L'essenza dei calcoli termici dei locali, in un modo o nell'altro situati nel terreno, si riduce a determinare l'influenza del "freddo" atmosferico sul loro regime termico, o più precisamente, in che misura un determinato terreno isola una determinata stanza dall'esterno atmosferico influenza della temperatura. Perché proprietà di isolamento termico il suolo dipende troppo gran numero fattori, è stata adottata la cosiddetta tecnica a 4 zone. Si basa sul semplice presupposto che quanto più spesso è lo strato di terreno, tanto maggiori sono le sue proprietà di isolamento termico (in in misura maggiore l'influenza dell'atmosfera è ridotta). La distanza più breve (in verticale o in orizzontale) dall'atmosfera è divisa in 4 zone, 3 delle quali hanno una larghezza (se è un piano terra) o una profondità (se è un muro terra) di 2 metri, e la quarta ha queste caratteristiche uguali all'infinito. A ciascuna delle 4 zone vengono assegnate le proprie proprietà termoisolanti permanenti secondo il principio: più lontana è la zona (più alto è il suo numero di serie), minore è l'influenza dell'atmosfera. Tralasciando l'approccio formalizzato, possiamo trarre una semplice conclusione che quanto più un certo punto della stanza è lontano dall'atmosfera (con una molteplicità di 2 m), tanto più condizioni favorevoli(dal punto di vista dell'influenza dell'atmosfera) sarà localizzato.
Pertanto, il conteggio delle zone condizionali inizia lungo il muro dal livello del suolo, a condizione che sul terreno siano presenti muri. Se non sono presenti muri a terra, la prima zona sarà la fascia del pavimento più vicina al muro esterno. Successivamente vengono numerate le zone 2 e 3, ciascuna larga 2 metri. La zona rimanente è la zona 4.
È importante considerare che la zona può iniziare sul muro e terminare sul pavimento. In questo caso, dovresti prestare particolare attenzione quando effettui i calcoli.
Se il pavimento non è isolato, i valori di resistenza al trasferimento di calore del pavimento non isolato per zona sono pari a:
zona 1 - R n.p. =2,1 mq*S/O
zona 2 - R n.p. =4,3 mq*S/O
zona 3 - R n.p. =8,6 mq*S/O
zona 4 - R n.p. =14,2 mq*S/O
Per calcolare la resistenza al trasferimento di calore per i pavimenti coibentati, è possibile utilizzare la seguente formula:
— resistenza al trasferimento di calore di ciascuna zona del pavimento non isolato, mq*S/O;
— spessore dell'isolamento, m;
— coefficiente di conduttività termica dell'isolamento, W/(m*C);
Esempio 1
È necessario determinare lo spessore dello strato sottostante in calcestruzzo nel passaggio del magazzino. Il rivestimento del pavimento è in cemento, spesso H 1 = 2,5 cm Carico sul pavimento - dai veicoli MAZ-205; terreno di fondazione - terriccio. Non ci sono acque sotterranee.
Per l'auto MAZ-205, che ha due assi con un carico sulle ruote di 42 kN, carico di progettazione per ruota secondo la formula ( 6 ):
Rð = 1,2·42 = 50,4 kN
L'area della carreggiata dell'auto MAZ-205 è di 700 cm 2
Secondo la formula ( 5 ) calcoliamo:
R = D/2 = 30/2 = 15 cm
Secondo la formula ( 3 ) R p = 15 + 2,5 = 17,5 centimetri
2. Per terreni argillosi senza fondamenta acque sotterranee secondo la tabella 2.2
A 0 = 65 N/cm3:
Per lo strato sottostante prenderemo calcestruzzo con resistenza a compressione pari a B22.5. Quindi nell'area viaggi magazzino, dove sui pavimenti non sono installate apparecchiature fisse attrezzature tecnologiche(secondo la clausola 2.2 gruppo I), sotto carico da trackless veicoli secondo la tabella 2.1 Rδt = 1,25 MPa, E b = 28500 MPa.
3. σ R. Carico dal veicolo, secondo il paragrafo. 2.4 , è il carico tipo semplice e si trasmette lungo un percorso circolare. Pertanto, determiniamo il momento flettente calcolato utilizzando la formula ( 11 ). Secondo la clausola 2.13 chiediamo grosso modo H= 10 cm. Quindi secondo l'articolo. 2.10 accettiamo l= 44,2 cm. A ρ = R R/ l= 17,5/44,2 = 0,395 secondo tabella. 2.6 troveremo K 3 = 103,12. Secondo la formula ( 11 ): M p = A 3 · R p = 103,12·50,4 = 5197 N·cm/cm. Secondo la formula ( 7 ) calcolare lo sforzo nella soletta:
Sollecitazione nello spessore della soletta H= 10 cm supera la resistenza di progetto Rδt = 1,25 MPa. In conformità al paragrafo. 2.13 ripetere il calcolo impostandolo su un valore maggiore H= 12 cm, quindi l= 50,7 centimetri; ρ = R R/ l = 17,5/50,7 = 0,345; A 3 = 105,2; M R= 105,2·50,4 = 5302 N·cm/cm
Ricevuto σ R= 1,29 MPa differisce dalla resistenza di progetto Rδt = 1,25 MPa (vedi tabella. 2.1 ) inferiore al 5%, pertanto accettiamo uno strato sottostante di calcestruzzo con classe di resistenza a compressione B22,5, spessore 12 cm.
Esempio 2
Per le officine meccaniche è necessario determinare lo spessore dello strato sottostante in calcestruzzo utilizzato come pavimento senza rivestimento ( H 1 = 0 centimetri). Carico sul pavimento - dal peso della macchina P P= 180 kN, appoggiato direttamente sullo strato sottostante, è distribuito uniformemente lungo il binario a forma di rettangolo di 220 x 120 cm. Non ci sono requisiti particolari per la deformazione della base. Il terreno di base è di sabbia fine, situato nella zona di risalita capillare delle acque sotterranee.
