V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

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 , Вт, равно:

, (1)

где – коэффициент теплопередачи, :

; (2)

– теплопроводность материала, ;

– коэффициент, учитывающий геометрическую форму и размеры соору­жения, влияние теплофизических характеристик грунта и период тепло­обмена [2]:

; (3)

 

(25)

К

п

4 S V 1

(26)

к

I

4S V a_i х U

1

а

В

Расчетная формула для определения относительной погрешности тем­пературы поверхностей ограждающих конструкций определяется равенст­вом Qn = Qn или в соответствии с (18) и (23):

(27)

Ад (^п(т) ^п(0)) ~ Д"п О'п(т) ^п(0))-

Atn, a tn(_x)— tn₍₀₎= At'n и решая (27) отно-

Обозначая /_п(т) -

сительно —~, получим с учетом выражений (19) и

Atn

1

At

t

п(0)

(25):

^lPA Yfo, + 1

Яр с )

(28)

П

А^п

VFOi + 1

Яре

(29)

100 %

б

1

t

п

/ Г

l.z аналогии со сказанным выше при AtB= tB_{т) — tB_{0); AtB = tB_{x) — /_в(о)

– суммарная длина всех двугранных углов хранилища, м;

 

– суммарная площадь всех плоских ограждающих конструкций соору­жения, ;

– температуропроводность материала, ;

– расчетный период теплообмена, с;

– число примыкающих к грунтовому массиву трехгранных углов.

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

, (4)

где – коэффициент теплопередачи, :

(5)

– коэффициент теплоотдачи, .

2. В случае различия теплофизических характеристик грунта и ограждаю­щих конструкций получим аналогично и :

; (6)

, (7)

где

; (8)

. (9)

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

(10)

Обозначая , а и решая (10) относительно , получим с учетом выражений (2) и (8) [3]:

; (11)

. (12)

По аналогии со сказанным выше при и :

(13)

и в окончательном виде:

. (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 сопровождается увеличением относительной ошибки расчетной темпера­туры поверхности ограждающих конструкции ; уменьшение вели­чины отношения приводит к увеличению относительной погрешно­сти температуры внутреннего воздуха.

На основе натурных исследований построим график поля температур в грунтовом массиве прилегающий к ограждающей конструкции рис. 1, руководствуясь значения температуры в точках замера (в сентябре и январе) показанные в таблице 1.

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.

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

 

Рис. 1 – График температурных полей(А – за сентябрь, Б – за январь)

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

 

Список литературы

1. Гусев В.С. Методы теплотехнических расчетов по обеспечению микроклимата в сооружениях гражданской обороны. / В.С. Гусев. – М.: Стройиздат, 1976.–160с.:ил.

2. Довлетхель, Р.К. В сб. Специальные вопросы строительной теплофизики, № 1. М., 1965.

3. Лыков, А.В. Теплопроводность нестационарных процессов. / А.В. Лыков, –М., 1948. –232с.

Код для цитирования: Скопировать