Незважаючи на те, що тепловтрати через пів більшості одноповерхових промислових, адміністративно-побутових та житлових будівель рідко перевищують 15% від загальних втрат тепла, а при збільшенні поверховості часом не досягають і 5%, важливість правильного рішеннязавдання...
Визначення тепловтрат від повітря першого поверху або підвалу в ґрунт не втрачає своєї актуальності.
У цій статті розглядаються два варіанти вирішення поставленого у заголовку завдання. Висновки – наприкінці статті.
Вважаючи втрати тепла, завжди слід розрізняти поняття «будівля» та «приміщення».
При виконанні розрахунку для всієї будівлі має на меті знайти потужність джерела і всієї системи теплопостачання.
При розрахунку теплових втрат кожного окремого приміщення будівлі, вирішується завдання визначення потужності та кількості теплових приладів (батарей, конвекторів тощо), необхідних для встановлення у кожне конкретне приміщенняз метою підтримання заданої температури внутрішнього повітря.
Повітря в будівлі нагрівається за рахунок отримання теплової енергії від Сонця, зовнішніх джерелтеплопостачання через систему опалення та від різноманітних внутрішніх джерел – від людей, тварин, оргтехніки, побутової техніки, лампи освітлення, системи гарячого водопостачання.
Повітря всередині приміщень остигає за рахунок втрат теплової енергії через огороджувальні конструкції будівлі, що характеризуються термічними опорами, що вимірюються в м 2 ·°С/Вт:
R = Σ (δ i /λ i )
δ i- Товщина шару матеріалу огороджувальної конструкції в метрах;
λ i– коефіцієнт теплопровідності матеріалу у Вт/(м·°С).
Огороджують будинок від зовнішнього середовищастеля (перекриття) верхнього поверху, зовнішні стіни, вікна, двері, ворота та підлога нижнього поверху (можливо – підвалу).
Зовнішнє середовище – це зовнішнє повітря та ґрунт.
Розрахунок втрат тепла будовою виконують при розрахунковій температурі зовнішнього повітря для найхолоднішої п'ятиденки на рік у місцевості, де збудовано (або буде збудовано) об'єкт!
Але, зрозуміло, ніхто не забороняє вам зробити розрахунок і для будь-якої іншої пори року.
Розрахунок уExcelтепловтрат через підлогу та стіни, що примикають до ґрунту за загальноприйнятою зональною методикою В.Д. Мачинського.
Температура ґрунту під будинком залежить насамперед від теплопровідності та теплоємності самого ґрунту та від температури навколишнього повітря в даній місцевості протягом року. Оскільки температура зовнішнього повітря значно різниться у різних кліматичних зонах, то й ґрунт має різну температуру в різні періоди року на різних глибинах у різних районах.
Для спрощення рішення складного завданняВизначення тепловтрат через підлогу і стіни підвалу в грунт вже більше 80 років успішно застосовується методика розбиття площі огороджувальних конструкцій на 4 зони.
Кожна з чотирьох зон має свій фіксований опір теплопередачі м 2 ·°С/Вт:
R 1 =2,1 R 2 =4,3 R 3 =8,6 R 4 =14,2
Зона 1 являє собою смугу на підлозі (за відсутності заглиблення ґрунту під будовою) шириною 2 метри, відміряну від внутрішньої поверхні зовнішніх стін вздовж усього периметра або (у разі наявності підлоги або підвалу) смугу тією ж шириною, відміряну вниз по внутрішнім поверхням зовнішніх стін від крайки ґрунту.
Зони 2 і 3 мають ширину 2 метри і розташовуються за зоною 1 ближче до центру будівлі.
Зона 4 займає всю центральну площу, що залишилася.
На малюнку, представленому трохи нижче зона 1 розташована повністю на стінах підвалу, зона 2 – частково на стінах та частково на підлозі, зони 3 та 4 повністю знаходяться на підлозі підвалу.
Якщо будівля вузька, то зон 4 та 3 (а іноді й 2) може просто не бути.
Площа статізони 1 у кутах враховується при розрахунку двічі!
Якщо вся зона 1 розташовується на вертикальних стінах, то площа вважається за фактом без жодних добавок.