1. Determiniamo i parametri di progettazione.
Lunghezza stimata del tracciato secondo il paragrafo. 2.5 e secondo la formula ( 1 ) а р = а = 220 cm Larghezza della traccia calcolata secondo la formula ( 2 ) b p = b = 120 cm. Per terreno di fondazione da sabbia fine, situato nella zona di risalita capillare delle acque sotterranee, secondo la tabella. 2.2 K 0 = 45 N/cm 3 . Per lo strato sottostante prenderemo il calcestruzzo in termini di classe di resistenza alla compressione B22.5. Poi nelle officine meccaniche, dove ai piani esterni sono installate apparecchiature tecnologiche fisse requisiti speciali alla deformazione del basamento (secondo par. 2.2 gruppo II), con carico stazionario secondo tabella. 2.1 Rδt = 1,5 MPa, E b = 28500 MPa.
2. Determinare la tensione di trazione nella soletta di cemento durante la flessione σ R. Il carico viene trasmesso lungo un binario di forma rettangolare e, secondo il paragrafo. 2.5 , è un carico di tipo semplice.
Pertanto, determiniamo il momento flettente calcolato utilizzando la formula ( 9 ). Secondo la clausola 2.13 chiediamo grosso modo H= 10 cm. Quindi secondo l'articolo. 2.10 accettiamo l= 48,5 cm.
Tenendo conto di α = a p / l= 220/48,5 = 4,53 e β = bp/ l= 120/48,5 = 2,47 secondo tabella. 2.4 troveremo A 1 = 20,92.
Secondo la formula ( 9 ): M p = A 1 · R p = 20,92·5180 = 3765,6 N·cm/cm.
Secondo la formula ( 7 ) calcolare la tensione di targa:
Sollecitazione nello spessore della soletta H= 10 cm significativamente in meno Rδt = 1,5 MPa. In conformità al paragrafo. 2.13 Eseguiamo nuovamente il calcolo e, risparmiando H= 10 cm troviamo una qualità di calcestruzzo inferiore per lo strato sottostante lastra, alla quale σ R » Rδt. Accetteremo calcestruzzo di classe di resistenza alla compressione B15, per il quale Rδt = 1,2 MPa, E b = 23000MPa.
Poi l= 46,2 cm; α = un p / l= 220/46,2 = 4,76 e β = b p / l= 120/46,2 = 2,60; secondo la tabella 2.4 A 1 = 18,63;. M R= 18,63·180 = 3353,4 N·cm/cm.
La tensione di trazione risultante in una lastra di cemento con classe di resistenza alla compressione B15 è inferiore Rδt = 1,2 MPa. Accetteremo uno strato sottostante di calcestruzzo di classe di resistenza alla compressione B15, spessore H= 10cm.
Esempio 3
È necessario determinare lo spessore dello strato di pavimento sottostante in calcestruzzo nell'officina meccanica sotto carichi di macchine di linea automatizzate e veicoli ZIL-164. La disposizione dei carichi è mostrata in Fig. 1 V", 1 V"", 1 in """. Il centro della carreggiata della vettura si trova a una distanza di 50 cm dal bordo della carreggiata della macchina. Peso della macchina in condizioni di lavoro R R= 150 kN è distribuito uniformemente sull'area di un binario rettangolare lungo 260 cm e largo 140 cm.
Il rivestimento del pavimento è la superficie indurita dello strato sottostante. Il terreno di base è franco-sabbioso. La base si trova nella zona di risalita capillare delle acque sotterranee
Determiniamo i parametri di progettazione.
Per un'auto ZIL-164, che ha due assi con un carico sulla ruota di 30,8 kN, il carico sulla ruota calcolato è secondo la formula ( 6 ):
R R= 1,2 30,8 = 36,96 kN
L'area della carreggiata dell'auto ZIL-164 è di 720 cm 2
Secondo la clausola 2.5
R R = r = D/2 = 30/2 = 15 cm
Per terreno sabbioso-limoso della base, situato nella zona di risalita capillare delle acque sotterranee, secondo la tabella. 2.2 A 0 = 30 N/cm3. Per lo strato sottostante prenderemo calcestruzzo con classe di resistenza alla compressione B22.5. Quindi per un'officina di costruzione di macchine, dove ai pavimenti è installata una linea automatizzata (secondo il paragrafo. 2.2 gruppo IV), con l'azione contemporanea di carichi fissi e dinamici secondo tabella. 2.1 Rδt = 0,675 MPa, E B= 28500MPa.
Chiediamo circa H= 10 cm, poi secondo il punto. 2.10 accettiamo l= 53,6 cm In questo caso la distanza dal baricentro della marcatura della ruota dell'auto al bordo della marcatura della macchina utensile è 50 cm l = 321,6 cm, cioè secondo la clausola 2.4 I carichi agenti sul pavimento sono classificati come carichi complessi.
In conformità al paragrafo. 2.17 Stabiliamo la posizione dei centri di calcolo nei baricentri della traccia della macchina (O 1) e della ruota dell'auto (O 2). Dallo schema di disposizione del carico (Fig. 1 c") ne consegue che per il centro di calcolo O 1 non è chiaro quale direzione dell'asse OU debba essere impostata. Pertanto definiamo il momento flettente come se la direzione dell'asse OU fosse parallela al lato lungo della macchina traccia (Fig. 1 c") e perpendicolare a questo lato (Fig. 1 V""). Per il centro di calcolo O 2 prendiamo la direzione dell'UO attraverso i baricentri dei binari della macchina e della ruota dell'auto (Fig. 1 V""").
