Добрый день!
Решил выложить здесь результаты расчетов по утеплению пола по грунту. Расчеты велись в программе Therm 6.3.
Пол по грунту - бетонная плита толщиной 250мм с коэффициентом теплопроводности 1,2
Стены - 310 мм с коэффициентом теплопроводности 0,15 (газобетон или дерево)
Для простоты стены до грунта. Тут может быть много вариантов по утеплению и мостикам холода узла, для простоты их опускаем.
Грунт - с коэффициентом теплопроводности 1. Влажная глина или влажный песок. Сухие - более теплозащитные.
Утепление. Здесь 4 варианта:
1. Утепления нет. Просто плита по грунту.
2. Утеплена отмостка шириной 1м, толщиной 10см. Утепление ЭППС. Сам верхний слой отмостки не учитывался, так как не оказывает большой роли.
3. Утеплена лента фундамента на 1м глубиной. Утепление также 10см, ЭППС. Бетон не прорисован так как близок к грунту по теплопроводности.
4. Утеплена плита под домом. 10см, ЭППС.
Коэффициент теплопроводности ЭППС принимался равным 0,029.
Ширина плиты взята 5,85м.
Исходные данные по температурам:
- внутри +21;
- снаружи -3;
- на глубине 6м +3.
6м тут это оценка УГВ. Взял 6м потому что это наиболее близко к варианту с моим домом, хотя у меня и нет полов по грунту, но результаты также применимы для моего теплого подполья.
Результаты в графическом виде вы видите. Приложено в двух вариантах - с изотермами и "ИК".
В цифровом получены данные для поверхности пола в виде U-factor, величины обратной нашему сопротивлению теплопередаче ([R]=К*м2/Вт).
В пересчете результаты следующие (в среднем по полу):
1. R=2,86
2. R=3,31
3. R=3,52
4. R=5,59
По мне так очень интересные результаты. В частности достаточная высокая величина по 1-му варианту говорит о том что не так уж и необходимо утеплять плиту по полу каким бы то ни было образом. Утеплять грунт надо когда рядом грунтовые воды и тогда мы имеем вариант 4, с частично отсеченным грунтом от теплового контура. При том с близким УГВ мы не получим 5,59. так как принятые в расчете 6м грунта не участвуют в утеплении. Следует ждать R~3 в данном случае или около того.
Также весьма существенно то, что край плиты в расчетном варианте довольно теплый 17,5oC по первому неутепленному варианту , стало быть там не ожидается промерзание, конденсат и плесень, даже при увеличении градиента температур вдвое (-27 на улице). При том, следует понимать, что при подобных расчетах пиковые температуры не оказывают никакой роли, так как система весьма теплоемкая и грунт промерзает неделями-месяцами.
Варианты 1,2,3. А особенно вариант 2 - наиболее инерционный. В тепловой контур тут вовлекается грунт не только тот что непосредственно под домом, но и под отмосткой. Время установления температурного режима как на рисунке - это годы и фактически температурный режим будет средним за год. Период порядка 3мес успевает вовлекать в теплообмен лишь 2-3м грунта. Но это отдельная история, поэтому пока завершу, лишь отмечу, что характерное время пропорционально толщине слоя в квадрате. Т.е. если 2м - 3 месяца, то 4м уже 9месяцев.
Также отмечу, что на практике, вероятно, при относительно небольшом УГВ (типа 4,5м и ниже) следует ждать худших результатов теплоизоляционных свойств грунта ввиду испарения воды из него. К сожалению, инструмента который смог бы провести расчет в условиях испарения в грунте мне не знаком. Да и с исходными данными тут большая проблема.
Оценку с влиянием испарения в грунте провел следующим образом.
Нарыл данные что вода в суглинках поднимается капилярными силами от УГВ на 4-5м
Ну в качестве исходных данных этой цифрой и воспользуюсь.
Нагло положу, что эти же 5м сохраняются в моем расчете при любых обстоятельствах.
В 1м грунта до пола диффундирует пар, и величина коэффициента паропроницаемости может быть нарыта. Коэффициент паропроницаемости песка 0,17, глинобитки 0,1. Ну для надежности возьму 0,2 мг/м/ч/Па.
На глубине метр в расчетных вариантах кроме варианта 4 около 15град.
