о том, что чем дальше некая точка в помещении находится от атмосферы (с кратностью 2 м), тем в более благоприятных условиях (с точки зрения влияния атмосферы) она будет находиться.
Таким образом, отсчёт условных зон начинают по стене от уровня земли при условии наличия стен по грунту. Если стены по грунту отсутствуют, то первой зоной будет являться полоса пола, ближайшая к наружной стене. Далее нумеруются зоны 2 и 3 шириной по 2 метра. Оставшаяся зона — зона 4.
Важно учесть, что зона может начинаться на стене и заканчиваться на полу. В этом случае следует быть особо внимательным при проведении расчётов.
Если пол неутеплён, то значения сопротивлений теплопередаче неутеплённого пола по зонам равны:
зона 1 — R н.п. =2,1 кв.м*С/Вт
зона 2 — R н.п. =4,3 кв.м*С/Вт
зона 3 — R н.п. =8,6 кв.м*С/Вт
зона 4 — R н.п. =14,2 кв.м*С/Вт
Для расчёта сопротивления теплопередаче для утеплённых полов можно воспользоваться следующей формулой:
— сопротивление теплопередаче каждой зоны неутеплённого пола, кв.м*С/Вт;
— толщина утеплителя, м;
— коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м*С);