Calcolo 1 Determiniamo la sollecitazione di trazione nella lastra di cemento durante la flessione σ R per il centro di calcolo O 1 con la direzione dell'OU parallela al lato lungo della traccia della macchina (Fig. 1 c"). In questo caso il carico proveniente dalla macchina con contrassegno di forma rettangolare si riferisce al carico di tipo semplice. Per il contrassegno della macchina secondo il paragrafo. 2.5 in assenza di rivestimento del pavimento ( H 1 = 0 cm) a p = a = 260 cm; b p = b = 140 cm.
Tenendo conto dei valori α = a p/ l= 260/53,6 = 4,85 e β = bp/ l= 140/53,6 = 2,61 secondo tabella. 2.4 troveremo K 1 = 18,37.
Per la macchina R 0 = R R= 150 kN secondo il paragrafo. 2.14 determinato dalla formula ( 9 ):
M p = A 1 · R p = 18,37·150 = 27555,5 N·cm/cm.
Coordinate del baricentro della carreggiata dell'auto: x io= 120 cm e y io= 0cm.
Tenendo conto delle relazioni x io /l= 120/53,6 = 2,24 e y io /l= 0/53,6 = 0 secondo la tabella. 2.7 troveremo A 4 = -20,51.
Momento flettente nel centro di progettazione O 1 da una ruota di automobile secondo la formula ( 14 ):
M io= -20,51·36,96 = -758,05 N·cm/cm.
13 ):
M pI = M 0 + Σ M io= 2755,5 - 758,05 = 1997,45 N cm/cm
7 ):
Calcolo 2 Determiniamo la sollecitazione di trazione nella lastra di cemento durante la flessione σ R II per il centro di insediamento O 1 quando l'OU è diretta perpendicolarmente al lato lungo del segno della macchina (Fig. 1 V""). Dividiamo l'area della traccia della macchina in aree elementari secondo il paragrafo. 2.18 . Compatibile con il centro di insediamento O 1 baricentro di una piattaforma elementare forma quadrata con lato di lunghezza a p = b p = 140 cm.
Definiamo i carichi R io, ricadenti su ciascuna area elementare secondo la formula ( 15 ), per il quale determiniamo innanzitutto l'area della traccia della macchina F= 260·140 = 36400 cm 2 ;
Per determinare il momento flettente M 0 dal carico R Calcoliamo 0 per un'area elementare di forma quadrata con il baricentro nel centro di calcolo O 1 valori α = β = a p / l= br / l= 140/53,6 = 2,61 e tenendone conto secondo la tabella. 2.4 troveremo K 1 = 36,0; sulla base delle indicazioni del par. 2.14 e formula ( 9 ) calcoliamo:
M 0 = A 1 · R 0 = 36,0·80,8 =2908,8 N·cm/cm.
M io, da carichi situati all'esterno del centro di calcolo O 1. I dati calcolati sono riportati nella tabella. 2.10 .
Tabella 2.10
Dati calcolati con centro del disegno O 1 e direzione dell'asse OU perpendicolare al lato lungo della traccia macchina
| IO | X io | sì io | X io /l | sì io /l | A 4 secondo la tabella 2.7 | P io, kN | N io numero di carichi | M io = N io · A 4 · P io |
|
| 1 | 0 | 120 | 0 | 2,24 | 9,33 | 36,96 | 1 | 363,3 |
|
| 2 | 120 | 35 | 1,86 | 0,65 | -17,22 | 17,31 | 4 | -1192,3 |
|
| Σ M io= -829,0 Ncm/cm |
|||||||||
Momento flettente calcolato dalla ruota dell'auto e dalla macchina utensile secondo la formula ( 13 ):
M p II = M 0 + Σ M io= 2908,8 - 829,0 = 2079,8 N cm/cm
Sollecitazione di trazione in una lastra durante la flessione secondo la formula ( 7 ):
Calcolo 3 Determiniamo la sollecitazione di trazione nella lastra di cemento durante la flessione σ R III per il centro insediativo O 2 (Fig. 1 in """). Dividiamo l'area della traccia della macchina in aree elementari secondo il paragrafo. 2.18 . Definiamo i carichi R io, per ciascuna area elementare, secondo la formula ( 15 ).
Determiniamo il momento flettente dal carico creato dalla pressione della ruota dell'auto, per il quale troviamo ρ = R R/ l= 15/53,6 = 0,28; secondo la tabella 2.6 troveremo A 3 = 112,1. Secondo la formula ( 11 ):M 0 = A 3 · R p = 112,1·36,96 = 4143,22 N·cm/cm.
Determiniamo il momento flettente totale Σ M io da carichi situati al di fuori del centro di progettazione O 2. I dati calcolati sono riportati nella tabella. 2.11 .
Tabella 2.11
Dati di calcolo presso il centro di insediamento O 2
| IO | X io | sì io | X io /l | sì io /l | A 4 secondo la tabella 2.7 | P io, kN | N io numero di carichi | M io = N io · A 4 · P io |
|
| 1 | 0 | 65 | 0 | 1,21 | 40,97 | 4,9 | 1 | 200,75 |
|
| 2 | 0 | 100 | 0 | 1,87 | 16,36 | 6,6 | 1 | 107,98 |
|
| 3 | 0 | 155 | 0 | 2,89 | 2,89 | 11,5 | 1 | 33,24 |
|
| 4 | 40 | 65 | 0,75 | 1,21 | 19,1 | 4,9 | 2 | 187,18 |
|
| 5 | 40 | 100 | 0,75 | 1,87 | 8,44 | 6,6 | 2 | 111,41 |
|
| 6 | 40 | 155 | 0,75 | 2,89 | 1,25 | 11,5 | 2 | 28,75 |
|
| 7 | 95 | 65 | 1,77 | 1,21 | -10,78 | 8,7 | 2 | -187,57 |
|
| 8 | 95 | 100 | 1,77 | 1,87 | -5,89 | 11,5 | 2 | -135,47 |
|
| 9 | 95 | 155 | 1,77 | 2,89 | -2,39 | 20,2 | 2 | -96,56 |
|
| Σ M io= 249,7 Ncm/cm |
|||||||||
Momento flettente calcolato dalla ruota dell'auto e dalla macchina utensile secondo la formula ( 13 ):
M p III = M 0 + Σ M io= 4143,22 + 249,7 = 4392,92 N cm/cm
Sollecitazione di trazione in una lastra durante la flessione secondo la formula ( 7 ):
Di più Rδt = 0,675 MPa, a seguito del quale ripetiamo il calcolo, specificando un valore maggiore H. Effettueremo il calcolo solo secondo lo schema di carico con il centro di calcolo O 2, per il quale il valore σ R III nel primo calcolo risultò essere il più grande.
