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 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);
In precedenza, abbiamo calcolato la perdita di calore del pavimento lungo il terreno per una casa larga 6 m con un livello della falda acquifera di 6 me una profondità di +3 gradi.
Risultati e dichiarazione del problema qui -
È stata presa in considerazione anche la perdita di calore nell'aria della strada e in profondità nel terreno. Ora separerò le mosche dalle cotolette, ovvero effettuerò il calcolo esclusivamente nel terreno, escludendo il trasferimento di calore all'aria esterna.
Eseguirò i calcoli per l'opzione 1 dal calcolo precedente (senza isolamento). e le seguenti combinazioni di dati
1. GWL 6m, +3 alla GWL
2. GWL 6m, +6 alla GWL
3. GWL 4m, +3 alla GWL
4. GWL 10m, +3 alla GWL.
5. GWL 20m, +3 alla GWL.
Pertanto, chiuderemo le domande relative all'influenza della profondità delle acque sotterranee e all'influenza della temperatura sulle acque sotterranee.
Il calcolo è, come prima, stazionario, non tiene conto delle fluttuazioni stagionali e generalmente non tiene conto dell'aria esterna
Le condizioni sono le stesse. Il terreno ha Lyamda=1, pareti 310mm Lyamda=0,15, pavimento 250mm Lyamda=1,2.
I risultati, come prima, sono due immagini (isoterme e "IR") e numeriche: resistenza al trasferimento di calore nel suolo.
Risultati numerici:
1.R=4,01
2. R=4.01 (Tutto è normalizzato per la differenza, non avrebbe dovuto essere altrimenti)
3.R=3,12
4. R=5,68
5. R=6,14
Per quanto riguarda le dimensioni. Se li correliamo con la profondità del livello delle acque sotterranee, otteniamo quanto segue
4m. D/S=0,78
6m. D/S=0,67
10m. D/S=0,57
20m. D/S=0,31
R/L sarebbe pari all'unità (o meglio al coefficiente inverso della conducibilità termica del terreno) per infinito grande casa, nel nostro caso le dimensioni della casa sono paragonabili alla profondità alla quale avviene la dispersione del calore e cosa casa più piccola Rispetto alla profondità, minore dovrebbe essere questo rapporto.
Il rapporto R/L risultante dovrebbe dipendere dal rapporto tra la larghezza della casa e il livello del suolo (B/L), più, come già detto, per B/L->infinito R/L->1/Lamda.
In totale, ci sono i seguenti punti per una casa infinitamente lunga:
L/B | R*Lambda/L
0 | 1
0,67 | 0,78
1 | 0,67
1,67 | 0,57
3,33 | 0,31
Questa dipendenza è ben approssimata da una dipendenza esponenziale (vedi grafico nei commenti).
Inoltre, l'esponente può essere scritto in modo più semplice senza molta perdita di precisione, vale a dire
R*Lambda/L=ESP(-L/(3B))
Questa formula negli stessi punti dà i seguenti risultati:
0 | 1
0,67 | 0,80
1 | 0,72
1,67 | 0,58
3,33 | 0,33
Quelli. errore entro il 10%, vale a dire molto soddisfacente.
Quindi, per una casa infinita di qualsiasi larghezza e per qualsiasi livello della falda freatica nell'intervallo considerato, abbiamo una formula per calcolare la resistenza al trasferimento di calore nel livello della falda freatica:
R=(L/Lamda)*ESP(-L/(3B))
qui L è la profondità del livello della falda freatica, Lyamda è il coefficiente di conduttività termica del suolo, B è la larghezza della casa.
La formula è applicabile nell'intervallo L/3B da 1,5 a circa infinito (GWL elevato).
Se utilizziamo la formula per livelli delle acque sotterranee più profondi, la formula restituisce un errore significativo, ad esempio, per una casa di 50 m di profondità e 6 m di larghezza abbiamo: R=(50/1)*exp(-50/18)=3.1 , che ovviamente è troppo piccolo.
Buona giornata a tutti!
Conclusioni:
1. Un aumento della profondità del livello della falda freatica non porta ad una corrispondente riduzione della perdita di calore acque sotterranee, poiché sempre più suolo è coinvolto.
