История одного строительства.
ТВиттер
   
 
фундамент дома фундамент дома наш дом скважина на воду наш дом стропила крыши септик фундамент дома сруб

 
Затраты на строительство:
- за 2014 год
- за 2013 год
- за 2012 год
- за 2011 год
- за 2010 год
- за 2009 год
- за 2006 год

 

Расчет стен теплопотери


Теплопотери в домах, их подробный правильный расчет

Энергосбережение сейчас наиболее популярная тема в интернете. Еще бы, ведь экономить хочет каждый, а тем более в нынешних экономических условиях. Расчет потерь тепла при этом играет наиболее важную роль. Теплопотери в наиболее простом понимании это количество тепла, которое теряется помещением, домом или квартирой. Измеряются они в Вт. Возникают тепловые потери в доме из-за разницы внешних и внутренних температур воздуха.

Содержание статьи:


В переходной и холодный период года температура на улицах падает, и возрастает разница температур внутреннего воздуха и воздуха на улице. И как уже мы упоминали, Второй закон термодинамики никто не отменял, поэтому тепло с ваших домов и квартир стремится его покинуть и обогреть холодную окружающую среду. Для снижения этих утрат тепла, делается утепление домов в различных видах от пенопласта и вентилируемых фасадов до современных теплоизоляционных материалов в виде шпаклевки. Главной же задачей в нашей профессии является поддержание в помещении комфортных параметров микроклимата. И в первую очередь, мы рассчитываем теплопотери для их компенсации.

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем. Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

Исходными данными для расчета служат: внешняя и внутренняя температура воздуха, конструкция стен, пола, перекрытий, назначение каждого помещения, географическая зона строительства. Все тепловые потери на прямую зависят от термического сопротивления ограждающих конструкций, чем оно больше, тем меньше теплопотери.

Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса 

           Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,       

где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.

На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная. 

Расчет теплопотерь

Получив исходные данные, проектировщики начинают расчет. Рассмотрим основные виды тепловых потерь и формулы их расчета. Теплопотери бывают: через стены, через пол, через окна, через крышу, через вентиляционные шахты и дополнительные потери тепла. Термическое сопротивление для всех конструкций рассчитывается по формуле 

Rст =1/ αв+Σ(δі / λі)+1/ αн,

где αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/ м2·оС;
λі и δі – коэффициент теплопроводности для материала каждого слоя стены и толщина этого слоя в м;
αн – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждения, Вт/ м2·ос;

Коэффициенты α берутся из норм, и разные для стен и перекрытий.    

И так, начнем:

 Первым делом рассмотрим теплопотери через стены

На них наибольшее влияние имеет конструкция стен. Рассчитываются  по формуле:     Коэф. n-поправочный коэффициент. Зависит от материала конструкций, и принимается n=1 если конструкции из штучных материалов,и n=0,9 для чердака, n=0,75 для перекрытия подвала.                                                           

Пример: Рассмотрим теплопотери сквозь кирпичную стену 510 мм с утеплителем минеральной ватой 100 мм и декоративным финишным шаром 30 мм. Внутренняя температура воздуха 22ºС, наружная -20ºС. Высотой пусть будет 3 м и длиной 4 м. В комнате одна внешняя стена, размещение на Юг, местность не ветреная, без внешних дверей. Для начала необходимо узнать коэффициенты теплопроводности этих материалов. Из размещенной выше таблицы узнаем: λк =0,58 Вт/мºС,  λут =0,064 Вт/мºС, λшт =0,76  Вт/мºС. После этого рассчитывается термическое сопротивление ограждающей конструкции:

Rст=1/ 23 +0,51/0,58+0,1/0,064+0,03/0,76+ 1/ 8,6 = 2,64 м2 ºС/Вт.

Для нашей местности такого сопротивления недостаточно и дом нужно утеплить лучше. Но сейчас не об этом.  Расчет теплопотерь:

Q=1/R·FΔt·n·β=1/2,64·12·42·1·(10/100+1)=210Вт.