Per ricalcolare, imposteremo approssimativamente H= 19 cm, quindi secondo il punto. 2.10 accettiamo l= 86,8 centimetri; ρ = R R/ l =15/86,8 = 0,1728; A 3 = 124,7; M 0 = A 3 · R P= 124,7·36,96 = 4608,9 N·cm/cm.
Determiniamo il momento flettente totale dai carichi situati all'esterno del centro di progettazione O 2 . I dati calcolati sono riportati nella tabella. 2.12 .
Tabella 2.12
Dati di calcolo per il ricalcolo
| IO | X io | sì io | X io /l | sì io /l | A 4 secondo la tabella 2.7 | P io, kN | N io numero di carichi | M io = N io · A 4 · P io |
|
| 1 | 0 | 65 | 0 | 0,75 | 76,17 | 4,9 | 1 | 373,23 |
|
| 2 | 0 | 100 | 0 | 1,15 | 44,45 | 6,6 | 1 | 293,37 |
|
| 3 | 0 | 155 | 0 | 1,79 | 18,33 | 11,5 | 1 | 210,79 |
|
| 4 | 40 | 65 | 0,46 | 0,75 | 48,36 | 4,9 | 2 | 473,93 |
|
| 5 | 40 | 100 | 0,46 | 1,15 | 32,39 | 6,6 | 2 | 427,55 |
|
| 6 | 40 | 155 | 0,46 | 1,79 | 14,49 | 11,5 | 2 | 333,27 |
|
| 7 | 95 | 65 | 1,09 | 0,75 | 1,84 | 8,7 | 2 | 32,02 |
|
| 8 | 95 | 100 | 1,09 | 1,15 | 3,92 | 11,5 | 2 | 90,16 |
|
| 9 | 95 | 155 | 1,09 | 1,79 | 2,81 | 20,2 | 2 | 113,52 |
|
| Σ M io= 2347,84 N cm/cm. |
|||||||||
M p = M 0 + Σ M io= 4608,9 + 2347,84 = 6956,82 Ncm/cm
Sollecitazione di trazione in una lastra durante la flessione secondo la formula ( 7 ):
Valore ricevuto σ R= 0,67 MPa diverso da Rδt = 0,675 MPa di meno del 5%. Accettiamo lo strato sottostante di calcestruzzo con classe di resistenza alla compressione B22.5, spessore H= 19cm.
Nonostante il fatto che la perdita di calore attraverso il pavimento della maggior parte degli edifici industriali, amministrativi e residenziali a un piano raramente supera il 15% della perdita di calore totale, e con un aumento del numero di piani talvolta non raggiunge il 5%, l'importanza la decisione giusta compiti...
La determinazione della perdita di calore dall'aria del primo piano o del seminterrato nel terreno non perde la sua rilevanza.
Questo articolo discute due opzioni per risolvere il problema posto nel titolo. Le conclusioni sono alla fine dell'articolo.
Quando si calcola la perdita di calore, è necessario distinguere sempre tra i concetti di "edificio" e "stanza".
Quando si eseguono calcoli per l'intero edificio, l'obiettivo è trovare la potenza della fonte e dell'intero sistema di fornitura di calore.
Nel calcolo delle dispersioni termiche di ogni singolo locale dell'edificio, si risolve il problema di determinare la potenza e il numero di dispositivi termici (batterie, termoconvettori, ecc.) necessari per l'installazione in ogni specifico locale per mantenere una determinata temperatura dell'aria interna .
L'aria nell'edificio viene riscaldata ricevendo energia termica dal sole, da fonti di calore esterne attraverso l'impianto di riscaldamento e da varie fonti interne– da persone, animali, apparecchiature d’ufficio, elettrodomestici, lampade di illuminazione, sistemi di fornitura di acqua calda.
L'aria all'interno dei locali si raffredda a causa della perdita di energia termica attraverso l'involucro edilizio, che è caratterizzato da resistenze termiche, misurato in m2 °C/W:
R = Σ (δ io /λ io )
δ io– spessore dello strato di materiale della struttura di recinzione in metri;
λ io– coefficiente di conducibilità termica del materiale in W/(m °C).
Proteggi la casa da ambiente esterno il soffitto (pavimento) del piano superiore, i muri esterni, le finestre, le porte, i cancelli e il pavimento del piano inferiore (possibilmente un seminterrato).
L'ambiente esterno lo è aria esterna e suolo.
Il calcolo della perdita di calore di un edificio viene effettuato alla temperatura dell'aria esterna calcolata per i cinque giorni più freddi dell'anno nell'area in cui l'impianto è stato costruito (o sarà costruito)!
Ma, ovviamente, nessuno ti vieta di fare calcoli per qualsiasi altro periodo dell'anno.
Calcolo dentroEccellereperdita di calore attraverso il pavimento e le pareti adiacenti al suolo secondo il metodo zonale generalmente accettato V.D. Machinsky.
