Определить теплопотери через пол неутепленный на лагах. Расчетные теплопотери помещения по снип. Расчет в Excel теплопотерь через пол и стены, примыкающие к грунту по общепринятой зональной методике В.Д. Мачинского

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.

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.

1. Площади окон (О), дверей (Д) и фонарей измеряют по наименьшему строительному проему.
2. 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.
3. 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.

1. Добавка на ориентацию по сторонам света принимается на все наружные вертикальные и наклонные ограждения (проекции на вертикаль) Величины добавок определяют по рисунку.
2. 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.
3. 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).
4. 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.

1. Коэффициент теплопередачи наружных стен, определенный по приведенному сопротивлению теплопередаче по наружному обмеру, k=1,01 Вт/(м2 К) .
2. 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

Примечания:

1. 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.
2. 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.
3. 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).
4. Расчетная разность температур в графе 8 определена как (t в -t н)n.
5. Основные теплопогери (графа 9) определены как kFΔt n .
6. Добавочные теплопотери даны в процентах к основным.
7. Коэффициент β (графа 13) равен единице плюс добавочные теплопотеря, выраженные в долях единицы.
8. Расчетные теплопотери через ограждения определены как kFΔt n β i (графа 14).

Суть тепловых расчётов помещений, в той или иной степени находящихся в грунте, сводится к определению влияния атмосферного «холода» на их тепловой режим, а точнее, в какой степени некий грунт изолирует данное помещение от атмосферного температурного воздействия. Т.к. теплоизоляционные свойства грунта зависят от слишком большого числа факторов, то была принята так называемая методика 4-х зон. Она основана на простом предположении о том, что чем толще слой грунта, тем выше его теплоизоляционные свойства (в большей степени снижается влияние атмосферы). Кратчайшее расстояние (по вертикали или горизонтали) до атмосферы разбивают на 4 зоны, 3 из которых имеют ширину (если это пол по грунту) или глубину (если это стены по грунту) по 2 метра, а у четвёртой эти характеристики равны бесконечности. Каждой из 4-х зон присваиваются свои постоянные теплоизолирующие свойства по принципу – чем дальше зона (чем больше её порядковый номер), тем влияние атмосферы меньше. Опуская формализованный подход, можно сделать простой вывод о том, что чем дальше некая точка в помещении находится от атмосферы (с кратностью 2 м), тем в более благоприятных условиях (с точки зрения влияния атмосферы) она будет находиться.

Таким образом, отсчёт условных зон начинают по стене от уровня земли при условии наличия стен по грунту. Если стены по грунту отсутствуют, то первой зоной будет являться полоса пола, ближайшая к наружной стене. Далее нумеруются зоны 2 и 3 шириной по 2 метра. Оставшаяся зона — зона 4.

Важно учесть, что зона может начинаться на стене и заканчиваться на полу. В этом случае следует быть особо внимательным при проведении расчётов.

Если пол неутеплён, то значения сопротивлений теплопередаче неутеплённого пола по зонам равны:

зона 1 — R н.п. =2,1 кв.м*С/Вт

зона 2 — R н.п. =4,3 кв.м*С/Вт

зона 3 — R н.п. =8,6 кв.м*С/Вт

зона 4 — R н.п. =14,2 кв.м*С/Вт

Для расчёта сопротивления теплопередаче для утеплённых полов можно воспользоваться следующей формулой:

— сопротивление теплопередаче каждой зоны неутеплённого пола, кв.м*С/Вт;

— толщина утеплителя, м;

— коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м*С);

Для выполняения расчета теплопотерь через пол и потолок на потребуются следующие данные:

• размеры дома 6 х 6 метров.
• Полы - доска обрезная, шпунтованная толщиной 32 мм, обшиты ДСП толщиной 0,01 м, утеплены минераловатным утеплителем толщиной 0,05 м. Под домом устроено подполье для хранения овощей и консервации. Зимой температура в подполье в среднем составляет +8°С.
• Потолочное перекрытие - потолки сделаны из деревянных щитов, потолки утеплены со стороны чердачного помещения минераловатным утеплителем толщина слоя 0,15 метра, с устройством паро-гидроизоляционного слоя. Чердачное помещение неутепленное.

Расчет теплопотерь через пол

R досок =B/K=0,032 м/0,15 Вт/мК =0,21 м²х°С/Вт, где B - толщина материала, К - коэффициент теплопороводности.

R дсп =B/K=0,01м/0,15Вт/мК=0,07м²х°С/Вт

R утепл =B/K=0,05 м/0,039 Вт/мК=1,28 м²х°С/Вт

Суммарное значение R пола =0,21+0,07+1,28=1,56 м²х°С/Вт

Учитывая, что в подполье температура зимой постоянно держится около +8°С, то dT необходимое для расчета теплопотерь равно 22-8 =14 градусов. Теперь есть все данные для расчета теплопотерь через пол:

Q пола = SхdT/R=36 м²х14 градусов/1,56 м²х°С/Вт=323,07 Вт.ч (0,32 кВт.ч)

Расчет теплопотерь через потолок

Площадь потолка такая же как и пола S потолка = 36 м 2

При расчете теплового сопротивления потолка мы не учитываем деревянные щиты, т.к. они не имеют плотного соединения между собой и не выполняют роль теплоизолятора. Поэтому тепловое сопротивление потолка:

R потолка = R утеплителя = толщина утеплителя 0,15 м/теплопроводность утеплителя 0,039 Вт/мК=3,84 м²х°С/Вт

Производим расчет теплопотерь через потолок:

Q потолка =SхdT/R=36 м²х52 градуса/3,84 м²х°С/Вт=487,5 Вт.ч (0,49 кВт.ч)