La transferencia de calor a través de las vallas de una casa es un proceso complejo. Para tener en cuenta estas dificultades tanto como sea posible, la medición de las instalaciones al calcular la pérdida de calor se realiza de acuerdo con ciertas reglas que prevén un aumento o disminución condicional del área. A continuación se encuentran las principales disposiciones de estas reglas.
Reglas para medir las áreas de estructuras de cerramiento: a - sección de un edificio con piso de ático; b - sección de un edificio con un revestimiento combinado; â - plan de construcción; 1 - piso sobre el sótano; 2 - piso sobre troncos; 3 - piso en el suelo;
El área de ventanas, puertas y otras aberturas se mide por la abertura de construcción más pequeña.
El área del techo (pt) y el piso (pl) (excepto el piso en el suelo) se mide entre los ejes de las paredes interiores y la superficie interior de la pared exterior.
Las dimensiones de las paredes exteriores se toman horizontalmente a lo largo del perímetro exterior entre los ejes de las paredes interiores y la esquina exterior de la pared, y en altura, en todos los pisos, excepto en el inferior: desde el nivel del piso terminado hasta el piso del siguiente piso. En la planta superior, la parte superior del muro exterior coincide con la parte superior del revestimiento o piso del ático. En la planta baja, dependiendo de la construcción del piso: a) desde la superficie interior del piso a lo largo del suelo; b) de la superficie de preparación debajo de la estructura del piso en los troncos; c) desde el borde inferior del techo sobre un sótano o sótano sin calefacción.
Al determinar la pérdida de calor a través de las paredes interiores, sus áreas se miden a lo largo del perímetro interior. Las pérdidas de calor a través de las vallas internas de las instalaciones se pueden ignorar si la diferencia de temperatura del aire en estas habitaciones es de 3 ° C o menos.
Desglose de la superficie del piso (a) y las partes empotradas de las paredes exteriores (b) en las zonas de diseño I-IV
La transferencia de calor de una habitación a través del piso o la estructura de la pared y el espesor del suelo con el que están en contacto obedecen a patrones complejos. Para calcular la resistencia a la transferencia de calor de las estructuras ubicadas en el suelo, se utiliza un método simplificado. La superficie del piso y las paredes (en este caso, el piso se considera una continuación de la pared) a lo largo del suelo se divide en franjas de 2 m de ancho, paralelas a la unión de la pared exterior y la superficie del suelo.
El recuento de zonas comienza a lo largo de la pared desde el nivel del suelo, y si no hay paredes a lo largo del suelo, la zona I es la franja de piso más cercana a la pared exterior. Los siguientes dos carriles estarán numerados II y III, y el resto del piso será la zona IV. Además, una zona puede comenzar en la pared y continuar en el piso.
Un piso o una pared que no contiene capas aislantes hechas de materiales con un coeficiente de conductividad térmica de menos de 1.2 W / (m · ° C) se denominan no aislados. La resistencia a la transferencia de calor de dicho piso generalmente se denota por R np, m 2 · ° C / W. Para cada zona del piso no aislado, se proporcionan valores estándar de la resistencia a la transferencia de calor:
- zona I - RI = 2,1 m 2 ° C / W;
- zona II - RII = 4,3 m 2 ° C / W;
- zona III - RIII = 8,6 m 2 ° С / W;
- zona IV - RIV = 14,2 m 2 ° С / W.
Si hay capas aislantes en la estructura del piso ubicadas en el suelo, se denomina aislado, y su resistencia a la transferencia de calor R pack, m 2 ° C / W, está determinada por la fórmula:
Paquete R = R np + R us1 + R us2 ... + R usn
Donde R np es la resistencia a la transferencia de calor del área considerada del piso no aislado, m 2 ° C / W;
R us - resistencia a la transferencia de calor de la capa aislante, m 2 · ° C / W;
Para un piso sobre troncos, la resistencia a la transferencia de calor Rl, m 2 · ° C / W, se calcula mediante la fórmula.
Anteriormente, calculamos la pérdida de calor del piso sobre el suelo para una casa de 6 m de ancho con un nivel de agua subterránea de 6 my +3 grados de profundidad.
Resultados y declaración del problema aquí -
También tomamos en cuenta la pérdida de calor hacia el aire de la calle y hacia el interior del suelo. Ahora separaré las moscas de las chuletas, es decir, realizaré el cálculo puramente en el suelo, excluyendo la transferencia de calor al aire exterior.
