Особенности строительства объектов теплоснабжения в северной строительно-климатической зоне обусловлено наличием многолетнемерзлого грунта (ММГ). На практике в условиях вечной мерзлоты прокладка теплопроводов часто выполняется открытым способом (на эстакадах), что ухудшает качество благоустройства территории. Прокладка теплопроводов подземным безканальным способом в просадочных ММГ затруднительна, т.к. потери тепла через теплоизоляцию трубы при значительных температурах теплоносителя (порядка 150 °С) может привести к просадке грунта и высоким изгибающим моментам. Если на глубине оттаивания залегают непросадочные грунты, то допускается прокладка сетей в железобетонных лотках, но с обязательной вентиляцией [4].
Глубина оттаивания ММГ зависит от температуры теплоносителя, наличия теплоизоляции на поверхности теплопровода, теплофизических характеристик грунтов основания, климатических параметров района.
В рамках исследования определяется температурное состояние основания теплотрассы, возведенной в условиях вечной мерзлоты, на момент времени 300 лет с начала эксплуатации. Учитывается процесс кондуктивной теплопередачи, описывающийся уравнением Фурье, которое в двухмерных условиях будет иметь вид [1, 2, 3]:
, (1)
где CГРρГР – объёмная теплоёмкость грунта, включающая теплоёмкость всех его компонентов (СГР – теплоёмкость грунта, ρГР – плотность грунта); ϑ – температура грунта; t – время; λГР – теплопроводность грунта.
Для грунтов, находящихся при температуре ниже температуры замерзания свободной воды, уравнение теплопроводности будет иметь вид:
; (2)
где ρЛ – плотность льда; п – пористость грунта; L – удельная теплота плавления льда; b – степень льдистости (влажности) грунта; R – относительная льдистость (представляет собой отношение массы порового льда к массе поровой воды).
Для решения задачи теплотехнического прогноза применен метод конечных разностей.
В качестве теплопровода в расчете рассматривается одна труба с температурой теплоносителя 150 °С, помещенная в бетонный лоток, заглубленный на глубину 1,87 м. Расчет производится численным методом [3] с использованием программы Tube. v.1.0.
Расчетная схема представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема к расчету температурного состояния основания теплотрассы
Геотермическая ступень ММГ составляет 10 м/градус. Грунт основания – суглинок. В качестве опор теплопровода служит кладка из силикатного кирпича. Обратная засыпка выполняется из песка. Расчетная среднегодовая температура воздуха 
°С; расчетная среднегодовая температура теплоносителя 
. Допуском в данной постановке задачи является приведение конвективного теплообмена воздухом в пространстве между трубой и лотком к кондуктивному посредством учета повышенного коэффициента теплопроводности для воздуха – 
[2].
Расчет выполняется в двух вариантах: для стальной трубы без теплоизоляции и для стальной трубы с теплоизоляцией из пенополиуретана (ППУ) с коэффициентом теплопроводности 0,033 
. Результаты расчета представлены на рис. 2.
Полученные результаты в данном случае позволяют произвести визуальную оценку необходимости устройства теплоизоляции. Анализ результатов показывает, что глубина ореола оттаивания под теплопроводом для двух вариантов отличается примерно в 2,5 раза.
Рис. 2. Температурные поля, полученные на момент времени через 300 лет после начала эксплуатации, для двух вариантов поверхности трубы
Библиографическая ссылка
Гнетов Е.А., Горохов Е.Н., Маленов А.А. ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДА В КРИОЛИТОЗОНЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 276-278;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32217 (дата обращения: 03.01.2025).