ß- это дополнительные потери тепла. Далее мы распишем их значение и станет ясно, откуда взялось число 10 и зачем делить на 100.

Далее идут тепловые потери сквозь окна

Здесь все проще. Расчет термического сопротивления не нужен, ведь в паспорте современных окон он уже указан. Теплопотери через окна рассчитываются по той же схеме, что и через стены. Для примера рассчитаем потери через энергосберегающие окна с термическим сопротивлением Rо= 0,87 (м2°С/Вт) размером 1,5*1,5 с  ориентацией на Север. Q=1/0,87·2,25·42·1·(15/100+1)=125 Вт.

К теплопотерям через перекрытия относят отвод тепла через крышные и половые перекрытия. В основном это делается для квартир, где и пол и потолок представляет собой железобетонную плиту. На последнем этаже учитываются только потери сквозь потолок, а на первом лишь через подвальное перекрытие. Это обусловлено тем, что во всех квартирах принимается одинаковая температура воздуха, и теплоотдачу от квартиры к квартире не берут во внимание. Недавние исследования показали, что через не утепленные узлы примыкания перекрытий к ограждающим конструкциям идут большие потери тепла.        Определение утечки тепла через перекрытие такое же как и для стены, но не учитываются дополнительные теплопотери. Коэффициент α берется другой: α вн =8,7 Вт/(м 2·К) α вн =6 Вт/(м2·К), разница температур также, ведь в подвале или на крытом чердаке температура принимается в пределах 4-6ºС. Не будем расписывать расчет термического сопротивления для перекрытия, ведь он определяется по той же формуле Rст = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ α. Возьмем перекрытие с сопротивлением 4,95 и примем воздух на чердаке +4ºС, площадь потолка 3х4м, внутри 22ºС. Подставляем в формулу и получаем:Q=1/R·FΔt·n·β=1/4,95·12·18·0,9= 40 Вт.  

Расчет потерь тепла через пол на грунте

Он немного сложнее нежели через перекрытие. Теплопотери рассчитываются по зонам. Зоной называют полосу пола шириной 2 м, параллельно внешней стене. Первая зона находится непосредственно возле стены, здесь происходит больше всего потерь тепла. За ней последуют вторая и другие зоны, до центра пола. Для каждой зоны рассчитывается свой коэффициент теплопередачи. Для упрощения вводится понятие удельного сопротивления: для первой зоны R1=2,15 (м2°С/Вт), для второй R2=4,3 (м2°С/Вт), для третьей R3=8,6 (м2°С/Вт)

 Пример Есть комната в которой пол на грунте, размер пола 6х8 м Температуры все те же. Сначала разделим пол на зоны. У нас их получилось две. Находим площадь каждой зоны. У нас это 20 м2 для первой зоны и 8 м2 для второй. Затем задаемся условными сопротивлениями R1=2,15 (м2°С/Вт), R2=4,3 (м2°С/Вт), подставляем в формулу:                                                 Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)(tвт — tвн)·n=(20/2,15+8/4,3)·42·1= 470 Вт.                       

Дополнительные теплопотери

Учитываются  только для стен и окон, то есть конструкций которые напрямую соприкасаются с окружающей средой. Существует четыре вида дополнительных потерь тепла: на ориентацию, на ветреность, на количество стен и наличие внешних дверей. Выражаются они в процентах и в последствии переводятся в коэффициент дополнительных теплопотерь. Если помещение ориентированно на Север, Восток, Северо-Восток, Северо-Запад дополнительные потери тепла составляют 10%, когда на Юг, Запад, Юго-Запад, Юго-Восток, додаются 5%. Если здание находится в ветреной местности, додаются еще 10% тепловых потерь,а когда в защищенной от ветров местности только 5%. Если в помещении есть две внешние стены, то дополнительные потери составляют 5%, когда только одна — дополнительных потерь нет. Если в наружной стене есть дверь, можно рассчитать убыток сквозь нее, но проще добавить 60% если двери тройные, 80% когда двойные двери и 95% если они одинарные. Например: Комната имеет две внешние стены, размещенная в ветреной местности, одна стена выходит на Юг, вторая на Север, дверей нету. Тогда дополнительные потери составляют 10%+5% на ориентацию +10% на ветер +5% так как две стены. И того 30%, чтобы добавить их к основным теплопотерям нужно перевести в коэффициент β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 и подставляем в общую формулу. 