Realizaré cálculos para la opción 1 a partir del cálculo anterior (sin aislamiento). y las siguientes combinaciones de datos
1.GLV 6m, +3 en GWL
2.GLV 6m, +6 en GWL
3. GWL 4m, +3 en GWL
4. GWL 10m, +3 en GWL.
5. GWL 20m, +3 en GWL.
Así, cerraremos los temas relacionados con la influencia de la profundidad del nivel freático y el efecto de la temperatura sobre el nivel freático.
El cálculo, como antes, es estacionario, no tiene en cuenta las fluctuaciones estacionales y no tiene en cuenta el aire exterior en absoluto.
Las condiciones son las mismas. El suelo tiene Lambda = 1, paredes 310 mm Lambda = 0.15, piso 250 mm Lambda = 1.2.
Los resultados, como antes, son dos imágenes cada uno (isotermas y "IK") y numéricos: la resistencia a la transferencia de calor al suelo.
Los resultados numéricos:
1.R = 4.01
2.R = 4.01 (Todo está normalizado para la diferencia, de lo contrario no debería haber sido)
3.R = 3.12
4.R = 5.68
5.R = 6.14
Sobre los valores. Si los correlacionamos con la profundidad de GWL, obtenemos lo siguiente
4m. R / L = 0,78
6m. R / L = 0,67
10m. R / L = 0,57
20m. R / L = 0,31
R / L sería igual a uno (o más bien, el coeficiente inverso de conductividad térmica del suelo) para una casa infinitamente grande, pero en nuestro caso las dimensiones de la casa son comparables a la profundidad a la que se llevan a cabo las pérdidas de calor y la menor la casa es en comparación con la profundidad, menor debe ser esta relación.
La dependencia de R / L resultante debería depender de la relación entre el ancho de la casa y el GWL (B / L), más, como ya se mencionó, en B / L-> infinito R / L-> 1 / Lambda.
En total, existen los siguientes puntos para una casa infinitamente larga:
L / B | R * Lambda / L
0 | 1
0,67 | 0,78
1 | 0,67
1,67 | 0,57
3,33 | 0,31
Esta dependencia está bien aproximada por la exponencial (ver el gráfico en el comentario).
Además, el exponente se puede escribir de una manera más simple sin mucha pérdida de precisión, es decir
R * Lambda / L = EXP (-L / (3B))
Esta fórmula en los mismos puntos da los siguientes resultados:
0 | 1
0,67 | 0,80
1 | 0,72
1,67 | 0,58
3,33 | 0,33
Esos. error dentro del 10%, es decir Muy satisfactorio.
Por lo tanto, para una casa infinita de cualquier ancho y para cualquier GWL en el rango considerado, tenemos una fórmula para calcular la resistencia a la transferencia de calor en GWL:
R = (L / Lambda) * EXP (-L / (3B))
aquí L es la profundidad del nivel del agua subterránea, Lambda es la conductividad térmica del suelo, B es el ancho de la casa.
La fórmula es aplicable en el rango de L / 3B de 1,5 a aproximadamente infinito (alto GWL).
Si usamos la fórmula para niveles de agua subterránea más profundos, entonces la fórmula da un error significativo, por ejemplo, para 50 m de profundidad y 6 m de ancho de la casa, tenemos: R = (50/1) * exp (-50/18) = 3.1, que obviamente es demasiado pequeño.
¡Tengan todos un buen día!
Conclusiones:
1. Un aumento en la profundidad del nivel freático no conduce a una disminución correspondiente en la pérdida de calor al agua subterránea, ya que se trata de una cantidad cada vez mayor de suelo.
2. Al mismo tiempo, los sistemas con un GWL de tipo 20m y más nunca pueden ir al hospital recibidos en el cálculo durante la "vida" de la casa.
3. R en el suelo no es tan grande, está en el nivel de 3-6, por lo que la pérdida de calor en el suelo a lo largo del suelo es muy significativa. Esto es consistente con el resultado obtenido anteriormente sobre la ausencia de una gran reducción en la pérdida de calor al aislar una cinta o un área ciega.
4. Se ha derivado una fórmula de los resultados, úsela para la salud (bajo su propio riesgo y riesgo, naturalmente, le pido que sepa de antemano que no soy responsable de la confiabilidad de la fórmula y otros resultados y su aplicabilidad en práctica).
5. Sigue de una pequeña investigación llevada a cabo a continuación en el comentario. La pérdida de calor en el exterior reduce la pérdida de calor al suelo. Esos. Es incorrecto considerar los dos procesos de transferencia de calor por separado. Y al aumentar la protección contra el calor de la calle, aumentamos la pérdida de calor al suelo. y así queda claro por qué el efecto de calentar el contorno de la casa previamente obtenido no es tan significativo.