Итого там давление паров воды составляет 1700Па (100% отн).
В помещении возьмем 21град 40%(отн.)=>1000Па
Итого у нас 700Па градиент давления пара на 1м глины с Mu=0,2 и 0,25м бетона с Mu=0,09
Итоговая паропроницаемость двухслойки 1/(1/0,2+0,25/0,09)=0,13
В итоге имеем поток пара из грунта 0,13*700=90 мг/м2/ч=2,5e-8 кг/м2/с
Умножаем на теплоту испарения воды 2,3МДж/кг и получаем дополнительные теплопотери на испарение => 0,06Вт/м2. Мелочи это. Если говорить на языке R (сопротиваления теплопередаче), то подобный учет влаги приводит к снижению R примерно на 0,003, т.е. несущественно.
Пример 1
Требуется определить толщину бетонного подстилающего слоя в проезде складского помещения. Покрытие пола бетонное, толщиной h 1 = 2,5 см. Нагрузка на пол - от автомобилей МАЗ-205; грунт основания - суглинок. Грунтовые воды отсутствуют.
Для автомобиля МАЗ-205, имеющего две оси с нагрузкой на колесо 42 кН, расчётная нагрузка на колесо по формуле (6 ):
Р р = 1,2·42 = 50,4 кН
Площадь следа колеса у автомобиля МАЗ-205 равна 700 см 2
Согласно формуле (5 ) вычисляем:
r = D /2 = 30/2 = 15 cм
По формуле (3 ) r р = 15 + 2,5 = 17,5 см
2. Для суглинистого грунта основания при отсутствии грунтовых вод по табл. 2.2
К 0 = 65 Н/см 3:
Для подстилающего слоя примем бетон по прочности при сжатии В22,5. Тогда в зоне проезда в складском помещении, где на полы не устанавливается стационарное технологическое оборудование (согласно п. 2.2 группа I), при нагрузке от безрельсовых транспортных средств по табл. 2.1 R δt = 1,25 МПа, E б = 28500 МПа.
3. σ р . Нагрузка от автомобиля, согласно п. 2.4 , является нагрузкой простого вида и передаётся по следу круглой формы. Поэтому расчётный изгибающий момент определим по формуле (11 ). Согласно п. 2.13 зададимся ориентировочно h = 10 см. Тогда по п. 2.10 принимаем l = 44,2 см. При ρ = r р /l = 17,5/44,2 = 0,395 по табл. 2.6 найдём K 3 = 103,12. По формуле (11 ): М р = К 3 ·Р р = 103,12·50,4 = 5197 Н·см/см. По формуле (7 ) вычисляем напряжения в плите:
Напряжение в плите толщиной h = 10 см превышает расчётное сопротивление R δt = 1,25 МПа. В соответствии с п. 2.13 расчёт повторим, задавшись большим значением h = 12 см, тогда l = 50,7 см; ρ = r р /l = 17,5/50,7 = 0,345; К 3 = 105,2; М р = 105,2·50,4 = 5302 Н·см/см
Полученное σ р = 1,29 МПа отличается от расчётного сопротивления R δt = 1,25 МПа (см. табл. 2.1 ) менее чем на 5%, поэтому принимаем подстилающий слой из бетона по прочности при сжатии класса В22,5 толщиной 12 см.
Пример 2
Требуется определить для механических мастерских толщину бетонного подстилающего слоя, используемого в качестве пола без устройства покрытия (h 1 = 0 см). Нагрузка на пол - от станка весом P p = 180 кН, стоящего непосредственно на подстилающем слое, равномерно распределяется по следу в виде прямоугольника размером 220´120 см. Особых требований к деформации основания не предъявляются. Грунт основания - мелкий песок, находится в зоне капиллярного поднятия грунтовых вод.
1. Определим расчётные параметры.
Расчётная длина следа согласно п. 2.5 и по формуле (1 ) а р = а = 220 см. Расчётная ширина следа по формуле (2 ) b p = b = 120 см. Для грунта основания из мелкого песка, находящегося в зоне капиллярного поднятия грунтовых вод, согласно табл. 2.2 K 0 = 45 Н/см 3 . Для подстилающего слоя примем бетон по прочности при сжатии класса В22,5. Тогда в механических мастерских, где на полы устанавливается стационарное технологическое оборудование без особых требований к деформации основания (согласно п. 2.2 группа II), при неподвижной нагрузке по табл. 2.1 R δt = 1,5 МПа, E б = 28500 МПа.
