Как сделать теплотехнический расчет полов по грунту. Полы технические требования и правила проектирования, устройства, приёмки, эксплуатации и ремонта в развитие. Замечания и выводы
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 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.
Добрый день!
Решил выложить здесь результаты расчетов по утеплению пола по грунту. Расчеты велись в программе Therm 6.3.
Пол по грунту - бетонная плита толщиной 250мм с коэффициентом теплопроводности 1,2
Стены - 310 мм с коэффициентом теплопроводности 0,15 (газобетон или дерево)
Для простоты стены до грунта. Тут может быть много вариантов по утеплению и мостикам холода узла, для простоты их опускаем.
Грунт - с коэффициентом теплопроводности 1. Влажная глина или влажный песок. Сухие - более теплозащитные.
Утепление. Здесь 4 варианта:
1. Утепления нет. Просто плита по грунту.
2. Утеплена отмостка шириной 1м, толщиной 10см. Утепление ЭППС. Сам верхний слой отмостки не учитывался, так как не оказывает большой роли.
3. Утеплена лента фундамента на 1м глубиной. Утепление также 10см, ЭППС. Бетон не прорисован так как близок к грунту по теплопроводности.
4. Утеплена плита под домом. 10см, ЭППС.
Коэффициент теплопроводности ЭППС принимался равным 0,029.
Ширина плиты взята 5,85м.
Исходные данные по температурам:
- внутри +21;
- снаружи -3;
- на глубине 6м +3.
6м тут это оценка УГВ. Взял 6м потому что это наиболее близко к варианту с моим домом, хотя у меня и нет полов по грунту, но результаты также применимы для моего теплого подполья.
Результаты в графическом виде вы видите. Приложено в двух вариантах - с изотермами и "ИК".
В цифровом получены данные для поверхности пола в виде U-factor, величины обратной нашему сопротивлению теплопередаче ([R]=К*м2/Вт).
В пересчете результаты следующие (в среднем по полу):
1. R=2,86
2. R=3,31
3. R=3,52
4. R=5,59
По мне так очень интересные результаты. В частности достаточная высокая величина по 1-му варианту говорит о том что не так уж и необходимо утеплять плиту по полу каким бы то ни было образом. Утеплять грунт надо когда рядом грунтовые воды и тогда мы имеем вариант 4, с частично отсеченным грунтом от теплового контура. При том с близким УГВ мы не получим 5,59. так как принятые в расчете 6м грунта не участвуют в утеплении. Следует ждать R~3 в данном случае или около того.
Также весьма существенно то, что край плиты в расчетном варианте довольно теплый 17,5oC по первому неутепленному варианту , стало быть там не ожидается промерзание, конденсат и плесень, даже при увеличении градиента температур вдвое (-27 на улице). При том, следует понимать, что при подобных расчетах пиковые температуры не оказывают никакой роли, так как система весьма теплоемкая и грунт промерзает неделями-месяцами.
Варианты 1,2,3. А особенно вариант 2 - наиболее инерционный. В тепловой контур тут вовлекается грунт не только тот что непосредственно под домом, но и под отмосткой. Время установления температурного режима как на рисунке - это годы и фактически температурный режим будет средним за год. Период порядка 3мес успевает вовлекать в теплообмен лишь 2-3м грунта. Но это отдельная история, поэтому пока завершу, лишь отмечу, что характерное время пропорционально толщине слоя в квадрате. Т.е. если 2м - 3 месяца, то 4м уже 9месяцев.
Также отмечу, что на практике, вероятно, при относительно небольшом УГВ (типа 4,5м и ниже) следует ждать худших результатов теплоизоляционных свойств грунта ввиду испарения воды из него. К сожалению, инструмента который смог бы провести расчет в условиях испарения в грунте мне не знаком. Да и с исходными данными тут большая проблема.
Оценку с влиянием испарения в грунте провел следующим образом.