La temperatura del terreno sotto un edificio dipende principalmente dalla conduttività termica e dalla capacità termica del terreno stesso e dalla temperatura dell'aria ambiente nella zona durante tutto l'anno. Poiché la temperatura dell'aria esterna varia in modo significativo in diversi zone climatiche, quindi il terreno presenta temperature diverse nei diversi periodi dell'anno a profondità diverse nelle diverse zone.
Per semplificare la soluzione al complesso problema della determinazione della perdita di calore attraverso il pavimento e le pareti del seminterrato nel terreno, la tecnica di dividere l'area delle strutture di recinzione in 4 zone è utilizzata con successo da oltre 80 anni.
Ognuna delle quattro zone ha la propria resistenza fissa al trasferimento di calore in m 2 °C/W:
R1 =2,1 R2 =4,3 R3 =8,6 R4 =14,2
La zona 1 è una fascia a pavimento (in assenza di terreno interrato sotto l'edificio) larga 2 metri, misurata dalla superficie interna delle pareti esterne lungo tutto il perimetro oppure (in caso di interrato o seminterrato) una fascia di della stessa larghezza, misurata lungo le superfici interne dei muri esterni dai bordi del terreno.
Anche le zone 2 e 3 sono larghe 2 metri e si trovano dietro la zona 1 più vicino al centro dell'edificio.
La zona 4 occupa tutta la restante area centrale.
Nella figura presentata poco sotto, la zona 1 è posizionata interamente sulle pareti del piano interrato, la zona 2 è parzialmente sulle pareti e parzialmente sul pavimento, le zone 3 e 4 sono posizionate interamente al piano interrato.
Se l'edificio è stretto, le zone 4 e 3 (e talvolta la 2) potrebbero semplicemente non esistere.
Piazza genere Nel calcolo viene presa in considerazione due volte la zona 1 negli angoli!
Se l'intera zona 1 si trova su pareti verticali, allora l'area viene calcolata infatti senza alcuna addizione.
Se una parte della zona 1 si trova sulle pareti e una parte sul pavimento, solo le parti angolari del pavimento vengono conteggiate due volte.
Se l'intera zona 1 si trova sul pavimento, l'area calcolata dovrebbe essere aumentata nel calcolo di 2 × 2 x 4 = 16 m 2 (per una casa a pianta rettangolare, cioè con quattro angoli).
Se la struttura non è interrata significa proprio così H =0.
Di seguito uno screenshot del programma di calcolo in Perdita di calore eccellente attraverso pavimenti e pareti incassate per edifici rettangolari.
Aree di zona F 1 , F 2 , F 3 , F 4 sono calcolati secondo le regole della geometria ordinaria. Il compito è ingombrante e richiede schizzi frequenti. Il programma semplifica notevolmente la risoluzione di questo problema.
La perdita di calore totale verso il suolo circostante è determinata dalla formula in kW:
QΣ =((F 1 + F1 y )/ R 1 + F 2 / R 2 + F 3 / R 3 + F 4 / R 4 )*(t VR -t NR )/1000
L'utente deve solo compilare le prime 5 righe della tabella Excel con i valori e leggere il risultato di seguito.
Per determinare le perdite di calore nel terreno premesse aree di zona dovrà contare manualmente e quindi sostituire nella formula sopra.
La schermata seguente mostra, a titolo di esempio, il calcolo in Excel della perdita di calore attraverso il pavimento e le pareti incassate per il locale seminterrato in basso a destra (come da foto)..
La quantità di calore disperso nel terreno da ogni stanza è pari alla perdita di calore totale nel terreno dell'intero edificio!
La figura seguente mostra diagrammi semplificati disegni standard pavimenti e pareti.
Il pavimento e le pareti sono considerati non isolati se i coefficienti di conducibilità termica dei materiali ( λ io) di cui sono costituiti è superiore a 1,2 W/(m °C).
Se il pavimento e/o le pareti sono isolati, contengono cioè strati con λ <1,2 W/(m °C), la resistenza viene calcolata separatamente per ciascuna zona utilizzando la formula:
Risolamentoio = Risolatoio + Σ (δ J /λ J )
Qui δ J– spessore dello strato isolante in metri.
Per i solai su travetti, anche la resistenza al trasferimento di calore viene calcolata per ciascuna zona, ma utilizzando una formula diversa:
Rsui travettiio =1,18*(Risolatoio + Σ (δ J /λ J ) )
Calcolo delle perdite di calore inSM Eccellereattraverso il pavimento e le pareti adiacenti al terreno secondo il metodo del Professor A.G. Sotnikova.
Una tecnica molto interessante per gli edifici interrati è descritta nell’articolo “Calcolo termofisico delle dispersioni termiche nel sottosuolo degli edifici”. L'articolo è stato pubblicato nel 2010 sul numero 8 della rivista ABOK nella sezione “Discussion Club”.
Coloro che vogliono comprendere il significato di quanto scritto di seguito dovrebbero prima studiare quanto sopra.
A.G. Sotnikov, basandosi principalmente sulle conclusioni e sull'esperienza di altri scienziati predecessori, è uno dei pochi che, in quasi 100 anni, ha cercato di spostare l'ago su un argomento che preoccupa molti ingegneri del riscaldamento. Sono molto colpito dal suo approccio dal punto di vista dell'ingegneria termica fondamentale. Ma la difficoltà di valutare correttamente la temperatura del suolo e il suo coefficiente di conduttività termica in assenza di un adeguato lavoro di rilevamento sposta in qualche modo la metodologia di A.G.. Sotnikov su un piano teorico, allontanandosi dai calcoli pratici. Pur continuando allo stesso tempo ad affidarsi al metodo zonale di V.D. Machinsky, tutti credono semplicemente ciecamente ai risultati e, comprendendo il significato fisico generale del loro verificarsi, non possono essere assolutamente sicuri dei valori numerici ottenuti.