2. Определим напряжение растяжения в бетоне плиты при изгибе σ р . Нагрузка передаётся по следу прямоугольной формы и, согласно п. 2.5 , является нагрузкой простого вида.
Поэтому расчётный изгибающий момент определим по формуле (9 ). Согласно п. 2.13 зададимся ориентировочно h = 10 см. Тогда по п. 2.10 принимаем l = 48,5 см.
С учётом α = а р /l = 220/48,5 = 4,53 и β = b р /l = 120/48,5 = 2,47 по табл. 2.4 найдём К 1 = 20,92.
По формуле (9 ): М р = К 1 ·Р р = 20,92·5180 = 3765,6 Н·см/см.
По формуле (7 ) вычисляем напряжение в плите:
Напряжение в плите толщиной h = 10 см значительно меньше R δt = 1,5 МПа. В соответствии с п. 2.13 проведём повторный расчёт и, сохраняя h = 10 см, найдём более низкую марку бетона плиты подстилающего слоя, при которой σ р » R δt . Примем бетон класса по прочности на сжатие В15, для которого R δt = 1,2 МПа, E б = 23000 МПа.
Тогда l = 46,2 см; α = а р /l = 220/46,2 = 4,76 и β = b р /l = 120/46,2 = 2,60; по табл. 2.4 К 1 = 18,63;. М р = 18,63·180 = 3353,4 Н·см/см.
Полученное напряжение растяжения в плите из бетона класса по прочности при сжатии В15 меньше R δt = 1,2 МПа. Примем подстилающий слой из бетона класса по прочности при сжатии В15 толщиной h = 10 см.
Пример 3
Требуется определить толщину бетонного подстилающего слоя пола в машино-стоительном цехе при нагрузках от станков автоматизированной линии и автомобилей ЗИЛ-164. Схема расположения нагрузок приведена на рис. 1 в", 1 в"", 1 в""". Центр следа колеса автомобиля находится на расстоянии 50 см от края следа станка. Вес станка в рабочем состоянии Р р = 150 кН распределяется равномерно по площади следа прямоугольной формы длиной 260 см и шириной 140 см.
Покрытием пола является упрочнённая поверхность подстилающего слоя. Грунт основания - супесь. Основание находится в зоне капиллярного поднятия грунтовых вод
Определим расчётные параметры.
Для автомобиля ЗИЛ-164, имеющего две оси с нагрузкой на колесо 30,8 кН, расчётная нагрузка на колесо по формуле (6 ):
Р р = 1,2·30,8 = 36,96 кН
Площадь следа колеса у автомобиля ЗИЛ-164 равна 720 см 2
Согласно п. 2.5
r р = r = D /2 = 30/2 = 15 cм
Для супесчаного грунта основания, находящегося в зоне капиллярного поднятия грунтовых вод, по табл. 2.2 К 0 = 30 Н/см 3 . Для подстилающего слоя примем бетон класса по прочности при сжатии В22,5. Тогда для машиностроительного цеха, где на полы установлена автоматизированная линия (согласно п. 2.2 группа IV), при одновременном действии неподвижных и динамических нагрузок по табл. 2.1 R δt = 0,675 МПа, Е б = 28500 МПа.
Зададимся ориентировочно h = 10 см, тогда по п. 2.10 принимаем l = 53,6 см. В этом случае расстояние от центра тяжести следа колеса автомобиля до края следа станка равное 50 см l = 321,6 см, т.е. согласно п. 2.4 действующие на пол нагрузки относятся к нагрузкам сложного вида.
В соответствии с п. 2.17 установим положение расчётных центров в центрах тяжести следа станка (O 1) и колеса автомобиля (О 2). Из схемы расположения нагрузок (рис. 1 в") следует, что для расчётного центра O 1 неясно, какое следует установить направление оси ОУ. Поэтому изгибающий момент определим как при направлении оси ОУ, параллельном длинной стороне следа станка (рис. 1 в"), так и перпендикулярном этой стороне (рис. 1 в""). Для расчётного центра О 2 примем направление ОУ через центры тяжести следов станка и колеса автомобиля (рис. 1 в""").
