Cálculo de la pérdida de calor del suelo en la calculadora de suelo. Requisitos técnicos de pisos y normas para su diseño, instalación, aceptación, operación y reparación en desarrollo. Observaciones y Conclusiones

Anteriormente, calculamos la pérdida de calor del piso sobre el terreno para una casa de 6 m de ancho con un nivel freático de 6 m y +3 grados de profundidad.
Resultados y declaración del problema aquí -
También se tuvieron en cuenta las pérdidas de calor hacia el aire exterior y hacia el interior de la tierra. 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 del cálculo anterior (sin aislamiento). y las siguientes combinaciones de datos
1. UGV 6m, +3 en UGV
2. UGV 6m, +6 en UGV
3. UGV 4m, +3 en UGV
4. UGV 10m, +3 en UGV.
5. UGV 20m, +3 en UGV.
Así, cerraremos los temas relacionados con la influencia de la profundidad GWL y la influencia de la temperatura en la GWL.
El cálculo, como antes, es estacionario, no tiene en cuenta las fluctuaciones estacionales y, en general, no tiene en cuenta el aire exterior.
Las condiciones son las mismas. El suelo tiene Lamda=1, paredes 310mm Lamda=0,15, suelo 250mm Lamda=1,2.

Los resultados, como antes, en dos cuadros (isotermas e "IR"), y numérico - resistencia a la transferencia de calor en el suelo.

Los resultados numéricos:
1.R=4.01
2. R = 4,01 (Todo está normalizado por la diferencia, de lo contrario no debería haberlo sido)
3.R=3.12
4.R=5.68
5.R=6.14

Sobre los tamaños. Si los correlacionamos con la profundidad GWL, obtenemos lo siguiente
4m. R/L=0,78
6 metros R/L=0,67
10 m. R/L=0,57
20 m. R/L=0,31
R/L sería igual a uno (o mejor dicho, el coeficiente inverso de la 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 realizan las pérdidas de calor y que casa más pequeña en comparación con la profundidad, menor debe ser esta relación.

La dependencia resultante R / L debería depender de la relación entre el ancho de la casa y el nivel freático (B / L), más, como ya se mencionó, con B / L-> infinito R / L-> 1 / Lamda.
En total, existen los siguientes puntos para una casa infinitamente larga:
B/B | R*lamda/L
0 | 1
0,67 | 0,78
1 | 0,67
1,67 | 0,57
3,33 | 0,31
Esta dependencia está bien aproximada por una exponencial (ver el gráfico en los comentarios).
Además, el exponente se puede escribir de una manera más simple sin mucha pérdida de precisión, a saber
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 la GWL:
R=(L/lamda)*EXP(-L/(3B))
aquí L es la profundidad de la GWL, Lamda es la conductividad térmica del suelo, B es el ancho de la casa.
La fórmula es aplicable en el rango L/3B de 1,5 a aproximadamente infinito (alta GWL).

Si usa la fórmula para niveles de agua subterránea más profundos, entonces la fórmula da un error significativo, por ejemplo, para una casa de 50 m de profundidad y 6 m de ancho, 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 GWL no conduce a una disminución constante en la pérdida de calor hacia las aguas subterráneas, ya que se trata de una cantidad cada vez mayor de suelo.
2. Al mismo tiempo, los sistemas con una GWL del tipo de 20 mo más nunca pueden llegar al hospital, lo que se calcula 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 cuando se aísla la cinta o el área ciega.
4. Se ha derivado una fórmula de los resultados, utilícela para su salud (bajo su propio riesgo y riesgo, por supuesto, le pido que sepa de antemano que no soy responsable de la confiabilidad de la fórmula y otros resultados y su aplicabilidad en la práctica).
5. Se deriva de un pequeño estudio realizado a continuación en el comentario. La pérdida de calor hacia la calle reduce la pérdida de calor hacia el suelo. Esos. Es incorrecto considerar dos procesos de transferencia de calor por separado. Y al aumentar la protección térmica 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, obtenido antes, no es tan significativo.

Ejemplos de cálculo de la resistencia de un piso con una base de hormigón

Ejemplo 1

Se requiere determinar el espesor de la base de hormigón en el paso del almacén. Revestimiento de suelo, hormigón, espesor h 1 = 2,5 cm Carga de piso - de automóviles MAZ-205; suelo base - franco. El agua subterránea está ausente.

