автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Метод теплотехнического расчета минимальной допустимой глубины заложения трубопроводов

РГО од

!О¿"¡Гоаудярстввтшй комитет ГО по вопросам

-ьи

архитектуры и строительства

Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ)

На правах рукописи

УДК 536.2.:628.143.115 536.2. :6%. 122

Золотой Игорь Иванович

МЕТОЛ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА МИНИМАЛЬНОЙ ДОПУСТИМОЙ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ТРУРОПРОВОДОВ '

(Сппцим.льно'угь 0fi.P3.03. Т«нлоонаС1крни9, вентиляция, коцдициониропанип, газоснабжение и освещение)

АВТОРЕФЕРАТ

ди^мртациии на о^иоканио учяноЯ степени кандидата технических нвук

Москва, 1993

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики Госстроя России

Научный руководитель - доктор технических наук,

ст.ивучн.сотр. Гулабянц Л..

Официальные оппоненты: академик

Богословский Б.Н.

кандидат технических наук

Цуканов H.A.

Ведущая организация Союзводоканалпроект

Защита состоится # /Л 1993 г. в /О часов

на заседании специализированного совета Д 033.¡0.01 при Научно- исследовательском институте строительной физики Госстроя России

по адресу: 127238, Локомотивный пр., 21, НИИСФ

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде НИИСФ.

Просим Вас принять участие'в защите и направить Ваш отзыв двух экземплярах по адресу 127238, Локомотивный пр., 21, ШШ Ученый совет

Автореферат разослан (3. i/ №3 г.

Учений секретарь специализированного.совета

В.К,Санин

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. АКТУАЛЬНОСТЬ ТИМ. На территории Россия заложение тру-[роводов сетей водоснабжения и канализация (СВК) осуществляется глубины, близкие к максимальной глубине сезонного промерзания ита. При этом затраты на земляные работы составляют от 2.5 до ; от полной стоимости строительства трубопровода.

Возможность уменьшения глубины заложения трубопроводов СВК [ускается СНиП 2.04.02.84 "Водоснабжение. Наружные сети и со-ткения." и СНиП 2.04.03-85 "Канализация. Наружные сети я соору-|ия." при условия обоснования втой возможности теплотехническим ¡четом. Метод расчета не регламентирован. - Существующие расчетные методики не пригодны для использова-I в качестве нормативных, поскольку не учитывают зависимости ¡четких климатических данных от тепловой инерции проектируемого >екта. ; *

Использование непредставительных расчетных - климатических гных, и как следствие, завышение или занижение глубины заложе-I, приводят либо к излишним затратам, либо к аварийннм ситуаци-

1.2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке метода расчета мини-1ьной допустимой глубина заложения трубопровода - метода, учи-тющего зависимость длительности расчетного холодного периода

глубины заложения трубопровода.

1.3.ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ВКДОЧЭЮТ шалил существующих методов теплотехнического расчета трубопро-юв подземной прокладки (ТПП) и выявление причин, препятствую-их применению в качестве нормативных методов для трубопрово-! СВК; '

|цялиг! основ применяемого в теплотехнических расчетах наружных

ограждающих конструкций зданий метода определения расчетной н рукной температуры как функции тепловой инерции конструкции; явление основного методического недостатка метода - неоогласов ности метода обработки метеоданши и теории тепловой инерции;

- разработка метода обработки метеоданных за многолетний пери направленного на определение и систематизацию параметров ькст мальных похолоданий различит длительностей;

- разработка метода расчете экстремального теплового режима ТП

- разработка и тестирование, включающее сравнение реаульта расчета с результатами натурного эксперимента, компьютерной п граммы расчета теплового режима ТПП, реализующей »^стационар модель теплообмена с учетом тешю4изическои роли фазовых пере дов содержащейся в грунте влаги;

- проведение численного исследования вкстремального теплов режима ТПП и сравнение полученных результатов с результат расчетов по существующим методикам; анализ точности разработан го метода и существующих расчетных методик;

- составление алгоритма расчета минимальной допустимой шуб заложения трубопровода, проверка алгоритма на примере расчета нимальной допустимой глубины заложения канализационного коллек ра г.Красноярска.

1.4. НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в установлении взаимосв между глубиной заложения трубопровода и темпвратурно-ьремонн характеристиками расчетного холодного периода.

1.5. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Применение метода расч минимальной допустимой глубины заложения трубопровода позно обеспечить безаварийную работу ТПП и снизить затраты на их стр тельство. ■

Максимальный вкономическнй аффект ожидается для трубопро дон СВК.