Якщо частина зони 1 знаходиться на стінах, частина на підлозі, то тільки кутові частини підлоги враховуються двічі.
Якщо вся зона 1 розташовується на підлозі, то площу слід при розрахунку збільшити на 2×2х4=16 м 2 (для будинку прямокутного в плані, тобто з чотирма кутами).
Якщо заглиблення будови в ґрунт немає, це означає, що H =0.
Нижче представлений скріншот програми розрахунку Excel тепловтратчерез підлогу та заглиблені стіни для прямокутних у плані будівель.
Площі зон F 1 , F 2 , F 3 , F 4 обчислюються за правилами звичайної геометрії. Завдання громіздке, вимагає часто малювання ескізу. Програма суттєво полегшує вирішення цього завдання.
Загальні втрати тепла в навколишній грунт визначаються за формулою КВт:
Q Σ =((F 1 + F1у )/ R 1 + F 2 / R 2 + F 3 / R 3 + F 4 / R 4 )*(t вр -t нр)/1000
Користувачеві необхідно лише заповнити в таблиці Excel значеннями перші 5 рядків і рахувати внизу результат.
Для визначення теплових втрат у ґрунт приміщеньплощі зон доведеться рахувати вручнуі потім підставляти у наведену вище формулу.
На наступному скріншоті показаний як приклад розрахунок в Excel тепловтрат через підлогу та заглиблені стіни для правого нижнього (за малюнком) приміщення підвалу.
Сума втрат тепла в ґрунт кожним приміщенням дорівнює загальним тепловим втратам у ґрунт усієї будівлі!
На малюнку нижче показані спрощені схеми типових конструкційпідлог та стін.
Підлога та стіни вважаються неутепленими, якщо коефіцієнти теплопровідності матеріалів ( λ i), з яких вони складаються, більші за 1,2 Вт/(м·°С).
Якщо підлога та/або стіни утеплені, тобто містять у складі шари з λ <1,2 Вт/(м·°С), то опір розраховують для кожної зони окремо за формулою:
Rутепленняi = Rневтепленняi + Σ (δ j /λ j )
Тут δ j- Товщина шару утеплювача в метрах.
Для підлог на лагах опір теплопередачі обчислюють також для кожної зони, але за іншою формулою:
Rна лагахi =1,18*(Rневтепленняi + Σ (δ j /λ j ) )
Розрахунок теплових втрат уMS Excelчерез підлогу та стіни, що примикають до ґрунту за методикою професора А.Г. Сотнікова.
Дуже цікава методика для заглиблених у ґрунт будівель викладена у статті «Теплофізичний розрахунок тепловтрат підземної частини будівель». Стаття побачила світ у 2010 році в №8 журналу «АВОК» у рубриці «Дискусійний клуб».
Тим, хто хоче зрозуміти зміст написаного далі, слід насамперед обов'язково вивчити вищеназвану .
А.Г. Сотников, спираючись в основному на висновки та досвід інших вчених-попередників, є одним з небагатьох, хто майже за 100 років спробував зрушити з мертвої точки тему, яка хвилює багатьох теплотехніків. Дуже імпонує його підхід із погляду фундаментальної теплотехніки. Але складність правильної оцінки температури ґрунту та його коефіцієнта теплопровідності за відсутності відповідних вишукувальних робіт дещо зрушує методику А.Г. Сотникова у теоретичну площину, віддаляючи від практичних розрахунків. Хоча у своїй, продовжуючи спиратися на зональний метод В.Д. Мачинського, всі просто сліпо вірять результатам і, розуміючи загальний фізичний сенс їх виникнення, не можуть бути впевненими в отриманих числових значеннях.
У чому сенс методики професора А.Г. Сотнікова? Він пропонує вважати, що всі тепловтрати через підлогу заглибленої будівлі «йдуть» у глиб планети, а всі втрати тепла через стіни, що контактують із ґрунтом, передаються в результаті на поверхню і «розчиняються» в повітрі навколишнього середовища.