Para el vehículo MAZ-205, que tiene dos ejes con una carga por rueda de 42 kN, la carga por rueda calculada según la fórmula ( 6 ):

R p \u003d 1,2 42 \u003d 50,4 kN

El área de la pista de ruedas del MAZ-205 es de 700 cm 2

Según la fórmula ( 5 ) calculamos:

r = D/2 = 30/2 = 15cm

Según la fórmula ( 3 ) r p \u003d 15 + 2,5 \u003d 17,5 cm

2. Para suelos arcillosos de la base en ausencia de aguas subterráneas según Tabla. 2.2

PARA 0 \u003d 65 N / cm 3:

Para la capa subyacente, tomaremos concreto en términos de resistencia a la compresión B22.5. Luego, en el área de paso en el almacén, donde no hay papelería Equipo tecnológico(según el párr. 2.2 grupo I), cuando se cargan desde vehículos sin orugas según tabla. 2.1 Rδt = 1,25 MPa, mi b = 28500 MPa.

3. σ R. La carga del coche, según el párr. 2.4 , es la carga forma simple y se transmite a lo largo de la traza de una forma redonda. Por lo tanto, el momento de flexión calculado está determinado por la fórmula ( 11 ). Según el párr. 2.13 preguntemos aproximadamente h\u003d 10 cm Luego, según p. 2.10 aceptar yo= 44,2 cm Para ρ = r R / yo\u003d 17.5 / 44.2 \u003d 0.395 según la tabla. 2.6 encontrar k 3 = 103,12. Según la fórmula ( 11 ): METRO p = PARA 3 · R p \u003d 103.12 50.4 \u003d 5197 N cm / cm. Según la fórmula ( 7 ) calcule las tensiones en la placa:

Tensión en espesor de losa h= 10 cm excede la resistencia de diseño Rδt = 1,25 MPa. De acuerdo con el párr. 2.13 Repitamos el cálculo preguntando gran valor h= 12 cm, entonces yo= 50,7 cm; p = r R / yo = 17,5/50,7 = 0,345; PARA 3 = 105,2; METRO R= 105,2 50,4 = 5302 N cm / cm

Recibió σ R= 1,29 MPa difiere de la resistencia de diseño Rδt = 1,25 MPa (ver tab. 2.1 ) en menos del 5%, por lo tanto, aceptamos la capa subyacente de hormigón en términos de resistencia a la compresión clase B22.5 con un espesor de 12 cm.

Ejemplo 2

Para talleres mecánicos, se requiere determinar el espesor de la sub-base de concreto utilizada como piso sin recubrimiento ( h 1 = 0 cm). Carga de piso - de la máquina de pesaje PAGS pags= 180 kN, colocado directamente sobre la capa subyacente, se distribuye uniformemente a lo largo de la pista en forma de un rectángulo que mide 220 × 120 cm No hay requisitos especiales para la deformación de la base. El suelo base es arena fina, situada en la zona de ascenso capilar de las aguas subterráneas.

1. Determinemos los parámetros de diseño.

Longitud de vía estimada según par. 2.5 y de acuerdo con la fórmula ( 1 ) a p \u003d a \u003d 220 cm Ancho de vía estimado según la fórmula ( 2 ) b p = b = 120 cm Para el suelo base de arena fina ubicado en la zona de ascenso capilar de aguas subterráneas, según Tabla. 2.2 k 0 \u003d 45 N / cm 3. Para la capa subyacente, tomaremos hormigón en términos de resistencia a la compresión clase B22.5. Luego, en talleres mecánicos, donde se instalan equipos tecnológicos estacionarios en los pisos sin requisitos especiales para la deformación de la base (según el párrafo 1 del art. 2.2 grupo II), con carga fija según tabla. 2.1 Rδt = 1,5 MPa, mi b = 28500 MPa.

2. Determinar la tensión de tracción en el hormigón de la losa durante la flexión σ R. La carga se transfiere a lo largo del camino. forma rectangular y, según el párr. 2.5 , es una carga de forma sencilla.

Por lo tanto, el momento de flexión calculado está determinado por la fórmula ( 9 ). Según el párr. 2.13 preguntemos aproximadamente h\u003d 10 cm Luego, según p. 2.10 aceptar yo= 48,5 cm.

Teniendo en cuenta α = a p / yo= 220/48.5 = 4.53 y β = b p / yo\u003d 120 / 48.5 \u003d 2.47 según la tabla. 2.4 encontrar PARA 1 = 20,92.

Según la fórmula ( 9 ): METRO p = PARA una · R p \u003d 20.92 5180 \u003d 3765.6 N cm / cm.