Qual è il significato della metodologia del Professor A.G.? Sotnikova? Egli suggerisce che tutte le perdite di calore attraverso il pavimento di un edificio sepolto “vadano” in profondità nel pianeta, e tutte le perdite di calore attraverso le pareti a contatto con il suolo vengono infine trasferite in superficie e “si dissolvono” nell’aria ambiente.
Ciò sembra in parte vero (senza giustificazione matematica) se il pavimento del piano inferiore è sufficientemente profondo, ma se la profondità è inferiore a 1,5...2,0 metri sorgono dubbi sulla correttezza dei postulati...
Nonostante tutte le critiche mosse nei paragrafi precedenti, è stato lo sviluppo dell'algoritmo del Professor A.G. Sotnikova sembra molto promettente.
Calcoliamo in Excel la perdita di calore attraverso il pavimento e le pareti nel terreno per lo stesso edificio dell'esempio precedente.
Registriamo le dimensioni del seminterrato dell'edificio e le temperature dell'aria calcolate nel blocco dati sorgente.
Successivamente, è necessario inserire le caratteristiche del terreno. Prendiamo ad esempio un terreno sabbioso e nei dati iniziali inseriamo il suo coefficiente di conducibilità termica e la temperatura a una profondità di 2,5 metri nel mese di gennaio. La temperatura e la conduttività termica del terreno nella tua zona possono essere trovate su Internet.
Le pareti e il pavimento saranno realizzati in cemento armato ( λ =1,7 W/(m°C)) spessore 300mm ( δ =0,3 m) con resistenza termica R = δ / λ =0,176 m2°C/W.
Ed infine aggiungiamo ai dati iniziali i valori dei coefficienti di scambio termico sulle superfici interne di pavimento e pareti e sulla superficie esterna del terreno a contatto con l'aria esterna.
Il programma esegue calcoli in Excel utilizzando le formule seguenti.
Superficie:
Fpl =B*A
Area della parete:
M = 2*H *(B + UN )
Spessore condizionale dello strato di terreno dietro le pareti:
δ conv = F(H / H )
Resistenza termica del terreno sotto il pavimento:
R 17 =(1/(4*λ gr )*(π / Fpl ) 0,5
Perdita di calore attraverso il pavimento:
Qpl = Fpl *(TV — Tgr )/(R 17 + Rpl +1/α pollici )
Resistenza termica del terreno dietro le pareti:
R 27 = δ conv /λ gr
Perdita di calore attraverso le pareti:
Qst = Fst *(TV — TN )/(1/α n +R 27 + Rst +1/α pollici )
Perdita totale di calore nel terreno:
Q Σ = Qpl + Qst
Commenti e conclusioni.
La perdita di calore di un edificio attraverso il pavimento e le pareti nel terreno, ottenuta utilizzando due metodi diversi, differisce in modo significativo. Secondo l'algoritmo di A.G. Significato di Sotnikov Q Σ =16,146 kW, che è quasi 5 volte superiore al valore secondo l'algoritmo "zonale" generalmente accettato - Q Σ =3,353 Kw!
Il fatto è che la ridotta resistenza termica del terreno tra le pareti interrate e l'aria esterna R 27 =0,122 m 2 °C/W è chiaramente piccolo e difficilmente corrisponde alla realtà. Ciò significa che lo spessore condizionale del terreno δ conv non è definito correttamente!
Inoltre, anche i muri di cemento armato “nudi” che ho scelto nell'esempio sono un'opzione del tutto irrealistica per i nostri tempi.
Un lettore attento dell'articolo di A.G. Sotnikova troverà una serie di errori, molto probabilmente non dell'autore, ma quelli emersi durante la digitazione. Quindi nella formula (3) appare il fattore 2 λ , poi scompare più tardi. Nell'esempio durante il calcolo R 17 non c'è alcun segno di divisione dopo l'unità. Nello stesso esempio, quando si calcola la perdita di calore attraverso le pareti della parte sotterranea dell'edificio, per qualche motivo l'area viene divisa per 2 nella formula, ma poi non viene divisa quando si registrano i valori... Cosa sono questi non isolati pareti e pavimenti nell'esempio con Rst = Rpl =2 m2°C/W? Il loro spessore dovrebbe quindi essere di almeno 2,4 m! E se le pareti e il pavimento sono isolati, sembra errato confrontare queste perdite di calore con la possibilità di calcolare per zona per un pavimento non isolato.
R 27 = δ conv /(2*λ gr)=K(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
Per quanto riguarda la questione relativa alla presenza di un moltiplicatore di 2 λ grè già stato detto sopra.
Ho diviso tra loro gli integrali ellittici completi. Di conseguenza, si è scoperto che il grafico nell'articolo mostra la funzione su λgr =1:
δ conv = (½) *A(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
Ma matematicamente dovrebbe essere corretto:
δ conv = 2 *A(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
oppure, se il moltiplicatore è 2 λ gr non necessario:
δ conv = 1 *A(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
Ciò significa che il grafico per determinare δ conv dà valori errati che vengono sottostimati di 2 o 4 volte...
Si scopre che tutti non hanno altra scelta che continuare a "contare" o "determinare" la perdita di calore attraverso il pavimento e le pareti nel terreno per zona? Nessun altro metodo degno è stato inventato in 80 anni. Oppure l’hanno inventato, ma non l’hanno finalizzato?!
Invito i lettori del blog a testare entrambe le opzioni di calcolo in progetti reali e a presentare i risultati nei commenti per il confronto e l'analisi.
Tutto ciò che viene detto nell'ultima parte di questo articolo è esclusivamente l'opinione dell'autore e non pretende di essere la verità ultima. Sarò felice di ascoltare le opinioni degli esperti su questo argomento nei commenti. Vorrei comprendere appieno l’algoritmo di A.G. Sotnikov, perché in realtà ha una giustificazione termofisica più rigorosa rispetto al metodo generalmente accettato.
