Сопротивление теплопередаче полов по зонам. Теплотехнический расчет пола на грунте

Обычно теплопотери пола в сравнении с аналогичными показателями других ограждающих конструкций здания (наружные стены, оконные и дверные проемы) априори принимаются незначительными и учитываются в расчетах систем отопления в упрощенном виде. В основу таких расчетов закладывается упрощенная система учетных и поправочных коэффициентов сопротивления теплопередаче различных строительных материалов.

Если учесть, что теоретическое обоснование и методика расчета теплопотерь грунтового пола была разработана достаточно давно (т.е. с большим проектным запасом), можно смело говорить о практической применимости этих эмпирических подходов в современных условиях. Коэффициенты теплопроводности и теплопередачи различных строительных материалов, утеплителей и напольных покрытий хорошо известны, а других физических характеристик для расчета теплопотерь через пол не требуется. По своим теплотехническим характеристикам полы принято разделять на утепленные и неутепленные, конструктивно – полы на грунте и лагах.

Расчет теплопотерь через неутепленный пол на грунте основывается на общей формуле оценки потерь теплоты через ограждающие конструкции здания:

где Q – основные и дополнительные теплопотери, Вт;

А – суммарная площадь ограждающей конструкции, м2;

tв , tн – температура внутри помещения и наружного воздуха, оС;

β - доля дополнительных теплопотерь в суммарных;

n – поправочный коэффициент, значение которого определяется местоположением ограждающей конструкции;

Rо – сопротивление теплопередаче, м2 °С/Вт.

Заметим, что в случае однородного однослойного перекрытия пола сопротивление теплопередаче Rо обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи материала неутепленного пола на грунте.

При расчете теплопотерь через неутепленный пол применяется упрощенный подход, при котором величина (1+ β) n = 1. Теплопотери через пол принято производить методом зонирования площади теплопередачи. Это связано с естественной неоднородностью температурных полей грунта под перекрытием.

Теплопотери неутепленного пола определяются отдельно для каждой двухметровой зоны, нумерация которых начинается от наружной стены здания. Всего таких полос шириной 2 м принято учитывать четыре, считая температуру грунта в каждой зоне постоянной. Четвертая зона включает в себя всю поверхность неутепленного пола в границах первых трех полос. Сопротивление теплопередаче принимается: для 1-ой зоны R1=2,1; для 2-ой R2=4,3; соответственно для третьей и четвертой R3=8,6, R4=14,2 м2*оС/Вт.

Рис.1. Зонирование поверхности пола на грунте и примыкающих заглубленных стен при расчете теполопотерь

В случае заглубленных помещений с грунтовым основанием пола: площадь первой зоны, примыкающей к стеновой поверхности, учитывается в расчетах дважды. Это вполне объяснимо, так как теплопотери пола суммируются с потерями тепла в примыкающих к нему вертикальных ограждающих конструкциях здания.

Расчет теплопотерь через пол производится для каждой зоны отдельно, а полученные результаты суммируются и используются для теплотехнического обоснования проекта здания. Расчет для температурных зон наружных стен заглубленных помещений производиться по формулам, аналогичным приведенным выше.

В расчетах теплопотерь через утепленный пол (а таковым он считается, если в его конструкции есть слои материала с теплопроводностью менее 1,2 Вт/(м °С)) величина сопротивления теплопередачи неутепленного пола на грунте увеличивается в каждом случае на сопротивление теплопередаче утепляющего слоя:

Rу.с = δу.с / λу.с ,

где δу.с – толщина утепляющего слоя, м; λу.с – теплопроводность материала утепляющего слоя, Вт/(м °С).

Приведенное термическое сопротивление теплопередаче конструкции пола, расположенного непосредственно на грунте, принимается по упрощенной методике, в соответствии с которой поверхность пола делят на четыре полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам.

1. Для первой зоны = 2,1.

,

2. Для второй зоны = 4,3.

Коэффициент теплопередачи равен:

,

3. Для третьей зоны = 8,6.

Коэффициент теплопередачи равен:

,

4. Для четвёртой зоны = 14,2.

Коэффициент теплопередачи равен:

.

Теплотехнический расчёт наружных дверей.

1. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для стены:

где: n – поправочный коэффициент на расчётную разность температур

t в – расчётная температура внутреннего воздуха

t н Б – расчётная температура наружного воздуха

Δt н – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения

α в – коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения = 8,7 Вт/(м 2 /ºС)

2. Определяем сопротивление теплопередаче входной двери:

R одд = 0,6 · R онс тр = 0,6 · 1,4 =0,84 , (2.5),

3. К установке принимаются двери с известным R req 0 =2,24 ,

4. Определяем коэффициент теплопередачи входной двери:

, (2.6),

5. Определяем скорректированный коэффициент теплопередачи входной двери:

2.2. Определение потерь тепла через ограждающие конструкции.

В зданиях, сооружениях и помещениях с постоянным тепловым режимом в течение отопительного сезона для поддержания температуры на заданном уровне сопоставляют теплопотери и теплопоступления в расчетном установившемся режиме, когда возможен наибольший дефицит теплоты.

Теплопотери в помещениях в общем виде состоят из теплопотерь через ограждающие конструкции Q огp , теплозатрат на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха, поступающего через открываемые двери и другие проемы и щели в ограждениях.

Потери тепла через ограждения определяются по формуле:

где: А - расчетная площадь ограждающей конструкции или ее части, м 2 ;

K - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, ;

t int - температура внутреннего воздуха, 0 С;

t ext - температура наружного воздуха по параметру Б, 0 С;

β – добавочныетеплопотери, определяемые в долях от основных теплопотерь. Добавочныетеплопотери приняты по ;

n –коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимается по Таблице 6 .

Согласно требованиям п 6.3.4 в проекте не учитывались теплопотери через внутренние ограждающие конструкции, при разности температур в них 3°С и более.

При расчете теплопотерь подвальных помещений за высоту надземной части принято расстояние от чистого пола первого этажа до отметки земли. Подземные части наружных стен рассматриваются полы на грунте. Потери тепла через полы на грунте вычисляются путем разбиения площади пола на 4 зоны (I-III зоны шириной 2м, IV зона оставшейся площади). Разбивка на зоны начинается от уровня земли по наружной стене и переносится на пол. Коэффициенты сопротивления теплопередачи каждой зоны приняты по .

Расход теплоты Q i , Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха определен по формуле:

Q i = 0,28G i c(t in – t ext)k , (2.9),

где: G i - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения;

C - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/кг°С;

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для окон с тройными переплетами;

Расход инфильтрующегося воздуха в помещении G i , кг/ч, через неплотности наружных ограждающих конструкций отсутствует, в связи с тем, что в помещении установлены стеклопластиковые герметичные конструкции, препятствующие проникновению наружного воздуха в помещение, а инфильтрация через стыки панелей учитываются только для жилых зданий .

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции здания был произведён в программе «Potok», результаты приведены в приложении 1.

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)

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.

Методика расчета теплопотерь помещений и порядок его выполнения (см. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий, пункт 5).

Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, перекрытия, окна, крыша, фундамент), вентиляцию и канализацию. Основные потери тепла идут через ограждающие конструкции - 60–90% от всех теплопотерь.

В любом случае учет теплопотерь необходимо производить для всех конструкций ограждающего типа, которые присутствуют в отапливаемом помещении.

При этом не обязательно учитывать потери тепла, которые осуществляются через внутренние конструкции, если разность их температуры с температурой в соседних помещениях не превышает 3 градусов по Цельсию.

Теплопотери через ограждающие конструкции

Тепловые потери помещений в основном зависят от:
1 Разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
2 Теплозащитных свойств стен, окон, дверей, покрытий, пола (так называемых ограждающих конструкций помещения).

Ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре. А обычно состоят из нескольких слоёв. Пример: стена из ракушника = штукатурка + ракушник + наружная отделка. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример: полости внутри кирпичей или блоков). Вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга теплотехнические характеристики. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи R.

Где q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м.кв.)

ΔT - разница между температурой внутри расчитываемого помещения и наружной температурой воздуха (температура наиболее холодной пятидневки °C для климатичекского района в котором находится расчитываемое здание).

В основном внутренняя температура в помещениях принимается. Жилые помещения 22 оС. Нежилые 18 оС. Зоны водных процедур 33 оС.

Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивления слоёв конструкции складываются.

δ - толщина слоя, м;

λ - расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт / (м2 оС).

Ну, вот с основными данными, требуемыми для расчёта разобрались.