Теплопотери на вентиляцию

Не учитываются, если проектируется воздушное отопление или используется вентустановка с подогревом воздуха, так как воздух в помещение поступает уже теплый, и на его нагрев не тратится тепло. Но если установка без подогрева, необходимо учесть расход тепла на нагрев входящего воздуха. Упрощенная формула выглядит так:

Q=0,337·V·Δt

где V — бьем помещения в м3,  Δt — разница внешней и наружной температур.

Сума всех потерь тепла и составляет общие потери помещения. 

Расчет тепловых потерь в программе Excel

Сам процесс расчета тепловых потерь дома занимает довольно много времени, поэтому для себя мы создали шаблон в Excel, с помощью которого делаем расчеты. Решили с вами поделиться и использовать его можно перейдя по ссылке. Здесь же распишем инструкцию пользования.

Шаг 1

Перейти по ссылке и открыть программный файл. Вы перед собой увидите таблицу такого вида:

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама. Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную. В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38. Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие Rо= 0,87 (м2°С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

К сожалению, также вручную заполняются и дополнительные потери. Вводить их нужно в процентах, программа сама в формуле переведет их на коэффициент. И так, для нашего примера: Стены 3 значит к каждой стене +5% теплопотерь, местность не веретенная поэтому +5% к каждому окну и стене, Ориентация на Юг +5% для конструкций, на Север и Восток +10%. Дверей внешних нет поэтому 0, но если бы были то суммировались бы проценты только к той стене в которой есть дверь. Напоминаем, что к полу или перекрытию дополнительные потери тепла не относятся.

Как видно, потери помещения возросли. Если у вас заходит в помещение уже теплый воздух, этот шаг последний. Число записанное в столбце Q, и  есть ваши искомые тепловые потери помещения. И эту процедуру нужно провести для всех остальных помещений. 

Шаг 4

В нашем же случае воздух не подогревается ,и чтобы рассчитать полные потери тепла, нужно в столбик Rввести площадь нашего помещения 18 м2, а в столбец S его высоту  3 м.

Эта программа значительно ускоряет и упрощает расчеты, даже невзирая на большое количество введенных вручную элементов. Она не раз помогала нам. Надеемся и вам она станет помощником!

Заключение

 Правильный расчет теплопотерь покажет, что вы профессионал своего дела. Ведь согласитесь, расчет потерь 100 Вт/м2 слегка преувеличен, а в некоторых случаях недостаточен. Поэтому потратьте на 15 минут больше времени и рассчитайте тепловые потери здания. Исходя из этого вы сможете не только спроектировать более чем комфортные условия пребывания людей, но и сэкономить заказчику немалые средства на эксплуатацию систем. А опыт показывает, что к таким проектировщикам обращаются чаще.

Читайте также:

