Zazwyczaj straty ciepła podłogi w porównaniu z podobnymi wskaźnikami innych przegród zewnętrznych budynku (ściany zewnętrzne, otwory okienne i drzwiowe) z góry zakłada się, że są nieistotne i są uwzględniane w obliczeniach systemów grzewczych w uproszczonej formie. Podstawą takich obliczeń jest uproszczony system współczynników rozliczeniowych i korygujących dla różnych oporów przenikania ciepła materiały budowlane.
Jeśli weźmiemy pod uwagę, że uzasadnienie teoretyczne i metodykę obliczania strat ciepła parteru opracowano dość dawno temu (tj. z dużym marginesem projektowym), to śmiało możemy mówić o praktycznej przydatności tych podejść empirycznych w nowoczesne warunki. Przewodność cieplna i współczynniki przenikania ciepła różnych materiałów budowlanych, materiałów izolacyjnych i wykładziny podłogowe dobrze znane i inne cechy fizyczne Obliczanie strat ciepła przez podłogę nie jest wymagane. Ze względu na właściwości termiczne podłogi dzieli się zazwyczaj na izolowane i nieizolowane oraz konstrukcyjnie – podłogi na podłożu i na legarach.
Obliczanie strat ciepła przez nieizolowaną podłogę na gruncie opiera się na ogólnym wzorze obliczania strat ciepła przez przegrodę budynku:
Gdzie Q– główne i dodatkowe straty ciepła, W;
A– całkowita powierzchnia otaczającej konstrukcji, m2;
telewizja , tn– temperatura powietrza wewnątrz i na zewnątrz, °C;
β - udział dodatkowych strat ciepła w sumie;
N– współczynnik korygujący, którego wartość zależy od lokalizacji konstrukcji otaczającej;
Ro– opór przenikania ciepła, m2 °C/W.
Należy pamiętać, że w przypadku jednorodnej jednowarstwowej wykładziny podłogowej opór przenikania ciepła Ro jest odwrotnie proporcjonalny do współczynnika przenikania ciepła nieizolowanego materiału podłogowego na podłożu.
Przy obliczaniu strat ciepła przez podłogę nieizolowaną stosuje się podejście uproszczone, w którym wartość (1+ β) n = 1. Straty ciepła przez podłogę zwykle przeprowadza się poprzez podział na strefy powierzchni wymiany ciepła. Wynika to z naturalnej niejednorodności pól temperatur gleby pod stropem.
Straty ciepła z podłogi nieizolowanej ustala się odrębnie dla każdej dwumetrowej strefy, numerowanej od ściana zewnętrzna zabudowania. Zwykle bierze się pod uwagę łącznie cztery takie pasy o szerokości 2 m, przy założeniu, że temperatura gruntu w każdej strefie jest stała. Czwarta strefa obejmuje całą powierzchnię nieizolowanej podłogi w granicach trzech pierwszych pasów. Przyjmuje się opór przenikania ciepła: dla 1. strefy R1=2,1; dla drugiego R2=4,3; odpowiednio dla trzeciego i czwartego R3=8,6, R4=14,2 m2*оС/W.
Ryc.1. Strefowanie powierzchni podłogi na gruncie i przyległych ścianach wnękowych przy obliczaniu strat ciepła
W przypadku pomieszczeń wnękowych z podłogą gruntową: w obliczeniach uwzględnia się dwukrotnie powierzchnię pierwszej strefy przylegającej do powierzchni ściany. Jest to całkiem zrozumiałe, ponieważ straty ciepła podłogi sumują się ze stratami ciepła w sąsiednich pionowych konstrukcjach otaczających budynek.
Obliczenia strat ciepła przez strop przeprowadza się dla każdej strefy oddzielnie, a uzyskane wyniki podsumowuje się i wykorzystuje do uzasadnienia termotechnicznego projektu budynku. Obliczenia stref temperaturowych ścian zewnętrznych pomieszczeń wnękowych przeprowadza się za pomocą wzorów podobnych do podanych powyżej.
