Файл: Специальные вопросы строительной теплофизики учебное пособие..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 53
Скачиваний: 0
Масштаб сопротивлений принимается в соответствии с зависи мостью
т-_ ^ |
тс mR, |
|
mR |
W • |
(И.27) |
|
тс |
|
Для рассматриваемой задачи
240„ , . градчас- см2
т=--------- 2,Ю ------------------. 109,4 мин-икал
Масштаб температур назначается в зависимости от диапазона измеряемых температур и желаемой точности отсчета.
Для рассматриваемой задачи принят масштаб 1 град/см, что обеспечивает снятие отсчета с точностью до 0,1°.
Составление схемы гидравлической модели и получение экспериментальных данных
Схема гидравлической модели представлена на рис. 8. Эта схе ма показывает гидравлическое взаимодействие между отдельными элементами схемы — гидравлическими емкостями, разделенными гидравлическими сопротивлениями, а также стойками граничных условий, где для граничных блоков № 1—10, 41, 72—74 с помощью водослива поддерживается постоянный уровень, соответствующий внутренней температуре /в= + 18°, а для других граничных блоков № 31—34, 45, 52, 58, 63, 67, 70 — переменный уровень, соответст вующий графику наружных температур (см. рис. 6).
В процессе работы гидравлического интегратора снимаются по казания пьезометров прибора, соответствующие температурам в центре блоков. Снятие показаний производится через каждые 15 суток истинного времени (1,5 минуты времени работы гидравличе ского интегратора). Продолжительность работы гидравлического интегратора соответствует периоду теплообмена, когда достигается квазистационарное состояние изучаемого теплового процесса (4,5 года).
Обработка и анализ экспериментальных данных
По значениям температур граничных блоков № 1—10, 41, 72, 73, 74 определяются температуры внутренней поверхности несущей конструкции. Определение производится по формуле
UR + tRв |
(11.28) |
|
t , |
R,* |
|
R + |
|
23
где |
f0= 1 8 ° — температура внутреннего воздуха; |
граничных |
|||
|
t — измеренные |
температуры |
в центрах |
||
|
блоков; |
сопротивление |
между |
центрами |
|
|
R — термическое |
||||
|
двух смежных блоков; |
|
тепловосприятию, |
||
|
RB— термическое |
сопротивление |
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
равное -------. |
|
|
|
|
|
ав F |
|
|
|
|
|
Для всех граничных блоков определяются далее температур |
||||
ные разности Д i = tB— tBM, необходимые |
как |
для определения |
теплопотерь, так и для оценки возможности конденсации влаги из внутреннего воздуха.
Теплопотери подсчитываются по формуле |
|
||||
|
|
Q = a BF \ t |
--,МЛ— . |
(11.29) |
|
где |
|
|
пог.м-час |
|
|
|
|
. _ |
ккал |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ав = 6-5 _ т------------ т ! |
|
||
|
|
|
м2-час-град |
|
|
F — площадь поверхности блока; |
|
||||
|
|
|
Д t = tB |
/В-П. |
|
Теплопотери отдельных этажей определяются зависимостями: |
|||||
для |
верхнего этажа |
|
|
|
|
|
Qb.bt ~ 2 |
2 |
Ql4-8 |
ккал |
|
|
пог-м-час |
|
|||
|
|
|
|
|
|
и для |
нижнего этажа |
|
|
|
|
|
|
|
|
ккал |
(11.30) |
|
Q H .3 T — 2 |
С — |
Q g + 5 ] Q l O , 41,72-74 |
пог-м-час
Данные расчета теплопотерь сведены в табл. 5. На основании этих данных построены графики изменения теплопотерь сооруже ния в целом и отдельных этажей (рис. 9).
На рис. 10 представлены графики изменения температурной разности At—tB—/в.п. в 3 точках внутреннего периметра сооруже ния: в замке арки, в середине высоты сооружения и в центре пола.
Анализ графиков изменения теплопотерь сооружения в течение года позволяет сделать следующие выводы.
1. Теплопотери обсыпного сооружения в целом и отдельных'его этажей изменяются в течение года по закону гармонического коле бания.