Итак для расчёта тепловых потерь через ограждающие конструкции нам нужны:

1. Сопротивление теплопередачи конструкций (если конструкция многослойная то Σ R слоёв)

2. Разница между температурой в расчётном помещении и на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C.). ΔT

3. Площади ограждений F (Отдельно стены, окна, двери, потолок, пол)

4. Еще пригодится ориентация здания по отношению к сторонам света.

Формула для расчёта теплопотерь ограждением выглядит так:

Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)

Qогр - тепло потери через ограждающие конструкции, Вт

Rогр – сопротивление теплопередаче, м.кв.°C/Вт; (Если несколько слоёв то ∑ Rогр слоёв)

Fогр – площадь ограждающей конструкции, м;

n – коэффициент соприкосновения ограждающей конструкции с наружным воздухом.

Теплопотери каждой ограждающей конструкции считаются отдельно. Величина теплопотерь через ограждающие конструкции всего помещения будет сумма теплопотерь через каждую ограждающую конструкцию помещения

Расчет теплопотерь через полы

Неутепленный пол на грунте

Обычно теплопотери пола в сравнении с аналогичными показателями других ограждающих конструкций здания (наружные стены, оконные и дверные проемы) априори принимаются незначительными и учитываются в расчетах систем отопления в упрощенном виде. В основу таких расчетов закладывается упрощенная система учетных и поправочных коэффициентов сопротивления теплопередаче различных строительных материалов.

Если учесть, что теоретическое обоснование и методика расчета теплопотерь грунтового пола была разработана достаточно давно (т.е. с большим проектным запасом), можно смело говорить о практической применимости этих эмпирических подходов в современных условиях. Коэффициенты теплопроводности и теплопередачи различных строительных материалов, утеплителей и напольных покрытий хорошо известны, а других физических характеристик для расчета теплопотерь через пол не требуется. По своим теплотехническим характеристикам полы принято разделять на утепленные и неутепленные, конструктивно – полы на грунте и лагах.

Расчет теплопотерь через неутепленный пол на грунте основывается на общей формуле оценки потерь теплоты через ограждающие конструкции здания:

где Q – основные и дополнительные теплопотери, Вт;

А – суммарная площадь ограждающей конструкции, м2;

tв , tн – температура внутри помещения и наружного воздуха, оС;

β - доля дополнительных теплопотерь в суммарных;

n – поправочный коэффициент, значение которого определяется местоположением ограждающей конструкции;

Rо – сопротивление теплопередаче, м2 °С/Вт.

Заметим, что в случае однородного однослойного перекрытия пола сопротивление теплопередаче Rо обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи материала неутепленного пола на грунте.

При расчете теплопотерь через неутепленный пол применяется упрощенный подход, при котором величина (1+ β) n = 1. Теплопотери через пол принято производить методом зонирования площади теплопередачи. Это связано с естественной неоднородностью температурных полей грунта под перекрытием.

Теплопотери неутепленного пола определяются отдельно для каждой двухметровой зоны, нумерация которых начинается от наружной стены здания. Всего таких полос шириной 2 м принято учитывать четыре, считая температуру грунта в каждой зоне постоянной. Четвертая зона включает в себя всю поверхность неутепленного пола в границах первых трех полос. Сопротивление теплопередаче принимается: для 1-ой зоны R1=2,1; для 2-ой R2=4,3; соответственно для третьей и четвертой R3=8,6, R4=14,2 м2*оС/Вт.

Рис.1. Зонирование поверхности пола на грунте и примыкающих заглубленных стен при расчете теполопотерь

В случае заглубленных помещений с грунтовым основанием пола: площадь первой зоны, примыкающей к стеновой поверхности, учитывается в расчетах дважды. Это вполне объяснимо, так как теплопотери пола суммируются с потерями тепла в примыкающих к нему вертикальных ограждающих конструкциях здания.

Расчет теплопотерь через пол производится для каждой зоны отдельно, а полученные результаты суммируются и используются для теплотехнического обоснования проекта здания. Расчет для температурных зон наружных стен заглубленных помещений производиться по формулам, аналогичным приведенным выше.

В расчетах теплопотерь через утепленный пол (а таковым он считается, если в его конструкции есть слои материала с теплопроводностью менее 1,2 Вт/(м °С)) величина сопротивления теплопередачи неутепленного пола на грунте увеличивается в каждом случае на сопротивление теплопередаче утепляющего слоя:

Rу.с = δу.с / λу.с ,

где δу.с – толщина утепляющего слоя, м; λу.с – теплопроводность материала утепляющего слоя, Вт/(м °С).