Metodología para calcular la pérdida de calor de las instalaciones y el procedimiento para su implementación (ver SP 50.13330.2012 Protección térmica de edificios, párrafo 5).
La casa pierde calor a través de las estructuras de cerramiento (paredes, techos, ventanas, techo, cimientos), ventilación y alcantarillado. Las principales pérdidas de calor pasan por las estructuras de cerramiento: entre el 60 y el 90% de todas las pérdidas de calor.
En cualquier caso, se debe tener en cuenta la pérdida de calor para todas las estructuras del tipo de cerramiento que están presentes en la habitación calentada.
En este caso, no es necesario tener en cuenta las pérdidas de calor que se llevan a cabo a través de las estructuras internas, si la diferencia de su temperatura con la temperatura en las habitaciones vecinas no supera los 3 grados centígrados.
Pérdida de calor a través de estructuras de cerramiento.
Las pérdidas de calor de los locales dependen principalmente de:
1 Diferencias de temperatura dentro y fuera de la casa (cuanto mayor es la diferencia, mayores son las pérdidas),
2 Propiedades de protección contra el calor de paredes, ventanas, puertas, revestimientos, suelos (las denominadas estructuras de cerramiento de la habitación).
Las estructuras de cercado generalmente no son homogéneas en estructura. Y normalmente constan de varias capas. Ejemplo: pared de concha = yeso + concha + decoración exterior. Esta estructura también puede incluir espacios de aire cerrados (ejemplo: cavidades dentro de ladrillos o bloques). Los materiales anteriores tienen diferentes características térmicas. La principal característica de una capa de estructura es su resistencia a la transferencia de calor R.
Donde q es la cantidad de calor que pierde un metro cuadrado de la superficie envolvente (generalmente medido en W / m2)
ΔT es la diferencia entre la temperatura dentro de la habitación calculada y la temperatura del aire exterior (la temperatura del período de cinco días más frío ° C para la región climática en la que se encuentra el edificio calculado).
Básicamente, se toma la temperatura interna de las habitaciones. Local residencial 22 ° C. No residencial 18 оС. Zonas de tratamiento de agua 33 ° C.
Cuando se trata de una estructura multicapa, las resistencias de las capas de la estructura se suman.
δ - espesor de capa, m;
λ es el coeficiente calculado de conductividad térmica del material de la capa de estructura, teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento de las estructuras de cerramiento, W / (m2 оС).
Bueno, hemos resuelto los datos básicos necesarios para el cálculo.
Entonces, para calcular las pérdidas de calor a través de estructuras de cerramiento, necesitamos:
1. Resistencia a la transferencia de calor de las estructuras (si la estructura es multicapa, entonces Σ R capas)
2. La diferencia entre la temperatura en la sala de cálculo y la exterior (temperatura del período de cinco días más frío ° C). ΔT
3. Área de cercado F (paredes separadas, ventanas, puertas, techo, piso)
4. La orientación del edificio en relación con los puntos cardinales también es útil.
La fórmula para calcular la pérdida de calor por una cerca se ve así:
Qlim = (ΔT / Rlim) * Flim * n * (1 + ∑b)
Qlim - pérdida de calor a través de estructuras de cerramiento, W
Rlim - resistencia a la transferencia de calor, m2 ° C / W; (Si hay varias capas, entonces ∑ capas Rlim)
Fogr - área de la estructura de cerramiento, m;
n es el coeficiente de contacto de la estructura envolvente con el aire exterior.
| Muros | Coeficiente n |
| 1. Paredes y revestimientos externos (incluso ventilados con aire exterior), pisos del ático (con techos hechos de materiales en piezas) y sobre entradas de vehículos; techos sobre subterráneos fríos (sin muros de cerramiento) en la zona norte de construcción y climática | |
| 2. Techos sobre sótanos fríos que se comunican con el aire exterior; pisos del ático (con un techo hecho de materiales en rollo); techos sobre fríos (con muros de cerramiento) subterráneos y pisos fríos en la zona norte de construcción y climática | 0,9 |
| 3. Superposición sobre sótanos sin calefacción con tragaluces en las paredes | 0,75 |
| 4. Techos sobre sótanos sin calefacción sin tragaluces en las paredes, ubicados sobre el nivel del suelo | 0,6 |
| 5. Superposición sobre subterráneos técnicos sin calefacción ubicados por debajo del nivel del suelo | 0,4 |
Las pérdidas de calor de cada estructura envolvente se cuentan por separado. La cantidad de pérdida de calor a través de las estructuras de cerramiento de toda la habitación será la suma de las pérdidas de calor a través de cada estructura de cerramiento de la habitación.