Расчет теплопотерь здания. Онлайн расчет теплопотерь помещения

Материал стен: Не выбраноСиликатный кирпич, 1,5 кирпичаСиликатный кирпич, 2 кирпичаСиликатный кирпич, 2,5 кирпичаСиликатный кирпич, 3 кирпичаКирпич глиняный рядовый, 1,5 кирпичаКирпич глиняный рядовый, 2 кирпичаКирпич глиняный рядовый, 2,5 кирпичаКирпич глиняный рядовый, 3 кирпичаКерамический пустотный, 1,5 кирпичаКерамический пустотный, 2 кирпичаКерамический пустотный, 2,5 кирпичаКерамический пустотный, 3 кирпичаГазопенобетон, 400ммГазопенобетон, газосиликат 1000кг/м. куб, 600ммГазопенобетон, газосиликат 1000кг/м. куб, 800ммПенобетон D400, 400ммПенобетон D400, 600ммПенобетон D400, 800ммПенобетон D500, 400ммПенобетон D500, 600ммПенобетон D500, 800ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 160 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 180 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 200 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 220 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 240 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 260 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 280 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 300 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 320 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 340 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 360 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 380 ммОцилиндрованное бревно (ель, сосна), 400 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 160 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 180 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 200 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 220 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 240 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 260 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 280 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 300 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 320 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 340 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 360 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 380 ммОцилиндрованное бревно (дуб), 400 ммБрус, толщина 200 ммБрус, толщина 100 ммТермоблок, 25 смСупертермо 38СТСупертермо 38ТСупертермо 51Супертермо 38Супертермо 25Поризованный керамический блок Porotherm 8Поризованный керамический блок Porotherm 38Поризованный керамический блок Porotherm 44Поризованный керамический блок Porotherm 51Воротынский камень поризованный 2,1НФПоризованный керамический блок Braer 10,7 NF M-100Поризованный керамический блок Braer 12,4 NF М-100Поризованный керамический блок Braer 14,3 NFСИП панели толщиной 124мм (толщина ППС 100мм)СИП панели толщиной 174мм (толщина ППС 150мм)СИП панели толщиной 224мм (толщина ППС 200мм)

Теплопотери через пол и стены в грунт

Опубликовано 05 мая 2015
Рубрика: Теплотехника | 33 комментария

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 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 м2·°С/Вт:

R=Σ(δii)

δi – толщина слоя материала ограждающей конструкции в метрах;

λi – 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 м2·°С/Вт:

R1=2,1  R2=4,3  R3=8,6  R4=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 м2 (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:

QΣ=((F1+F)/R1+F2/R2+F3/R3+F4/R4)*(tвр-tнр)/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 (λi), 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:

Rутепл i=Rнеутепл i+Σ(δjj)

Здесь δj – толщина слоя утеплителя в метрах.

Для полов на лагах сопротивление теплопередаче вычисляют также для каждой зоны, но по другой формуле:

Rна лагах i=1,18*(Rнеутепл i+Σ(δjj))

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 м2·°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:

Fпл=B*A

Площадь стен:

Fст=2*h*(B+A)

Условная толщина слоя грунта за стенами:

δусл=f(h/H)

Термосопротивление грунта под полом:

R17=(1/(4*λгр)*(π/Fпл)0,5

Теплопотери через пол:

Qпл=Fпл*(tвtгр)/(R17+Rпл+1/αв)

Термосопротивление грунта за стенами:

R27=δуслгр

Теплопотери через стены:

Qст=Fст*(tвtн)/(1/αн+R27+Rст+1/αв)

Общие теплопотери в грунт:

QΣ=Qпл+Qст

Замечания и выводы.

Теплопотери здания через пол и стены в грунт, полученные по двум различным методикам существенно разнятся. По алгоритму А.Г. Сотникова значение QΣ=16,146 КВт, что почти в 5 раз больше, чем значение по общепринятому «зональному» алгоритму — QΣ=3,353 КВт!

Дело  в том, что приведенное термическое сопротивление грунта между заглубленными стенами и наружным воздухом R27=0,122 м2·°С/Вт явно мало и навряд ли соответствует действительности. А это значит, что условная толщина грунта δусл 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 R17 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 Rст=Rпл=2 м2·°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.

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

R27=δусл/(2*λгр)=К(cos((h/H)*(π/2)))/К(sin((h/H)*(π/2)))

Насчет вопроса, относительно присутствия множителя 2 у λгр было уже сказано выше.