Нарыл данные что вода в суглинках поднимается капилярными силами от УГВ на 4-5м
Ну в качестве исходных данных этой цифрой и воспользуюсь.
Нагло положу, что эти же 5м сохраняются в моем расчете при любых обстоятельствах.
В 1м грунта до пола диффундирует пар, и величина коэффициента паропроницаемости может быть нарыта. Коэффициент паропроницаемости песка 0,17, глинобитки 0,1. Ну для надежности возьму 0,2 мг/м/ч/Па.
На глубине метр в расчетных вариантах кроме варианта 4 около 15град.
Итого там давление паров воды составляет 1700Па (100% отн).
В помещении возьмем 21град 40%(отн.)=>1000Па
Итого у нас 700Па градиент давления пара на 1м глины с Mu=0,2 и 0,25м бетона с Mu=0,09
Итоговая паропроницаемость двухслойки 1/(1/0,2+0,25/0,09)=0,13
В итоге имеем поток пара из грунта 0,13*700=90 мг/м2/ч=2,5e-8 кг/м2/с
Умножаем на теплоту испарения воды 2,3МДж/кг и получаем дополнительные теплопотери на испарение => 0,06Вт/м2. Мелочи это. Если говорить на языке R (сопротиваления теплопередаче), то подобный учет влаги приводит к снижению R примерно на 0,003, т.е. несущественно.
Вложения:
Комментарии
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);
Методика расчета теплопотерь помещений и порядок его выполнения (см. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий, пункт 5).
Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, перекрытия, окна, крыша, фундамент), вентиляцию и канализацию. Основные потери тепла идут через ограждающие конструкции - 60–90% от всех теплопотерь.
В любом случае учет теплопотерь необходимо производить для всех конструкций ограждающего типа, которые присутствуют в отапливаемом помещении.
При этом не обязательно учитывать потери тепла, которые осуществляются через внутренние конструкции, если разность их температуры с температурой в соседних помещениях не превышает 3 градусов по Цельсию.
Теплопотери через ограждающие конструкции
Тепловые потери помещений в основном зависят от:
1 Разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
2 Теплозащитных свойств стен, окон, дверей, покрытий, пола (так называемых ограждающих конструкций помещения).
Ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре. А обычно состоят из нескольких слоёв. Пример: стена из ракушника = штукатурка + ракушник + наружная отделка. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример: полости внутри кирпичей или блоков). Вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга теплотехнические характеристики. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи R.
Где q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м.кв.)
ΔT - разница между температурой внутри расчитываемого помещения и наружной температурой воздуха (температура наиболее холодной пятидневки °C для климатичекского района в котором находится расчитываемое здание).
В основном внутренняя температура в помещениях принимается. Жилые помещения 22 оС. Нежилые 18 оС. Зоны водных процедур 33 оС.
Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивления слоёв конструкции складываются.
δ - толщина слоя, м;
λ - расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт / (м2 оС).
Ну, вот с основными данными, требуемыми для расчёта разобрались.
Итак для расчёта тепловых потерь через ограждающие конструкции нам нужны:
1. Сопротивление теплопередачи конструкций (если конструкция многослойная то Σ R слоёв)
2. Разница между температурой в расчётном помещении и на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C.). ΔT
3. Площади ограждений F (Отдельно стены, окна, двери, потолок, пол)
4. Еще пригодится ориентация здания по отношению к сторонам света.
