Calculadora de cálculo de la pérdida de calor del suelo al suelo. Pisos requisitos técnicos y normas para el diseño, instalación, aceptación, operación y reparación en desarrollo. Comentarios y conclusiones

Anteriormente, calculamos la pérdida de calor del piso a lo largo del suelo para una casa de 6 m de ancho con un nivel freático de 6 my +3 grados de profundidad.
Resultados y planteamiento del problema aquí:
También se tuvo 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. GWL 6m, +3 en GWL
2. GWL 6m, +6 en GWL
3. GWL 4m, +3 en GWL
4. GWL 10 m, +3 en GWL.
5. GWL 20 m, +3 en GWL.
Así, cerraremos las cuestiones relacionadas con la influencia de la profundidad del agua subterránea y la influencia de la temperatura sobre el agua subterránea.
El cálculo es, como antes, estacionario, sin tener en cuenta las fluctuaciones estacionales y, en general, sin tener en cuenta el aire exterior.
Las condiciones son las mismas. El suelo tiene Lyamda=1, paredes 310 mm Lyamda=0,15, suelo 250 mm Lyamda=1,2.

Los resultados, como antes, son dos imágenes (isotermas e "IR") y numéricas: la resistencia a la transferencia de calor al suelo.

Los resultados numéricos:
1.R=4,01
2. R=4.01 (Todo está normalizado por la diferencia, no debería haber sido de otra manera)
3.R=3,12
4.R=5,68
5.R=6,14

Respecto a las tallas. Si los correlacionamos con la profundidad del nivel freático, obtenemos lo siguiente
4m. R/L=0,78
6m. R/L=0,67
10 m. R/L=0,57
20 m. R/L=0,31
R/L sería igual a la unidad (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 produce la pérdida de calor y a qué casa mas pequeña En comparación con la profundidad, menor debería ser esta relación.

La relación R/L resultante debería depender de la relación entre el ancho de la casa y el nivel del suelo (B/L), más, como ya se dijo, para B/L->infinito R/L->1/Lamda.
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 se aproxima bien a una exponencial (ver gráfico en los comentarios).
Además, el exponente se puede escribir de forma más sencilla sin mucha pérdida de precisión, es decir
R*Lamda/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
Aquellos. error dentro del 10%, es decir Muy satisfactorio.

Por lo tanto, para una casa infinita de cualquier ancho y para cualquier nivel freático en el rango considerado, tenemos una fórmula para calcular la resistencia a la transferencia de calor en el nivel freático:
R=(L/Lamda)*EXP(-L/(3B))
aquí L es la profundidad del nivel freático, Lyamda es el coeficiente de conductividad térmica del suelo, B es el ancho de la casa.
La fórmula es aplicable en el rango L/3B desde 1,5 hasta aproximadamente infinito (GWL alto).

Si usamos la fórmula para niveles de agua subterránea más profundos, 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.

¡Que tengan un buen día todos!

Conclusiones:
1. Un aumento de la profundidad del nivel freático no conduce a una reducción correspondiente de la pérdida de calor hacia las aguas subterráneas, ya que se trata de una cantidad cada vez mayor de suelo.
2. Al mismo tiempo, es posible que los sistemas con un nivel freático de 20 mo más nunca alcancen el nivel estacionario recibido en el cálculo durante la "vida" de la casa.
3. R ​​​​en el suelo no es tan grande, está en el nivel 3-6, por lo que la pérdida de calor hacia el suelo a lo largo del suelo es muy significativa. Esto concuerda con el resultado obtenido anteriormente sobre la ausencia de una gran reducción en la pérdida de calor al aislar con cinta o zona ciega.
4. Una fórmula se deriva de los resultados, úsela para su salud (bajo su propio riesgo y riesgo, por supuesto, sepa de antemano que no soy de ninguna manera responsable de la confiabilidad de la fórmula y otros resultados y su aplicabilidad en práctica).
5. Se desprende 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. Aquellos. Es incorrecto considerar los dos procesos de transferencia de calor por separado. Y al aumentar la protección térmica desde la calle, aumentamos la pérdida de calor hacia el suelo. Y así queda claro por qué el efecto del aislamiento del contorno de la casa obtenido anteriormente no es tan significativo.

Ejemplos de cálculo de la resistencia de un piso con una capa subyacente de concreto.

Ejemplo 1

Es necesario determinar el espesor de la capa subyacente de hormigón en el paso del almacén. El revestimiento del suelo es de hormigón, grueso. h 1 = 2,5 cm Carga en el suelo - de vehículos MAZ-205; suelo de cimentación - franco. No hay agua subterránea.