Це частково схоже на правду (без математичних обґрунтувань) за наявності достатнього заглиблення підлоги нижнього поверху, але при заглибленні менше 1,5...2,0 метрів виникають сумніви в правильності постулатів.
Попри всі критичні зауваження, зроблені попередніх абзацах, саме розвиток алгоритму професора А.Г. Сотникова бачиться дуже перспективним.
Виконаємо розрахунок в Excel тепловтрат через підлогу та стіни в ґрунт для тієї ж будівлі, що й у попередньому прикладі.
Записуємо в блок вихідних даних розміри підвальної частини будівлі та розрахункові температури повітря.
Далі необхідно заповнити характеристики ґрунту. Як приклад візьмемо піщаний ґрунт і впишемо у вихідні дані його коефіцієнт теплопровідності та температуру на глибині 2,5 метрів у січні. Температуру та коефіцієнт теплопровідності ґрунту для вашої місцевості можна знайти в Інтернеті.
Стіни та підлогу виконаємо із залізобетону ( λ =1,7Вт/(м·°С)) товщиною 300мм ( δ =0,3 м) із термічним опором R = δ / λ =0,176м 2 · ° С / Вт.
І, нарешті, дописуємо у вихідні дані значення коефіцієнтів тепловіддачі на внутрішніх поверхнях підлоги та стін та на зовнішній поверхні ґрунту, що стикається із зовнішнім повітрям.
Програма виконує розрахунок в Excel за наведеними нижче формулами.
Площа підлоги:
F пл =B *A
Площа стін:
F ст = 2 *h *(B + A )
Умовна товщина шару ґрунту за стінами:
δ ум = f(h / H )
Термоопір ґрунту під підлогою:
R 17 =(1/(4*λ гр )*(π / Fпл ) 0,5
Тепловтрати через підлогу:
Qпл = Fпл *(tв — tгр )/(R 17 + Rпл +1/α в)
Термоопір ґрунту за стінами:
R 27 = δ ум /λ гр
Тепловтрати через стіни:
Qст = Fст *(tв — tн )/(1/α н +R 27 + Rст +1/α в)
Загальні тепловтрати в ґрунт:
Q Σ = Qпл + Qст
Зауваження та висновки.
Тепловтрати будівлі через підлогу та стіни в ґрунт, отримані за двома різними методиками суттєво відрізняються. За алгоритмом А.Г. Сотнікова значення Q Σ =16,146 КВт, що майже в 5 разів більше, ніж значення за загальноприйнятим «зональним» алгоритмом. Q Σ =3,353 КВт!
Справа в тому, що наведений термічний опір ґрунту між заглибленими стінами та зовнішнім повітрям. R 27 =0,122 м 2 · ° С / Вт явно мало і навряд чи відповідає дійсності. А це означає, що умовна товщина ґрунту δ умвизначається не дуже коректно!
До того ж «голий» залізобетон стін, вибраний мною в прикладі – це теж зовсім нереальний для нашого часу варіант.
Уважний читач статті А.Г. Сотникова знайде цілу низку помилок, швидше за не авторських, а що виникли при наборі тексту. То у формулі (3) з'являється множник 2 у λ , то надалі зникає. У прикладі під час розрахунку R 17 немає після одиниці знака поділу. У тому ж прикладі при розрахунку втрат тепла через стіни підземної частини будівлі площа чомусь ділиться на 2 у формулі, але потім не ділиться при записі значень. Rст = Rпл =2 м 2 · ° С / Вт? Їхня товщина повинна бути в такому разі мінімум 2,4 м! А якщо стіни і підлога утеплені, то, начебто, неправильно порівнювати ці втрати з варіантом розрахунку по зонах для неутепленої підлоги.
R 27 = δ ум /(2*λ гр) = До (cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
Щодо питання, щодо присутності множника 2 у λ грвже було сказано вище.
Я поділив повні еліптичні інтеграли один на одного. У результаті вийшло, що на графіку у статті показано функцію при λ гр =1:
δ ум = (½) * До (cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
Але математично правильно має бути:
δ ум = 2 * До (cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
або, якщо множник 2 у λ грне потрібен:
δ ум = 1 * До (cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
Це означає, що графік для визначення δ умвидає помилкові занижені в 2 або в 4 рази значення.
