Теплопотери через пол, расположенный на грунте, рассчитываются по зонам согласно . Для этого поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной, следующие две полосы - второй и третьей зоной, а остальную поверхность пола - четвертой зоной.
При расчете теплопотерь подвальных помещений разбивка на полосы-зоны в данном случае производится от уровня земли по поверхности подземной части стен и далее по полу. Условные сопротивления теплопередаче для зон в этом случае принимаются и рассчитываются так же, как для утепленного пола при наличии утепляющих слоев, которыми в данном случае являются слои конструкции стены.
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м 2 ∙°С) для каждой зоны утепленного пола на грунте определяется по формуле:
где – сопротивление теплопередаче утепленного пола на грунте, м 2 ∙°С/Вт, рассчитывается по формуле:
= + Σ , (2.2)
где - сопротивление теплопередаче неутепленного пола i-той зоны;
δ j – толщина j-того слоя утепляющей конструкции;
λ j – коэффициент теплопроводности материала, из которого состоит слой.
Для всех зон неутепленного пола есть данные по сопротивлению теплопередаче, которые принимаются по :
2,15 м 2 ∙°С/Вт – для первой зоны;
4,3 м 2 ∙°С/Вт – для второй зоны;
8,6 м 2 ∙°С/Вт – для третьей зоны;
14,2 м 2 ∙°С/Вт – для четвертой зоны.
В данном проекте полы на грунте имеют 4 слоя. Конструкция пола приведена на рисунке 1.2, конструкция стены приведена на рисунке 1.1.
Пример теплотехнического расчета полов, расположенных на грунте для помещения 002 венткамера:
1. Деление на зоны в помещении венткамеры условно представлено на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3. Деление на зоны помещения венткамеры
На рисунке видно, что во вторую зону входит часть стены и часть пола. Поэтому коэффициент сопротивления теплопередаче этой зоны рассчитывается дважды.
2. Определим сопротивление теплопередаче утепленного пола на грунте, , м 2 ∙°С/Вт:
2,15 + 
= 4,04 м 2 ∙°С/Вт,
4,3 + = 7,1 м 2 ∙°С/Вт,
4,3 + 
= 7,49 м 2 ∙°С/Вт,
8,6 + = 11,79 м 2 ∙°С/Вт,
14,2 + = 17,39 м 2 ∙°С/Вт.
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).
Несмотря на то, что теплопотери через пол большинства одноэтажных промышленных, административно-бытовых и жилых зданий редко превышают 15% от общих потерь тепла, а при увеличении этажности порой не достигают и 5%, важность правильного решения задачи...
Определения теплопотерь от воздуха первого этажа или подвала в грунт не теряет своей актуальности.
В этой статье рассматриваются два варианта решения поставленной в заголовке задачи. Выводы — в конце статьи.
Считая потери тепла, всегда следует различать понятия «здание» и «помещение».
При выполнении расчета для всего здания преследуется цель — найти мощность источника и всей системы теплоснабжения.
При расчете тепловых потерь каждого отдельного помещения здания, решается задача определения мощности и количества тепловых приборов (батарей, конвекторов и т.д.), необходимых для установки в каждое конкретное помещение с целью поддержания заданной температуры внутреннего воздуха.
Воздух в здании нагревается за счет получения тепловой энергии от Солнца, внешних источников теплоснабжения через систему отопления и от разнообразных внутренних источников – от людей, животных, оргтехники, бытовой техники, ламп освещения, системы горячего водоснабжения.
Воздух внутри помещений остывает за счет потерь тепловой энергии через ограждающие конструкции строения, которые характеризуются термическими сопротивлениями, измеряемыми в м 2 ·°С/Вт:
R = Σ (δ i /λ i )
δ i – толщина слоя материала ограждающей конструкции в метрах;
λ i – коэффициент теплопроводности материала в Вт/(м·°С).
Ограждают дом от внешней среды потолок (перекрытие) верхнего этажа, наружные стены, окна, двери, ворота и пол нижнего этажа (возможно – подвала).
Внешняя среда – это наружный воздух и грунт.
Расчет потерь тепла строением выполняют при расчетной температуре наружного воздуха для самой холодной пятидневки в году в местности, где построен (или будет построен) объект!