Расчёт 1 Определим напряжение растяжения в бетоне плиты при изгибе σ р для расчётного центра O 1 при направлении ОУ параллельно длинной стороне следа станка (рис. 1 в"). При этом нагрузка от станка при следе прямоугольной формы относится к нагрузке простого вида. Для следа станка по п. 2.5 при отсутствии покрытия пола (h 1 = 0 см) а р = а = 260 см; b p = b = 140 см.
С учётом значений α = а р /l = 260/53,6 = 4,85 и β = b р /l = 140/53,6 = 2,61 по табл. 2.4 найдём K 1 = 18,37.
Для станка Р 0 = Р р = 150 кН в соответствии с п. 2.14 определяем по формуле (9 ):
М р = К 1 ·Р р = 18,37·150 = 27555,5 Н·см/см.
Координаты центра тяжести следа колеса автомобиля: x i = 120 см и у i = 0 см.
С учётом отношений x i /l = 120/53,6 = 2,24 и y i /l = 0/53,6 = 0 по табл. 2.7 найдём К 4 = -20,51.
Изгибающий момент в расчётном центре O 1 от колеса автомобиля по формуле (14 ):
M i = -20,51·36,96 = -758,05 Н·см/см.
13 ):
M p I = M 0 + ΣM i = 2755,5 - 758,05 = 1997,45 Н·см/см
7 ):
Расчёт 2 Определим напряжение растяжения в бетоне плиты при изгибе σ р II для расчётного центра O 1 при направлении ОУ перпендикулярно длинной стороне следа станка (рис. 1 в""). Разделим площадь следа станка на элементарные площадки согласно п. 2.18 . Совместим с расчётным центром O 1 центр тяжести элементарной площадки квадратной формы с длиной стороны а р = b р = 140 см.
Определим нагрузки Р i , приходящиеся на каждую элементарную площадку по формуле (15 ), для чего сначала определим площадь следа станка F = 260·140 = 36400 см 2 ;
Для определения изгибающего момента М 0 от нагрузки Р 0 вычислим для элементарной площадки квадратной формы с центром тяжести в расчётном центре O 1 значения α = β = а р /l = b р /l = 140/53,6 = 2,61 и с их учётом по табл. 2.4 найдём K 1 = 36,0; исходя из указаний п. 2.14 и формуле (9 ) вычисляем:
М 0 = К 1 ·Р 0 = 36,0·80,8 =2908,8 Н·см/см.
М i , от нагрузок, расположенных вне расчётного центра O 1 . Расчётные данные приведены в табл. 2.10 .
Таблица 2.10
Расчётные данные при расчётном центре O 1 и направлении оси ОУ, перпендикулярном длинной стороне следа станка
| I | x i | y i | x i /l | y i /l | К 4 по табл. 2.7 | P i , кН | n i кол-во нагрузок | М i = n i · К 4 ·P i |
|
| 1 | 0 | 120 | 0 | 2,24 | 9,33 | 36,96 | 1 | 363,3 |
|
| 2 | 120 | 35 | 1,86 | 0,65 | -17,22 | 17,31 | 4 | -1192,3 |
|
| ΣМ i = -829,0 Н·см/см |
|||||||||
M p II = M 0 + ΣM i = 2908,8 - 829,0 = 2079,8 Н·см/см
Напряжение растяжения в плите при изгибе по формуле (7 ):
Расчёт 3 Определим напряжение растяжения в бетоне плиты при изгибе σ р III для расчётного центра O 2 (рис. 1 в"""). Разделим площадь следа станка на элементарные площадки согласно п. 2.18 . Определим нагрузки Р i , приходящиеся на каждую элементарную площадку, по формуле (15 ).
Определим изгибающий момент от нагрузки, создающейся давлением колеса автомобиля, для чего найдём ρ = r р /l = 15/53,6 = 0,28; по табл. 2.6 найдём К 3 = 112,1. По формуле (11 ): М 0 = К 3 ·Р р = 112,1·36,96 = 4143,22 Н·см/см.
Определим суммарный изгибающий момент ΣМ i от нагрузок, расположенных вне расчётного центра O 2 . Расчётные данные приведены в табл. 2.11 .