Формула для расчёта теплопотерь ограждением выглядит так:
Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)
Qогр - тепло потери через ограждающие конструкции, Вт
Rогр – сопротивление теплопередаче, м.кв.°C/Вт; (Если несколько слоёв то ∑ Rогр слоёв)
Fогр – площадь ограждающей конструкции, м;
n – коэффициент соприкосновения ограждающей конструкции с наружным воздухом.
| Ограждающие конструкции | Коэффициент n |
| 1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне | |
| 2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне | 0,9 |
| 3. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах | 0,75 |
| 4. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли | 0,6 |
| 5. Перекрытия над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли | 0,4 |
Теплопотери каждой ограждающей конструкции считаются отдельно. Величина теплопотерь через ограждающие конструкции всего помещения будет сумма теплопотерь через каждую ограждающую конструкцию помещения
Расчет теплопотерь через полы
Неутепленный пол на грунте
Обычно теплопотери пола в сравнении с аналогичными показателями других ограждающих конструкций здания (наружные стены, оконные и дверные проемы) априори принимаются незначительными и учитываются в расчетах систем отопления в упрощенном виде. В основу таких расчетов закладывается упрощенная система учетных и поправочных коэффициентов сопротивления теплопередаче различных строительных материалов.
Если учесть, что теоретическое обоснование и методика расчета теплопотерь грунтового пола была разработана достаточно давно (т.е. с большим проектным запасом), можно смело говорить о практической применимости этих эмпирических подходов в современных условиях. Коэффициенты теплопроводности и теплопередачи различных строительных материалов, утеплителей и напольных покрытий хорошо известны, а других физических характеристик для расчета теплопотерь через пол не требуется. По своим теплотехническим характеристикам полы принято разделять на утепленные и неутепленные, конструктивно – полы на грунте и лагах.
Расчет теплопотерь через неутепленный пол на грунте основывается на общей формуле оценки потерь теплоты через ограждающие конструкции здания:
где Q – основные и дополнительные теплопотери, Вт;
А – суммарная площадь ограждающей конструкции, м2;
tв , tн – температура внутри помещения и наружного воздуха, оС;
β - доля дополнительных теплопотерь в суммарных;
n – поправочный коэффициент, значение которого определяется местоположением ограждающей конструкции;
Rо – сопротивление теплопередаче, м2 °С/Вт.
Заметим, что в случае однородного однослойного перекрытия пола сопротивление теплопередаче Rо обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи материала неутепленного пола на грунте.
При расчете теплопотерь через неутепленный пол применяется упрощенный подход, при котором величина (1+ β) n = 1. Теплопотери через пол принято производить методом зонирования площади теплопередачи. Это связано с естественной неоднородностью температурных полей грунта под перекрытием.
Теплопотери неутепленного пола определяются отдельно для каждой двухметровой зоны, нумерация которых начинается от наружной стены здания. Всего таких полос шириной 2 м принято учитывать четыре, считая температуру грунта в каждой зоне постоянной. Четвертая зона включает в себя всю поверхность неутепленного пола в границах первых трех полос. Сопротивление теплопередаче принимается: для 1-ой зоны R1=2,1; для 2-ой R2=4,3; соответственно для третьей и четвертой R3=8,6, R4=14,2 м2*оС/Вт.
Рис.1. Зонирование поверхности пола на грунте и примыкающих заглубленных стен при расчете теполопотерь
В случае заглубленных помещений с грунтовым основанием пола: площадь первой зоны, примыкающей к стеновой поверхности, учитывается в расчетах дважды. Это вполне объяснимо, так как теплопотери пола суммируются с потерями тепла в примыкающих к нему вертикальных ограждающих конструкциях здания.
Расчет теплопотерь через пол производится для каждой зоны отдельно, а полученные результаты суммируются и используются для теплотехнического обоснования проекта здания. Расчет для температурных зон наружных стен заглубленных помещений производиться по формулам, аналогичным приведенным выше.
В расчетах теплопотерь через утепленный пол (а таковым он считается, если в его конструкции есть слои материала с теплопроводностью менее 1,2 Вт/(м °С)) величина сопротивления теплопередачи неутепленного пола на грунте увеличивается в каждом случае на сопротивление теплопередаче утепляющего слоя:
Rу.с = δу.с / λу.с ,
где δу.с – толщина утепляющего слоя, м; λу.с – теплопроводность материала утепляющего слоя, Вт/(м °С).