Para un automóvil MAZ-205, que tiene dos ejes con una carga en las ruedas de 42 kN, la carga en las ruedas calculada se realiza según la fórmula ( 6 ):

Rð = 1,2·42 = 50,4 kN

El área de vía de las ruedas del automóvil MAZ-205 es de 700 cm 2

Según la fórmula ( 5 ) calculamos:

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

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

2. Para suelos de cimentación arcillosos en ausencia de agua subterránea según tabla. 2.2

A 0 = 65 N/cm3:

Para la capa subyacente tomaremos hormigón con una resistencia a la compresión de B22,5. Luego, en el área de paso del almacén, donde no se instalan equipos estacionarios en los pisos. Equipo tecnológico(según la cláusula 2.2 grupo I), con carga procedente de vehículos sin orugas según tabla. 2.1 Rδt = 1,25 MPa, mi b = 28500 MPa.

3. σ R. Carga desde el vehículo, según párrafo. 2.4 , es la carga tipo simple y se transmite a lo largo de un sendero circular. Por lo tanto, determinamos el momento flector calculado usando la fórmula ( 11 ). Según la cláusula 2.13 preguntemos aproximadamente h= 10 cm Luego según artículo. 2.10 aceptamos yo= 44,2 cm En ρ = r R/ yo= 17,5/44,2 = 0,395 según tabla. 2.6 lo encontraremos k 3 = 103,12. Según la fórmula ( 11 ): METRO pag = A 3 · R p = 103,12·50,4 = 5197 N·cm/cm. Según la fórmula ( 7 ) calcular la tensión en la losa:

Tensión en el espesor de la losa h= 10 cm excede la resistencia de diseño Rδt = 1,25 MPa. De conformidad con el párrafo. 2.13 Repitamos el cálculo, preguntando. gran valor h= 12 cm, entonces yo= 50,7 centímetros; ρ = r R/ yo = 17,5/50,7 = 0,345; A 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 tabla. 2.1 ) en menos del 5%, por lo que aceptamos una capa subyacente de hormigón con clase de resistencia a la compresión B22,5 y 12 cm de espesor.

Ejemplo 2

Para los talleres mecánicos se requiere determinar el espesor de la capa subyacente de hormigón utilizada como piso sin revestimiento ( h 1 = 0 cm). Carga en el suelo: por el peso de la máquina. PAG pag= 180 kN, colocado directamente sobre la capa subyacente, se distribuye uniformemente a lo largo de la vía en forma de un rectángulo de 220 x 120 cm, no existen requisitos especiales para la deformación de la base. El suelo base es arena fina, ubicada en la zona de subida capilar de las aguas subterráneas.

1. Determinemos los parámetros de diseño.

Longitud estimada del recorrido según párrafo. 2.5 y según la fórmula ( 1 ) а р = а = 220 cm Ancho calculado de la traza según la fórmula ( 2 ) b p = b = 120 cm Para un suelo de cimentación de arena fina ubicado en la zona de elevación capilar del agua subterránea, según tabla. 2.2 k 0 = 45 N/cm3. Para la capa subyacente utilizaremos hormigón de clase de resistencia a la compresión B22.5. Luego, en los talleres mecánicos, donde se instalan equipos tecnológicos estacionarios en los pisos sin requisitos especiales para la deformación de la base (según el párrafo. 2.2 grupo II), con carga estacionaria según tabla. 2.1 Rδt = 1,5 MPa, mi b = 28500 MPa.

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

Por lo tanto, determinamos el momento flector calculado usando la fórmula ( 9 ). Según la cláusula 2.13 preguntemos aproximadamente h= 10 cm Luego según artículo. 2.10 aceptamos yo= 48,5 cm.

Teniendo en cuenta α = a p / yo= 220/48,5 = 4,53 y β = bp/ yo= 120/48,5 = 2,47 según tabla. 2.4 lo encontraremos A 1 = 20,92.

Según la fórmula ( 9 ): METRO pag = A 1 · R p = 20,92·5180 = 3765,6 N·cm/cm.

Según la fórmula ( 7 ) calcular el voltaje en la losa:

Tensión en el espesor de la losa h= 10 cm significativamente menos Rδt = 1,5 MPa. De conformidad con el párrafo. 2.13 Realizamos el cálculo nuevamente y, guardando h= 10 cm, encontramos una calidad de hormigón inferior para la losa de la capa subyacente, en la que σ R » Rδt. Aceptaremos hormigón de clase de resistencia a la compresión B15, para lo cual Rδt = 1,2 MPa, mi b = 23000 MPa.

Entonces yo= 46,2 centímetros; α = a p / yo= 220/46,2 = 4,76 y β = bp/ yo= 120/46,2 = 2,60; según tabla 2.4 A 1 = 18,63;. METRO R= 18,63·180 = 3353,4 N·cm/cm.

