Влияние теплопотерь на тепловой режим подземного коммуникационного коллектора

Подземное строительство активно развивается в нашей стране, что имеет свои положительные и отрицательные стороны и что требует более точного расчета теплового режима для создания заданного микроклимата в подземных помещениях.
Тепловой режим подземного коллектора для коммуникаций определяется в частности тепловыми потерями в грунт, которые изменяются во времени в течение года, определяя значение температуры внутреннего воздуха. Нестационарность теплового режима усиливает воздушный режим, приводящий в динамику параметры микроклимата в воздушном пространстве подземного коллектора [1,2]. Прогнозирование параметров микроклимата в подземном коллекторе позволяет влиять на технологические режимы эксплуатации оборудования [3].

Рис. 1 Изменение теплопотерь в грунт коллектора для подземных коммуникаций в теплый и в холодный периоды года в зависимости от глубины залегания коллектора.

Тепловой баланс оказывает основное влияние на параметры микроклимата в подземном коллекторе. Известны несколько методик расчета теплопотерь подземных сооружений, которые учитывают такие факторы как глубина заложения подземного сооружения, форма, свойства грунта и т.д. Различные методики дают возможность расчета теплопотерь, но дают разные значения.
Рассмотрена методика расчета тепловых потерь подземного коллектора в окружающий грунт профессора В. Д. Мачинского [4].
Для расчетов принят коллектор с площадью сечения Fс=4,83 м2, с глубиной заложения от 1 м до 10 м с шагом 1 м и температурой внутреннего воздуха tв=+30 °С, в г. Москве. Среднемесячные значения температуры наружного воздуха приняты согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Тип грунта – суглинок с коэффициентом теплопроводности сухого грунта λгр. = 1,18 Вт/(м×°С) и мерзлого грунта λгр. = 1,26 Вт/(м×°С). Согласно п. 2.27 СНиП 2.02.01-83 глубина промерзания грунта для г. Москвы составляет 1,3 м. Согласно решений задачи Стефана температура замерзания массива грунта находится в пределах 0оС - -2 оС [5]. Тепловлажностное состояние ограждений коллектора оказывают влияние параметры микроклимата в коллекторе [6].

Рис. 2 Изменение теплопотерь в грунт коллектора для подземных коммуникаций в теплый период года в зависимости от глубины залегания коллектора.

Построены графики, показывающие изменение теплопотерь подземного коммуникационного коллектора, с учетом среднемесячной температуры наружного воздуха в холодный и теплый периоды года для января и июля соответственно (рис. 1). На рис. 2 представлены графики теплопотерь подземного коммуникационного коллектора уменьшающихся с увеличением глубины с учетом среднемесячной температуры наружного воздуха в теплый период года.
Расчетная температура для определения теплопотерь через толщину грунта в наружный воздух и в грунт зависит от массивности грунта. С глубиной растет массивность грунта и усиливается инерционность изменения температуры грунта и внутреннего воздуха и снижается влияние изменения температуры наружного воздуха. С ростом массивности грунта температура наружного воздуха, влияющая на теплопотери изменяется от минимальной температуры для не заглубленного коллектора до средней за несколько лет при сильном заглублении коллектора.
На рис. 1 для холодного период года теплопотери на заглублении 1 м меньше, чем при заглублении 2 м, что связано с тем, что на расстоянии 1 метра имеет место мерзлый грунт, что уменьшает потери теплоты.
Рассмотренная методика может применяться как оценочная для грубого анализа тепловых потерь подземным коллектором.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Рымаров А.Г., Лушин К.И. Особенности расчета теплового режима линейных подземных сооружений на примере автотранспортного тоннеля. // Строительство: наука и образование. 2011. № 2. С. 5.
2. Рымаров А.Г., Лушин К.И. Особенности расчета теплового режима здания с массивными ограждающими конструкциями в холодный период года. // Строительство: наука и образование. 2012. № 2. С. 5.
3. Рымаров А.Г. Прогнозирование параметров воздушного, теплового, газового и влажностного режимов помещений здания. // Academia. Архитектура и строительство. 2009. №5. с. 362-364.
4. Рымаров А.Г., Титков Д.Г. Особенности потерь теплоты в массив грунта подземного коммуникационного коллектора // Строительство: наука и образование. 2014. № 4. С. 2.
5. Парфентьева Н.А., Самарин О.Д.. Об экспериментальном подтверждении решения задачи Стефана. // Кровля и изоляция., 2005, №3, с. 51 – 52.
6. Гагарин В.Г. Теплофизические проблемы современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Academia. 2009. № 5. С. 297-305.