Виходить поки всім нічого іншого не залишається, як продовжувати чи то «рахувати», чи то «визначати» тепловтрати через підлогу і стіни в ґрунт по зонах? Іншого гідного методу за 80 років не вигадали. Або вигадали, але не доопрацювали?!
Пропоную читачам блогу протестувати обидва варіанти розрахунків у реальних проектах та результати подати у коментарях для порівняння та аналізу.
Все, що сказано в останній частині цієї статті, є виключно думкою автора та не претендує на істину в останній інстанції. Радий вислухати в коментарях думку фахівців з цієї теми. Хотілося б розібратися остаточно з алгоритмом А.Г. Сотникова, адже він реально має суворіше теплофізичне обґрунтування, ніж загальноприйнята методика.
Прошу поважають праця автора завантажувати файл із програмами розрахунків після підписки на новини статей!
P. S. (25.02.2016)
Майже через рік після написання статті вдалося розібратися з питаннями, які озвучили трохи вище.
По-перше, програма розрахунку тепловтрат в Excel за методикою А.Г. Сотникова вважає все правильно - точно за формулами А.І. Пеховича!
По-друге, формула (3) зі статті А.Г. Сотникова має виглядати так:
R 27 = δ ум /(2*λ гр) = До (cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
У статті А.Г. Сотникова – не вірний запис! Але далі графік побудований, і приклад розрахований за правильними формулами!
Так має бути згідно з А.І. Пеховичу (стор 110, додаткове завдання до п.27):
R 27 = δ ум /λ гр=1/(2*λ гр )*К(cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
δ ум =R27 *λ гр =(½)*К(cos((h / H )*(π/2)))/К(sin((h / H )*(π/2)))
Зазвичай тепловтрати підлоги в порівнянні з аналогічними показниками інших конструкцій будівлі (зовнішні стіни, віконні та дверні отвори) апріорі приймаються незначними і враховуються в розрахунках систем опалення в спрощеному вигляді. В основу таких розрахунків закладається спрощена система облікових та поправочних коефіцієнтів опору теплопередачі різних будівельних матеріалів.
Якщо врахувати, що теоретичне обґрунтування та методика розрахунку тепловтрат грунтової підлоги була розроблена досить давно (тобто з великим проектним запасом), можна сміливо говорити про практичну застосовність цих емпіричних підходів у сучасних умовах. Коефіцієнти теплопровідності та теплопередачі різних будівельних матеріалів, утеплювачів та підлогових покриттів добре відомі, а інших фізичних характеристик для розрахунку тепловтрат через підлогу не потрібно. За своїми теплотехнічними характеристиками підлогу прийнято розділяти на утеплені та неутеплені, конструктивно – підлоги на ґрунті та лагах.
Розрахунок тепловтрат через неутеплену підлогу на грунті ґрунтується на загальній формулі оцінки втрат теплоти через огороджувальні конструкції будівлі:
де Q– основні та додаткові тепловтрати, Вт;
А- Сумарна площа огороджувальної конструкції, м2;
tв , tн– температура всередині приміщення та зовнішнього повітря, оС;
β - частка додаткових тепловтрат у сумарних;
n- Поправочний коефіцієнт, значення якого визначається місцезнаходженням огороджувальної конструкції;
Ro- Опір теплопередачі, м2 ° С/Вт.
Зауважимо, що у разі однорідного одношарового перекриття підлоги опір теплопередачі Rо обернено пропорційно коефіцієнту теплопередачі матеріалу неутепленої підлоги на грунті.
При розрахунку тепловтрат через неутеплену підлогу застосовується спрощений підхід, у якому величина (1+ β) n = 1. Тепловтрати через підлогу прийнято проводити методом зонування площі теплопередачі. Це з природною неоднорідністю температурних полів грунту під перекриттям.
Тепловтрати неутепленої підлоги визначаються окремо для кожної двометрової зони, нумерація яких починається від зовнішньої стіни будівлі. Усього таких смуг шириною 2 м прийнято враховувати чотири, вважаючи температуру ґрунту у кожній зоні постійною. Четверта зона включає всю поверхню неутепленої підлоги в межах перших трьох смуг. Опір теплопередачі приймається: для першої зони R1 = 2,1; для другої R2 = 4,3; відповідно для третьої та четвертої R3=8,6, R4=14,2 м2*оС/Вт.