Cálculo de la pérdida de calor a través del suelo.
Piso no aislado en el suelo
Por lo general, la pérdida de calor del piso en comparación con indicadores similares de otras envolventes de edificios (paredes externas, aberturas de ventanas y puertas) se supone a priori insignificante y se tiene en cuenta en los cálculos de los sistemas de calefacción de forma simplificada. Dichos cálculos se basan en un sistema simplificado de contabilidad y coeficientes de corrección para la resistencia a la transferencia de calor de varios materiales de construcción.
Si tenemos en cuenta que la fundamentación teórica y la metodología para calcular la pérdida de calor de una planta baja se desarrollaron hace mucho tiempo (es decir, con un gran margen de diseño), podemos hablar con seguridad sobre la aplicabilidad práctica de estos enfoques empíricos en la actualidad. condiciones. La conductividad térmica y los coeficientes de transferencia de calor de varios materiales de construcción, calentadores y revestimientos para pisos son bien conocidos, y no se requieren otras características físicas para calcular la pérdida de calor a través del piso. Según sus características térmicas, los pisos generalmente se dividen en aislados y no aislados, estructuralmente: pisos en el suelo y troncos.
El cálculo de la pérdida de calor a través de un piso no aislado en el suelo se basa en la fórmula general para evaluar la pérdida de calor a través de la envolvente del edificio:
donde Q- pérdida de calor principal y adicional, W;
PERO- área total de la estructura de cerramiento, m2;
televisor , tн- temperatura dentro de la habitación y aire exterior, оС;
β - la proporción de pérdidas de calor adicionales en el total;
norte- factor de corrección, cuyo valor está determinado por la ubicación de la estructura de cerramiento;
Ro- resistencia a la transferencia de calor, m2 ° С / W.
Tenga en cuenta que en el caso de un solapamiento homogéneo de piso de una sola capa, la resistencia a la transferencia de calor R® es inversamente proporcional al coeficiente de transferencia de calor del material de piso no aislado en el suelo.
Al calcular la pérdida de calor a través de un piso no aislado, se utiliza un enfoque simplificado, en el que el valor (1+ β) n = 1. Se acostumbra producir pérdida de calor a través del piso dividiendo en zonas el área de transferencia de calor. Esto se debe a la heterogeneidad natural de los campos de temperatura del suelo debajo del piso.
La pérdida de calor del piso no aislado se determina por separado para cada zona de dos metros, cuya numeración comienza desde la pared exterior del edificio. En total, se acostumbra tener en cuenta cuatro de estas franjas con un ancho de 2 m, considerando que la temperatura del suelo en cada zona es constante. La cuarta zona incluye toda la superficie del piso no aislado dentro de los límites de las tres primeras tiras. Se toma la resistencia a la transferencia de calor: para la 1ª zona R1 = 2,1; para el 2º R2 = 4,3; respectivamente para el tercer y cuarto R3 = 8.6, R4 = 14.2 m2 * оС / W.
Figura 1. Zonificación de la superficie del piso en el suelo y paredes empotradas adyacentes al calcular la pérdida de calor
En el caso de habitaciones empotradas con una base de piso sin pavimentar: el área de la primera zona adyacente a la superficie de la pared se tiene en cuenta en los cálculos dos veces. Esto es bastante comprensible, ya que las pérdidas de calor del piso se resumen con las pérdidas de calor en las estructuras de cerramiento verticales adyacentes del edificio.
El cálculo de la pérdida de calor a través del piso se realiza para cada zona por separado, y los resultados obtenidos se resumen y se utilizan para la justificación de la ingeniería térmica del proyecto de construcción. El cálculo de las zonas de temperatura de las paredes exteriores de las habitaciones empotradas se realiza de acuerdo con fórmulas similares a las dadas anteriormente.
En los cálculos de pérdida de calor a través de un piso aislado (y se considera como tal si su estructura contiene capas de material con una conductividad térmica inferior a 1.2 W / (m ° C)), el valor de la resistencia a la transferencia de calor de un suelo no aislado en el suelo aumenta en cada caso por la resistencia a la transferencia de calor de la capa aislante:
Ru.s = δs / λs,
donde δу.с- espesor de la capa aislante, m; λw.s- conductividad térmica del material de la capa aislante, W / (m ° C).
Para calcular la pérdida de calor a través del piso y el techo, necesita los siguientes datos:
- Las dimensiones de la casa son de 6 x 6 metros.
- Los pisos son de tablero canteado, ranurado con un espesor de 32 mm, enfundado con tablero de aglomerado de 0.01 m de espesor, aislado con aislamiento de lana mineral de 0.05 m de espesor. Debajo de la casa hay un subterráneo para el almacenamiento de verduras y conservación. En invierno, la temperatura media en el subsuelo es de + 8 ° C.
