расчет теплопотерь по зонам пола пример

Расчет теплопотерь по зонам пола пример

Расчет приведен в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания в пункте 5.3

Для расчета стен и пола по грунту используется простейшая методика, она не является точным расчетом, но применяется как стандарт расчета для России.

На рисунке выше обозначены зоны. Чаще всего дома строятся с фундаментом и на рисунке б) обозначены зоны по вертикале фундамента.

Для не утепленного фундамента и плиты перекрытия(пола) термическое сопротивление не учитывается, если теплопроводность λ >= 1,2 Вт/(м•°С). То есть теплопроводность ниже или равно 1,2 Вт/(м•°С).

Для утепленной стены просто к термическому сопротивлению прибавляется термическое сопротивление утепленного слоя. Ниже будет пример расчета.

Для расчета пола по грунту не учитывается коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, потому что сопротивление слоя грунта достаточно велико.

Пример расчета теплопотерь пола и стены по грунту

Если Вы утеплили фундамент и пол пенополистиролом толщиной 50 мм., то вычисляем термическое сопротивление всех слоев стенки.

Источник

Зоны при теплорасчете полов по грунту

СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» приложение Я.2

Ограждения отапливаемого подвала (пол и стены) контактируют с грунтом. Определение приведенного сопротивления теплопередаче ограждений, контактирующих с грунтом, осуществляется по следующей методике.
Для этого ограждения, контактирующие с грунтом (Аj = 4006 м2), разбиваются на зоны шириной 2 м, начиная от верха наружных стен подвала, контактирующих
с грунтом.
Площади зон и их сопротивления теплопередаче
Afi, м2 Roi, м2⋅°С/Вт
Зона I. 634. 2,1
Зона II. 592. 4,3
Зона III. 556. 8,6
Зона IV. 2224. 14,2
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждений по грунту, определяемое по формуле (10), равно
Rf
r = 4006/(634/2,1 + 592/4,3 + 556/8,6 + 2224/14,2) = 6,06 м2⋅°С/Вт.

Thượng Tá Quân Đội Nhân Dân Việt Nam

Вот щас архитекторы всё бросят и начнут вдаваться. Да это и совершенно не их дело.

Да, помещение считается по тем зонам, которые в него попадают. Даже внутреннее помещение, вообще не имеющее наружных стен, может попасть в какие-то зоны. Первая зона в углах считается дважды.

строительное проектирование (после АР,ОДИ,ЭЭФ,ПБ,ПЗУ, ТХ и КР и обслед. писать «архитектор» некорр.)

я вдавался, просто ответа точного не знал на вопрос, хотя по логике.

но логика иной раз в далекие дали уводит.

Вот щас архитекторы всё бросят и начнут вдаваться. Да это и совершенно не их дело.

Да, помещение считается по тем зонам, которые в него попадают. Даже внутреннее помещение, вообще не имеющее наружных стен, может попасть в какие-то зоны. Первая зона в углах считается дважды.

строительное проектирование (после АР,ОДИ,ЭЭФ,ПБ,ПЗУ, ТХ и КР и обслед. писать «архитектор» некорр.)

Thượng Tá Quân Đội Nhân Dân Việt Nam

А зоны учитываются прежде всего при расчете теплопотерь помещений, которым занимаются никак уж не архитекторы. Это дело ОВ. Конечно, хорошо что сейчас архитекторов пытаются заставить думать и о теплотехнических показателях путем введения энергопаспорта и прочего. Но это не означает, что они и о зонах должны заботиться, тем более, что на зоны архитектурные решения никак не влияют.

Да, есть такая дурь. Сдуру убрали из СНиП по ОВ методику расчета теплопотерь, сразу сделав её «ненормативной». А там были важные нюансы в разные годы. Но потом спохватились и стали вновь вталкивать в разные нормы. Например, в СНиП 23-02-2003, но при этом сделав простейшие расчеты до предела запутанными и непонятными. При сохранении того же физического смысла.

