расчет термического сопротивления пола

Расчет сопротивления теплопередаче пола первого этажа

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ

ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ПОМЕЩЕНИЙ 13

КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 16

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 18

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 21

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ 23

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 27

ВВЕДЕНИЕ

Отопление зданий обеспечивает тепловой комфорт для людей или выполнение технологических требований по параметрам внутреннего воздуха в зависимости от назначения помещения и установленного оборудования.

В суровых климатических условиях холодных и продолжительных зим в России проживание людей в помещениях невозможно без работы системы отопления, обеспечивающей компенсацию теплопотерь через наружные ограждения и нагрев санитарной нормы наружного приточного воздуха.

Система отопления должна поддерживать заданные параметры температуры воздуха в помещении, теплопотери при движении теплоносителя по трубам должны быть как можно меньше, а так же иметь долгий срок службы и способность демонтажа.

Исходные данные

Район строительства: г. Псков, Псковская область;

Количество этажей – 3, высота этажа – 3 метра;

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (t_н) – минус 26 о С; [1, таблица 1]

Продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха менее или равной 8 о С (z_от) – 212 суток; [1, таблица 1]

Средняя температура воздуха за период со среднесуточной температурой менее или равной 8 о С (t_от) – минус 1,6 о С; [1, таблица 1]

Температура внутреннего воздуха помещений:

— жилая комната 20 о С

— жилая угловая комната 22 о С

— санитарная комната 25 о С

— лестничная клетка 16 о С

— угловая кухня 22 о С

Для угловых помещений температура наружного воздуха повышается на 2 о С.

Относительная влажность воздуха в помещении – 55%;

Условия эксплуатации конструкции – Б;

Ориентация по сторонам света: дворовой фасад здания ориентирован на запад.

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Теплотехническому расчету подлежат наружные стены, бесчердачное перекрытие, перекрытие над подвалом, окна и наружные двери.

Расчет сопротивления теплопередаче наружной стены

Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП):

t_в=20°С – температура помещения.

ГСОП=(20+1,6) *212 = 4579,2°С сут

Нормируемое сопротивление теплопередаче:

R_тр = n(a ГСОП + b), где:

n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;

n=0,9 бесчердачное перекрытие;

коэффициенты a и b для наружной стены: а=0,00035 и b=1,4.

R_тр = 1(0,00035*4579,2+1,4) = 3,003 м 2 °С/Вт

Пересчитаем и найдем R_ф, подставив δ₂ в формулу:

R_ф =1/8,7+0,51/0,58+0,12/0,7+0,08/0,44+1/23 = 3,03 м 2 °С/Вт

Примечание: α_в = 8,7 (поверхность ровная без выступов), α_н = 23 (для наружной стены).

Проверим санитарно-гигиенические требования.

Найдем температуру на внутренней поверхности наружной стены:

Таблица 2.2 – Расчетные теплотехнические показатели материала слоев перекрытия над подвалом [2, прил Т]

Пересчитаем и найдем R_ф, подставив δ₂ в формулу:

R_ф =1/8,7+0,12/1,92+0,03/1,05+0,02/0,14+0,04/0,045+1/23 = 1,29 м 2 °С/Вт

Проверим санитарно-гигиенические требования.

Найдем температуру на внутренней поверхности пола:

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