Рис.1. Зонування поверхні підлоги на грунті і заглиблених стін, що примикають, при розрахунку теполовтрат
У разі заглиблених приміщень із ґрунтовою основою підлоги: площа першої зони, що примикає до стінової поверхні, враховується у розрахунках двічі. Це цілком зрозуміло, так як тепловтрати підлоги сумуються з втратами тепла в вертикальних конструкціях будівлі, що примикають до нього.
Розрахунок тепловтрат через підлогу проводиться для кожної зони окремо, а отримані результати підсумовуються та використовуються для теплотехнічного обґрунтування проекту будівлі. Розрахунок для температурних зон зовнішніх стін заглиблених приміщень проводиться за формулами, аналогічними наведеним вище.
У розрахунках тепловтрат через утеплену підлогу (а такою вона вважається, якщо в її конструкції є шари матеріалу з теплопровідністю менше 1,2 Вт/(м °С)) величина опору теплопередачі неутепленої підлоги на грунті збільшується в кожному випадку на опір теплопередачі шару, що утеплює:
Rу.с = δу.с/λу.с,
де δу.с- Товщина утеплюючого шару, м; λу.с– теплопровідність матеріалу утеплюючого шару, Вт/(м °С).
Методика розрахунку тепловтрат приміщень та порядок його виконання (див. СП 50.13330.2012 Тепловий захист будівель, пункт 5).
Будинок втрачає тепло через огороджувальні конструкції (стіни, перекриття, вікна, дах, фундамент), вентиляцію та каналізацію. Основні втрати тепла йдуть через огороджувальні конструкції – 60–90% від усіх тепловтрат.
У будь-якому випадку облік тепловтрат необхідно проводити для всіх конструкцій огороджувального типу, які присутні в опалювальному приміщенні.
При цьому не обов'язково враховувати втрати тепла, що здійснюються через внутрішні конструкції, якщо різниця їхньої температури з температурою в сусідніх приміщеннях не перевищує 3 градусів за Цельсієм.
Тепловтрати через огороджувальні конструкції
Теплові втрати приміщень в основному залежать від:
1 Різниці температур у будинку та на вулиці (чим різниця більше, тим втрати вищі),
2 Теплозахисні властивості стін, вікон, дверей, покриттів, підлоги (так званих огороджувальних конструкцій приміщення).
Огороджувальні конструкції переважно не є однорідними по структурі. А зазвичай складаються з кількох шарів. Приклад: стіна з черепашника = штукатурка + черепашник + зовнішнє оздоблення. До цієї конструкції можуть входити і замкнуті повітряні прошарки (приклад: порожнини всередині цегли або блоків). Вищеперелічені матеріали мають теплотехнічні характеристики, що відрізняються один від одного. Основною такою характеристикою шару конструкції є його опір теплопередачі R.
Де q – це кількість тепла, яке втрачає квадратний метр огороджуючої поверхні (вимірюється зазвичай у Вт/м.кв.)
ΔT - різниця між температурою всередині приміщення, що розраховується, і зовнішньою температурою повітря (температура найбільш холодної п'ятиденки °C для кліматичного району в якому знаходиться будівля, що розраховується).
Здебільшого внутрішня температура у приміщеннях приймається. Житлові приміщення 22 оС. Нежитлові 18 оС. Зони водних процедур 33 оС.
Коли мова йде про багатошарову конструкцію, то опори шарів конструкції складаються.
δ - товщина шару, м;
λ - розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу шару конструкції, з урахуванням умов експлуатації конструкцій, що захищають, Вт/(м2 оС).
Ну, ось з основними даними, потрібними для розрахунку розібралися.