Per favore rispettoso lavoro dell'autore scarica un file con programmi di calcolo dopo esserti iscritto agli annunci degli articoli!
PS (25/02/2016)
Quasi un anno dopo aver scritto l’articolo, siamo riusciti a risolvere le domande sollevate poco sopra.
Innanzitutto, un programma per il calcolo della perdita di calore in Excel utilizzando il metodo di A.G. Sotnikova crede che tutto sia corretto, esattamente secondo le formule di A.I. Pechovich!
In secondo luogo, la formula (3) dell'articolo di A.G., che ha portato confusione nel mio ragionamento. Sotnikova non dovrebbe assomigliare a questo:
R 27 = δ conv /(2*λ gr)=K(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
Nell'articolo di A.G. Sotnikova non è una voce corretta! Ma poi è stato costruito il grafico e l'esempio è stato calcolato utilizzando le formule corrette!!!
Ecco come dovrebbe essere secondo A.I. Pekhovich (pagina 110, compito aggiuntivo al paragrafo 27):
R 27 = δ conv /λ gr=1/(2*λ gr )*K(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
δ conv =R27 *λgr =(½)*K(cos((H / H )*(π/2)))/K(peccato((H / H )*(π/2)))
Buon pomeriggio
Ho deciso di pubblicare qui i risultati dei calcoli per l'isolamento del pavimento a terra. I calcoli sono stati eseguiti nel programma Therm 6.3.
Il piano terra è una soletta in cemento spessa 250 mm con un coefficiente di conduttività termica di 1,2
Pareti - 310 mm con un coefficiente di conduttività termica di 0,15 (calcestruzzo aerato o legno)
Per semplicità, i muri sono fino a terra. Possono esserci molte opzioni per l'isolamento e i ponti freddi dell'unità, per semplicità le omettiamo.
Terreno - con un coefficiente di conduttività termica pari a 1. Argilla bagnata o sabbia bagnata. Quelli asciutti sono più protettivi dal calore.
Isolamento. Ci sono 4 opzioni qui:
1. Non c'è isolamento. Solo una lastra per terra.
2. Viene isolata un'area cieca larga 1 me spessa 10 cm. Isolamento in EPPS. Lo strato superiore dell'area cieca non è stato preso in considerazione poiché non ha un ruolo importante.
3. La fascia di fondazione è isolata fino ad una profondità di 1 m. Anche l'isolamento è di 10 cm, EPS. Il calcestruzzo non viene trafilato perché è vicino al terreno per conducibilità termica.
4. Il solaio sotto casa è coibentato. 10 cm, eps.
Il coefficiente di conduttività termica dell'EPPS è stato considerato pari a 0,029.
La larghezza della soletta è considerata pari a 5,85 m.
Dati sulla temperatura iniziale:
- interno +21;
- esterno -3;
- ad una profondità di 6m +3.
6 milioni ecco la stima GWL. Ho preso 6m perché è l'opzione più vicina a casa mia, anche se non ho pavimenti a terra, ma i risultati sono applicabili anche al mio sottosuolo caldo.
I risultati vengono visualizzati in forma grafica. Fornito in due versioni: con isoterme e "IR".
I dati digitali sono stati ottenuti per la superficie del pavimento sotto forma di fattore U, il valore reciproco della nostra resistenza al trasferimento di calore ([R]=K*m2/W).
In termini di risultati, i risultati sono i seguenti (in media per genere):
1.R=2,86
2. R=3,31
3.R=3,52
4. R=5,59
Per me questi sono risultati molto interessanti. In particolare un valore sufficientemente alto per l'opzione 1 indica che non è così necessario isolare in alcun modo la soletta sul pavimento.È necessario isolare il terreno quando sono presenti falde acquifere nelle vicinanze, quindi abbiamo l’opzione 4, con il terreno parzialmente tagliato fuori dal contorno termico. Inoltre, con un livello del suolo vicino non otterremo 5,59. poiché i 6 m di terreno accettati nel calcolo non partecipano all'isolamento. Dovresti aspettarti R~3 o giù di lì in questo caso.
Anche questo è molto significativo il bordo della soletta nella versione design è abbastanza caldo 17,5°C secondo la prima opzione non isolata, quindi lì non sono previste gelate, condense e muffe, anche con il raddoppio del gradiente termico (-27 fuori). Inoltre, va inteso che in tali calcoli le temperature di punta non hanno alcun ruolo, poiché il sistema richiede molto calore e il terreno gela per settimane o mesi.
Opzioni 1,2,3. E soprattutto l'opzione 2: la più inerziale. Il circuito termico qui coinvolge il terreno non solo quello direttamente sotto casa, ma anche sotto la zona cieca. Il tempo necessario per stabilire il regime di temperatura come nella figura è di anni, e infatti il regime di temperatura sarà la media dell'anno. Un periodo di circa 3 mesi riesce a coinvolgere nello scambio termico solo 2-3 m di terreno. Ma questa è una storia a parte, quindi per ora concludo semplicemente notando che il tempo caratteristico è proporzionale allo spessore dello strato al quadrato. Quelli. se 2 milioni equivalgono a 3 mesi, allora 4 milioni equivalgono già a 9 mesi.
Noterò anche che in pratica, probabilmente, con un livello delle acque sotterranee relativamente piccolo (come 4,5 me inferiore), ci si dovrebbero aspettare risultati peggiori nelle proprietà di isolamento termico del suolo a causa dell'evaporazione dell'acqua da esso. Sfortunatamente non ho familiarità con uno strumento che possa eseguire calcoli in condizioni di evaporazione nel terreno. Sì, e c'è un grosso problema con i dati di origine.
La valutazione dell'influenza dell'evaporazione nel suolo è stata effettuata come segue.
Ho trovato dati secondo cui l'acqua negli argille sale con forze capillari dal livello della falda freatica a 4-5 m
Bene, userò questa cifra come dato iniziale.
