ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Полы и подполья

14. В отличие от всех других ограждений полы являются такой частью здания, с которой мы находимся почти в постоянном и выну­жденном соприкосновении. Поэтому для теплотехнических достоинств полов имеют решающее значение два фактора:

а) величина разности температур Г„—1„ поверхности пола и •воздуха помещения[106], что зависит прямым образом от теплопотерь через пол;

б) наличие на поверхности пола, независимо от величины общей теплопотерн его, такого слоя, который слабо проводит и слабо акку­мулирует В себе теплоту при непосредственном соприкосновении с ним ноги, совершенно независимо' от общего коэфицнента тепло­передачи пола (по в соответствии с коэфпциентом п = — первого слоя) [107].

Второе требование гарантирует пас от ощущений холода в подошве и ступне ног и устраняется, как известно, соответствующим верхним настилом. Первое требование обеспечивает необходимый темпера­турный режим всей нижней зоны помещения, избавляя нас от холода для ног вообще. Этот фактор проверяется теплотехническим расчетом пола, а именно расчетом его общей теплопотерн и сличением ее с предельной, гигиенически допустимой теплопотерей, обеспечивающей указанный тепловой режим нижней зоны помещения. Эта предельная теплопотеря определяется по формуле:

где — коэфициент теплопередачи от поверхности пола к воздуху в ккал]м-час град (обычно принимаемый равным 7 ккал)]

А^тах — предельная допустимая разность температур на поверх­ности пола и в воздухе помещения, о чем упоминалось выше (см. п. „ а“).

Эта последняя величина принимается обычно: при неподвижном состоянии ног у лиц, работающих в поме­щении, (например набивочное отделение табачной фабрики,

TOC o "1-5" h z некоторые жилища и т. п.)............................................................... 1.5°

при малоподвижном состоянии (рабочие у станков, обычное

жилище и т. п.) . . . . •..................................................................... 2,0°

прн средней подвижности (литейный цех, прокатный н т. д.) 3,0°

при большой ПОДВИЖНОСТИ (при внутреннем цеховом транс­порте, разгрузочные отделения и т. п.) до 4,0°

В специальных случаях эти нормы могут быть дополнены. Так, в некоторых учреждениях Наркомздрава, как детские ясли с ком­натами для младенцев-ползунков, детские больницы, родильные дома и т. п., целесообразно держаться величины Д^птх=1,0—1,5°.

15. Определив по этим данным соответственно характеру производ­ства величину Qnmx; мы должны найти величину Q проектируемой кон­струкции пола и сравнить ее с найденной предельной; разумеется, величина Q должна быть менее, чем Qmax. В этом и заключается теплотехническая проверка проектируемого пола.

Что касается расчета теплопотерн Q какой-либо предполагаемой. конструкции пола, то в части I, главе 2 был приведен весьма простой метод расчета с помощью элементарных уравнений теплового баланса для разных точек подпольного грунта. Этот метод, результаты кото­рого приняты теперь и в единых нормах проектирования, дал следую­щие основные способы расчета. Для климата Московской области с его расчетной разностью температур для рромзданий обычного типа Гв—Тн — 45° и при отсутствии в полах всякой термоизоляции, т. е. слоев с очень сниженными коэфициентами внутренней теплопровод­ности ). сравнительно с почвой под зданием (где ).= 1,0)[108], тепло - потери пола определяются по полосам его, параллельным периметру наружных стен:

из первой полосе шириной 2,0 м — 20 к'ал/м-час

TOC o "1-5" h z „ второй „ „ 2,0 „ —10 „ „

„ третьей „ „ 2,0s „ — 5 „ *

н на остальной площади — 3 „ „

Можно брать также и некоторую среднюю величину для всего пола, но исчисленную все же по этим полосам, причем скажется, очевидно, влияние формы здания. Так, в очень длинном здании шири­ной 10 м можем найти эту среднюю теплопотерю по формуле:

„ 20-2-І-10-2+5-1 10 і о

QrJ, —-------- 2 + о + 1---- = 13 ккал1м~’

что понятно из самой разбивки пола на полосы.

16. При наличии в конструкции пола изоляции с термическим сопротивлением г указанные выше теплопотерн полос должны быть уменьшены. Это уменьшение может быть определено следующим

образом. В расчетах части I, главы 2 мы видели, что теплообмен

пола с разными уровнями грунта под ним затухает на глубине про­мерзания. Поэтому для характеристики среднего теплообмена с этими уровнями грунта можно взять половину глубины промерзания в Мо­сковской области, т. е. 0,75—0,8 м, имеющую термическое сопро­тивление (при 7=1,0 для полусухого грунта под зданием) го = 0,8. Или в иной форме: на указанной глубине в 0,75—0,8 м грунт под полом имеет по вычислениям части 1 главы 2 температуру в краевой двухметровой полосе около 0°, и теплопотеря пола здесь составляет

20 ккал]м - час; по общей формуле Q = k ■ имеем /-0= —

или, положив Д(=15—16°, получим го = 0,8.