Я поделил полные эллиптические интегралы друг на друга. В итоге получилось, что на графике в статье показана функция при λгр=1:

 δусл= (½)*К(cos((h/H)*(π/2)))/К(sin((h/H)*(π/2)))

Но математически правильно должно быть:

δусл= 2*К(cos((h/H)*(π/2)))/К(sin((h/H)*(π/2)))

или, если множитель 2 у λгр не нужен:

δусл= 1*К(cos((h/H)*(π/2)))/К(sin((h/H)*(π/2)))

Это означает, что график для определения δусл 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:

teplopoteri-cherez-pol-i-steny-v-grunt (xls 80,5KB)

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=δусл/(2*λгр)=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=δуслгр=1/(2*λгр)*К(cos((h/H)*(π/2)))/К(sin((h/H)*(π/2)))

Отсюда:

δусл=R27гр=(½)*К(cos((h/H)*(π/2)))/К(sin((h/H)*(π/2))) 

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

формулы, пример вычислений, онлайн калькулятор

Каждое здание, независимо от конструктивных особенностей, пропускает тепловую энергию через ограждения. Потери тепла в окружающую среду необходимо восстанавливать с помощью системы отопления. Сумма теплопотерь с нормируемым запасом – это и есть требуемая мощность источника тепла, которым обогревается дом. Чтобы создать в жилище комфортные условия, расчет теплопотерь производят с учетом различных факторов: устройства здания и планировки помещений, ориентации по сторонам света, направления ветров и средней мягкости климата в холодный период, физических качеств строительных и теплоизоляционных материалов.

По итогам теплотехнического расчета выбирают отопительный котел, уточняют количество секций батареи, считают мощность и длину труб теплого пола, подбирают теплогенератор в помещение – в общем, любой агрегат, компенсирующий потери тепла. По большому счету, определять потери тепла нужно для того, чтобы отапливать дом экономно – без лишнего запаса мощности системы отопления. Вычисления выполняют ручным способом либо выбирают подходящую компьютерную программу, в которую подставляют данные.

Как выполнить расчет?

Сначала стоит разобраться с ручной методикой – для понимания сути процесса. Чтобы узнать, сколько тепла теряет дом, определяют потери через каждую ограждающую конструкцию по отдельности, а затем складывают их. Расчет выполняют поэтапно.

1. Формируют базу исходных данных под каждое помещение, лучше в виде таблицы. В первом столбце записывают предварительно вычисленную площадь дверных и оконных блоков, наружных стен, перекрытий, пола. Во второй столбец заносят толщину конструкции (это проектные данные или результаты замеров). В третий – коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов. В таблице 1 собраны нормативные значения, которые понадобятся в дальнейшем расчете:

Наименование и краткая характеристика материала Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м*С)
Дерево 0,14
ДСП 0,15
Керамический кирпич с пустотами 1000 кг/м3),кладка на цементно-песчаный раствор 0,52
Гипсовая штукатурка 0,35
Минеральная вата 0,041

Чем выше λ, тем больше тепла уходит сквозь метровую толщину данной поверхности.

2. Определяют теплосопротивление каждой прослойки: R = v/ λ, где v – толщина строительного или теплоизоляционного материала.

3. Делают расчет теплопотерь каждого конструктивного элемента по формуле: Q = S*(Твн)/R, где:

  • Тн – температура на улице, °C;
  • Тв – температура внутри помещения,°C;
  • S – площадь, м2.

Разумеется, на протяжении отопительного периода погода бывает разной (к примеру, температура колеблется от 0 до -25°C), а дом обогревается до нужного уровня комфорта (допустим, до +20°C). Тогда разность (Твн) варьируется от 25 до 45.

Чтобы сделать расчет, нужна средняя разница температур за весь отопительный сезон. Для этого в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология и геофизика» (таблица 1) находят среднюю температуру отопительного периода для конкретного города. Например, для Москвы этот показатель равен -26°. В этом случае средняя разница составляет 46°C. Для определения расхода тепла через каждую конструкцию складывают теплопотери всех ее слоев. Так, для стен учитывают штукатурку, кладочный материал, внешнюю теплоизоляцию, облицовку.

4. Считают итоговые потери тепла, определяя их как сумму Q внешних стен, пола, дверей, окон, перекрытий.

5. Вентиляция. К результату сложения добавляется от 10 до 40 % потерь на инфильтрацию (вентиляцию). Если установить в дом качественные стеклопакеты, а проветриванием не злоупотреблять, коэффициент инфильтрации можно принять за 0,1. В отдельных источниках указывается, что здание при этом вообще не теряет тепло, поскольку утечки компенсируются за счет солнечной радиации и бытовых тепловыделений.