W obliczeniach strat ciepła przez izolowaną podłogę (i uważa się, że taka jest, jeśli jej konstrukcja zawiera warstwy materiału o przewodności cieplnej mniejszej niż 1,2 W/(m °C)) wartość oporu przenikania ciepła podłogi nie- izolowana podłoga na gruncie zwiększa się każdorazowo o opór przenikania ciepła warstwy izolacyjnej:
Rу.с = δу.с / λу.с,
Gdzie δу.с– grubość warstwy izolacyjnej, m; λу.с– przewodność cieplna materiału warstwy izolacyjnej, W/(m °C).
Do obliczenia strat ciepła przez podłogę i sufit wymagane będą następujące dane:
- wymiary domu 6 x 6 metrów.
- Podłogi - deski obrzynane, na pióro i wpust o grubości 32 mm, osłonięte Grubość płyty wiórowej 0,01 m, izolowany izolacja z wełny mineralnej Grubość 0,05 m Pod domem znajduje się podziemne pomieszczenie do przechowywania warzyw i konserw. Zimą średnia temperatura w podziemiach wynosi +8°C.
- Strop - stropy wykonane są z płyt drewnianych, stropy ocieplone od strony poddasza izolacją z wełny mineralnej o grubości warstwy 0,15 m, z warstwą paroizolacyjną. Przestrzeń na poddaszu nieizolowany.
Obliczanie strat ciepła przez podłogę
R płyty =B/K=0,032 m/0,15 W/mK =0,21 m²x°C/W, gdzie B to grubość materiału, K to współczynnik przewodzenia ciepła.
R płyta wiórowa =B/K=0,01m/0,15W/mK=0,07m²x°C/W
Izolacja R =B/K=0,05 m/0,039 W/mK=1,28 m²x°C/W
Całkowita wartość R podłogi =0,21+0,07+1,28=1,56 m²x°C/W
Biorąc pod uwagę, że temperatura pod ziemią w zimie stale wynosi około +8°C, dT wymagany do obliczenia strat ciepła wynosi 22-8 = 14 stopni. Mamy teraz wszystkie dane do obliczenia strat ciepła przez podłogę:
Q podłoga = SxdT/R=36 m²x14 stopni/1,56 m²x°C/W=323,07 Wh (0,32 kWh)
Obliczanie strat ciepła przez strop
Powierzchnia sufitu równa się powierzchni sufitu S = 36 m2
Przy obliczaniu oporu cieplnego sufitu nie bierzemy pod uwagę drewniane deski, ponieważ nie mają ze sobą ścisłego połączenia i nie pełnią roli izolatora ciepła. Zatem opór cieplny stropu wynosi:
R sufit = R izolacja = grubość izolacji 0,15 m/przewodność cieplna izolacji 0,039 W/mK=3,84 m²x°C/W
Obliczamy straty ciepła przez strop:
Sufit Q =SхdT/R=36 m²х52 stopnie/3,84 m²х°С/W=487,5 Wh (0,49 kWh)
Pomimo tego, że straty ciepła przez podłogę większości parterowych budynków przemysłowych, administracyjnych i mieszkalnych rzadko przekraczają 15% całkowitych strat ciepła, a przy wzroście liczby kondygnacji czasami nie osiągają 5%, znaczenie słuszna decyzja zadania...
Określenie strat ciepła z powietrza pierwszego piętra lub piwnicy do gruntu nie traci na aktualności.
W artykule omówiono dwie możliwości rozwiązania postawionego w tytule problemu. Wnioski znajdują się na końcu artykułu.
Obliczając straty ciepła, należy zawsze rozróżniać pojęcia „budynek” i „pomieszczenie”.
Wykonując obliczenia dla całego budynku, celem jest znalezienie mocy źródła i całego systemu zaopatrzenia w ciepło.