Таким образом можно сказать, что при отсутствии на полу термо­

изоляций за таковую служит грунт с указанным термическим сопро­тивлением. Если теперь имеем какое-либо другое термическое сопро­тивление г на полу, то ясно, что общее сопротивленце пола увеличится

(а теплопотеря уменьшится) в Г" ~--г = 1 Раза (коэфициент зате-

нления).

Таким образом теплотехническая проверка пола в каком-либо заданном случае сводится к следующему. Берем теплопотерю соответ­ствующей полосы пола (обычно краевой) в Московской области при отсутствии изоляции по указанным выше нормам — например q = = 20 ккал/м2 час. Затем при наличии изоляций с общим термическим сопротивлением г (равным сумме отдельных термических сопротивле­ний, если их несколько) взятая величина q должна быть уменьшена

в l+0-g - рзза. Наконец для учета климатических особенностей рай­она, отличного от Московской области с ее перепадом Тв—Т„ и имеющего расчетную разность температур Тв—Т{ , надо помножить найденную для Москвы теплопотерю па климатический коэфициент

Т'в — т' [109]

—f f - . Таким образом окончательная формула для расчета тепло-

*В Лі

потерь пола будет:

їіг’.-ґ,

где q—теплопотеря соответствующей полосы не изолированного пола в Московской области. Обычно рассчитываются и проверяются полы в их крайней внешней - полосе, примыкающей к наружным стекам; в таком случае q = 20 ккал'/м2.

Пусть например требуется проверить теплотехническую пригод­ность пола с торцовым деревянным настилом толщиной в 0,12 м

0 19 г і

(X = 0,15, г = = 0,8) для промздания в северной полосе с Тщ — Тп —

= 60° при неподвижном характере работы в нем (Д7 max = 1,5°). Имеем:

90. go

Qmax — 7-1,5= 10,5 kkojiJm2, a Q--—----------------------------- = 13,3 ккал, и сле-

(Н-ад)-45

дователыю пол холоден, торцовку надо утолстить. Напротив, для производства со средней подвижностью ног (Д^„ах = 3°) пол вполне пригоден, даже в его крайней полосе.

17. Метод, которым выведены все эти данные для расчета, осно­ван па ряде упрощающих предпосылок относительно распределения температур в почве вообще и в частности — около здания, относитель­но стационарности теплового состояния почвы и т. п. Поэтому пред­ставляло большой интерес проверять результаты такого расчета с практическими наблюдениями и с данными, полученными из других источников.

Что касается практических наблюдений н промзданинх, то они состояли в измерениях температур поверхности пола и воздуха, после чего из формулы Q = «d(7'b — ^получались теплопотерн в соответ­ствующих точках пола. Ряд таких наблюдений дал результаты, хорошо согласующиеся с расчетом по приведенной формуле для Q1. Однако далеко не всегда можно рассчитывать на такое согласие. Его не будет, если поверхность пола находится под действием теплового излуче­ния верхних перекрытий, особенно в тех довольно частых случаях, когда перекрытие значительно перегрето сравнительно с полом и своим излучением поднимает температуру поверхности пола иногда даже выше температуры воздуха (в горячих цехах). Поэтому более надежным способом проверки является непосредственное измерение самого тепло - потока (прибором Э. Шмидта).

Этим именно способом были произведены за последние годы не­которые измерения теплопотерь пола ЦНИПС (инж. А. Я, Граусма - . ном на заводе „Шарикоподшипник"). Они дали также хорошее согла­сие с расчетами по приведенному выше методу.

В величине коэфициента затепления изоляцией г легко учитывается н наличие воздушного слоя под полом, так что полы жилых зданий вполне подпадают под эти приемы расчета. Однако воздух подполья выравнивает температуру пола, и вместо отдельных полос его с раз­личными теплопотерями имеем здесь одну общую теплопотерю на единицу площади, среднюю между теплопотерями отдельных полос:

о — QiLl Qs[i ~ь • • ■ с'‘ fi+h+ ■■■

Наблюдение над теплопотерями жилых полов (произведенные в Германии Каммерером) хорошо подтверждают получаемые таким обра­зом величины (см. замечания об этом в Gesundh.-Ingen.; стр. 65, 1934),

Меры затепления полов вытекают из анализа их теплопотерь. Так как теплопотерн подпольного грунта направлены главным образом в сторону наружного холодного грунта, следовательно с преобладаю­щим горизонтальным направлением, то наиболее выгодным способом изоляции являются углубленные в почву стенки из затеплителя (шлака) по внутреннему периметру ’ здания (рис. 76). Затепленне шлаком всей площади подполья потребовало бы для достижения такого же эффек­та значительно большего количества шлака. Шлак должен быть крупно­зернистым, без золы и мелочи[110], проходящей через грохот с ячейками в 1 см-.

Очень полезно также для затепления полов иметь около здания полосы почвы, изолированные от увлажнения осадками (тротуары, отмостки и т. п.), так как сухая почва имеет гораздо меньший коэфи - цнент )., а кроме того многие материалы таких одежд (асфальт, под­готовка под пего, шлак) менее теплопро­водны, чем почва.