Подсчет вручную

Исходные данные. Одноэтажный дом площадью 8х10 м, высотой 2,5 м. Стены толщиной 38 см сложены из керамического кирпича, изнутри отделаны слоем штукатурки (толщина 20 мм). Пол изготовлен из 30-миллиметровой обрезной доски, утеплен минватой (50 мм), обшит листами ДСП (8 мм). Здание имеет подвал, температура в котором зимой составляет 8°C. Потолок перекрыт деревянными щитами, утеплен минватой (толщина 150 мм). Дом имеет 4 окна 1,2х1 м, входную дубовую дверь 0,9х2х0,05 м.

Задание: определить общие теплопотери дома из расчета, что он находится в Московской области. Средняя разность температур в отопительный сезон – 46°C (как было сказано ранее). Помещение и подвал имеют разницу по температуре: 20 – 8 = 12°C.

1. Теплопотери через наружные стены.

Общая площадь (за вычетом окон и дверей): S = (8+10)*2*2,5 – 4*1,2*1 – 0,9*2 = 83,4 м2.

Определяется теплосопротивление кирпичной кладки и штукатурного слоя:

  • R клад. = 0,38/0,52 = 0,73 м2*°C/Вт.
  • R штук. = 0,02/0,35 = 0,06 м2*°C/Вт.
  • R общее = 0,73 + 0,06 = 0,79 м2*°C/Вт.
  • Теплопотери сквозь стены: Q ст = 83,4 * 46/0,79 = 4856,20 Вт.

2. Потери тепла через пол.

Общая площадь: S = 8*10 = 80 м2.

Вычисляется теплосопротивление трехслойного пола.

  • R доски = 0,03/0,14 = 0,21 м2*°C/Вт.
  • R ДСП = 0,008/0,15 = 0,05 м2*°C/Вт.
  • R утепл. = 0,05/0,041 = 1,22 м2*°C/Вт.
  • R общее = 0,03 + 0,05 + 1,22 = 1,3 м2*°C/Вт.

Подставляем значения величин в формулу для нахождения теплопотерь: Q пола = 80*12/1,3 = 738,46 Вт.

3. Потери тепла через потолок.

Площадь потолочной поверхности равна площади пола S = 80 м2.

Определяя теплосопротивление потолка, в данном случае не берут во внимание деревянные щиты: они закреплены с зазорами и не являются барьером для холода. Тепловое сопротивление потолка совпадает с соответствующим параметром утеплителя: R пот. = R утепл. = 0,15/0,041 = 3,766 м2*°C/Вт.

Величина теплопотерь сквозь потолок: Q пот. = 80*46/3,66 = 1005,46 Вт.

4. Теплопотери через окна.

Площадь остекления: S = 4*1,2*1 = 4,8 м2.

Для изготовления окон использован трехкамерный ПВХ профиль (занимает 10 % площади окна), а также двухкамерный стеклопакет с толщиной стекол 4 мм и расстоянием между стеклами 16 мм. Среди технических характеристик производитель указал тепловые сопротивления стеклопакета (R ст.п. = 0,4 м2*°C/Вт) и профиля (R проф. = 0,6 м2*°C/Вт). Учитывая размерную долю каждого конструктивного элемента, определяют среднее теплосопротивление окна:

  • R ок. = (R ст.п.*90 + R проф.*10)/100 = (0,4*90 + 0,6*10)/100 = 0,42 м2*°C/Вт.
  • На базе вычисленного результата считаются теплопотери через окна: Q ок. = 4,8*46/0,42 = 525,71 Вт.

5. Дверь.

Площадь двери S = 0,9*2 = 1,8 м2. Тепловое сопротивление R дв. = 0,05/0,14 = 0,36 м2*°C/Вт, а Q дв. = 1,8*46/0,36 = 230 Вт.

Итоговая сумма теплопотерь дома составляет: Q = 4856,20 Вт + 738,46 Вт + 1005,46 Вт + 525,71 Вт + 230 Вт = 7355,83 Вт. С учетом инфильтрации (10 %) потери увеличиваются: 7355,83*1,1 = 8091,41 Вт.