Но, разумеется, никто не запрещает вам сделать расчет и для любого другого времени года.
Расчет в Excel теплопотерь через пол и стены, примыкающие к грунту по общепринятой зональной методике В.Д. Мачинского.
Температура грунта под зданием зависит в первую очередь от теплопроводности и теплоемкости самого грунта и от температуры окружающего воздуха в данной местности в течение года. Так как температура наружного воздуха существенно различается в разных климатических зонах, то и грунт имеет разную температуру в разные периоды года на разных глубинах в различных районах.
Для упрощения решения сложной задачи определения теплопотерь через пол и стены подвала в грунт вот уже более 80 лет успешно применяется методика разбиения площади ограждающих конструкций на 4 зоны.
Каждая из четырех зон имеет свое фиксированное сопротивление теплопередаче в м 2 ·°С/Вт:
R 1 =2,1 R 2 =4,3 R 3 =8,6 R 4 =14,2
Зона 1 представляет собой полосу на полу (при отсутствии заглубления грунта под строением) шириной 2 метра, отмеренную от внутренней поверхности наружных стен вдоль всего периметра или (в случае наличия подпола или подвала) полосу той же шириной, отмеренную вниз по внутренним поверхностям наружных стен от кромки грунта.
Зоны 2 и 3 имеют также ширину 2 метра и располагаются за зоной 1 ближе к центру здания.
Зона 4 занимает всю оставшуюся центральную площадь.
На рисунке, представленном чуть ниже зона 1 расположена полностью на стенах подвала, зона 2 – частично на стенах и частично на полу, зоны 3 и 4 полностью находятся на полу подвала.
Если здание узкое, то зон 4 и 3 (а иногда и 2) может просто не быть.
Площадь пола зоны 1 в углах учитывается при расчете дважды!
Если вся зона 1 располагается на вертикальных стенах, то площадь считается по факту без всяких добавок.
Если часть зоны 1 находится на стенах, а часть на полу, то только угловые части пола учитываются дважды.
Если вся зона 1 располагается на полу, то посчитанную площадь следует при расчете увеличить на 2×2х4=16 м 2 (для дома прямоугольного в плане, т.е. с четырьмя углами).
Если заглубления строения в грунт нет, то это значит, что H =0.
Ниже представлен скриншот программы расчета в Excel теплопотерь через пол и заглубленные стены для прямоугольных в плане зданий .
Площади зон F 1 , F 2 , F 3 , F 4 вычисляются по правилам обычной геометрии. Задача громоздкая, требует часто рисования эскиза. Программа существенно облегчает решение этой задачи.
Общие потери тепла в окружающий грунт определяются по формуле в КВт:
Q Σ =((F 1 + F 1у )/ R 1 + F 2 / R 2 + F 3 / R 3 + F 4 / R 4 )*(t вр -t нр )/1000
Пользователю необходимо лишь заполнить в таблице Excel значениями первые 5 строчек и считать внизу результат.
Для определения тепловых потерь в грунт помещений площади зон придется считать вручную и затем подставлять в вышеприведенную формулу.
На следующем скриншоте показан в качестве примера расчет в Excel теплопотерь через пол и заглубленные стены для правого нижнего (по рисунку) помещения подвала .
Сумма потерь тепла в грунт каждым помещением равна общим тепловым потерям в грунт всего здания!
На рисунке ниже показаны упрощенные схемы типовых конструкций полов и стен.
Пол и стены считаются неутепленными, если коэффициенты теплопроводности материалов (λ i ), из которых они состоят, больше 1,2 Вт/(м·°С).
Если пол и/или стены утеплены, то есть содержат в составе слои с λ <1,2 Вт/(м·°С), то сопротивление рассчитывают для каждой зоны отдельно по формуле:
R утепл i = R неутепл i + Σ (δ j /λ j )
Здесь δ j – толщина слоя утеплителя в метрах.
Для полов на лагах сопротивление теплопередаче вычисляют также для каждой зоны, но по другой формуле:
R на лагах i =1,18*(R неутепл i + Σ (δ j /λ j ) )
Расчет тепловых потерь в MS Excel через пол и стены, примыкающие к грунту по методике профессора А.Г. Сотникова.