Przy obliczaniu strat ciepła każdego pojedynczego pomieszczenia budynku pojawia się problem określenia mocy i liczby urządzeń cieplnych (baterie, konwektory itp.) wymaganych do zainstalowania w każdym konkretnego lokalu w celu utrzymania zadanej temperatury powietrza wewnętrznego.
Powietrze w budynku ogrzewane jest poprzez pobranie energii cieplnej ze Słońca, źródła zewnętrzne dostarczanie ciepła poprzez system grzewczy oraz z różnych źródeł wewnętrznych – od ludzi, zwierząt, urządzeń biurowych, sprzęt AGD, lampy oświetleniowe, systemy zaopatrzenia w ciepłą wodę.
Powietrze wewnątrz pomieszczeń ochładza się na skutek utraty energii cieplnej przez przegrodę budynku, co charakteryzuje się m.in opory termiczne, mierzone w m 2 °C/W:
R = Σ (δ I /λ I )
δ I– grubość warstwy materiału obudowy otaczającej w metrach;
λ I– współczynnik przewodności cieplnej materiału w W/(m°C).
Chroń dom przed środowisko zewnętrzne strop (podłoga) piętra, ściany zewnętrzne, okna, drzwi, bramy i podłoga piętra dolnego (ewentualnie piwnica).
Środowisko zewnętrzne to powietrze zewnętrzne i gleba.
Obliczenia strat ciepła z budynku przeprowadza się przy obliczonej temperaturze powietrza zewnętrznego dla najzimniejszego pięciodniowego okresu w roku na terenie, na którym obiekt został wybudowany (lub będzie wybudowany)!
Ale oczywiście nikt nie zabrania wykonywania obliczeń na jakąkolwiek inną porę roku.
Obliczenia wPrzewyższaćstraty ciepła przez podłogę i ściany przylegające do gruntu zgodnie z ogólnie przyjętą metodą strefową V.D. Machiński.
Temperatura gleby pod budynkiem zależy przede wszystkim od przewodności cieplnej i pojemności cieplnej samego gruntu oraz od temperatury powietrza otaczającego na danym terenie przez cały rok. Ponieważ temperatura powietrza na zewnątrz różni się znacznie w różnych strefy klimatyczne, wówczas gleba ma różne temperatury w różnych porach roku na różnych głębokościach w różnych obszarach.
Aby uprościć rozwiązanie trudne zadanie Aby określić utratę ciepła przez podłogę i ściany piwnicy do gruntu, od ponad 80 lat z powodzeniem stosuje się technikę podziału powierzchni otaczających konstrukcji na 4 strefy.
Każda z czterech stref ma swój własny, stały opór przenikania ciepła w m 2 °C/W:
R 1 =2,1 R 2 =4,3 R 3 =8,6 R 4 =14,2
Strefa 1 to pas na posadzce (w przypadku braku zakopania gruntu pod budynkiem) o szerokości 2 metrów, mierzony od wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych na całym obwodzie lub (w przypadku podziemnego lub piwnicznego) pas tej samej szerokości, mierzonej po wewnętrznych powierzchniach ścian zewnętrznych od krawędzi gruntu.
Strefy 2 i 3 mają również 2 metry szerokości i znajdują się za strefą 1, bliżej środka budynku.
Strefa 4 zajmuje cały pozostały obszar centralny.
Na poniższym rysunku strefa 1 zlokalizowana jest w całości na ścianach piwnicy, strefa 2 częściowo na ścianach, a częściowo na podłodze, strefy 3 i 4 zlokalizowane są w całości na kondygnacji piwnicy.
Jeśli budynek jest wąski, wówczas strefy 4 i 3 (a czasami 2) mogą po prostu nie istnieć.
Kwadrat płeć Strefa 1 w narożnikach jest uwzględniana w obliczeniach dwukrotnie!
Jeśli cała strefa 1 znajduje się na pionowe ściany, wówczas pole oblicza się w rzeczywistości bez żadnych dodatków.