Чтобы безошибочно посчитать, сколько тепла теряет здание, используют онлайн калькулятор теплопотерь. Это компьютерная программа, в которую вводятся не только перечисленные выше данные, но и различные дополнительные факторы, влияющие на результат. Преимуществом калькулятора является не только точность расчетов, но и обширная база справочных данных.

Простой расчет теплопотерь зданий. |

Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания.  Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.

Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:

Q = S * T / R,

где

Q – теплопотери, Вт

S – площадь конструкции, м2

T – разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C

R – значение теплового сопротивления конструкции, м2•°C/Вт

 

Схема расчета такая – рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции.  Все.

 

Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.

 

Считаем площади ограждающих конструкций:

пол: 20 м * 40 м = 800 м2

кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2

окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2

стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2

 

Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов.

Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или  вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:

R = d / ?

где

R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт

? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)

d – толщина материала, м

Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть здесь.

 

пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.

R (бетон) = 0.1 / 1,75  = 0,057 (м2*К)/Вт

R (минвата) = 0.1 / 0,037  = 2,7 (м2*К)/Вт

R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт

 

кровля: кровельные сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см

R (кровля) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

 

окна:  значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4  при ?T = 40 °С

стены: стеновые сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

 

Посчитаем тепловые потери:

Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт

Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт

Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт

Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт

Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч

 

Теперь о потерях на вентиляцию.

Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры – 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.

Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт,   здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.

Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при  нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час. Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт. А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.

 

Итоговый результат:

Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч,  и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.

Расчет теплопотерь здания – готовимся к зимнему периоду

Многие, строя загородный дом, забывают о приближении зимних холодов, из-за чего расчет теплопотерь здания делают в спешке, и в итоге отопление не создает комфортный микроклимат в помещениях. А ведь сделать дом теплым не сложно, нужно лишь учесть ряд нюансов.

На чем основывается расчет теплопотерь здания

Таким свойством, как теплопроводность, обладает любой материал, различается лишь уровень термического сопротивления, то есть пропускная способность. Из любого дома, даже с устроенной по всем правилам термоизоляцией, тепло уходит через окна, двери, стены, пол, потолок (крышу), а также через вентиляцию. При разнице внешней и внутренней температур обязательно возникает так называемая «точка росы», со средним значением. И только от микроклимата в помещениях, материала и толщины стен, а также характеристик термоизоляции зависит, где окажется эта точка: внутри, снаружи или непосредственно в стене, а также какая в ней будет температура.

Если ответственно подходить к задаче и выполнять расчет теплопотерь здания по всем правилам, это займет у вас немало часов и придется составить множество формул, вычисления займут целую тетрадь. Поэтому определим интересующие нас показатели упрощенным методом, либо обратившись за помощью к СНиП и ГОСТам. И, поскольку решено делать подсчеты не слишком углубленно, оставим в стороне определение среднегодовых температуры и влажности по самой холодной пятидневке за несколько лет, как того требуется по СНиП 23-01-99. Просто отметим наиболее морозный день за последний зимний сезон, допустим, это будет -30 оС. Также не будем принимать во внимание среднесезонную скорость ветра, влажность в регионе и длительность отопительного периода.

Калькулятор теплопотерь здания

Укажите размеры и типы стен.
Распечатать

Однако из чего же складывается микроклимат в жилой комнате? Комфортные условия для жильцов зависят от температуры воздуха tв, его влажности φв и движения vв, возникающего при наличии вентиляции. И еще один фактор влияет на уровень тепла – радиационное излучение тепла или холода tр, свойственное нагреваемым (охлаждаемым) естественным путем предметам и поверхностям в обстановке. По нему определяется результирующая температура tп, с помощью формулы [tп = (tр + tв)/2]. Все эти показатели для разных помещений можно рассмотреть в приведенной ниже таблице.

Оптимальные параметры микроклимата жилых зданий по ГОСТ 30494-96 [2]

Буквами НН обозначаются ненормируемые параметры.