Según la fórmula ( 7 ) calcule la tensión en la placa:

Tensión en espesor de losa h= 10 cm significativamente menor Rδt = 1,5 MPa. De acuerdo con el párr. 2.13 Recalculemos y mantengamos h\u003d 10 cm, encontramos una marca inferior de hormigón de la losa de la capa subyacente, en la que σ R » Rδt. Tomemos concreto de clase B15 para resistencia a la compresión, para lo cual Rδt = 1,2 MPa, mi b = 23000 MPa.

Luego yo= 46,2cm; α = un p / yo= 220/46.2 = 4.76 y β = b p / yo= 120/46,2 = 2,60; según la tabla 2.4 PARA 1 = 18,63;. METRO R\u003d 18.63 180 \u003d 3353.4 N cm / cm.

El esfuerzo de tracción resultante en una losa de hormigón de clase de resistencia a compresión B15 es menor Rδt = 1,2 MPa. Tomemos la capa subyacente de hormigón de la clase de resistencia a la compresión B15 con un espesor h= 10 cm.

Ejemplo 3

Se requiere determinar el espesor del subsuelo de concreto en el taller de máquinas bajo cargas de máquinas de línea automatizada y vehículos ZIL-164. El diseño de las cargas se muestra en la fig. 1 en", 1 en"", 1 en """. El centro de la huella de la rueda del vehículo está a 50 cm del borde de la huella de la máquina. Peso de la máquina en condiciones de trabajo R R= 150 kN se distribuye uniformemente sobre el área de una pista rectangular de 260 cm de largo y 140 cm de ancho.

El revestimiento del suelo es la superficie endurecida de la capa subyacente. El suelo base es franco arenoso. La base está situada en la zona de ascenso capilar de las aguas subterráneas.

Definamos los parámetros calculados.

Para el automóvil ZIL-164, que tiene dos ejes con una carga por rueda de 30,8 kN, la carga por rueda calculada según la fórmula ( 6 ):

R R= 1,2 30,8 = 36,96 kN

El área de la pista de ruedas del ZIL-164 es de 720 cm 2

Según el párr. 2.5

r R = r = D/2 = 30/2 = 15cm

Para suelo franco arenoso de la base, situado en la zona de ascenso capilar de aguas subterráneas, según Tabla. 2.2 PARA 0 \u003d 30 N / cm 3. Para la capa subyacente, tomaremos hormigón de la clase de resistencia a la compresión B22.5. Luego para el taller de maquinaria, donde se instala una línea automatizada en los pisos (según el párrafo 2.2 grupo IV), con la acción simultánea de cargas fijas y dinámicas según Tabla. 2.1 Rδt = 0,675 MPa, mi B= 28500 MPa.

Preguntemos más o menos h\u003d 10 cm, luego según p. 2.10 aceptar yo= 53,6 cm En este caso, la distancia desde el centro de gravedad de la huella de la rueda del automóvil hasta el borde de la huella de la máquina es de 50 cm l = 321,6 cm, es decir según el párr. 2.4 Las cargas que actúan sobre el piso son cargas complejas.

De acuerdo con el párr. 2.17 establezca la posición de los centros de cálculo en los centros de gravedad de la traza de la máquina (O 1) y la rueda del automóvil (O 2). A partir del esquema de carga (Fig. 1 c") se deduce que para el centro de cálculo O 1 no está claro qué dirección del eje OS debe establecerse. Por lo tanto, definimos el momento flector como con la dirección del eje OS paralela al lado largo de la traza de la máquina (Higo. 1 c"), y perpendicular a este lado (Fig. 1 en""). Para el centro de cálculo O 2, tomaremos la dirección del OS a través de los centros de gravedad de las huellas de la máquina y la rueda del automóvil (Fig. 1 en""").

Cálculo 1 Determinar el esfuerzo de tracción en el hormigón de la losa durante la flexión. σ R para el centro de cálculo O 1 cuando el OS se dirige paralelo al lado largo de la pista de la máquina (Fig. 1 c"). En este caso, la carga de la máquina con trazo rectangular se refiere a una carga de tipo simple. Para el trazo de la máquina según p. 2.5 sin revestimiento de suelo h 1 \u003d 0 cm) a p \u003d a \u003d 260 cm; b p \u003d b \u003d 140 cm.