2. Максимумы теплопотерь как сооружения в целом, так и от дельных его этажей сдвинуты относительно минимума наружных температур примерно на 2,0 месяца и соответствуют дате 15 марта.
24
т
w,gh
Рис . 8. Схема гидромодели
25
ю |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5 |
||
о |
|
|
|
|
Теплопотери |
1 пог. |
м арочного |
обсыпного сооружения в течение года |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
№ блоков |
|
|
|
|
|
Т е п л о п о т е р и |
1 п о г. м |
||
Дата |
К . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в е р х н е н и ж н е |
в с е г о |
|
|
ч _ |
l |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
41 |
72 |
73 |
74 |
|||
|
<У -Q |
г о |
г о |
с о о р у |
||||||||||||||
|
СОК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
э т а ж а |
э т а ж а |
ж е н и я |
15.01 |
д t |
4,25 |
4,46 |
4,14 |
4,08 |
2,99 |
2,83 |
2,72 |
2,72 |
2,61 |
2,77 |
3,89 |
2,16 |
2,23 |
2,66 |
341,4 |
|
Q 24,6 |
25,8 |
24,0 |
23,6 |
17,3 |
16,4 |
15,7 |
15,7 |
7 , 6 / 7 ,5 |
16,0 |
45,5 |
39,9 |
27,3 |
15,7 |
||||
15.02 |
t |
4,63 |
4,63 |
4,41 |
4,52 |
3,37 |
3,16 |
3,10 |
3,10 |
3,05 |
3,10 |
4,30 |
2,45 |
2,66 |
3,17 |
376,0 |
|
Q 26,8 |
26,8 |
25,5 |
26,2 |
19,5 |
18,3 |
18,0 |
18,0 |
8 , 9 / 8 ,8 |
18,0 |
50,3 |
45,3 |
32,5 |
19,4 |
||||
15.03 |
д t |
4,73 |
4,73 |
4,47 |
4,63 |
3,74 |
3,48 |
3,48 |
3,43 |
3,43 |
3,43 |
4,6 |
2,81 |
2,95 |
3,45 |
397,2 |
|
Q 27,4 |
27,4 |
25,8 |
26,8 |
21,8 |
20,1 |
20,0 |
19,8 |
9 , 4/ 9 ,4 |
19,8 |
5,38 |
52,0 |
36,1 |
21,1 |
||||
15.04 |
д t |
3,86 |
3,92 |
3,70 |
3,97 |
3,43 |
3,32 |
3,32 |
2,16 |
2,16 |
3,16 |
4,13 |
2,52 |
2,66 |
3,16 |
350,0 |
|
Q 22,3 |
22,6 |
21,7 |
23,0 |
19,8 |
19,2 |
19,2 |
18,3 |
9 , 2 / 9 , 1 |
18,3 |
48,3 |
46,6 |
32,5 |
19,3 |
||||
15.05 |
д t |
2,83 |
2,83 |
2,72 |
2,99 |
2,67 |
2,72 |
2,78 |
2,72 |
2,56 |
2,50 |
3,29 |
2,09 |
2,23 |
2,66 |
242,0 |
|
Q 16,4 |
16,4 |
15,7 |
15,3 |
15,5 |
15,7 |
16,1 |
15,7 |
7 , 4 / 7 ,4 |
14,5 |
39,7 |
38,6 |
28,5 |
16,3 |
||||
15.06 |
д t |
1,96 |
1,91 |
1,8 |
2,07 |
2,01 |
2,07 |
2,18 |
1,91 |
1,96 |
1,85 |
2,39 |
1,65 |
1,80 |
2,16 |
173,2 |
|
Q 11,3 |
11,1 |
10,4 |
12,0 |
11,6 |
12,0 |
12,6 |
11,1 |
5 , 7 / 5 ,6 |
10,7 |
28,0 |
30,5 |
22,0 |
13,2 |
||||
15.07 |
д t |
0,76 |
0,76 |
0,76 |
0,57 |
1,04 |
0,6 |
1,25 |
0,98 |
1,09 |
0,93 |
1,20 |
1,15 |
1,15 |
1,37 |
75,6 |
|
|
Q |
4,4 |
4,4 |
4,4 |