Отже для розрахунку теплових втрат через огороджувальні конструкції нам потрібні:
1. Опір теплопередачі конструкцій (якщо конструкція багатошарова то Σ R шарів)
2. Різниця між температурою в розрахунковому приміщенні та на вулиці (температура найхолоднішої п'ятиденки °C.). ΔT
3. Площі огорож F (Особливо стіни, вікна, двері, стеля, підлога)
4. Ще знадобиться орієнтація будівлі по відношенню до сторін світла.
Формула для розрахунку тепловтрат огорожею виглядає так:
Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)
Qогр - тепло втрати через огороджувальні конструкції, Вт
Rогр - опір теплопередачі, м. кв. ° C / Вт; (Якщо кілька шарів то ∑ Rогр шарів)
Fогр - площа огороджувальної конструкції, м;
n – коефіцієнт дотику огороджувальної конструкції із зовнішнім повітрям.
| Захисні конструкції | Коефіцієнт n |
| 1. Зовнішні стіни та покриття (у тому числі вентильовані зовнішнім повітрям), перекриття горищні (з покрівлею з штучних матеріалів) та над проїздами; перекриття над холодними (без огороджувальних стінок) підпіллями у Північній будівельно-кліматичній зоні | |
| 2. Перекриття над холодними підвалами, що сполучаються із зовнішнім повітрям; перекриття горищні (з покрівлею з рулонних матеріалів); перекриття над холодними (з огороджувальними стінками) підпіллями та холодними поверхами у Північній будівельно-кліматичній зоні | 0,9 |
| 3. Перекриття над підвалами, що не опалюються, зі світловими прорізами в стінах. | 0,75 |
| 4. Перекриття над підвалами, що не опалюються, без світлових прорізів у стінах, розташовані вище рівня землі | 0,6 |
| 5. Перекриття над технічними підпіллями, що не опалюються, розташованими нижче рівня землі | 0,4 |
Тепловтрати кожної огороджувальної конструкції вважаються окремо. Величина тепловтрат через огороджувальні конструкції всього приміщення буде сума тепловтрат через кожну конструкцію приміщення, що захищає
Розрахунок тепловтрат через підлогу
Неутеплена підлога на ґрунті
Зазвичай тепловтрати підлоги в порівнянні з аналогічними показниками інших конструкцій будівлі (зовнішні стіни, віконні та дверні отвори) апріорі приймаються незначними і враховуються в розрахунках систем опалення в спрощеному вигляді. В основу таких розрахунків закладається спрощена система облікових та поправочних коефіцієнтів опору теплопередачі різних будівельних матеріалів.
Якщо врахувати, що теоретичне обґрунтування та методика розрахунку тепловтрат грунтової підлоги була розроблена досить давно (тобто з великим проектним запасом), можна сміливо говорити про практичну застосовність цих емпіричних підходів у сучасних умовах. Коефіцієнти теплопровідності та теплопередачі різних будівельних матеріалів, утеплювачів та підлогових покриттів добре відомі, а інших фізичних характеристик для розрахунку тепловтрат через підлогу не потрібно. За своїми теплотехнічними характеристиками підлогу прийнято розділяти на утеплені та неутеплені, конструктивно – підлоги на ґрунті та лагах.
Розрахунок тепловтрат через неутеплену підлогу на грунті ґрунтується на загальній формулі оцінки втрат теплоти через огороджувальні конструкції будівлі:
де Q– основні та додаткові тепловтрати, Вт;
А- Сумарна площа огороджувальної конструкції, м2;
tв , tн– температура всередині приміщення та зовнішнього повітря, оС;
β - частка додаткових тепловтрат у сумарних;
n- Поправочний коефіцієнт, значення якого визначається місцезнаходженням огороджувальної конструкції;
Ro- Опір теплопередачі, м2 ° С/Вт.
Зауважимо, що у разі однорідного одношарового перекриття підлоги опір теплопередачі Rо обернено пропорційно коефіцієнту теплопередачі матеріалу неутепленої підлоги на грунті.
При розрахунку тепловтрат через неутеплену підлогу застосовується спрощений підхід, у якому величина (1+ β) n = 1. Тепловтрати через підлогу прийнято проводити методом зонування площі теплопередачі. Це з природною неоднорідністю температурних полів грунту під перекриттям.