Очень интересная методика для заглубленных в грунт зданий изложена в статье «Теплофизический расчет теплопотерь подземной части зданий». Статья вышла в свет в 2010 году в №8 журнала «АВОК» в рубрике «Дискуссионный клуб».
Тем, кто хочет понять смысл написанного далее, следует прежде обязательно изучить вышеназванную .
А.Г. Сотников, опираясь в основном на выводы и опыт других ученых-предшественников, является одним из немногих, кто почти за 100 лет попытался сдвинуть с мертвой точки тему, волнующую многих теплотехников. Очень импонирует его подход с точки зрения фундаментальной теплотехники. Но сложность правильной оценки температуры грунта и его коэффициента теплопроводности при отсутствии соответствующих изыскательских работ несколько сдвигает методику А.Г. Сотникова в теоретическую плоскость, отдаляя от практических расчетов. Хотя при этом, продолжая опираться на зональный метод В.Д. Мачинского, все просто слепо верят результатам и, понимая общий физический смысл их возникновения, не могут определенно быть уверенными в полученных числовых значениях.
В чем смысл методики профессора А.Г. Сотникова? Он предлагает считать, что все теплопотери через пол заглубленного здания «уходят» в глубь планеты, а все потери тепла через стены, контактирующие с грунтом, передаются в итоге на поверхность и «растворяются» в воздухе окружающей среды.
Это похоже отчасти на правду (без математических обоснований) при наличии достаточного заглубления пола нижнего этажа, но при заглублении менее 1,5…2,0 метров возникают сомнения в правильности постулатов…
Несмотря на все критические замечания, сделанные в предыдущих абзацах, именно развитие алгоритма профессора А.Г. Сотникова видится весьма перспективным.
Выполним расчет в Excel теплопотерь через пол и стены в грунт для того же здания, что и в предыдущем примере.
Записываем в блок исходных данных размеры подвальной части здания и расчетные температуры воздуха.
Далее необходимо заполнить характеристики грунта. В качестве примера возьмем песчаный грунт и впишем в исходные данные его коэффициент теплопроводности и температуру на глубине 2,5 метров в январе. Температуру и коэффициент теплопроводности грунта для вашей местности можно найти в Интернете.
Стены и пол выполним из железобетона (λ =1,7 Вт/(м·°С)) толщиной 300мм (δ =0,3 м) с термическим сопротивлением R = δ / λ =0,176 м 2 ·°С/Вт.
И, наконец, дописываем в исходные данные значения коэффициентов теплоотдачи на внутренних поверхностях пола и стен и на наружной поверхности грунта, соприкасающегося с наружным воздухом.
Программа выполняет расчет в Excel по нижеприведенным формулам.
Площадь пола:
F пл = B *A
Площадь стен:
F ст =2* h *(B + A )
Условная толщина слоя грунта за стенами:
δ усл = f (h / H )
Термосопротивление грунта под полом:
R 17 =(1/(4*λ гр )*(π / F пл ) 0,5
Теплопотери через пол:
Q пл = F пл *(t в — t гр )/(R 17 + R пл +1/α в )
Термосопротивление грунта за стенами:
R 27 = δ усл /λ гр
Теплопотери через стены:
Q ст = F ст *(t в — t н )/(1/α н + R 27 + R ст +1/α в )
Общие теплопотери в грунт:
Q Σ = Q пл + Q ст
Замечания и выводы.
Теплопотери здания через пол и стены в грунт, полученные по двум различным методикам существенно разнятся. По алгоритму А.Г. Сотникова значение Q Σ =16,146 КВт, что почти в 5 раз больше, чем значение по общепринятому «зональному» алгоритму — Q Σ =3,353 КВт!
Дело в том, что приведенное термическое сопротивление грунта между заглубленными стенами и наружным воздухом R 27 =0,122 м 2 ·°С/Вт явно мало и навряд ли соответствует действительности. А это значит, что условная толщина грунта δ усл определяется не совсем корректно!
К тому же «голый» железобетон стен, выбранный мной в примере — это тоже совсем нереальный для нашего времени вариант.