5,0 |
6,0 |
3,5 |
7,2 |
5,7 |
3 , 2/ 3 , 1 |
5,4 |
14,0 |
21,3 |
14,1 |
8,4 |
|
|
15.08 |
д г |
0,55 |
0,49 |
0,49 |
0,60 |
0,82 |
0,93 |
0,98 |
0,82 |
0,87 |
0,82 |
0,96 |
1,01 |
1,01 |
1,15 |
61,0 |
|
|
Q |
3,2 |
2,8 |
2,8 |
3,5 |
4,7 |
5,4 |
5,7 |
4,7 |
2 , 5/ 2 ,5 |
4,7 |
11,2 |
18,7 |
12,4 |
7,0 |
|
|
15.09 |
д * |
0,44 |
0,49 |
0,38 |
0,44 |
0,60 |
0,66 |
0,71 |
0,66 |
0,60 |
0,55 |
0,78 |
0,94 |
0,87 |
0,94 |
46,6 |
|
|
Q |
2,5 |
2,8 |
2,2 |
2,5 |
3,5 |
3,8 |
4,1 |
38 |
1, 8/ 1,7 |
3,2 |
10,2 |
17,4 |
10,6 |
5,8 |
|
|
15.10 |
д t |
0,93 10,9 |
0,93 |
0,82 |
0,66 |
0,71 |
0,76 |
0,71 |
0,66 |
0,66 |
1,08 |
0,94 |
0,94 |
1,08 |
71,8 |
||
Q |
5,4 |
6,3 |
5,4 |
4,7 |
3,8 |
4,1 |
4,1 |
4,1 |
1, 9/ 1,9 |
3,8 |
12,6 |
17,4 |
11,5 |
6,6 |
|||
15.11 |
Д f |
2,02 |
2,18 |
1,96 |
1,80 |
1,31 |
1,25 |
1,15 |
1,20 |
1,15 |
1,20 |
1,91 |
1,15 |
1,23 |
1,44 |
121,80 |
|
|
Q |
11,7 |
12,5 |
11,3 |
10,4 |
7,6 |
7,2 |
6,7 |
6,9 |
3 , 4/ 3,3 |
6,90 |
22,3 |
21,3 |
15,0 |
8,8 |
||
15.12 |
Д f |
3,16 |
3,26 |
2,99 |
2,88 |
2,07 |
1,96 |
1,74 |
1,91 |
1,85 |
1,91 |
2,87 |
1,59 |
1,66 |
2,02 |
220,0 |
|
Q |
18,3 |
18,7 |
17,3 |
16.7 |
12,0 |
11,3 |
10,0 |
11,0 |
5,4 ' 5,3 |
11,0 |
33,6 |
29,4 |
20,3 |
12,4 |
|||
|
305,0 646,4
348,8 724,8
384,4 781,6
348,2 698,2
320,4 562,4
242,4 415,6
144,6 220,2
122,4 183,4
103,0 149,6
115,4 187,2
168,8 290,6
245,8 465,8
to |
Рис. 9. Графики годового изменения теплопотерь сооружения |
ю
GC
Рис. 10. Графики годового изменения разности температур
3.Минимумы теплопотерь также сдвинуты относительно макси мума наружных температур на 2,0 месяца и соответствуют дате 15 сентября.
4.В период с 1 января по 15 апреля теплопотери верхнего эта жа превышают значения теплопотерь нижнего этажа; в остальное
время года теплопотери нижнего этажа выше теплопотерь верх него.
5. Теплопотери верхнего этажа имеют амплитуду колебаний большую, чем у нижнего этажа.
Анализируя график изменения разности между |
температурами: |
||
воздуха и внутренней поверхности, можно |
прийти |
к |
следующим |
выводам. |
изменяется |
в течение |
|
1. Температурная разность A i = tB—tB,п. |
|||
года по закону гармонического колебания. |
|
|
|
2. Для рассматриваемых трех точек (замок арки, середина по перечного сечения и центр пола) максимальное значение — 4,7° — достигается в замке арки, а минимальное 2,8° — в центре пола — в момент времени 15 марта.