Teniendo en cuenta los valores α = a р / yo= 260/53.6 = 4.85 y β = b p / yo\u003d 140 / 53.6 \u003d 2.61 según la tabla. 2.4 encontrar k 1 = 18,37.

para maquina R 0 = R R= 150 kN según pág. 2.14 determinado por la fórmula ( 9 ):

METRO p = PARA una · R p \u003d 18.37 150 \u003d 27555.5 N cm / cm.

Coordenadas del centro de gravedad de la huella de la rueda del coche: x I= 120 cm y y I= 0 cm.

Teniendo en cuenta las proporciones x I /yo= 120/53,6 = 2,24 y y I /yo\u003d 0 / 53.6 \u003d 0 según la tabla. 2.7 encontrar PARA 4 = -20,51.

Momento de flexión en el centro de cálculo O 1 de la rueda del coche según la fórmula ( 14 ):

METRO I\u003d -20.51 36.96 \u003d -758.05 N cm / cm.

13 ):

METRO pag yo = METRO 0 + Σ METRO I= 2755,5 - 758,05 = 1997,45 N cm/cm

7 ):

Cálculo 2 Determinar el esfuerzo de tracción en el hormigón de la losa durante la flexión. σ R II para el centro de liquidación O 1 cuando el OS se dirige perpendicularmente al lado largo de la traza de la máquina (Fig. 1 en""). Dividimos el área de la huella de la máquina en áreas elementales de acuerdo con el párrafo 1. 2.18 . Compatible con cámara de compensación O 1 centro de gravedad del area elemental forma cuadrada con longitud lateral a p \u003d b p \u003d 140 cm.

Definamos cargas R I por área elemental según la fórmula ( 15 ), para lo cual primero determinamos el área de la huella de la máquina F\u003d 260 140 \u003d 36400 cm 2;

Para determinar el momento flector METRO 0 de carga R 0 se calcula para una plataforma elemental de forma cuadrada con el centro de gravedad en el centro de cálculo O 1 valores α = β = a p / yo= segundo p / yo\u003d 140 / 53.6 \u003d 2.61 y tomándolos en cuenta según la tabla. 2.4 encontrar k 1=36,0; de acuerdo con las instrucciones de 2.14 y fórmula ( 9 ) calculamos:

METRO 0 = PARA una · R 0 \u003d 36.0 80.8 \u003d 2908.8 N cm / cm.

METRO I, de cargas situadas fuera del centro de cálculo O 1 . Los datos calculados se dan en la tabla. 2.10 .

Tabla 2.10

Datos calculados con el centro de cálculo O 1 y la dirección del eje y perpendicular al lado largo de la traza de la máquina


I

X I

y I

X I /yo

y I /yo

PARA 4 según la tabla. 2.7

PAGS I, kN

norte I número de cargas

METRO I = norte I · PARA 4 · PAGS I

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 METRO I= -829,0 Ncm/cm

Momento flector estimado de la rueda del automóvil y la máquina según la fórmula ( 13 ):

METRO p II = METRO 0 + Σ METRO I= 2908,8 - 829,0 = 2079,8 Ncm/cm

Esfuerzo de tracción en la placa durante la flexión según la fórmula ( 7 ):

Cálculo 3 Determinar el esfuerzo de tracción en el hormigón de la losa durante la flexión. σ R tercero para el centro de asentamiento O 2 (Fig. 1 en """). Divida el área de la huella de la máquina en áreas elementales de acuerdo con la p. 2.18 . Definamos cargas R I por área elemental, según la fórmula ( 15 ).

Determinemos el momento de flexión a partir de la carga creada por la presión de la rueda del automóvil, para lo cual encontramos ρ = r R / yo= 15/53,6 = 0,28; según la tabla 2.6 encontrar PARA 3 = 112,1. Según la fórmula ( 11 ):METRO 0 = PARA 3 · R p \u003d 112.1 36.96 \u003d 4143.22 N cm / cm.

Determinemos el momento flector total Σ METRO I de cargas ubicadas fuera del centro de liquidación O 2 . Los datos calculados se dan en la tabla. 2.11 .

Tabla 2.11

Datos de cálculo con centro de liquidación O 2


I

X I

y I

X I /yo

y I /yo

PARA 4 según la tabla. 2.7

PAGS I, kN

norte I número de cargas

METRO I = norte I · PARA 4 · PAGS I

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 METRO I= 249,7 N cm/cm

Momento flector estimado de la rueda del automóvil y la máquina según la fórmula ( 13 ):

METRO p III = METRO 0 + Σ METRO I= 4143,22 + 249,7 = 4392,92 N cm/cm

Esfuerzo de tracción en la placa durante la flexión según la fórmula ( 7 ):

más Rδt = 0.675 MPa, por lo que repetimos el cálculo, estableciendo un valor grande h. Realizaremos el cálculo solo de acuerdo con el esquema de carga con el centro de cálculo O 2 , para el cual el valor σ R tercero en el primer cálculo resultó ser el más grande.