Про сопротивление теплопередаче полов вообще забыли. Потом опять же спохватились и ввели в актуализированную редакцию СНиП 23-02-2003 в виде:

Но актуализированная редакция уже 4 обсуждения прошла и всё не принята (лоббисты разных направлений спорят с ученым видом).

А это ни в каких нынешних нормах не записано. Это те, кто сами зоны придумали, так решили (заодно и для углов наружных стен, которые тоже дважды учитываются путем обмера по наружной поверхности).

Помнят об этом теперь только люди из раньшего времени, да в технической литературе написано (см. картинки).

Источник

Расчет теплопотерь через полы

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.)

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.

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)

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.

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;

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:

где δу.с – толщина утепляющего слоя, м; λу.с – теплопроводность материала утепляющего слоя, Вт/(м •°С).

Источник

Теплопотери через пол и стены в грунт

/Обратите внимание. Статья дополнена P.S. (25.02.2016) и P.S. (08.01.2021)./

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.

Особенно важно правильно рассчитать эти теплопотери для подвальных комнат (залов), где они могут составить все 100% для данного типа помещений!

В этой статье рассматриваются три 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:

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 F₁ , F₂ , F₃ , F₄ 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:

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 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 статью.

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.

F_пл = B * A

F_ст =2* h *( B + A )

Условная толщина слоя грунта за стенами:

δ_усл =f( h / H )

Термосопротивление грунта под полом:

R₁₇ =(1/(4* λ_гр )*(π/ F_пл ) 0,5

Теплопотери через пол:

Q_пл = F_пл *( t_в — t_гр )/( R₁₇ + R_пл +1/ α_в )

Термосопротивление грунта за стенами:

R₂₇ = δ_усл / λ_гр

Теплопотери через стены:

Q_ст = F_ст *( t_в — t_н )/(1/ α_н + R₂₇ + 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 R₂₇ =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.

Но самый главный вопрос автору (или редакции журнала) касается формулы (3) и графика:

R₂₇ = 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!

Ссылка на скачивание файла:

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:

R₂₇ = 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):

R₂₇ = 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)))

P. S. (08.01.2021)

Время не стоит на месте… Широкому кругу инженеров стали доступны программы численного решения физических полей методом конечных элементов.

Рассмотренный в статье пример расчета теплопотерь подвала выполним в программе Agros2D, которую можно свободно скачать с официального сайта agros2d.org (с русским интерфейсом).

Исходные данные для расчета — те же:

1. Размеры подвала в плане по внутренним замерам – 9×12 м, заглубление – 2,5 м.

2. Стены и пол выполнены из железобетона толщиной 0,3 м с коэффициентом теплопроводности λ =1,7 Вт/(м·К).

3. Теплопроводность грунта λ =1,16 Вт/(м·К).

4. На границе «внутренняя поверхность подвала – воздух в подвале» коэффициент теплоотдачи α =8,7 Вт/(м 2 *К), температура воздуха в подвале t_вр =+16 °С.

5. На границе «наружная поверхность грунта – наружный воздух» коэффициент теплоотдачи α =23 Вт/(м 2 *К), температура наружного воздуха t_нр =-37 °С.

6. Нижняя граница грунта — ломаная изотермическая поверхность с постоянной температурой t_гр =+4 °С.

7. Через боковые поверхности блока грунта и через верхние поверхности железобетонных стен тепловой поток отсутствует.

Форма нижней поверхности грунта выбрана таким образом, что глубина промерзания грунта на удалении от здания составляет

2,4 м.

На скриншоте представлено стационарное температурное поле, рассчитанное в программе Agros2D.

Результаты расчета:

1. Теплопотери подвала через пол – 1,23 КВт.

2. Теплопотери подвала через стены – 4,12 КВт.

3. Общие теплопотери подвала – 5,35 КВт.

Выводы:

1. Полученный результат в 1,6 раза больше результата, полученного по зональной методике Мачинского и в 3 раза меньше результата по методике Сотникова.

2. Если в расчетной модели уменьшить глубину промерзания грунта с 2,4 м до 2,0 м, добавив на поверхность слой снега, то рассчитанные в Agros2D теплопотери будут весьма близки к результату, полученному по зональной методике.