Внимательный читатель статьи А.Г. Сотникова найдет целый ряд ошибок, скорее не авторских, а возникших при наборе текста. То в формуле (3) появляется множитель 2 у λ , то в дальнейшем исчезает. В примере при расчете R 17 нет после единицы знака деления. В том же примере при расчете потерь тепла через стены подземной части здания площадь зачем-то делится на 2 в формуле, но потом не делится при записи значений… Что это за неутепленные стены и пол в примере с R ст = R пл =2 м 2 ·°С/Вт? Их толщина должна быть в таком случае минимум 2,4 м! А если стены и пол утепленные, то, вроде, некорректно сравнивать эти теплопотери с вариантом расчета по зонам для неутепленного пола.
R 27 = δ усл /(2*λ гр )=К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
Насчет вопроса, относительно присутствия множителя 2 у λ гр было уже сказано выше.
Я поделил полные эллиптические интегралы друг на друга. В итоге получилось, что на графике в статье показана функция при λ гр =1 :
δ усл = (½) *К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
Но математически правильно должно быть:
δ усл = 2 *К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
или, если множитель 2 у λ гр не нужен:
δ усл = 1 *К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
Это означает, что график для определения δ усл выдает ошибочные заниженные в 2 или в 4 раза значения…
Выходит пока всем ничего другого не остается, как продолжать не то «считать», не то «определять» теплопотери через пол и стены в грунт по зонам? Другого достойного метода за 80 лет не придумали. Или придумали, но не доработали?!
Предлагаю читателям блога протестировать оба варианта расчетов в реальных проектах и результаты представить в комментариях для сравнения и анализа.
Все, что сказано в последней части этой статьи, является исключительно мнением автора и не претендует на истину в последней инстанции. Буду рад выслушать в комментариях мнение специалистов по этой теме. Хотелось бы разобраться до конца с алгоритмом А.Г. Сотникова, ведь он реально имеет более строгое теплофизическое обоснование, чем общепринятая методика.
Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программами расчетов после подписки на анонсы статей!
P. S. (25.02.2016)
Почти через год после написания статьи удалось разобраться с вопросами, озвученными чуть выше.
Во-первых, программа расчета теплопотерь в Excel по методике А.Г. Сотникова считает все правильно — точно по формулам А.И. Пеховича!
Во-вторых, внесшая сумятицу в мои рассуждения формула (3) из статьи А.Г. Сотникова не должна выглядеть так:
R 27 = δ усл /(2*λ гр )=К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
В статье А.Г. Сотникова — не верная запись! Но далее график построен, и пример рассчитан по правильным формулам!!!
Так должно быть согласно А.И. Пеховичу (стр 110, дополнительная задача к п.27):
R 27 = δ усл /λ гр =1/(2*λ гр )*К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
δ усл =R 27 *λ гр =(½)*К(cos ((h / H )*(π/2)))/К(sin ((h / H )*(π/2)))
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).
Теплопотери помещения, которые принимаются по СНиП за расчетные при выборе тепловой мощности системы отопления, определяют как сумму расчетных потерь тепла через все его наружные ограждения. Кроме того, учитываются потери или поступления тепла через внутренние ограждения, если температура воздуха в соседних помещениях ниже или выше температуры в данном помещении на 5 0 С и более.
Рассмотрим, как принимаются для различных ограждений показатели, входящие в формулу, при определении расчетных теплопотерь.
Коэффициенты теплопередачи для наружных стен и перекрытий принимают по теплотехническому расчету. Подбирают конструкцию окон и для нее по таблице определяют коэффициент теплопередачи. Для наружных дверей значение k берется в зависимости от конструкции по таблице.
Расчет потери тепла через пол. Передача тепла из помещения нижнего этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая сравнительно небольшой удельный вес теплопотерь через пол в общих теплопотерях помещения, применяют упрощенную методику расчета. Теплопотери через пол, расположенный на грунте, рассчитываются по зонам. Для этого поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной, следующие две полосы - второй и третьей зоной, а остальную поверхность пола - четвертой зоной.