Darò per scontato che questi stessi 5 milioni rimarranno nel mio calcolo in ogni circostanza.
In 1 m di terreno il vapore si diffonde sul pavimento ed è possibile determinare il valore del coefficiente di permeabilità al vapore. Il coefficiente di permeabilità al vapore della sabbia è 0,17, Adobe 0,1. Bene, per sicurezza, prenderò 0,2 mg/m/h/Pa.
Ad una profondità di un metro nelle opzioni di progettazione tranne l'opzione 4, circa 15 gradi.
In totale la pressione del vapore acqueo è di 1700 Pa (100% rel.).
All'interno prendiamo 21 gradi 40% (rel.) => 1000 Pa
In totale abbiamo un gradiente di pressione di vapore di 700 Pa per 1 m di argilla con Mu = 0,2 e 0,25 m di calcestruzzo con Mu = 0,09
La permeabilità al vapore finale di uno strato a due strati è 1/(1/0,2+0,25/0,09)=0,13
Di conseguenza, abbiamo un flusso di vapore dal suolo di 0,13*700=90 mg/m2/h=2,5e-8 kg/m2/s
Moltiplichiamo per il calore di evaporazione dell'acqua 2,3 MJ/kg e otteniamo un'ulteriore perdita di calore dovuta all'evaporazione => 0,06 W/m2. Queste sono piccole cose. Se parliamo nel linguaggio R (resistenza al trasferimento di calore), tenere conto dell'umidità in questo modo porta ad una diminuzione di R di circa 0,003, cioè immateriale.
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Di solito, la perdita di calore del pavimento rispetto ad indicatori simili di altri involucri edilizi (pareti esterne, aperture di finestre e porte) è considerata a priori insignificante e viene presa in considerazione nei calcoli degli impianti di riscaldamento in forma semplificata. La base per tali calcoli è un sistema semplificato di contabilità e coefficienti di correzione per la resistenza al trasferimento di calore di vario tipo materiali da costruzione.
Se consideriamo che la giustificazione teorica e la metodologia per il calcolo della perdita di calore di un piano terra sono state sviluppate molto tempo fa (cioè con un ampio margine di progettazione), possiamo tranquillamente parlare dell’applicabilità pratica di questi approcci empirici in condizioni moderne. Conduttività termica e coefficienti di trasferimento del calore di vari materiali da costruzione, materiali isolanti e rivestimenti per pavimenti ben noto e altri caratteristiche fisiche Non è necessario calcolare la perdita di calore attraverso il pavimento. In base alle loro caratteristiche termiche, i solai sono solitamente suddivisi in solai isolati e non isolati, e strutturalmente - solai a terra e su travetti.
Si basa sul calcolo della perdita di calore attraverso un pavimento non isolato a terra formula generale valutazione delle dispersioni termiche attraverso l’involucro edilizio:
Dove Q– dispersioni termiche principali e aggiuntive, W;
UN– superficie totale della struttura di recinzione, m2;
tв , tн– temperatura dell'aria interna ed esterna, °C;
β - la quota delle perdite di calore aggiuntive sul totale;
N– fattore di correzione, il cui valore è determinato dall'ubicazione della struttura di recinzione;
Ro– resistenza al trasferimento di calore, m2 °C/W.
Si noti che nel caso di un pavimento omogeneo monostrato, la resistenza al trasferimento di calore Ro è inversamente proporzionale al coefficiente di trasferimento del calore del materiale del pavimento non isolato al suolo.
Quando si calcola la perdita di calore attraverso un pavimento non isolato, viene utilizzato un approccio semplificato, in cui il valore (1+ β) n = 1. La perdita di calore attraverso il pavimento viene solitamente effettuata suddividendo in zone l'area di trasferimento di calore. Ciò è dovuto alla naturale eterogeneità dei campi di temperatura del suolo sotto il soffitto.
La perdita di calore da un pavimento non isolato è determinata separatamente per ciascuna zona di due metri, numerata a partire da muro esterno edifici. Di solito vengono prese in considerazione un totale di quattro strisce larghe 2 m, considerando che la temperatura del suolo in ciascuna zona è costante. La quarta zona comprende l'intera superficie del pavimento non isolato entro i confini delle prime tre strisce. Si assume la resistenza al trasferimento di calore: per la 1a zona R1=2,1; per il 2° R2=4,3; rispettivamente per il terzo e il quarto R3=8,6, R4=14,2 m2*оС/W.
Fig.1. Zonizzazione della superficie del pavimento sul terreno e sulle pareti adiacenti incassate nel calcolo della perdita di calore
In caso di locali incassati con pavimento a terra: nei calcoli viene presa in considerazione due volte l'area della prima zona adiacente alla superficie della parete. Ciò è abbastanza comprensibile, poiché la perdita di calore del pavimento si somma alla perdita di calore nelle adiacenti strutture di recinzione verticali dell'edificio.
Il calcolo della perdita di calore attraverso il pavimento viene effettuato separatamente per ciascuna zona e i risultati ottenuti vengono riepilogati e utilizzati per la giustificazione termoingegneria della progettazione dell'edificio. Il calcolo delle zone di temperatura delle pareti esterne dei locali ad incasso viene effettuato utilizzando formule simili a quelle sopra riportate.
Nei calcoli della perdita di calore attraverso un pavimento isolato (ed è considerato tale se la sua progettazione contiene strati di materiale con conduttività termica inferiore a 1,2 W/(m °C)), il valore della resistenza al trasferimento di calore di un pavimento non il pavimento isolato al suolo aumenta rispettivamente della resistenza al trasferimento di calore dello strato isolante:
Rу.с = δу.с / λу.с,
Dove δу.с– spessore dello strato isolante, m; λу.с– conduttività termica del materiale dello strato isolante, W/(m °C).
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