Таблица 2.11
Расчётные данные при расчётном центре O 2
| I | x i | y i | x i /l | y i /l | К 4 по табл. 2.7 | P i , кН | n i кол-во нагрузок | М i = n i · К 4 ·P i |
|
| 1 | 0 | 65 | 0 | 1,21 | 40,97 | 4,9 | 1 | 200,75 |
|
| 2 | 0 | 100 | 0 | 1,87 | 16,36 | 6,6 | 1 | 107,98 |
|
| 3 | 0 | 155 | 0 | 2,89 | 2,89 | 11,5 | 1 | 33,24 |
|
| 4 | 40 | 65 | 0,75 | 1,21 | 19,1 | 4,9 | 2 | 187,18 |
|
| 5 | 40 | 100 | 0,75 | 1,87 | 8,44 | 6,6 | 2 | 111,41 |
|
| 6 | 40 | 155 | 0,75 | 2,89 | 1,25 | 11,5 | 2 | 28,75 |
|
| 7 | 95 | 65 | 1,77 | 1,21 | -10,78 | 8,7 | 2 | -187,57 |
|
| 8 | 95 | 100 | 1,77 | 1,87 | -5,89 | 11,5 | 2 | -135,47 |
|
| 9 | 95 | 155 | 1,77 | 2,89 | -2,39 | 20,2 | 2 | -96,56 |
|
| ΣМ i = 249,7 Н·см/см |
|||||||||
M p III = M 0 + ΣM i = 4143,22 + 249,7 = 4392,92 Н·см/см
Напряжение растяжения в плите при изгибе по формуле (7 ):
более R δt = 0,675 МПа, вследствие чего повторим расчёт, задавшись большим значением h . Расчёт проведём только по схеме загружения с расчётным центром O 2 , для которой значение σ р III в первом расчёте получилось наибольшим.
Для повторного расчёта ориентировочно зададимся h = 19 см, тогда по п. 2.10 принимаем l = 86,8 см; ρ = r р /l =15/86,8 = 0,1728; К 3 = 124,7; М 0 = К 3 ·Р p = 124,7·36,96 = 4608,9 Н·см/см.
Определим суммарный изгибающий момент от нагрузок, расположенных вне расчётного центра O 2 . Расчётные данные приведены в табл. 2.12 .
Таблица 2.12
Расчётные данные при повторном расчёте
| I | x i | y i | x i /l | y i /l | К 4 по табл. 2.7 | P i , кН | n i кол-во нагрузок | М i = n i · К 4 ·P i |
|
| 1 | 0 | 65 | 0 | 0,75 | 76,17 | 4,9 | 1 | 373,23 |
|
| 2 | 0 | 100 | 0 | 1,15 | 44,45 | 6,6 | 1 | 293,37 |
|
| 3 | 0 | 155 | 0 | 1,79 | 18,33 | 11,5 | 1 | 210,79 |
|
| 4 | 40 | 65 | 0,46 | 0,75 | 48,36 | 4,9 | 2 | 473,93 |
|
| 5 | 40 | 100 | 0,46 | 1,15 | 32,39 | 6,6 | 2 | 427,55 |
|
| 6 | 40 | 155 | 0,46 | 1,79 | 14,49 | 11,5 | 2 | 333,27 |
|
| 7 | 95 | 65 | 1,09 | 0,75 | 1,84 | 8,7 | 2 | 32,02 |
|
| 8 | 95 | 100 | 1,09 | 1,15 | 3,92 | 11,5 | 2 | 90,16 |
|
| 9 | 95 | 155 | 1,09 | 1,79 | 2,81 | 20,2 | 2 | 113,52 |
|
| ΣМ i = 2347,84 Н·см/см. |
|||||||||
Напряжение растяжения в плите при изгибе по формуле (7 ):
Полученное значение σ р = 0,67 МПа отличается от R δt = 0,675 МПа менее чем на 5%. Принимаем подстилающий слой из бетона класса по прочности на сжатие В22,5 толщиной h = 19 см.
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).
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.
| Ограждающие конструкции | Коэффициент n |
| 1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне | |
| 2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне | 0,9 |
| 3. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах | 0,75 |
| 4. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли | 0,6 |
| 5. Перекрытия над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли | 0,4 |
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).