Jeżeli część strefy 1 znajduje się na ścianach, a część na podłodze, wówczas tylko narożne części podłogi są liczone podwójnie.
Jeżeli cała strefa 1 znajduje się na podłodze, to obliczoną powierzchnię należy w obliczeniach zwiększyć o 2 × 2 x 4 = 16 m 2 (dla domu na rzucie prostokąta, czyli z czterema narożnikami).
Jeśli konstrukcja nie jest zakopana w ziemi, oznacza to, że H =0.
Poniżej zrzut ekranu programu obliczeniowego w formacie Straty ciepła Excela przez podłogi i wnęki ścienne dla budynków prostokątnych.
Obszary stref F 1 , F 2 , F 3 , F 4 obliczane są zgodnie z zasadami zwykłej geometrii. Zadanie jest uciążliwe i wymaga częstego szkicowania. Program znacznie upraszcza rozwiązanie tego problemu.
Całkowitą utratę ciepła do otaczającej gleby określa się według wzoru w kW:
Q Σ =((F 1 + F1у )/ R 1 + F 2 / R 2 + F 3 / R 3 + F 4 / R 4 )*(tVR-tNR)/1000
Użytkownik musi jedynie wypełnić wartościami pierwsze 5 wierszy tabeli Excel i przeczytać wynik poniżej.
Określenie strat ciepła do gruntu lokal obszary strefowe trzeba będzie policzyć ręcznie a następnie podstaw do powyższego wzoru.
Poniższy zrzut ekranu przedstawia jako przykład obliczenia w programie Excel strat ciepła przez podłogę i wnęki ścienne dla prawego dolnego (jak na zdjęciu) pomieszczenia piwnicznego.
Ilość strat ciepła do gruntu przez każde pomieszczenie jest równa sumie strat ciepła do gruntu całego budynku!
Poniższy rysunek przedstawia uproszczone schematy standardowe projekty podłogi i ściany.
Podłogę i ściany uważa się za nieizolowane, jeśli współczynniki przewodności cieplnej materiałów ( λ I), z których się składają, wynosi ponad 1,2 W/(m°C).
Jeśli podłoga i/lub ściany są izolowane, to znaczy zawierają warstwy λ <1,2 W/(m °C), wówczas rezystancję oblicza się dla każdej strefy oddzielnie, korzystając ze wzoru:
RizolacjaI = RbezludnyI + Σ (δ J /λ J )
Tutaj δ J– grubość warstwy izolacji w metrach.
W przypadku podłóg na legarach opór przenikania ciepła jest również obliczany dla każdej strefy, ale przy użyciu innego wzoru:
Rna legarachI =1,18*(RbezludnyI + Σ (δ J /λ J ) )
Obliczanie strat ciepła wSM Przewyższaćprzez podłogę i ściany przylegające do gruntu według metody profesora A.G. Sotnikowa.
Bardzo interesującą technikę dla budynków zakopanych w ziemi opisano w artykule „Obliczenia termofizyczne strat ciepła w podziemnej części budynków”. Artykuł ukazał się w 2010 roku w nr 8 magazynu ABOK w dziale „Klub Dyskusyjny”.
Ci, którzy chcą zrozumieć znaczenie tego, co napisano poniżej, powinni najpierw przestudiować powyższe.
A.G. Sotnikov, opierając się głównie na wnioskach i doświadczeniach innych poprzedników naukowców, jest jednym z nielicznych, którzy w ciągu prawie 100 lat próbowali poruszyć igłę w temacie niepokojącym wielu inżynierów zajmujących się ciepłownictwem. Jestem pod wielkim wrażeniem jego podejścia z punktu widzenia podstaw inżynierii cieplnej. Jednak trudność w prawidłowej ocenie temperatury gleby i jej współczynnika przewodności cieplnej w przypadku braku odpowiednich prac badawczych nieco zmienia metodologię A.G. Sotnikowa na płaszczyznę teoretyczną, odchodząc od obliczeń praktycznych. Chociaż jednocześnie nadal polegamy na strefowej metodzie V.D. Machinsky'ego, wszyscy po prostu ślepo wierzą w wyniki i rozumiejąc ogólne fizyczne znaczenie ich wystąpienia, nie mogą być całkowicie pewni uzyskanych wartości liczbowych.