2. Allo stesso tempo, i sistemi con un livello della falda freatica pari o superiore a 20 metri potrebbero non raggiungere mai il livello stazionario calcolato nel calcolo durante la “vita” della casa.
3. La R nel terreno non è così grande, è al livello di 3-6, quindi la perdita di calore in profondità nel pavimento lungo il terreno è molto significativa. Ciò è coerente con il risultato precedentemente ottenuto sull'assenza di una grande riduzione della perdita di calore durante l'isolamento del nastro o dell'area cieca.
4. Dai risultati deriva una formula, usala per la tua salute (a tuo rischio e pericolo, ovviamente, sappi in anticipo che non sono in alcun modo responsabile dell'affidabilità della formula e di altri risultati e della loro applicabilità in pratica).
5. Ne consegue un piccolo studio effettuato più sotto nel commento. La perdita di calore verso la strada riduce la perdita di calore al suolo. Quelli. Non è corretto considerare separatamente i due processi di scambio termico. E aumentando la protezione termica dalla strada, aumentiamo la perdita di calore nel terreno e diventa così chiaro perché l'effetto di isolamento del contorno della casa ottenuto in precedenza non è così significativo.
Per calcolare la perdita di calore attraverso il pavimento e il soffitto, saranno richiesti i seguenti dati:
- dimensioni casa 6 x 6 metri.
- Pavimenti: pannelli bordati, maschio e femmina di 32 mm di spessore, rivestiti con truciolare di 0,01 m di spessore, isolati isolamento in lana minerale 0,05 m di spessore Sotto la casa c'è uno spazio sotterraneo per la conservazione delle verdure e delle conserve. In inverno la temperatura nel sottosuolo è in media di +8°C.
- Soffitto: i soffitti sono realizzati con pannelli di legno, i soffitti sono isolati sul lato mansarda con isolamento in lana minerale, spessore dello strato 0,15 metri, con uno strato impermeabilizzante al vapore. Spazio mansardato non isolato.
Calcolo della perdita di calore attraverso il pavimento
R pannelli =B/K=0,032 m/0,15 W/mK =0,21 m²x°C/W, dove B è lo spessore del materiale, K è il coefficiente di conducibilità termica.
R truciolare =B/K=0,01m/0,15W/mK=0,07m²x°C/W
Isolamento R =B/K=0,05 m/0,039 W/mK=1,28 m²x°C/W
Valore totale R del pavimento =0,21+0,07+1,28=1,56 m²x°C/W
Considerando che la temperatura del sottosuolo in inverno è costantemente intorno ai +8°C, il dT necessario per il calcolo delle dispersioni termiche è di 22-8 = 14 gradi. Ora abbiamo tutti i dati per calcolare la perdita di calore attraverso il pavimento:
Q pavimento = SxdT/R=36 m²x14 gradi/1,56 m²x°C/W=323,07 Wh (0,32 kWh)
Calcolo della perdita di calore attraverso il soffitto
L'area del soffitto è la stessa del soffitto del pavimento S = 36 m2
Nel calcolare la resistenza termica del soffitto, non ne teniamo conto tavole di legno, Perché non hanno una stretta connessione tra loro e non fungono da isolante termico. Pertanto la resistenza termica del soffitto è:
R soffitto = R isolante = spessore isolante 0,15 m/conducibilità termica isolante 0,039 W/mK=3,84 m²x°C/W
Calcoliamo la perdita di calore attraverso il soffitto:
Soffitto Q =SхdT/R=36 m²х52 gradi/3,84 m²х°С/W=487,5 Wh (0,49 kWh)
Metodologia per il calcolo della perdita di calore nei locali e procedura per la sua attuazione (vedi SP 50.13330.2012 Protezione termica edifici, punto 5).
La casa perde calore attraverso le strutture di recinzione (muri, soffitti, finestre, tetto, fondamenta), ventilazione e fognature. Le principali perdite di calore si verificano attraverso le strutture di recinzione: il 60-90% di tutte le perdite di calore.
In ogni caso è necessario tenere conto della perdita di calore di tutte le strutture di recinzione presenti nell'ambiente riscaldato.