Тепловтрати неутепленої підлоги визначаються окремо для кожної двометрової зони, нумерація яких починається від зовнішньої стіни будівлі. Усього таких смуг шириною 2 м прийнято враховувати чотири, вважаючи температуру ґрунту у кожній зоні постійною. Четверта зона включає всю поверхню неутепленої підлоги в межах перших трьох смуг. Опір теплопередачі приймається: для першої зони R1 = 2,1; для другої R2 = 4,3; відповідно для третьої та четвертої R3=8,6, R4=14,2 м2*оС/Вт.
Рис.1. Зонування поверхні підлоги на грунті і заглиблених стін, що примикають, при розрахунку теполовтрат
У разі заглиблених приміщень із ґрунтовою основою підлоги: площа першої зони, що примикає до стінової поверхні, враховується у розрахунках двічі. Це цілком зрозуміло, так як тепловтрати підлоги сумуються з втратами тепла в вертикальних конструкціях будівлі, що примикають до нього.
Розрахунок тепловтрат через підлогу проводиться для кожної зони окремо, а отримані результати підсумовуються та використовуються для теплотехнічного обґрунтування проекту будівлі. Розрахунок для температурних зон зовнішніх стін заглиблених приміщень проводиться за формулами, аналогічними наведеним вище.
У розрахунках тепловтрат через утеплену підлогу (а такою вона вважається, якщо в її конструкції є шари матеріалу з теплопровідністю менше 1,2 Вт/(м °С)) величина опору теплопередачі неутепленої підлоги на грунті збільшується в кожному випадку на опір теплопередачі шару, що утеплює:
Rу.с = δу.с/λу.с,
де δу.с- Товщина утеплюючого шару, м; λу.с– теплопровідність матеріалу утеплюючого шару, Вт/(м °С).
Суть теплових розрахунків приміщень, тією чи іншою мірою що знаходяться в ґрунті, зводиться до визначення впливу атмосферного «холоду» на їх тепловий режим, а точніше, якою мірою якийсь ґрунт ізолює дане приміщення від атмосферного температурного впливу. Т.к. теплоізоляційні властивості ґрунту залежать від занадто великої кількості факторів, то було прийнято так звану методику 4-х зон. Вона заснована на простому припущенні про те, що чим товщі шар грунту, тим вище його теплоізоляційні властивості (переважно знижується вплив атмосфери). Найкоротша відстань (по вертикалі або горизонталі) до атмосфери розбивають на 4 зони, 3 з яких мають ширину (якщо це підлога по ґрунту) або глибину (якщо це стіни по ґрунту) по 2 метри, а у четвертої ці характеристики дорівнюють нескінченності. Кожній із 4-х зон присвоюються свої постійні теплоізолюючі властивості за принципом – що далі зона (що більше її порядковий номер), то вплив атмосфери менше. Опускаючи формалізований підхід, можна зробити простий висновок у тому, що що далі якась точка у приміщенні перебуває від атмосфери (з кратністю 2 м), то у найбільш сприятливих умовах (з погляду впливу атмосфери) вона буде.
Таким чином, відлік умовних зон починають по стіні від рівня землі за наявності стін по грунту. Якщо стіни по ґрунту відсутні, то першою зоною буде смуга підлоги, найближча до зовнішньої стіни. Далі нумеруються зони 2 та 3 шириною по 2 метри. Зона, що залишилася, — зона 4.
Важливо врахувати, що зона може починатися на стіні та закінчуватися на підлозі. І тут слід бути особливо уважним під час проведення розрахунків.
Якщо підлога неутеплена, то значення опорів теплопередачі неутепленої підлоги по зонах рівні:
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 розрахунку опору теплопередачі для утеплених підлог можна скористатися такою формулою:
- Опір теплопередачі кожної зони неутепленої підлоги, кв.м*С/Вт;
- Товщина утеплювача, м;
- Коефіцієнт теплопровідності утеплювача, Вт / (м * С);
Раніше провели розрахунок тепловтрат підлоги по грунту для будинку 6м завширшки з УГВ на 6м і +3 градусів у глибині.