Jakie jest znaczenie metodologii profesora A.G.? Sotnikowa? Sugeruje, że wszelkie straty ciepła przez podłogę zakopanego budynku „wnikają” w głąb planety, a wszelkie straty ciepła przez ściany stykające się z gruntem są ostatecznie przenoszone na powierzchnię i „rozpuszczają się” w otaczającym powietrzu.
Wydaje się to częściowo prawdą (bez matematycznego uzasadnienia), jeśli podłoga dolnej kondygnacji jest wystarczająco głęboka, ale jeśli głębokość jest mniejsza niż 1,5...2,0 m, pojawiają się wątpliwości co do słuszności postulatów...
Pomimo całej krytyki wyrażonej w poprzednich akapitach, to właśnie rozwój algorytmu profesora A.G. Sotnikova wydaje się bardzo obiecująca.
Obliczmy w Excelu straty ciepła przez podłogę i ściany do gruntu dla tego samego budynku, co w poprzednim przykładzie.
W źródłowym bloku danych zapisujemy wymiary piwnicy budynku oraz obliczone temperatury powietrza.
Następnie musisz wypełnić charakterystykę gleby. Weźmy dla przykładu glebę piaszczystą i do danych wyjściowych wpiszmy jej współczynnik przewodzenia ciepła oraz temperaturę na głębokości 2,5 metra w styczniu. Temperaturę i przewodność cieplną gleby dla Twojego obszaru można znaleźć w Internecie.
Ściany i podłoga zostaną wykonane z żelbetu ( λ =1,7 W/(m°C)) grubość 300mm ( δ =0,3 m) z oporem termicznym R = δ / λ = 0,176 m2°C/W.
Na koniec do danych wyjściowych dodajemy wartości współczynników przenikania ciepła na wewnętrznych powierzchniach podłogi i ścian oraz na zewnętrznej powierzchni gruntu stykającej się z powietrzem zewnętrznym.
Program wykonuje obliczenia w programie Excel korzystając z poniższych wzorów.
Powierzchnia piętra:
F pl =B*A
Powierzchnia ściany:
F st. =2*H *(B + A )
Warunkowa grubość warstwy gruntu za ścianami:
δ konw = F(H / H )
Opór cieplny gruntu pod podłogą:
R 17 =(1/(4*λ gr)*(π / Fpl ) 0,5
Straty ciepła przez podłogę:
Qpl = Fpl *(TV — Tgr )/(R 17 + Rpl +1/α w )
Opór cieplny gruntu za ścianami:
R 27 = δ konw /λ gr
Straty ciepła przez ściany:
Qul = Ful *(TV — TN )/(1/α n +R 27 + Rul +1/α w )
Całkowita strata ciepła do gruntu:
Q Σ = Qpl + Qul
Komentarze i wnioski.
Straty ciepła budynku przez podłogę i ściany do gruntu, uzyskane dwiema różnymi metodami, znacznie się różnią. Według algorytmu A.G. Znaczenie Sotnikowa Q Σ =16,146 kW, czyli prawie 5 razy więcej niż wartość zgodnie z ogólnie przyjętym algorytmem „strefowym” - Q Σ =3,353 KW!
Faktem jest, że zmniejszony opór cieplny gleby pomiędzy zakopanymi ścianami a powietrzem zewnętrznym R 27 =0,122 m 2 °C/W jest wyraźnie mała i mało prawdopodobne, aby odpowiadała rzeczywistości. Oznacza to, że warunkowa grubość gleby δ konw nie jest zdefiniowany całkiem poprawnie!