In questo caso non è necessario tenere conto delle perdite di calore che si verificano attraverso strutture interne, se la differenza tra la loro temperatura e la temperatura dei locali vicini non supera i 3 gradi Celsius.
Dispersione termica attraverso gli involucri edilizi
Perdita di calore le premesse dipendono principalmente da:
1 Differenze di temperatura all'interno della casa e all'esterno (maggiore è la differenza, maggiori sono le perdite),
2 Proprietà di isolamento termico di pareti, finestre, porte, rivestimenti, pavimenti (le cosiddette strutture di contenimento della stanza).
Le strutture di recinzione generalmente non sono omogenee nella struttura. E di solito sono costituiti da diversi strati. Esempio: muro a guscio = intonaco + guscio + decorazione esterna. Questo disegno può anche includere chiuso spazi d'aria(esempio: cavità all'interno di mattoni o blocchi). I materiali di cui sopra hanno caratteristiche termiche che differiscono tra loro. La caratteristica principale di uno strato strutturale è la resistenza al trasferimento di calore R.
Dove q è la quantità di calore che viene persa metro quadrato superficie di contenimento (solitamente misurata in W/mq)
ΔT - la differenza tra la temperatura all'interno della stanza calcolata e temperatura esterna dell'aria (temperatura del quinquennio più freddo °C per la regione climatica in cui è situato l'edificio calcolato).
Fondamentalmente viene rilevata la temperatura interna delle stanze. Alloggi 22 oC. Non residenziale 18 oC. Zone procedure idriche 33°C.
Quando si parla di una struttura multistrato le resistenze degli strati della struttura si sommano.
δ - spessore dello strato, m;
λ - coefficiente calcolato conduttività termica del materiale dello strato di costruzione, tenendo conto delle condizioni operative delle strutture di contenimento, W / (m2 oC).
Bene, abbiamo risolto i dati di base necessari per il calcolo.
Quindi, per calcolare le dispersioni termiche attraverso gli involucri edilizi, abbiamo bisogno di:
1. Resistenza al trasferimento di calore delle strutture (se la struttura è multistrato allora strati Σ R)
2. La differenza tra la temperatura in sala di liquidazione ed esterna (temperatura della quinquennale più fredda °C.). ΔT
3. Aree di recinzione F (separatamente pareti, finestre, porte, soffitto, pavimento)
4. Utile è anche l'orientamento dell'edificio rispetto alle direzioni cardinali.
La formula per calcolare la perdita di calore da parte di una recinzione è simile alla seguente:
Qlimit=(ΔT / Rolim)* Folim * n *(1+∑b)
Qlim - perdita di calore attraverso strutture di contenimento, W
Rogr – resistenza al trasferimento di calore, m2°C/W; (Se sono presenti più livelli, allora ∑ Livelli Rogr)
Fogr – area della struttura di recinzione, m;
n è il coefficiente di contatto della struttura che lo racchiude con l'aria esterna.
| Strutture di contenimento | Coefficiente n |
| 1. Pareti e coperture esterne (anche ventilate con aria esterna), solai (con tetto in materiali del pezzo) e su passaggi; soffitti su sotterranei freddi (senza muri di recinzione) nella zona climatica costruttiva settentrionale | |
| 2. Soffitti su scantinati freddi comunicanti con l'aria esterna; piani sottotetto (con tetto in materiali in rotolo); soffitti sopra i sotterranei freddi (con pareti di recinzione) e pavimenti freddi nella zona climatica edile settentrionale | 0,9 |
| 3. Soffitti su scantinati non riscaldati con aperture di luce nelle pareti | 0,75 |
| 4. Soffitti su scantinati non riscaldati senza aperture di luce nelle pareti, situati sopra il livello del suolo | 0,6 |
| 5. Soffitti su interrati tecnici non riscaldati situati sotto il livello del suolo | 0,4 |
La perdita di calore di ciascuna struttura di recinzione viene calcolata separatamente. La quantità di perdita di calore attraverso le strutture di recinzione dell'intera stanza sarà la somma delle perdite di calore attraverso ciascuna struttura di recinzione della stanza
Calcolo della perdita di calore attraverso i pavimenti
Pavimento non isolato a terra
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, la cui numerazione inizia dal muro esterno dell'edificio. 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).
