Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,641

1 1
1 Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

Существующие методы расчета мощностей систем отопления подземных и обсыпных сооружений в целях упрощения вычислительных работ не учитывают влияния толщины ограждающих конструкций и разницы в значениях теплофизических характеристик ограждающих конструкций и грунтового материала (массива). Возможность такого упрощения объясняется соизмеримостью теплофизических характеристик конструкций и грунтов. Поэтому величина относительных ошибок расчетных температур внутренних поверхностей и воздуха рассматриваемых помещений может быть определена аналитически при условии равенства теплофизических характеристик ограждающих конструкции и грунта.

Постановка задачи. Подземные или обсыпные сооружения выполняются, как правило, в виде параллелепипеда большой протяженности. Принимаемые в практике проектирования расчетные формулы для определения мощности систем отопления таких помещений содержат в своей основе точные аналитические зависимости. В связи с этим исследования изменений величин относительных ошибок расчетных температур внутренних поверхностей и воздуха помещений проведем путем сравнения результатов общих решений точных аналитических задач для полупространства и помещений прямоугольного сечения, ограниченных слоем однородного вещества (двухслойная задача) и не имеющих этого слоя (однослойная задача).

Решение задачи. При выводе расчетных зависимостей относительных ошибок температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха материалохранилищ, в случае условного равенства значений теплофизических характеристик грунта и ограждающих конструкций, воспользуемся зависимостями для определения мощности систем отопления.[1]

1. В случае равенства характеристик ограждающих конструкций и грунта количество теплоты, которое необходимо подвести в сооружение для получения расчетной температуры поверхности в конце выбранного периода теплообмена Qп, Вт, равно:

tepl001.wmf, (1)

где Kп – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅°С):

tepl002.wmf; (2)

l – теплопроводность материала, Вт/(м2⋅°С); f – коэффициент, учитывающий геометрическую форму и размеры сооружения, влияние теплофизических характеристик грунта и период теплообмена [2]:

tepl003.wmf (3)

L – суммарная длина всех двугранных углов хранилища, м; F – суммарная площадь всех плоских ограждающих конструкций сооружения, м2/с; a – температуропроводность материала, м2/с; t – расчетный период теплообмена, с; n – число примыкающих к грунтовому массиву трехгранных углов.

Количество теплоты, которое необходимо подвести в хранилище для получения расчетной температуры воздуха в конце выбранного периода теплообмена, Qв, Вт, составляет:

tepl005.wmf, (4)

где Kв – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅°С):

tepl006.wmf (5)

αв – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2⋅°С).

2. В случае различия теплофизических характеристик грунта и ограждающих конструкций получим аналогично Q′п и Q′в:

tepl007.wmf; (6)

tepl008.wmf, (7)

где

tepl009.wmf; (8)

tepl010.wmf. (9)

Расчетная формула для определения относительной погрешности температуры поверхностей ограждающих конструкций определяется равенством Q′п = Q′в или в соответствии с (1) и (6):

tepl011.wmf (10)

Обозначая tepl012.wmf, а tepl013.wmfи решая (10) относительно tepl014.wmf, получим с учетом выражений (2) и (8) [3]:

tepl015.wmf; (11)

tepl016.wmf. (12)

По аналогии со сказанным выше при tepl017.wmf и tepl018.wmf:

tepl020.wmf (13)

и в окончательном виде:

tepl021.wmf. (14)

Анализ результатов расчета. Применение расчетных формул для определения мощности систем отопления, не учитывающих различия в теплотехнических характеристиках материалов ограждающих конструкций и грунта, может привести к значительным отклонениям фактических температур внутренних поверхностей и воздуха рассматриваемых помещений от расчетных. Из расчетных формул (12) и (14) следует: увеличение критерия Фурье приводит к уменьшению относительных ошибок расчетных температур; увеличение отношения tepl022.wmfсопровождается увеличением относительной ошибки расчетной температуры поверхности ограждающих конструкции δtп; уменьшение величины отношения tepl024.wmf приводит к увеличению относительной погрешности температуры внутреннего воздуха δtв.

На основе натурных исследований построим график поля температур в грунтовом массиве прилегающий к ограждающей конструкции рисунке, руководствуясь значения температуры в точках замера (в сентябре и январе) показанные в таблице.

Расчеты и натурные исследования позволяют получить более точные данные о действительных потерях теплоты, которые на 40-60 % меньше, чем при расчете по методике, изложенной в нормативных документах и в литературе, где расчет основан лишь на стационарном режиме теплопередачи.

Значения температуры в замерных точках

Глубина заложения датчика

Показания температуры

а

б

в

г

за сентябрь

1

5,7

6,3

6,6

7

2

6

6,55

6,83

7,17

3

6,5

6,98

7,22

7,45

4

7

7,41

7,62

7,74

5

7,25

7,7

7,9

8,02

6

7,43

7,95

8,15

8,3

7

7,62

8,2

8,4

8,58

8

7,81

8,45

8,65

8,86

за январь

1

1,2

-1,5

-1,7

-1,7

2

1,35

-1,3

-1,48

-1,5

3

1,6

-0,98

-1,12

-1,18

4

1,85

-0,67

-0,78

-0,86

5

2,17

0,22

0,15

-0,05

6

2,51

1,25

1,21

0,88

7

2,86

2,28

2,27

1,82

8

3,2

3,31

3,33

2,76

kozlov.tif

График температурных полей -(А – за сентябрь, Б – за январь)

Для различных периодов теплообмена, характерных для материалохранилищ, фактические температуры поверхностей ограждающих конструкций и внутреннего воздуха будут соответственно для δtп на 160 %, 111 %, 84 %, а для δtв на 80,3 %, 74,5 %, 61,3 % ниже расчетных.

Данный факт следует учитывать при расчете мощностей систем обеспечения параметров микроклимата подземных и обсыпных сооружений.