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

36 комментариев на «Теплопотери через пол и стены в грунт»

Спасибо, очень поучительно

посчитали по этим методикам. результат отличается в 5. раз (методика Сотникова больше и явно правильнее). в ближайшее время будем мерять поле температур в бетонном полу и тогда посчитаем реальные теплопотери.

Иван, я связывался с Анатолием Геннадьевичем Сотниковым. Он любезно откликнулся, согласился с несоответствиями в своей статье и попытался помочь разобраться, подключил И.Н. Шаталину (ученицу А.И. Пеховича) из ВНИИ Гидротехники.

«. Она почти без подготовки сказала, что можно взять сопротивление в задаче 4 на стр. 173. Для этого нужно объединить две противоположные стены в одну и если нужно учесть характеристики воздуха в подвале, тогда получится одна пластина с двухсторонним грунтом. Ввести условную характеристику стен согласно стр. 84 книги Пеховича. »

Речь идет о книге А.И. Пеховича и В.М. Жидких «Расчеты теплового режима твердых тел».

Я не смог воспользоваться рекомендацией, хотя книгу внимательно перечитал на 7 рядов.

Я считаю, что условная толщина грунта за стенами, рассчитанная по методике А.Г. Сотникова должна быть увеличена, но не уверен — в 2 или в 4 раза? Возможно ваши замеры подскажут правильное теоретическое решение. Не сочтите за труд прислать результаты расчетов, измерений и план с разрезом подвала.

Александр, простите, но Ваша программа сбоит.

Для высоты равной ровно 2 м,она добавляет к F1 лишние 16 кв.м., а остальные считает правильно.

Да, Сергей, спасибо, поправил.

Программа не верно считала для трех значений H=2, H=4 и H=6. При этом для H=1,999 и H=2,001 всё выдавала точно. Проглядел.

Ответ на Ваш вопрос, Сергей, в 13, 14 и 15 абзацах этой статьи:

«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. »

Как раз как приближенно посчитали теплопроводность грунта — это совершенно понятно. Потери через каждую зону считаются (T (внутри) — Т(снаружи грунта))* Площадь зоны / Сопротивление термопередачи — это тоже понятно. Непонятно почему тепературу грунта приняли как температуру наруженего воздуха. Темература грунта на глубине ниже глубины промерзания практически постоянна и составляет примерно 4 гр Цельсия. Получается, что если подвал разположен ниже глубины промерзания, то температуру грунта нужно брать 4. Чего это вдруг подставляют температуру наружнего воздуха?

Сергей, грунт выступает в роли ограждающей конструкции. Вы когда теплопотери через стену считаете почему берете температуру наружного воздуха, а не температуру где-нибудь в середине стены?

В первом варианте расчета обратите внимание на значение коэффициентов теплопроводности по зонам. Конечно, это эмпирическая условная методика для неглубоких подвалов. Собственно в статье об этом и написано. Прочитайте не торопясь всю статью еще раз.

Я вроде разобрался: для расчета заменяем грунт стенами с термическими сопротивлениями по зонам и после этого считаем здание висящем в воздухе. Просто такая расчетная модель. Просто считаем, что эта модель дает оценку сверху для теплопотерь.

Да, Сергей, именно так.

А как можно понять, не проводя расчетов, телоэффективно ли заглублять здание в грунт или нет?

Землянки в войну и на фронте и в тылу копали не только из-за отсутствия материалов и безопасности, а в том числе из-за малых теплопотерь. Во многом умнее нас были наши деды.

Прекрасная, простая и понятная статья!

Огромное спасибо, Александр!

Скажите пожалуйста, можно ли использовать Вашу программу (.xls) для расчёта теплопотерь бассейна или необходимо вводить какие-то поправочные коэффициенты?

Спасибо за комментарий, Сергей.

Программа для воздуха, но может быть использована для бассейна с водой при изменении значения коэффициента теплоотдачи на внутренних поверхностях пола и стен бассейна. Каким должно быть это значение я не помню, нужно подумать, посмотреть литературу.

Мне удалось найти такую информацию:

«. Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.

