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 = 0,28G 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.
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);
В подвальных помещениях часто размещают спортзалы, сауны, бильярдные, не говоря уже о том, что санитарные нормы многих стран позволяют размещать в подвалах даже спальни. В связи с этим возникает вопрос о теплопотерях через подвалов.
Полы подвалов находятся в условиях когда колебания средней температуры весьма незначительны и составляют от 11 до 9°C. Таким образом, потери тепла через пол хотя и не очень велики, но постоянны в течение года. По данным компьютерного анализа, теплопотери через неизолированный бетонный пол равны 1,2 Вт/м 2 .
Потери тепла происходят по линиям напряжения в грунте на глубину от 10 до 20 м от поверхности земли или от основания здания. Устройство полистиреновой изоляции толщиной около 25 мм может уменьшить теплопотери приблизительно на 5%, что составляет не более 1% общего количества потерь тепла зданием.
Устройство такой же изоляции крыши позволяет снизить теплопотери в зимнее время на 20% или улучшить общую тепловую эффективность здания на 11%. Таким образом, с целью экономии энергии устройство теплоизоляции крыши значительно более эффективно, чем изоляция пола подвала.
Это положение подтверждается анализом микроклимата внутри здания в летнее время. В случае, когда нижняя часть фундаментных стен здания не изолирована, поступающий воздух нагревает помещение, однако тепловая инерция грунта начинает оказывать воздействие на теплопотери, создавая стабильный температурный режим; при этом теплопотери возрастают, а температура внутри подвальных помещений снижается.
Таким образом, свободный теплообмен через конструкции способствует поддержанию летних температур воздуха в помещениях на комфортном уровне. Устройство теплоизоляции под полом в значительной степени нарушает условия теплообмена между бетонным полом и землёй.
Устройство напольной (внутренней) теплоизоляции с энергетической точки зрения приводит к непроизводительным расходам, однако в то же время необходимо учитывать конденсацию влаги на холодных поверхностях и, кроме того, необходимость создания комфортных условий для человека.
Для смягчения ощущения холода можно применить теплоизоляцию, расположив её под полом, что позволит приблизить температуру пола к температуре воздуха в помещении и изолировать пол от нижележащего слоя земли, имеющего относительно низкую температуру. Хотя такая теплоизоляция может увеличить температуру пола, тем не менее в этом случае температура обычно не превышает 23°C, что на 14°C ниже температуры человеческого тела.
Таким образом, для уменьшения ощущения холода от пола с целью обеспечения наиболее комфортных условий лучше всего применять ковровые покрытия или устраивать деревянный пол по бетонному основанию.
Последний аспект, который должен быть рассмотрен в данном энергетическом анализе, касается потерь тепла в месте стыка пола со стеной, не защищённой засыпкой. Такой узел встречается в зданиях, стоящих на склоне.
Как показывает анализ потерь тепла, в этой зоне в зимнее время возможны значительные теплопотери. Поэтому для уменьшения влияния погодных условий рекомендуется фундамент изолировать по наружной поверхности.
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.