La tensión de tracción resultante en una losa de hormigón de clase de resistencia a la compresión B15 es menor Rδt = 1,2 MPa. Aceptaremos una capa subyacente de hormigón de clase de resistencia a la compresión B15, espesor h= 10 cm.

Ejemplo 3

Es necesario determinar el espesor de la capa de hormigón subyacente del piso en el taller mecánico bajo cargas de máquinas de línea automatizadas y vehículos ZIL-164. La disposición de las cargas se muestra en la Fig. 1 V", 1 V"", 1 en """. El centro de la vía de las ruedas del automóvil se encuentra a una distancia de 50 cm del borde de la vía de la máquina. Peso de la máquina en condiciones de funcionamiento R R= 150 kN se distribuye uniformemente sobre el área de una vía 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 ubicada en la zona de ascenso capilar del agua subterránea.

Determinemos los parámetros de diseño.

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

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

El área de vía de las ruedas del automóvil ZIL-164 es 720 cm 2

Según la cláusula 2.5

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

Para suelo franco arenoso de la base ubicado en la zona de subida capilar de aguas subterráneas, según tabla. 2.2 A 0 = 30 N/cm3. Para la capa subyacente utilizaremos hormigón de clase de resistencia a la compresión B22.5. Luego, para un taller de construcción de maquinaria, donde se instala una línea automatizada en los pisos (según el párrafo. 2.2 grupo IV), con acción simultánea de cargas fijas y dinámicas según tabla. 2.1 Rδt = 0,675 MPa, mi b= 28500 MPa.

Preguntemos aproximadamente h= 10 cm, luego según punto. 2.10 aceptamos yo= 53,6 cm En este caso, la distancia desde el centro de gravedad de la marca de la rueda del automóvil hasta el borde de la marca de la máquina herramienta es de 50 cm l = 321,6 cm, es decir según la cláusula 2.4 Las cargas que actúan sobre el suelo se clasifican como cargas complejas.

De conformidad con el párrafo. 2.17 Establezcamos 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). Del diagrama de distribución de carga (Fig. 1 c") se deduce que para el centro de cálculo O 1 no está claro qué dirección del eje OU se debe establecer. Por lo tanto, definimos el momento flector como si la dirección del eje OU fuera paralela al lado largo de la máquina rastro (Fig. 1 c") y perpendicular a este lado (Fig. 1 V""). Para el centro de cálculo O 2, tomamos la dirección de la OU a través de los centros de gravedad de las vías de la máquina y de la rueda del automóvil (Fig. 1 V""").

Cálculo 1 Determinemos la tensión de tracción en la losa de hormigón durante la flexión. σ R para el centro de cálculo O 1 con la dirección de la OU paralela al lado largo de la traza de la máquina (Fig. 1 c"). En este caso, la carga de la máquina con una marca de forma rectangular se refiere a la carga de tipo simple. Para la máquina, marca según el párrafo. 2.5 en ausencia de revestimiento de suelo ( h 1 = 0 cm) a p = a = 260 cm; segundo p = segundo = 140 cm.

Teniendo en cuenta los valores α = a p / yo= 260/53,6 = 4,85 y β = bp/ yo= 140/53,6 = 2,61 según tabla. 2.4 lo encontraremos k 1 = 18,37.

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

METRO pag = A 1 · R p = 18,37·150 = 27555,5 N·cm/cm.

Coordenadas del centro de gravedad de la trayectoria de las ruedas del automóvil: x i= 120 cm y y i= 0 cm.

Teniendo en cuenta las relaciones x i /yo= 120/53,6 = 2,24 y y i /yo= 0/53,6 = 0 según tabla. 2.7 lo encontraremos A 4 = -20,51.

Momento flector en el centro de diseño O 1 de la rueda de un automóvil según la fórmula ( 14 ):

METRO i= -20,51·36,96 = -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 Determinemos la tensión de tracción en la losa de hormigón durante la flexión. σ R II para el centro de liquidación O 1 cuando la OU se dirige perpendicular al lado largo de la marca de la máquina (Fig. 1 V""). Dividamos el área de la traza de la máquina en áreas elementales según el párrafo. 2.18 . Compatible con centro de liquidación O 1 centro de gravedad de una plataforma elemental forma cuadrada con longitud de lado a p = b p = 140 cm.