Делаем теплотехнический расчет стены с учетом всех слоев

Как уже было сказано, каждому материалу свойственно сопротивление теплопередаче, и чем толще стены или перекрытия, тем выше это значение. Однако не стоит забывать и про термоизоляцию, при наличии которой ограждающие помещение поверхности становятся многослойными и намного лучше препятствуют утечке тепла. У каждого слоя свое сопротивление прохождению тепла, и сумма всех этих величин обозначается в формулах как ΣRi (здесь буква i определяет номер слоя).

Поскольку составляющие ограждения помещений материалы с разными свойствами имеют некоторое возмущение температурного режима в своей структуре, высчитывается общее сопротивление теплопередаче. Формула у него следующая: [Ro = Rв + ΣRi + Rн], где Rв и Rн соответствуют сопротивлению на внутренней и наружной поверхностях ограждения, будь то стена или перекрытие. Однако утеплители вносят в теплотехнический расчет стены коррективы, которые базируются на коэффициенте теплотехнической однородности r, определяемом формулой [r = r1 + r2].

Показатели с цифровыми индексами являются, соответственно, коэффициентами внутренних крепежей и соединения расчетного ограждения с любым другим. Первый, то есть r1, отвечает как раз за фиксацию утеплителей. Если коэффициент теплопроводности последних λ = 0,08 Вт/(м·°С), значение r1 будет большим, если же теплопроводность термоизоляции оценивается как λ = 0,03 Вт/(м·°С), то меньшим.

Значение коэффициента внутренних крепежей уменьшается по мере возрастания толщины слоя утеплителя.

В целом, картина складывается следующая. Допустим, термоизоляция монтируется прямым анкерным креплением на трехслойной ячеистобетонной стене, снаружи облицованной кирпичом. Тогда при слое утеплителя в 100 миллиметров r1 соответствует 0,78-0,91, толщина в 150 миллиметров дает коэффициент внутреннего крепежа 0,77-0,90, тот же показатель, но в 200 мм, определяет r1 как 0,75-0,88. Если внутренний слой также из кирпича, то r1 = 0,78-0,92, а если стены помещения железобетонные, то коэффициент смещается до 0,79-0,93. А вот оконные откосы и вентиляция дают значение r2 = 0,90-0,95. Все эти данные следует учитывать в дальнейшем.

Некоторые сведения о том, как рассчитать толщину утеплителя

Для того чтобы приступить к расчету термоизоляции, нам необходимо, прежде всего, высчитать Ro, затем узнать требуемое термическое сопротивление Rreq по следующей таблице (сокращенный вариант).

Требуемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Коэффициенты a и b необходимы для тех случаев, когда значение D d , °С·сут отличается от приведенного в таблице, тогда R req , м2·°С/Вт рассчитывается по формуле R req = a D d + b. Для колонки 6 первой группы зданий существуют поправки: если значение градусо-суток менее 6000 °С·сут, a = 0,000075, а b = 0,15, если тот же показатель в диапазоне 6000-8000 °С·сут, то a = 0,00005, b = 0,3, если же более 8000 °С·сут, то a = 0,000025, а b = 0,5. Когда все данные будут собраны, приступаем к расчету термоизоляции.

Теперь выясним, как рассчитать толщину утеплителя. Здесь придется обратиться к математике, поэтому будьте готовы поработать с формулами. Вот первая из них, по ней определяем требуемое условное сопротивление теплопередаче Roусл. тр = R req/r. Данный параметр нам нужен для определения требуемого сопротивления теплопередачи утеплителя Rуттр = Roусл. тр – (Rв + ΣRт. изв + Rн), здесь ΣRт. изв является суммой термического сопротивления слоев ограждения без учета теплоизоляции. Находим толщину утеплителя δут = Rуттр λут (м), причем λут берется из таблицы Д.1 СП 23-101-2004 [7], и округляем полученный результат в большую сторону до конструктивного значения с учетом номенклатуры производителя.


Смотрите также




© 2008- GivoyDom.ru