Ponadto „gołe” ściany żelbetowe, które wybrałem w przykładzie, są również całkowicie nierealistyczną opcją na nasze czasy.
Uważny czytelnik artykułu A.G. Sotnikova znajdzie szereg błędów, najprawdopodobniej nie autora, ale tych, które powstały podczas pisania. Następnie we wzorze (3) pojawia się współczynnik 2 λ , później znika. W przykładzie przy obliczaniu R 17 za jednostką nie ma znaku podziału. W tym samym przykładzie przy obliczaniu strat ciepła przez ściany podziemnej części budynku z jakiegoś powodu powierzchnia jest dzielona we wzorze przez 2, ale wtedy nie jest dzielona przy zapisie wartości... Co to są te nieizolowane ściany i podłogi w przykładzie z Rul = Rpl =2 m2°C/W? Ich grubość powinna wówczas wynosić co najmniej 2,4 m! A jeśli ściany i podłoga są ocieplone, to porównywanie tych strat ciepła z opcją obliczania według stref dla nieizolowanej podłogi wydaje się niewłaściwe.
R 27 = δ konw /(2*λ gr)=K(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
Odnośnie pytania dotyczącego obecności mnożnika 2 λ gr zostało już powiedziane powyżej.
Podzieliłem całe całki eliptyczne przez siebie. W rezultacie okazało się, że wykres w artykule przedstawia funkcję przy λ gr =1:
δ konw = (½) *DO(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
Ale matematycznie powinno być poprawnie:
δ konw = 2 *DO(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
lub, jeśli mnożnik wynosi 2 λ gr nie potrzebne:
δ konw = 1 *DO(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
Oznacza to, że wykres do ustalenia δ konw podaje błędne wartości, które są zaniżone 2 lub 4 razy...
Okazuje się, że nie ma innego wyjścia, jak tylko dalej „liczyć” lub „określać” straty ciepła przez podłogę i ściany do gruntu według stref? Od 80 lat nie wynaleziono żadnej innej godnej uwagi metody. A może wpadli na pomysł, ale go nie sfinalizowali?!
Zapraszam czytelników bloga do przetestowania obu opcji obliczeniowych w rzeczywistych projektach i przedstawienia wyników w komentarzach dla porównania i analizy.
Wszystko, co zostało powiedziane w ostatniej części tego artykułu, jest wyłącznie opinią autora i nie rości sobie prawa do ostatecznej prawdy. Chętnie usłyszę w komentarzach opinie ekspertów na ten temat. Chciałbym w pełni zrozumieć algorytm A.G. Sotnikowa, gdyż faktycznie ma ona bardziej rygorystyczne uzasadnienie termofizyczne niż ogólnie przyjęta metoda.
Proszę pełen szacunku praca autora pobierz plik z programami obliczeniowymi po zapisaniu się do ogłoszeń artykułów!
P.S. (25.02.2016)
Prawie rok po napisaniu artykułu udało nam się uporządkować kwestie poruszone tuż powyżej.
Po pierwsze, program do obliczania strat ciepła w Excelu metodą A.G. Sotnikova uważa, że wszystko jest w porządku - dokładnie według formuł A.I. Pechowicz!
Po drugie, wzór (3) z artykułu A.G., który wprowadził zamieszanie w moim rozumowaniu. Sotnikova nie powinna wyglądać tak:
R 27 = δ konw /(2*λ gr)=K(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
W artykule A.G. Sotnikova nie jest poprawnym wpisem! Ale potem zbudowano wykres i obliczono przykład przy użyciu odpowiednich wzorów!!!
Tak właśnie powinno być według A.I. Pechowicz (s. 110, zadanie dodatkowe do paragrafu 27):
R 27 = δ konw /λ gr=1/(2*λ gr )*K(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
δ konw =R27 *λ gr =(½)*K(sałata((H / H )*(π/2)))/K(grzech((H / H )*(π/2)))
Załadunek...