Definamos las cargas. R i, cayendo sobre cada área elemental según la fórmula ( 15 ), para lo cual primero determinamos el área de la traza de la máquina F= 260·140 = 36400 cm2;

Para determinar el momento flector METRO 0 de carga R Calculemos 0 para un área elemental de forma cuadrada con el centro de gravedad en el centro de cálculo O 1 valores α = β = a p / yo= b r / yo= 140/53,6 = 2,61 y teniéndolos en cuenta según la tabla. 2.4 lo encontraremos k 1 = 36,0; con base en las instrucciones del párrafo. 2.14 y fórmula ( 9 ) calculamos:

METRO 0 = A 1 · R 0 = 36,0·80,8 = 2908,8 N·cm/cm.

METRO i, a partir de cargas ubicadas fuera del centro de cálculo O 1. Los datos calculados se dan en la tabla. 2.10 .

Tabla 2.10

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


I

X i

y i

X i /yo

y i /yo

A 4 según tabla 2.7

PAG i, kN

norte i numero de cargas

METRO i = norte i · A 4 · PAG 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 calculado de la rueda del automóvil y la máquina herramienta según la fórmula ( 13 ):

METRO pag II = METRO 0 + Σ METRO i= 2908,8 - 829,0 = 2079,8 N·cm/cm

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

Cálculo 3 Determinemos la tensión de tracción en la losa de hormigón durante la flexión. σ R III para el centro de asentamiento de O 2 (Fig. 1 en """). Dividamos el área de la traza de la máquina en áreas elementales según el párrafo. 2.18 . Definamos las cargas. R i, por cada área elemental, según la fórmula ( 15 ).

Determinemos el momento flector 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 tabla 2.6 lo encontraremos A 3 = 112,1. Según la fórmula ( 11 ):METRO 0 = A 3 · R p = 112,1·36,96 = 4143,22 N·cm/cm.

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

Tabla 2.11

Datos de cálculo en el centro de liquidación O 2


I

X i

y i

X i /yo

y i /yo

A 4 según tabla 2.7

PAG i, kN

norte i numero de cargas

METRO i = norte i · A 4 · PAG 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 Ncm/cm

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

METRO pag III = METRO 0 + Σ METRO i= 4143,22 + 249,7 = 4392,92 N·cm/cm

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

más Rδt = 0,675 MPa, por lo que repetimos el cálculo, especificando un valor mayor h. Realizaremos el cálculo únicamente según el esquema de carga con el centro de cálculo O 2, para cuyo valor σ R III en el primer cálculo resultó ser el más grande.

Para volver a calcular, estableceremos aproximadamente h= 19 cm, luego según artículo. 2.10 aceptamos yo= 86,8 centímetros; ρ = r R/ yo =15/86,8 = 0,1728; A 3 = 124,7; METRO 0 = A 3 · R pag= 124,7·36,96 = 4608,9 N·cm/cm.

Determinemos el momento flector total a partir de cargas ubicadas fuera del centro de diseño O 2 . Los datos calculados se dan en la tabla. 2.12 .

Tabla 2.12

Datos de cálculo para volver a calcular


I

X i

y i

X i /yo

y i /yo

A 4 según tabla 2.7

PAG i, kN

norte i numero de cargas

METRO i = norte i · A 4 · PAG 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 una losa durante la flexión según la fórmula ( 7 ):

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

Las pérdidas de calor a través de un 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 externa, se designan como la primera zona, las dos franjas siguientes como la segunda y tercera zona, y el resto de la superficie del piso como la cuarta zona.

Al calcular la pérdida de calor. sótanos en este caso, la división en zonas de franjas 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 condicionales a la transferencia de calor para las zonas en este caso se aceptan y se calculan de la misma manera que para un piso aislado en presencia de capas aislantes, que en este caso son capas de la estructura de la pared.

El coeficiente de transferencia de calor K, W/(m 2 ∙°C) para cada zona del suelo aislado en el suelo se determina mediante la fórmula:

¿Dónde está la resistencia a la transferencia de calor de un suelo aislado en el suelo, m 2 ∙°C/W, calculada mediante la fórmula:

= + Σ , (2.2)

¿Dónde está la resistencia a la transferencia de calor del piso sin aislamiento de la i-ésima zona?

δ j – 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 suelos no aislados existen datos sobre la resistencia a la transferencia de calor, que se acepta según:

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 del terreno 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 presenta convencionalmente en la Figura 2.3.

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

La figura muestra que la segunda zona incluye parte de la pared y parte del piso. Por 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 de un piso aislado en el suelo, , m 2 ∙°C/W:

2,15 + = 4,04 m 2 ∙°С/W,

4,3 + = 7,1 m 2 ∙°С/W,

4,3 + = 7,49 m 2 ∙°С/W,

8,6 + = 11,79 m 2 ∙°С/W,

14,2 + = 17,39 m 2 ∙°C/W.