Как Вы думаете, можно ли использовать эти данные и, если можно, то какое значение выбрать? Быть может — 100?

Александр, скажите пожалуйста

Результаты расчёта мы получаем в кВт. кВт=кВт/ч?

Результаты мы получаем в кВт. Теплопотери — это мощность передачи тепла в окружающее пространство! Не энергия.

Нет такого понятия кВт/ч, так как Вт=Дж/сек!

Есть — кВт*ч — энергия.

Полагаю, я Вас понял!

В моём случае, когда мне необходимо рассчитать теплопотери за период, я просто умножаю полученные кВт на время.

Да, Сергей, Вы все поняли правильно. Удачи!

Комментируя свой пример в статье г-н Сотников пишет:

«. Сравнивая результаты расчетов теплопотерь подземной части здания,делаем вывод, что строгий теплофизический расчет указывает на существенно бóльшие теплопотери, чем приближенный расчет, принятый в отоплении (в 1,7 раза). Различие будет тем больше, чем больше заглубление здания и меньше площадь его пола. »

Следуя этой логике, результат расчёта по его методике для подвала с глубиной залегания лишь 1,5-2,5 должен приближаться к результатам по общепринятой методике. Или, по крайней мере, не отдаляться от значения 1,7. Сравнивая же результаты обеих методик из Вашей программы, разница получается значительная (в несколько раз).

Вот такая странная штука.

Да, теплотехника местами «странная штука».

Чтобы сделать более точный анализ результатов, следует выполнить несколько десятков или сотен расчетов для различных по размерам в плане подвалов, разных заглублениях и различных перепадах температур. Хорошо бы сравнить с фактическими замерами теплопотерь.

Достойная и востребованная практикой тема для кандидатской диссертации.

В примере, рассматриваемом Сотниковым:

R17 существенно меньше Rст.

Если пол земляной, то весь грунт нужно мысленно разделить на 2 зоны вглубь.

Первая зона — это слой грунта до глубины, где температура не зависит (почти не зависит) от времени года.

Вторая зона — это грунт с постоянной температурой в любое время года.

Первая зона — это эквивалент пола из примера — имеет свое термическое сопротивление, зависящее от размеров пола и коэффициента теплопроводности материала грунта. Его нужно посчитать по формуле (2).

Мне как теплоэнергетику интересна эта тема, хочу обратить внимание, что в глубины земли теплопоток не сможет долго идти, т.к. оттуда идет тепловой поток 29-49 мВт/м². (0,03-0,05 Вт/м2)

Через несколько лет под отапливаемым сооружением сформируется линза нагретого грунта и теплопоток от пола будет на каком-то расстоянии от фундамента разворачиваться и уходить в стороны, а потом на поверхность. Для больших сооружений это существенный момент.

Максим, отчасти согласен с Вашим комментарием. Тепловой поток возникает при наличии разности температур, и его величина зависит от разности температур.

Когда сформируется линза прогретого грунта (а это явление широко известно строителям особенно в районах вечной мерзлоты), поток тепла через пол просто станет меньше, но никуда он не исчезнет и никуда не будет разворачиваться. Иначе, следуя Вашей логике, тепло через перекрытия этажей многоэтажных зданий должно проходить плиты и разворачиваться к наружным стенам. Если на этажах одинаковая температура воздуха, то никакого потока тепла через пол (потолок) просто нет. Если температуры немного разные — поток возникает параллельно градиенту температур и нарастает с ростом разницы температур.

ВОПРОС если слой земли прогревается,то обратно отдавать будет? Хочу гараж с тёплым полом без утеплителя сделать. Смысл в том, что у меня водяной солнечный коллектор будет. Летом пусть землю прогревает думаю. Параметры-чернозём, дальше сплошная глина, летом в колодце до зеркала воды 16м.

Вспомните деревенские ледники для хранения продуктов летом или то, что грунт промерзает на максимальную глубину только к началу весны.

Максим правильно обратил внимание. При стационарном режиме нагретое тело не имеет потерь тепла в толщу окружающей земли. Но!! При важной оговорке. Тело находится в бесконечной глубине.