Para el recálculo, establecemos tentativamente h\u003d 19 cm, luego según p. 2.10 aceptar yo= 86,8 cm; p = r R / yo =15/86,8 = 0,1728; PARA 3 = 124,7; METRO 0 = PARA 3 · R pags\u003d 124.7 36.96 \u003d 4608.9 N cm / cm.

Determinemos el momento de flexión total de las cargas ubicadas fuera del centro de cálculo O 2 . Los datos calculados se dan en la tabla. 2.12 .

Tabla 2.12

Datos calculados para recálculo


I

X I

y I

X I /yo

y I /yo

PARA 4 según la tabla. 2.7

PAGS I, kN

norte I número de cargas

METRO I = norte I · PARA 4 · PAGS I

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 METRO I= 2347,84 N cm/cm.

METRO pag= METRO 0 + Σ METRO I= 4608,9 + 2347,84 = 6956,82 Ncm/cm

Esfuerzo de tracción en la placa durante la flexión según la fórmula ( 7 ):

valor recibido σ R= 0,67 MPa difiere de Rδt = 0,675 MPa en menos del 5%. Aceptamos la capa subyacente de hormigón de la clase de resistencia a la compresión B22.5 con un espesor h= 19 cm.

Las pérdidas de calor por el suelo situado en el suelo se calculan por zonas según. Para ello, la superficie del suelo se divide en franjas de 2 m de ancho, paralelas a las paredes exteriores. El carril más cercano a pared exterior, designe la primera zona, las siguientes dos tiras, la segunda y la tercera zona, y el resto de la superficie del piso, la cuarta zona.

Al calcular la pérdida de calor sótanos el desglose en franjas en este caso se realiza desde el nivel del suelo a lo largo de la superficie de la parte subterránea de las paredes y más a lo largo del piso. Las resistencias de transferencia de calor condicionales para zonas en este caso se aceptan y calculan de la misma manera que para un piso aislado en presencia de capas aislantes, que en este caso son las capas de la estructura de la pared.

El coeficiente de transferencia de calor K, W / (m 2 ∙ ° С) para cada zona del piso aislado en el suelo está determinado por la fórmula:

donde - la resistencia a la transferencia de calor del piso aislado en el suelo, m 2 ∙ ° С / W, se calcula mediante la fórmula:

= + Σ , (2.2)

donde está la resistencia a la transferencia de calor del piso no aislado de la i-ésima zona;

δ j es el espesor de la j-ésima capa de la estructura aislante;

λ j es el coeficiente de conductividad térmica del material que constituye la capa.

Para todas las áreas de un piso sin aislamiento, hay datos sobre la resistencia a la transferencia de calor, que se toman de acuerdo con:

2,15 m 2 ∙ ° С / W - para la primera zona;

4,3 m 2 ∙ ° С / W - para la segunda zona;

8,6 m 2 ∙ ° С / W - para la tercera zona;

14,2 m 2 ∙ ° С / W - para la cuarta zona.

En este proyecto, los pisos en el suelo tienen 4 capas. La estructura del piso se muestra en la Figura 1.2, la estructura de la pared se muestra en la Figura 1.1.

Ejemplo calculo termotecnico pisos ubicados en el suelo para la cámara de ventilación de la habitación 002:

1. La división en zonas de la cámara de ventilación se muestra convencionalmente en la Figura 2.3.

Figura 2.3. División en zonas de la cámara de ventilación.

La figura muestra que la segunda zona incluye parte de la pared y parte del piso. Por lo tanto, el coeficiente de resistencia a la transferencia de calor de esta zona se calcula dos veces.

2. Determinemos la resistencia a la transferencia de calor del piso aislado en el suelo, m 2 ∙ ° С / W:

2,15 + \u003d 4,04 m 2 ∙ ° С / W,

4,3 + \u003d 7,1 m 2 ∙ ° С / W,

4,3 + \u003d 7,49 m 2 ∙ ° С / W,

8,6 + \u003d 11,79 m 2 ∙ ° С / W,

14,2 + \u003d 17,39 m 2 ∙ ° С / W.