3. При относительной влажности внутреннего воздуха ф^70%, опасность конденсации влаги отсутствует в любое время года. При большей относительной влажности возможна конденсация влаги как в зимний период, так и в летний.
Г Л А В А 3
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ОШИБОК ТЕМПЕРАТУР ВОЗДУХА И ПОВЕРХНОСТЕЙ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ НАТОПЕ
Расчет систем отопления подземных сооружений, характерной особенностью которых является нестационарный процесс теплопе редачи через ограждающие конструкции, сводится также к опреде лению мощности этих систем, обеспечивающих заданные темпера туры воздуха и поверхностей ограждающих конструкций сооруже ния к концу выбранного периода теплообмена (натопа). Получе ние заданных температур воздуха и поверхностей ограждающих конструкций необходимо для нормального самочувствия обслу живающего персонала, обеспечения бесперебойной работы техно логического оборудования, электронных приборов и т. п. и исклю чения конденсатообразования на внутренних поверхностях ограж дающих конструкций сооружения в течение периода эксплуатации. Последнее условие является особенно важным, когда требуется повышенная надежность в работе систем автоматики, связи, радио электронной аппаратуры и т. п.
Существующие методы расчета мощности системы отопления подземных сооружений в целях упрощения вычислительных работ не учитывают влияние толщины и разницы в значениях теплофи зических характеристик ограждающих конструкций и грунтового массива на формирование этих температур в процессе теплообме на. Возможность этого упрощения объясняют тем, что теплофизи ческие характеристики железобетонных ограждающих конструкций сооружения по своим величинам больше или соизмеримы с вели чинами теплофизических характеристик грунтов.
Однако ни в методах расчета, ни в специальной литературе нет качественной или количественной оценки принимаемого упроще ния.
В связи с этим возникает вопрос, какова будет величина отно сительной ошибки температур воздуха и внутренних поверхностей ограждающих конструкций подземного сооружения в расчетах, связанных с определением мощности систем отопления, при усло вии, что теплофизические характеристики Ограждающих конструк ций и грунта принимаются равными.
Решению этого вопроса для подземных сооружений прямо угольной формы посвящена настоящая глава.
30
Постановка задачи
В настоящее время существуют точные аналитические решения задач для нестационарной теплопроводности при граничном усло вии второго рода (<7=const) полупространства, как ограниченного, так и неограниченного слоем однородного вещества, толщиной /м, с теплофпзпческими характеристиками, отличными от теплофизи ческих характеристик полупространства. Существующие в практи ке проектирования расчетные формулы для определения мощности систем отопления подземных сооружений в виде параллелепипеда или прямоугольного сечения большой протяженности в своей осно ве содержат эти точные аналитические формулы.
Поэтому исследование изменения величин относительных оши бок температур воздуха и поверхностей ограждающих конструкций сооружения вначале целесообразно произвести путем сравнения результатов общих решений точных аналитических задач для по лупространства, ограниченного слоем однородного вещества (двух слойная задача) и не имеющего этого слоя (однослойная задача).
Решение задачи
1. Для полупространства. Из теории теплопередачи [6] извест-
ккал
но, что при постоянном значении теплового потока q---------- , по-
м г-час
ступающего на поверхность полупространства, повышение темпе
ратуры Д tx слоя, расположенного на |
расстоянии х метров от по |
|||
верхности, будет равно |
х~ |
|
х |
|
Д t X к |
|
|
||
4ат — х erfc |
2 Y a k |
(Ш.1) |
||
где Д tx = t{x,-) — t(o,o) , град; |
|
|
|
|
a = —----- коэффициент температуропроводности, |
— — ; |
|||
у с |
период теплообмена, час\ |
час |
||
т — расчетный |
|
|||
q — удельный |
тепловой |
поток, |
ккал |
|
---------- ; |
|
м2 •час
,, ккал
\— коэффициент теплопроводности,--------------- —;
м■час ■град
ккал
ус —объемная теплоемкость, ---------- .
м ’-град
Изменение температуры на поверхности полупространства с те
чением времени можно получить из выражения |
(III.1), если под |
ставить значение х, равное нулю |
|
Д*(о. ,)= - £ - • 2 | / ^ • |
(III .2) |
31