Конструкції по ґрунту: підлога, підвал, технічне підпілля

01Інший підхід: узагальнений коефіцієнт H_g

Для стіни чи покриття опір теплопередачі визначають для фрагмента: шари однакові по всій площі, тепловий потік одновимірний, результат у м²·К/Вт не залежить від розміру будівлі. З ґрунтом так не працює. Ґрунт має власний великий тепловий опір, а шлях тепла крізь нього залежить від того, як далеко точка підлоги від зовнішньої стіни. Біля периметра тепло швидко виходить до поверхні землі, у центрі великої підлоги — ледь проходить.

Тому п. 5.3 ДСТУ 9191:2022 для конструкцій, що контактують із ґрунтом, відсилає до ДСТУ 9190:2022. Там спочатку визначають стаціонарний узагальнений коефіцієнт теплопередачі трансмісією до ґрунту H_g, Вт/К — теплові втрати всієї конструкції на 1 К різниці температур:

де A — площа підлоги, м²; P — зовнішній периметр, м; U — коефіцієнт теплопередачі підлоги на ґрунті за формулами (Б.1) або (Б.2), Вт/(м²·К); Ψ_g — лінійний коефіцієнт теплопередачі вузла сполучення підлоги із зовнішньою стіною, Вт/(м·К).

Приведений опір теплопередачі — похідна величина, його отримують діленням площі на H_g (формула (Б.11)):

02Рахується конструкція в цілому, а не фрагмент

Коефіцієнт U підлоги залежить від розмірів будівлі через характерний розмір B′ = A/(0,5·P) (формула (Б.3)) і від еквівалентної товщини підлоги d_t = w + λ·(R_si + R_f + R_se) (формула (Б.4)), де w — товщина зовнішньої стіни, λ — теплопровідність ґрунту. Для d_t < B′ застосовують формулу (Б.1), для добре ізольованої підлоги з d_t ≥ B′ — формулу (Б.2):

Отже, одна й та сама підлога дає різний опір у різних будівлях. Розрахунок за формулами (Б.1)–(Б.5) і (Б.11) для однакових шарів підлоги (R_f = 2,66 м²·К/Вт), піщаного ґрунту та Ψ_g = 0,98 Вт/(м·К):

У малому будинку на вузол сполучення з фундаментом припадає понад дві третини H_g. Тому вихідними даними є не лише шари підлоги, а геометрія будівлі: довжина, ширина, площа, периметр, товщина стін, тип ґрунту, Ψ_g і, за наявності, крайове утеплення (формули (Б.6)–(Б.10)).

03Норми та вимоги інші

У таблиці 1 ДБН В.2.6-31:2021 немає окремого мінімального R_{q min} для підлоги по ґрунту та заглиблених стін. Отриманий через H_g опір не порівнюють автоматично з мінімумом для зовнішньої стіни; тепловтрати крізь ґрунт враховують в енергетичному балансі будівлі. Перекриття над неопалюваним підвалом — інша конструкція: для нього таблиця 1 встановлює власний мінімум 5,00 (I зона) або 4,00 м²·К/Вт (II зона).

04Чотири випадки контакту з ґрунтом

05Опалюваний підвал: дві конструкції з одного H_g

Коли з ґрунтом контактують і підлога, і стіни, їх рахують разом як одну систему. Загальний узагальнений коефіцієнт включає підлогу, заглиблені стіни та їхній вузол сполучення (п. Б.1.2.4):

Результатом є дві конструкції з власними приведеними опорами — підлога та стіни. Внесок вузла Ψ_g ділять між ними навпіл:

Окремі опори підлоги й стін — наслідок спільної моделі, а не два незалежні розрахунки плоских шарів. Змінити утеплення підлоги — отже, змінити й опір стін: U_bw за формулою (Б.14) залежить від еквівалентних товщин і стін d_w (Б.15), і підлоги d_t.

06Приклад: підлога по ґрунту за додатком Г

Приклад Г.1 ДСТУ 9190:2022: A = 274,5 м², P = 72,0 м, w = 0,52 м, піщаний ґрунт λ = 2,0 Вт/(м·К), Ψ_g = 0,98 Вт/(м·К), підлога з паркету, стяжки, 50 мм XPS і шлакової засипки з R_f = 2,66 м²·К/Вт.

1. Характерний розмір

   B′ = 274,5 / (0,5 · 72,0) = 7,625 м.

2. Еквівалентна товщина

   d_t = 0,52 + 2,0 · (0,17 + 2,66 + 0,043) = 6,266 м < B′ — посередньо ізольована підлога, формула (Б.1).

3. Коефіцієнт теплопередачі підлоги

   U = 0,208 Вт/(м²·К).

4. Узагальнений коефіцієнт

   H_g = 274,5 · 0,208 + 72,0 · 0,98 = 127,73 Вт/К, з них 70,56 Вт/К — вузол по периметру.

5. Приведений опір

   R_Σпр,g = 274,5 / 127,73 = 2,15 м²·К/Вт — менше за опір самих шарів підлоги 2,66 м²·К/Вт.

07Розрахунок у CadEE.pro

Для кожного з чотирьох випадків є два варіанти розрахунку:

• Комплексний — опір шарів підлоги, теплозасвоєння поверхні підлоги, H_g і приведений опір за додатком Б, перевірка температурного перепаду на внутрішній поверхні.
• Лише теплопередача до ґрунту — тільки H_g і приведений опір, коли інші перевірки не потрібні.

Геометрію будівлі, тип ґрунту, Ψ_g вузла та параметри крайового утеплення задають у формі; для підвалу — висоту заглиблених стін і їхні шари, для підпілля й неопалюваного підвалу — висоту стін над землею, площу продухів, кратність повітрообміну й об'єм. Той самий розрахунок H_g використовує і розрахунок енергоефективності будівлі у теплопередачі трансмісією, а Ψ_g вузла можна визначити методом скінченних елементів.

Вологісний стан за схемою зовнішньої стіни для конструкцій по ґрунту не розраховується: ця методика до них не застосовна, і відсутність такої перевірки не є висновком про відсутність зволоження.

08Приклад звіту

Справжній звіт CadEE.pro обсягом 5 аркушів для підлоги по ґрунту одноквартирного будинку: A = 99 м², P = 40 м, товщина зовнішніх стін w = 0,25 м, тип ґрунту не визначено, тому λ = 2,0 Вт/(м·К) за приміткою до таблиці Б.1. Навчальна підлога — 150 мм скляної вати з опором шарів R_f = 2,63 м²·К/Вт.

Еквівалентна товщина d_t = 5,939 м більша за характерний розмір B′ = 4,95 м, тому підлога вважається добре ізольованою і U = 0,244 Вт/(м²·К) визначено за формулою (Б.2). Далі H_g = 24,14 Вт/К і R_Σпр,g = 4,10 м²·К/Вт: ґрунт додає до опору шарів власний тепловий опір.

У прикладі Ψ_g = 0 — вузол сполучення підлоги з фундаментом не враховано, тому весь H_g припадає на A·U. Для реальної будівлі задавайте Ψ_g за ДСТУ 9191:2022 або розрахунком вузла методом скінченних елементів: як показує таблиця в розділі 02, вузол по периметру може давати більшу частину тепловтрат.

Арк. 2 · Опір шарів і теплозасвоєння Арк. 3 · d_t, B′ і U за (Б.2) Арк. 4 · H_g і R_Σпр,g