Il trasferimento di calore attraverso l’involucro di una casa è un processo complesso. Per tenere conto il più possibile di queste difficoltà, le misurazioni dei locali nel calcolo della perdita di calore vengono eseguite secondo determinate regole, che prevedono un aumento o una diminuzione condizionale dell'area. Di seguito sono riportate le principali disposizioni di tali norme.
Regole per la misurazione delle aree delle strutture di recinzione: a - sezione di un edificio con piano attico; b - sezione di edificio con copertura combinata; c - pianta dell'edificio; 1 - piano fuori seminterrato; 2 - solaio su travetti; 3 - piano terra;
L'area di finestre, porte e altre aperture viene misurata dall'apertura di costruzione più piccola.
L'area del soffitto (pt) e del pavimento (pl) (ad eccezione del pavimento a terra) è misurata tra gli assi delle pareti interne e la superficie interna della parete esterna.
Le dimensioni delle pareti esterne sono prese orizzontalmente lungo il perimetro esterno tra gli assi delle pareti interne e l'angolo esterno del muro, e in altezza - su tutti i piani tranne il fondo: dal livello del pavimento finito al pavimento di il piano successivo. SU ultimo piano la sommità del muro esterno coincide con la sommità del rivestimento oppure piano mansardato. Al piano inferiore, a seconda del disegno del pavimento: a) dalla superficie interna del pavimento lungo il terreno; b) dal piano di preparazione per la struttura del solaio sui travetti; c) dal bordo inferiore del soffitto sopra un sotterraneo o un seminterrato non riscaldato.
Quando si determina la perdita di calore attraverso pareti interne le loro aree sono misurate lungo il perimetro interno. Le perdite di calore attraverso le recinzioni interne delle stanze possono essere ignorate se la differenza di temperatura dell'aria in queste stanze è pari o inferiore a 3 °C.
Suddivisione della superficie del pavimento (a) e delle parti incassate delle pareti esterne (b) nelle zone di progetto I-IV
Il trasferimento di calore da un ambiente attraverso la struttura del pavimento o della parete e lo spessore del terreno con cui entrano in contatto è soggetto a leggi complesse. Per calcolare la resistenza al trasferimento di calore delle strutture situate a terra, viene utilizzato un metodo semplificato. La superficie del pavimento e delle pareti (considerando il pavimento come una continuazione del muro) è divisa lungo il terreno in strisce larghe 2 m, parallele alla giunzione del muro esterno e della superficie del terreno.
Il conteggio delle zone inizia lungo il muro dal livello del suolo e, se non ci sono muri lungo il terreno, la zona I è la fascia del pavimento più vicina al muro esterno. Le due strisce successive saranno numerate II e III, e il resto del pavimento sarà la zona IV. Inoltre, una zona può iniziare sul muro e continuare sul pavimento.
Un pavimento o una parete che non contiene strati isolanti costituiti da materiali con coefficiente di conducibilità termica inferiore a 1,2 W/(m °C) è detto non isolato. La resistenza al trasferimento di calore di un pavimento di questo tipo è solitamente indicata con R np, m 2 °C/W. Per ogni zona del pavimento non isolato ci sono valori standard resistenza al trasferimento di calore:
- zona I - RI = 2,1 m 2 °C/W;
- zona II - RII = 4,3 m2 °C/W;
- zona III - RIII = 8,6 m2 °C/W;
- zona IV - RIV = 14,2 m2 °C/W.
Se la struttura di un pavimento posto a terra è dotata di strati isolanti, si dice isolante, e la sua resistenza al trasferimento di calore R unitario, m 2 °C/W, è determinata dalla formula:
R su = R np + R us1 + R us2 ... + R usn
Dove R np è la resistenza al trasferimento di calore della zona considerata del pavimento non isolato, m 2 °C/W;
R us - resistenza al trasferimento di calore dello strato isolante, m 2 °C/W;
Per un pavimento su travetti, la resistenza al trasferimento di calore Rl, m 2 °C/W, si calcola utilizzando la formula.
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