Теплопотери каждой зоны рассчитывают по формуле, принимая niβi=1. За величину Ro.np принимают условное сопротивление теплопередаче, которое для каждой зоны неутепленного пола равно: для I зоны R нп =2,15(2,5); для II зоны R нп =4,3(5); для III зоны R нп =8,6(10); для IV зоны R нп =14,2 К-м2/Вт (16,5 0 C-M 2 ч/ккал).
Если в конструкции пола, расположенной непосредственно на грунте, имеются слои материалов, коэффициенты теплопроводности которых меньше 1,163 (1), то такой пол называют утепленным. Термические сопротивления утепляющих слоев в каждой зоне прибавляют к сопротивлениям Rн.п; таким образом, условное сопротивление теплопередаче каждой зоны утепленного пола R у.п оказывается равным:
R у.п = R н.п +∑(δ у.с /λ у.а);
где R н.п - сопротивление теплопередаче неутепленного пола соответствующей зоны;
δ у.с и λ у.а - толщины и коэффициенты теплопроводности утепляющих слоев.
Теплопотери через пол по лагам рассчитывают также по зонам, только условное сопротивление теплопередаче каждой зоны пола по лагам Rл принимают равным:
R л =1,18*R у.п.
где R у.п - величина, полученная по формуле с учетом утепляющих слоев. В качестве утепляющих слоев здесь дополнительно учитывают воздушную прослойку и настил пола по лагам.
Поверхность пола в первой зоне, примыкающая к наружному углу, имеет повышенные теплопотери, поэтому ее площадь размером 2X2 м дважды учитывается при определении общей площади первой зоны.
Подземные части наружных стен рассматриваются при расчете теплопотерь как продолжение пола Разбивка на полосы - зоны в этом случае делается от уровня земли по поверхности подземной части стен и далее по полу Условные сопротивления теплопередаче для зон в этом случае принимаются и рассчитываются так же, как для утепленного пола при наличии утепляющих слоев, которыми в данном случае являются слои конструкции стены.
Обмер площади наружных ограждений помещений. Площадь отдельных ограждений при подсчете потерь тепла через них должна определяться с соблюдением следующих правил обмера Эти правила по возможности учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают условные увеличения и уменьшения площадей, когда фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим формулам.
- Площади окон (О), дверей (Д) и фонарей измеряют по наименьшему строительному проему.
- Площади потолка (Пт) и пола (Пл) измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены Площади зон пола по лагам и грунту определяют с условной их разбивкой на зоны, как указано выше.
- Площади наружных стен (H. с) измеряют:
- в плане - по внешнему периметру между наружным углом и осями внутренних стен,
- по высоте - в первом этаже (в зависимости от конструкции по-ла) от внешней поверхности пола по грунту, или от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах, или от нижней поверхности перекрытия над подпольем неотапливаемым подвальным помещением до чистого пола второго этажа, в средних этажах от поверхности пола до поверхности пола следующего этажа; в верхнем этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия или бесчердачного покрытия При необходимости определения теплопотерь через внутренние ограждения площади принимают по внутреннему обмеру.
Добавочные теплопотери через ограждения. Основные теплопотери через ограждения, подсчитанные по формуле, при β 1 =1 часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как при этом не учитывается влияние на процесс некоторых факторов Потери тепла могут заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу ограждений и щели в них, а также под действием облучения солнцем и противоизлучения внешней поверхности ограждений. Теплопотери в целом могут заметно возрасти за счет изменения температуры по высоте помещения, вследствие поступления холодного воздуха через открываемые проемы и пр.
Эти дополнительные потери тепла обычно учитывают добавками к основным теплопотерям Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следующие.
- Добавка на ориентацию по сторонам света принимается на все наружные вертикальные и наклонные ограждения (проекции на вертикаль) Величины добавок определяют по рисунку.
- Добавка на обдуваемость ограждений ветром. В районах, где расчетная зимняя скорость ветра не превышает 5 м/с, добавка принимается в размере 5% для ограждений, защищенных от ветра, и 10% для ограждений, не защищенных от ветра. Ограждение считают защищенным от ветра, если прикрывающее его строение выше верха ограждения больше чем на 2/3 расстояния между ними. В местностях со скоростью ветра более 5 и более 10 м/с приведенные величины добавок должны быть увеличены соответственно в 2 и 3 раза.