18. Перекрытия в холодиль­ных камерах над морозилками имеют ту особенность теплотехнического ре­жима, что воздух над ними находится почти в полном застое. Это обстоятель­ство в связи с заслонением пола грузами (расположенными по подкладным рейкам) понижает коэфициент ав до 2—2,5. В то же время к полу предъявляются довольно высокие требования: отсутствие на нем конденсата водяных паров и недопусти­мость снижения температуры на его поверхности ниже известной нормы, например в нулевых камерах не ниже — 0,5°,—0,75°, чтобы не подмораживались снизу грузы. Эти требования ведут при расчете по формуле (/гтпх) к довольно низким коэфициентам междуэтажных перекрытий (порядка 0,4—0,5).

19. Подполья в виде больших воздушных полостей под полами, (жилых и общественных зданий) имеют свой особый теплотехнический режим, если они отделены сколько-нибудь плотно от воздуха поме­щений. Здесь температура держится и зимой и летом на более низ­ком уровне, чем в помещении, и потому условия влажностного режи­ма здесь принципиально хуже, чем даже в таких помещениях, как холодильники или погреба2. Здесь именно в течение всего года имеется тенденция к конденсации водяных паров воздуха, попадающего сюда

из пбмбщения. При наличии наружных продухов летние температуры подполья, помещений и наружного воздуха значительно выравниваются, остается опасность конденсата лишь в зимний период, когда эти продухи закрыты. Это и наблюдается в практике: зимой подполье заметно отсыревает, а устраиваемые иногда под полом подвалы во­обще не могут существовать зимой без наружных продухов (пора­жаются грибком). Вообще подполье должно быть возможно герме­тичнее отделено от воздуха помещений, для чего в перекрытиях между ними должны прокладываться пароизоляторы и главным образом в верхней их части (ближе к внутреннему помещению). Смазка нака­тов глиной является минимальной мерой такой пароизоляцни. Половые решетки и подполье зимой вредны, а вообще ненужны, поскольку подполье имеет наружные продухи. Решетки уместны лишь в между­этажных подпольях, где почти нет температурного перепада, и всегда полезна смена воздуха[111].

Вообще же большое подполье и связанные с ним двойные полы со своей постоянной тенденцией конденсировать влагу из воздуха помещений являются крайне нежелательными в строительстве. Зна­чительно лучше малые подполья при полах на лагах. Не имея почти никаких охлаждающих поверхностей цоколя и отделенные от помещения лишь одним дощатым настилом, они не имеют слишком пониженных температур, поэтому почти не конденсируют водяных паров из поме­щения. Вентиляция их решетками в полах бесполезна, лучше не делать здесь никакой вентиляции после просушки построечной влаги.

Глава 3 ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Метод определения температур в таких помещениях с обычно не­большим заглублением (близ уровня промерзания) основан на так на­зываемых уравнениях теплового баланса, выражающих собою то бесспорное положение, что при установившемся тепловом состоянии какого-либо помещения или среды приток теплоты к этому помещению или к отдельной материальной точке среды равен расходу теплоты нз них за то же время.

При этом для установления тепловых потоков очень важное значе­ние имеют естественные температуры почвы за каждый сезон на раз­ных глубинах.

В приложении ХГУ дан ряд климатологических таблиц этого рода по разный климатическим районам.

Затем очень важен правильный выбор расчетных наружных темпе­ратур воздуха и поверхности почвы. Здесь неуместны те температуры отдельных дней или трех-, пятидневок, как в расчетах теплопотерь надземными зданиями. Для заглубленных в почву сооружений оказывают влияние лишь температуры более длительных отрезков времени. Из пе­риодических функций ч. II главы 4 легко вывести, что амплитуды колеба­
ния температур затухают в почве тем быстрее, чем меньше их период колебаний; так при суточном периоде это затухание происходит уже на глубине 0,4—0,5 м, а при годовом — на глубине около 15—20 м. Поскольку подземное сооружение неглубокого заложения соприкасается обычно с разными уровнями почвы одновременно, то здесь нельзя определить точно, по каким отрезкам времени надо брать средние температури для установления расчетных. Для сооружений с заглубле­нием средней горизонтальной оси на 1—1,5 м следует по нашему мнению брать средние температуры самых холодных или теплых декад, а при трудности устанавливать такие данные брать несколько пониженные сред­ние температуры самого холодного месяца. Температуру поверхности почвы следует брать при отсутствии снежного покрова близкой к среднемесячной температуре воздуха самого холодного или жаркого периода, а при наличии покрова — по климатологическим таблицам (обычно предполагающим такой покров); так как в них даются темпе­ратуры лишь начиная с некоторой глубины (обычно 0,10 м), то можно перейти к температуре поверхности путем экстраполяции.

Самые уравнения теплового баланса удобнее составлять в форме: сумма всех положительных и отрицательных теплопритоков к данному помещению или его элементу равна нулю.

Ниже, рассмотрены наиболее характерные и важные для практики случаи подобных расчетов.