Для одиночных труб и пластин (или слоя из ряда труб), находящихся на некоторой глубине есть аналитические формулы. Есть и поля температур и общие потери. Эксель гиперболический синус, входящий в формулы, считает. Для понимания процесов необходимо прежде анализировать эти аналитические формулы.

Если построить поле температур для тёплой пластины, закопаной на несколько метров и потом по этому полю вокруг пластины сделать срезы и посчитать тепловой поток между слоями земли, то окажется любопытная вещь. 400 Вт, допустим, пойдёт с верхней плоскости тёплой пластины к поверхности земли, а 100 Вт вниз. Так вот, если проследить дальше судьбу этих 100 Вт, то поток тепла плавно разворачивается и идёт опять же к поверхности земли.

Т.е. если на чертеже разреза подвала просто нарисовать от руки совершенно волюнтаристически путь этих тепловых линий и их длину считать толщиной слоя земли, то результат будет всегда сооответсвовать любой конфигурации подвала. С одной и той же ошибкой. В отличии от разнообразных аппроксимирующих методик, которые при изменении размеров здания и заглубления начинают рассыпаться.

Для определённости заглублённые стены подвала можно развернуть горизонтально и положить на отмостку. Тогда среднее расстояние между реальными стенами и зонами на поверхности, куда пойдёт тепло при заглублении 2 м равны, допустим (для любителей посчитать), 3,14*1м(половина высоты)/2 = 1,6 м. Тепловой поток с заглубленых стен стен равен 4стены1,2Дж/кгмград2м6м(длина здания)(20град в доме-0град на поверхности земли)/1,6м = 720 Вт. Только надо учитывать, что зимой температура на улице минус 4, а под снегом на поверхности земли — 0.

Теперь, если пол подвала разложить(размазать) на поверхности земли рядом со стенами по периметру и провести дугу, длина которой по принципу неизменного сечения потоока, равна 2мвыс+3,14*6м шир.здания/8=4,4 м. Тепловой поток от пола на глубине 2 м для дома 6*6м равен 1,2*6м*6м*(20-0)/4,4м = 196 Вт. Тут надо заметить, что для бетонных стен и пола подвала часть теплового потока пойдёт по бетону к надземной части стены и потери будут больше. Особенно для железобетона. Теплопроводность стали в 30 раз больше теплопроводности земли. Их надо считать дополнительно.

Ну, и поскольКу, считался только самый короткий путь, полученный результат надо умножать на 2.

К вычислениям надо добавить, что теплопроводность земли принятая в программе сайта R=2,1 это для полусухой земли. Для влажной раза в два менньше, для сухой больше.

Осталось два вопроса. Утеплённые стены и пол. Если на стене внутри прибиты 10 см минваты, теплопроводность, которой в 30 раз меньше земли, то добавьте к расчётной толщине грунта 1,6 м ещё 3 м (0,1м*Лямба грунта/Лямбда утеплителя) и результат станет 250 Вт, вместо прежних 760. А у пола 7,4 м вместо 4,4м и 117 Вт вместо 196Вт. Но коэфффициент увеличения 2?, о котором я говорил раньше, будет для стен (1,6м+3)/(1,6/2?+3)= 1,2? Коэфффициент увеличения для пола (4,4м+3)/(4,4м/2+3) = 1,4? В сумме с поправочным коэффициентом будет для утеплённого подвала 250*1,2?+117*1,4?=464 Вт. Для неутеплённого 956 Вт. Похоже на правду? Надо по реальным данным подобрать коэффициент.

Только в этих расчётах лучше пользоваться тепловой проводимостью, а не тепловым сопротивлением.

Эти расчёты, которые я привёл, имеют отношение к действительности. А многие хитрые методики меня приводят в изумление.

Лучше, конечно на Экселе строить поле путей распространения тепла. Делается это довольно просто. Эксель позволяет разбивать исследуемый объём на тысячу элементов, при тысяче итераций по времени

Очень помогла получить результат при срочном расчете тепловых потерь через подвал жилого дома.

Источник