- Techo: los techos están hechos de paneles de madera, los techos están aislados del lado del ático con una capa de aislamiento de lana mineral de 0,15 metros de espesor, con una capa de impermeabilización al vapor. El ático no está aislado.
Cálculo de la pérdida de calor a través del suelo.
R tableros = B / K = 0.032 m / 0.15 W / mK = 0.21 m²x ° C / W, donde B es el espesor del material, K es el coeficiente de conductividad térmica.
R dsp = B / K = 0,01 m / 0,15 W / mK = 0,07 m² x ° C / W
R aislamiento térmico = B / K = 0,05 m / 0,039 W / mK = 1,28 m2x ° C / W
El valor total del piso R = 0.21 + 0.07 + 1.28 = 1.56 m2x ° C / W
Teniendo en cuenta que en el subsuelo la temperatura en invierno se mantiene constantemente en aproximadamente + 8 ° C, entonces el dT requerido para calcular la pérdida de calor es 22-8 = 14 grados. Ahora tenemos todos los datos para calcular la pérdida de calor a través del suelo:
Piso Q = SхdT / R = 36 m2х14 grados / 1.56 m2х ° С / W = 323.07 Wh (0.32 kWh)
Cálculo de la pérdida de calor a través del techo.
El área del techo es la misma que la del piso S techo = 36 m 2
Al calcular la resistencia térmica del techo, no tenemos en cuenta los paneles de madera, porque no tienen una conexión estrecha entre sí y no actúan como aislantes térmicos. Por tanto, la resistencia térmica del techo:
R techo = R aislamiento = espesor del aislamiento 0,15 m / conductividad térmica del aislamiento 0,039 W / mK = 3,84 m2 x ° C / W
Calculamos la pérdida de calor a través del techo:
Q del techo = SхdT / R = 36 m2х52 grados / 3.84 m2х ° С / W = 487.5 Wh (0.49 kWh)
La esencia de los cálculos térmicos de los locales, en diversos grados, ubicados en el suelo, se reduce a determinar la influencia del "frío" atmosférico en su régimen térmico, o más bien, en qué medida un determinado suelo aísla una habitación determinada de los efectos de la temperatura atmosférica. . Porque las propiedades de aislamiento térmico del suelo dependen de demasiados factores, entonces se adoptó la llamada técnica de 4 zonas. Se basa en la simple suposición de que cuanto más gruesa es la capa de suelo, mayores son sus propiedades de aislamiento térmico (en mayor medida, se reduce la influencia de la atmósfera). La distancia más corta (vertical u horizontalmente) a la atmósfera se divide en 4 zonas, 3 de las cuales tienen un ancho (si es un piso a lo largo del suelo) o una profundidad (si son paredes a lo largo del suelo) de 2 metros, y el cuarto tiene estas características iguales al infinito. A cada una de las 4 zonas se le asignan sus propias propiedades de aislamiento térmico permanente de acuerdo con el principio: cuanto más lejos esté la zona (cuanto mayor sea su número de serie), menor será la influencia de la atmósfera. Omitiendo el enfoque formalizado, podemos sacar una simple conclusión de que cuanto más alejado está un punto de la habitación de la atmósfera (con una multiplicidad de 2 m), más favorables son las condiciones (desde el punto de vista de la influencia de la atmósfera). estarán.
Por lo tanto, el recuento de zonas condicionales comienza a lo largo de la pared desde el nivel del suelo, siempre que haya paredes a lo largo del suelo. Si no hay paredes a lo largo del suelo, entonces la primera zona será la franja de piso más cercana a la pared exterior. Además, las zonas 2 y 3 están numeradas de 2 metros de ancho. La zona restante es la zona 4.
Es importante considerar que una zona puede comenzar en la pared y terminar en el piso. En este caso, debe tener especial cuidado al realizar cálculos.
Si el piso no está aislado, los valores de las resistencias de transferencia de calor del piso no aislado por zonas son:
zona 1 - R n.p. = 2,1 m2 * C / W
zona 2 - R n.p. = 4,3 m2 * C / W
zona 3 - R n.p. = 8,6 m2 * C / W
zona 4 - R n.p. = 14,2 m2 * C / W
Para calcular la resistencia a la transferencia de calor para pisos aislados, puede usar la siguiente fórmula:
- resistencia a la transferencia de calor de cada zona del piso no aislado, m2 * C / W;
- espesor de aislamiento, m;
- coeficiente de conductividad térmica del aislamiento, W / (m * C);