V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Основными причинами отклонения от проектных режимов работы теплосетей являются увлажнение изоляции и грунта из-за нарушения целостности строительной и изоляционной конструкций теплопроводов, быстрое старение и разрушение практически всех применяемых видов теплоизоляционных материалов.

В связи с этим представляет интерес оценить влияние объемной влажности грунта и изоляции на тепловые потоки в зоне подземных канальных и бесканальных теплопроводов.

Поскольку процессы теплопереноса в этих условиях характеризуются многими переменными, их детальное параметрическое исследование весьма затруднено, и поэтому ниже представлен лишь ряд типичных частных случаев.

Определение величин линейных тепловых потерь qL Вт/м, производилось на основе расчётных схем, описанных в [1,2]. Зависимость коэффициентов теплопроводности грунта (суглинок) и тепловой изоляции от объёмной влажности принимались по данным [3].

Для удобства анализа, все графики характеризуются следующими одинаковыми исходными данными: диаметры теплопроводов - 0,3 м; глубина заложения - 1,5 м; толщина слоя изоляции - 0,06 м; толщина покровного слоя - 0,005 м. Температура наружного воздуха, а также температуры в подающем и обратном трубопроводах соответственно равны: -1,1; 88; 38 °С.

На рисунке 1. показаны величины тепловых потерь канальной прокладки в зависимости от объемной влажности изоляции W и грунта WГ. Материал изоляции - минеральная вата(так как именно она подвергается увлажнению лучше всего); размеры канала в свету - 2,0 х 1,0 м, при толщине стенок канала - 0,1 м. Коэффициент теплопроводности стенок канала - 1,0 Вт/(м-К).

Рисунок 2. характеризует величины тепловых потерь при различных режимах работы канальной прокладки с одновременным увлажнением грунта от 0 до 30 %. Здесь приведены следующие случаи: нормальный режим работы (кривая 1); отсутствие изоляции на обратном трубопроводе (кривая 2); отсутствие изоляции на подающем трубопроводе (кривая 3); отсутствие изоляции а обоих трубопроводах (кривая 4); затопление канала из обратного трубопровода (кривая 5).

Из графиков следует, что увеличение объемной влажности грунта Wг от 0 до 50%, когда Wu= 0% вызывает рост тепловых потерь в 1,83 раз, когда Wu=15%, - в 2,08 раз, когда Wu= 30%, - в 2,16 раз.

При проведении численных экспериментов в вариантах затопления канала сетевой водой величина коэффициента теплоотдачи от покровного слоя к воде и от воды к стенке канала принималась равной 100 Вт/(м² К).

Анализ полученных кривых показывает, что рост тепловых потерь для разных режимов работы теплотрассы по отношению к проектному при увеличении Wг от 0 до 30% находился в пределах: 1,48 - 1,52; 1,98 - 2,03; 3,75 - 4,14 раз при отсутствии изоляции соответственно на обратном, подающем и обоих трубопроводах. Затопление же канала сетевой водой из обратного трубопровода увеличивало тепловые потери в 5,30 - 5,86 раз.

Рисунки 3 и 4 относятся к бесканальной прокладке с расстоянием между осями труб - 0,7 м.

Показанные на рисунке 3 кривые позволяют судить о том, как меняется величина тепловых потерь в зависимости от изменения одновременно объемной влажности грунта(0