- Добавка на продуваемость угловых помещений и помещений, имеющих две и более наружных стен, принимается равной 5% для всех непосредственно обдуваемых ветром ограждений. Для жилых и тому подобных зданий эта добавка не вводится (учитывается повышением внутренней температуры на 20).
- Добавка на поступление холодного воздуха через наружные двери при их кратковременном открывании при N этажах в здании принимается равной 100 N % - при двойных дверях без тамбура, 80 N- то же, с тамбуром, 65 N% - при одинарных дверях.
Схема определения величины добавки к основным теплопотерям на ориентацию по странам света.
В промышленных помещениях добавка на поступление воздуха через ворота, которые не имеют тамбура и шлюза, если они открыты менее 15 мин в течение 1 ч, принимается равной 300%. В общественных зданиях частое открывание дверей также учитывается введением дополнительной добавки, равной 400-500%.
5. Добавка на высоту для помещений высотой более 4 м принимается в размере 2% на каждый метр высоты, стен более 4 м, но не более 15%. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения в результате повышения температуры воздуха с высотой. Для промышленных помещений делают специальный расчет распределения температуры по высоте, в соответствии с которым определяют теплопотери через стены и перекрытия. Для лестничных клеток добавка на высоту не принимается.
6. Добавка на этажность для многоэтажных зданий высотой в 3-8 этажей, учитывающая дополнительные затраты тепла на нагревание холодного воздуха, который при инфильтрации через ограждения проникает в помещение, принимается по СНиП.
- Коэффициент теплопередачи наружных стен, определенный по приведенному сопротивлению теплопередаче по наружному обмеру, k=1,01 Вт/(м2 К) .
- Коэффициент теплопередачи чердачного перекрытия принимаем равным k пт =0,78 Вт/(м 2 К) .
Полы первого этажа выполнены на лагах. Термическое сопротивление воздушной прослойки R в.п =0,172 К м 2 /Вт (0,2 0 С-м 2 ч/ккал); толщина дощатого настила δ=0,04 м; λ=0,175 Вт/(м К) . Теплопотери через пол по лагам определяются по зонам. Сопротивление теплопередаче утепляющих слоев конструкции пола равно:
R в.п + δ/λ=0,172+(0,04/0,175)=0,43 К*м 2 /Вт (0,5 0 С м2 ч/ккал).
Термическое сопротивление пола по лагам для I и II зон:
R л.II = 1,18(2.15+ 0,43)= 3,05 К*м 2 /Вт (3,54 0 С*м 2 *ч/ккал);
K I =0,328 Вт/м 2 *К) ;
R л.II =1,18(4,3+ 0.43) = 5,6(6,5);
K II =0,178(0,154).
Для неутепленного пола лестничной клетки
R н.п.I =2,15(2,5) .
R н.п.II =4,3(5) .
3. Для выбора конструкции окон определяем перепад температур наружного (t н5 =-26 0 С) и внутреннего (t п =18 0 С) воздуха:
t п - t н =18-(-26)=44 0 С.
Схема для расчета теплопотерь помещений
Требуемое термическое сопротивление окон жилого дома при Δt=44 0 С равно 0,31 к*м 2 /Вт (0,36 0 С*м 2 *ч/ккал). Принимаем окно с двойными раздельными деревянными переплетами; для этой конструкции k ок =3,15(2,7). Наружные двери двойные деревянные без тамбура; k дв =2,33 (2).Теплопотери через отдельные ограждения рассчитываем по формуле. Расчет сведен в таблицу.
