Файл: Специальные вопросы строительной теплофизики учебное пособие..pdf

Г Л А В А 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПОТЕРЬ ОБСЫПНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТОДОМ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ

Обсыпные сооружения различного назначения широко приме­ няются при строительстве объектов Министерства обороны.

По форме поперечного сечения обсыпные сооружения разделя­ ются на арочные, прямоугольные и полигональные..

Наружные ограждения обсыпных сооружений обычно состоят из необсыпанных ограждений (торцовые стены с воротами или глу­ хие), боковых обсыпанных ограждений и пола.

Боковые обсыпанные ограждения представляют собою много­ слойную конструкцию, состоящую обычно из следующих слоев: растительного толщиной до 0,2 м; основного слоя грунтовой обсып­ ки толщиной 0,2—0,4 м в замке арки и над перекрытием прямо­ угольного сооружения; дренажного песчаного слоя толщиной до 0,5 ж; защитного кирпичного слоя толщиной 0,06—0,12 м (в холод­ ных зонах дополнительно применяется также слой теплоизолятора из пенобетона); гидроизоляционного слоя из цемента или гидроизола толщиной 0,04—0,05 м; наконец, несущего слон (обычно желе­ зобетон) толщиной 0,05—0,07 м.

В обсыпных сооружениях, в соответствии с их назначением, поддерживаются с помощью систем отопления, вентиляции и кон­ диционирования воздуха необходимые температурно-влажностные условия.

Для определения расчетной производительности системы ото­ пления сооружения и требуемой поверхности нагревательных при­ боров в отдельных помещениях сооружения необходимо знать мак­ симальные часовые теплопотери сооружения в целом, а также от­ дельных его помещений и этажей.

Для того чтобы обеспечить рациональную эксплуатацию систем теплоснабжения сооружения, необходимо построить график годо­ вого изменения часовых теплопотерь сооружения в целом.

Известно, что общие теплопотери сооружения складываются из основных теплопотерь через необсыпанные и обсыпанные ограж­ дения (включая пол) и добавочных теплопотерь в результате вет­ рового воздействия и инфильтрации наружного: воздуха через: ще­ ли и неплотности ворот или дверей.

11

для определения расчетной температуры наружного воздуха вели­ чины продолжительности расчетного периода колебаний наружных температур.

Однако для суждения о правомерности такого подхода к реше­ нию задачи нестационарного теплообмена необходимо сопоставле­ ние данных, полученных по существующим формулам, с данными, полученными либо из аналитического решения дифференциальных, уравнений теплообмена, либо с помощью экспериментальных ме­ тодов исследования.

Процесс нестационарного теплообмена в обсыпном сооружении,, схема которого изображена на рис. 4, описывается следующей си­ стемой уравнений:

13

дТ2

почтительнее воспользоваться экспериментальными методами ис­ следования и, в частности, методом гидравлических аналогий, до­ стоинством которого является наглядность, сравнительная просто­ та и достаточная точность.

Принципиальная возможность применения метода гидравличе­ ских аналогий для решения теплотехнических задач основана на аналогии закона Пуазейля для ламинарного течения вязкой жид­ кости в капиллярной трубке и закона теплопроводности Фурье.

14

Для решения задачи используется гидравлический интегра­ тор В. С. Лукьянова (ИГ-Л), представляющий собой счетно-ре­ шающее устройство сеточного типа, дающее численное решение дифференциальных уравнений с частными производными второго порядка параболического типа и некоторых уравнений эллиптиче­ ского типа при заданных начальных и граничных условиях.

В качестве аналога исследуемого твердого тела служит гид­ ромодель, представляющая собой сеть гидравлических сопротивле­ ний с сосудами в узловых точках или без таковых (последнее — при стационарном режиме).

Температурам в исследуемых точках твердого тела t, соответ­ ствуют в гидромодели напоры воды в сосудах h, термическим сопро-

град-час ,

тивлениям Н -----------------гидравлические сопротивления р мин!см1,.

ккал

теплоемкостям С ккал/град — площади поперечного сечения со­ судов а> см2.

Наблюдаемый в гидромодели процесс изменения уровней воды во времени т Гидр. (мин) соответствует процессу изменения темпера­ тур в рассматриваемой области тела т Тепл. (час).

Принципиальной особенностью гидромодели (как и других ана­ логовых устройств для решения задач методом сеток) является за­ мена непрерывного поля дискретными значениями, сосредоточен­ ными в узлах сети гидромодели.

Поэтому для моделирования теплового процесса на гидромоде­ ли исследуемое тело необходимо разбить на элементы (блоки) с тем, чтобы также перейти от поля к тепловой сети с сосредоточен­ ными параметрами.

Соотношения, определяющие соответствие между температурой и напором (mt), термическими и гидравлическими сопротивления­ ми (mR), теплоемкостями и площадями поперечных сечений гид­

равлических емкостей (тс) и называемые соответственно мас­ штабами температур, сопротивлений и емкостей, задаются с уче­ том удобства и требуемой точности решения задачи и в соответст­ вии с техническими возможностями имеющегося гидравлического интегратора.

Основной задачей исследования нестационарного процесса теп­ лообмена в данном конкретном обсыпном сооружении методом гидравлических аналогий является определение динамики измене­ ния теплопотерь сооружения в целом и отдельных его этажей или помещений.

Для решения вопроса о возможности конденсации водяных па­ ров из внутреннего воздуха в различные сезоны года необходимо

15

также найти динамику изменения температур внутренних поверх­ ностей ограждающих конструкций в характерных точках.

Примем, например, в качестве объекта исследования наиболее распространенное и наиболее сложное по форме двухэтажное ароч­ ное сооружение из сборных арочных панелей с прямоугольными вставками по типовому проекту (альбом 62-КС-107), расположен­ ное в районе гор. Уссурийск Приморского края.

Р и с. 5. Поперечный разрез сооружения

Поперечный разрез сооружения представлен на рис. 5. Состав слоев обсыпки и их характеристика представлены в табл. 4.

16