Результати та постановка завдання тут -
Враховували і тепловтрати вуличного повітря і вглиб землі. Тепер відокремлю мух від котлет, а саме проведу розрахунок чисто в грунт, виключаючи теплопередачу зовнішньому повітрі.
Розрахунки проведу для варіанта 1 із минулого розрахунку (без утеплення). та наступних поєднань даних
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.
Тим самим закриємо питання пов'язані з впливом глибини УГВ та впливом температури на УГВ.
Розрахунок як і раніше стаціонарний, що не враховують сезонних коливань та й взагалі не враховує зовнішнього повітря
Умови ті самі. Грунт має Лямда=1, стіни 310мм Лямда=0,15, підлога 250мм Лямда=1,2.
Результати як і раніше по дві картинки (ізотерми та "ІЧ"), і числові - опір теплопередачі в ґрунт.
Числові результати:
1. R=4,01
2. R=4,01 (На перепад все нормується, інакше не повинно бути)
3. R=3,12
4. R=5,68
5. R = 6,14
Щодо величин. Якщо співвіднести їх із глибиною УГВ виходить таке
4м. R/L=0,78
6м. R/L=0,67
10м. R/L=0,57
20м. R/L=0,31
R/L дорівнювало б одиниці (а точніше зворотному коефіцієнту теплопровідності ґрунту) для нескінченно великого будинку, у нас же розміри будинку порівняні з глибиною на яку здійснюються тепловтрати і чим менше будинок у порівнянні з глибиною тим менше має бути дане відношення.
Отримана залежність R/L повинна залежати від відношення ширини будинку до УГВ (B/L), плюс до того, як вже сказано при B/L->нескінченності R/L->1/Лямда.
Отже є такі точки для нескінченно довгого будинку:
L/B | R*Лямда/L
0 | 1
0,67 | 0,78
1 | 0,67
1,67 | 0,57
3,33 | 0,31
Ця залежність непогано апроксимується експонентною (див. графік у коментарі).
При цьому експоненту можна записати простіше без особливої втрати точності, а саме
R*Лямда/L=EXP(-L/(3B))
Ця формула у тих самих точках дає такі результати:
0 | 1
0,67 | 0,80
1 | 0,72
1,67 | 0,58
3,33 | 0,33
Тобто. помилка не більше 10%, тобто. дуже задовільна.
Звідси для нескінченного будинку будь-якої ширини та для будь-якого УГВ у розглянутому діапазоні маємо формулу для розрахунку опору теплопередачі в УГВ:
R=(L/Лямда)*EXP(-L/(3B))
тут L – глибина УГВ, Лямда – коефіцієнт теплопровідності ґрунту, B – ширина будинку.
Формула застосовна в діапазоні L/3B від 1,5 до нескінченності (високий УГВ).
Якщо скористатися формулою більш глибоких УГВ, то формула дає значну помилку, наприклад для 50м глибини і 6м ширини будинку маємо: R=(50/1)*exp(-50/18)=3,1, що дуже мало.
Усім вдалого дня!
Висновки:
1. Збільшення глибини УГВ не призводить до зменшення тепловтрат в грунтові води, тому що залучається все більша кількістьґрунту.
2. При цьому системи з УГВ типу 20м і більше можуть ніколи не вийти на стаціонар, що отримується в розрахунку в період "життя" будинку.
3. R грунт не настільки і великий, знаходиться на рівні 3-6, таким чином тепловтрати вглиб підлоги по грунту дуже значні. Це узгоджується з отриманим раніше результатом про відсутність великого зниження тепловтрат при утепленні стрічки або вимощення.
4. З результатів виведена формула, користуйтеся на здоров'я (на свій страх і ризик природно, прошу заздалегідь знати, що за достовірність формули та інших результатів та застосування їх на практиці я ніяк не відповідаю).
5. Випливає з невеликого дослідження, проведеного нижче в коментарі. Тепловтрати вулиці знижують тепловтрати ґрунту.Тобто. окремо розглядати два процеси теплопередачі некоректно. І збільшуючи теплозахист від вулиці, ми підвищуємо тепловтрати в грунт.і тим самим стає зрозумілим, чому ефект від утеплення контуру будинку отриманий раніше не настільки значний.
Завантаження...