Расчет теплопотерь через наружные ограждении помещении
| № пом. | Наим. пом. и его темпер. | Хар-ка ограждения | Коэффициент теплопередачи ограждения k Вт/(м 2 К) [ккал/(ч м 2 0 С)] | расч. разн. темп., Δt n | Основн. теплопот. через огражде., Вт (ккал/ч) | Добавочные теплопотери. % | Коэфф. β l | Теплопотери через ограждение Вт (ккал/ч) | |||||
| Наим. | ор. по стор. света | разм., м | пл. F, м 2 | на ор. по стор. света | на обдув. ветр. | проч. | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 101 | Н.с. | ЮЗ | 4,66X3,7 | 17,2 | 1,02(0,87) | 46 | 800(688) | 0 | 10 | 0 | 1,10 | 880(755) | |
| Н.с. | СЗ | 4,86X3,7 | 18,0 | 1,02(0,87) | 46 | 837(720) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 1090(865) | ||
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 3,15-1,02(2,7-0,87) | 46 | 176(152) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 211(182) | ||
| Пл I | - | 8,2X2 | 16,4 | 0,328(0,282) | 46 | 247(212) | - | - | - | 1 | 247(212) | ||
| Пл II | - | 2,2X2 | 4 | 0,179(0,154) | 46 | 37(32) | - | - | - | 1 | 37(32) | ||
| 2465(2046) | |||||||||||||
| 102 | Н.с. | СЗ | 3,2X3,7 | 11,8 | 1,02(0,87) | 44 | 625(452) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 630(542) | |
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 44 | 168(145) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 202(174) | ||
| Пл I | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,328(0,282) | 44 | 91(78) | - | - | - | 1 | 91(78) | ||
| Пл II | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,179(0,154) | 44 | 62(45) | - | - | - | 1 | 52(45) | ||
| 975(839) | |||||||||||||
| 201 | Жилая комната, угловая. t в =20 0 С | Н.с. | ЮЗ | 4,66X3,25 | 15,1 | 1,02(0,87) | 46 | 702(605) | 0 | 10 | 0 | 1,10 | 780(665) |
| Н.с. | СЗ | 4.86X3,25 | 16,8 | 1,02(0,87) | 46 | 737(633) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 885(760) | ||
| Д.о. | СЗ | 1.5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 46 | 173(152) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 222(197) | ||
| Пт | - | 4,2X4 | 16,8 | 0,78(0,67) | 46X0,9 | 547(472) | - | - | - | 1 | 547(472) | ||
| 2434(2094) | |||||||||||||
| 202 | Жилая комната, средняя. t в =18 0 С | Н.с. | ЮЗ | 3,2X3,25 | 10,4 | 1,02(0,87) | 44 | 460(397) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 575(494) |
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 44 | 168(145) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 202(174) | ||
| Пт | СЗ | 3,2X4 | 12,8 | 0,78(0,67) | 44X0,9 | 400(343) | - | - | - | 1 | 400(343) | ||
| 1177(1011) | |||||||||||||
| ЛкА | Лестн. клетка, t в =16 0 С | Н.с. | СЗ | 6,95x3,2-3,5 | 18,7 | 1,02(0,87) | 42 | 795(682) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 950(818) |
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 42 | 160(138) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 198(166) | ||
| Н.д. | СЗ | 1,6X2,2 | 3,5 | 2,32(2,0) | 42 | 342(294) | 10 | 10 | 100X2 | 3,2 | 1090(940) | ||
| Пл I | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,465(0,4) | 42 | 124(107) | - | - | - | 1 | 124(107) | ||
| Пл II | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,232(0,2) | 42 | 62(53) | - | - | - | 1 | 62(53) | ||
| Пт | - | 3,2X4 | 12,8 | 0,78(0,67) | 42X0,9 | 380(326) | - | - | - | 1 | 380(326) | ||
| 2799(2310) | |||||||||||||
Примечания:
- Для наименований ограждений приняты условные обозначение: Н.с. - наружная стена; Д.о. - двойное окно; Пл I и Пл II - соответственно I и II зоны пола; Пт - потолок; Н.д. -наружная дверь.
- В графе 7 коэффициент теплопередачи для окон определен как разность коэффициентов теплопередачи окна и наружной стены, при этом площадь окна не вычитается из площади степы.
- Теплопотеря через наружную дверь определена отдельно (на площади стены в этом случае исключается площадь двери, так как добавки на дополнительные теплопотери у наружной стены и двери разные).
- Расчетная разность температур в графе 8 определена как (t в -t н)n.
- Основные теплопогери (графа 9) определены как kFΔt n .
- Добавочные теплопотери даны в процентах к основным.
- Коэффициент β (графа 13) равен единице плюс добавочные теплопотеря, выраженные в долях единицы.
- Расчетные теплопотери через ограждения определены как kFΔt n β i (графа 14).