Для районов с глубоким сезонным промерзанием грунта возможно тыпвнив глубин заложения трубопроводов СВК на 1-2 м, что поз-1ит снизить их стоимость на 10-50*. Для других районов строи-1ьство и трубопроводов других назначения стоимость трубопрово-i может быть уменьшена на единицы процентов.

1.5. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

«етод обработки метеоданных, позволяющий рассчитать зависимость шературы экстремально холодного за ряд лет временного интерва-от его длительности;

«етод определения наиболее опасных для проектируемого ТПП зим; летод расчета экстремального теплового режима трубопровода; *етод определения минимальной допустимой глубины заложения тру-

трогюда.

1.6. ПУБЛИКАЦИИ. По реэультатвм работы опубликовано пять учных работ.

1.7. СТРУКТУРА И ОВЬЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введе-я, пяти глав, заключения и содержит 117 стр., включая 95 стра-U машинописного текста, 5 таблиц, 19 рисунков, список /штера-ры из 119 наименований, приложения на 11 страницах.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проанализированы существующие меди расчета тепловых режимов трубопроводов: транспортирующих выскотомпературнае продукты; прокладываемых в вечно морзлом грунте; также мотолики расчета пускового периода ТПП.

Показано, что в основу отах успешно применяемых методик по-'Жнии ирчлпо.пожмшя, неприменимые для трубопроводов СВК. Возмож-«;ть практического применения рассмотренных методик в значитель-'П (Ч^ипни опирается на слабую чувствительность этих ТПП к точ-

ности определения температурно-временных характеристик расчетыо климатического воздействия.

Показано, что трубопроводы СЕК малых глубин ввложения кр тичны к точности определения втих характеристик.

Для обоснованного определения температурно-временных хара теристик расчетного климатического воздействия необходимо учес их зависимость от тепловой инерции проектируемого объекта. Подо ная ведача решалась для ограадавдих конструкций В.Н. Богосло ским, O.E. Власовым, Э.Л. Дешко, В.Д. Мачинским С.И. Муромовы К.Ф. Фокиным, A.U. Шкловером.

Во второй глав.е изложен предлагаемый метод о работки метеоданных, позволяющий определить зависимость темпера туры наиболее холодного эа ряд лет временного интервала от дл тельностн втого интервала.

Метод основан на анализе многолетнего массива метеоданных

(1 =1.2,___N), где N - длина массива, 1 - порядковый номер дня

массиве.

Температура n-дневки определяется (рис.1) как < l=k+n-1

\ ¿4 V (,)

lälsN, 1sksN-n+1 , где к - порядковый номер первого дня n-дневки, дгп- длительное п-дневки.

Температура наиболее холодной n-дневки определяется как

i(itn) = min ik(Aiß) 1sksN-n+l. (2)

Зависимость t(Atn), определенная для Москвы с использована ЗО-летнего массива среднесуточных температур за 1961 - 1990 гг представлена на рис.2. Данная зависимость получена в результа1 обработки массива метеоданних, которые можно рассматривать ю

n - 1.2,-N к -U.-N-nM

а - дневка

I-1

l»k«4 l-k+n-1

1 3 3 4 8 N-9 N-Î N-l M

I_I_I_J_i . . . > I I_J

I

Мпосив ореднеоуточннх томперттур (Л/дпеЯ)

Рис Л. Схема к раочету томгтвротурн п-диевки.

Длительность п-двежк, д с", сут.

Рис.2. Эавпскиость теыперзтурып-дневки от ее шште^ьвоств.

Температуры навболее холодных одно- а шттютевон (СНвП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика").' "+" - 1^=0,98;

- С.22; - - Коб*0'97; "х" — результаты обтзаботгя зг»-я«и,оот*п —---------

гшетюголотиео годовое изменение наружной температура содулл-1нно0 "шумом" похолоданиП-потеплештЯ.

С целью изучения статистических своПстп "шума" он был отде-от головой гармоники колебания нвруяноЯ тешеротуры.

Процедура отделения "пума" от годовой гармоники' произведена эм расчета "температура похолодания", определенной как юсть температур» п-диевноЯ рэшпгаащт и температуры наиболее 1дной п-днввки головой гор.тотт:

1*КС(АТ) = ?КС(А1) - 1ТГ(ДГ) . (3)

Зависимость томперятури окстромвлыюго похолодания ot дпя-люстн похолодпния, полученная в результате обработки касстая юданннх по форлуле (3), представлено на ртс.З. Здось по принт температуры наиболее- холодшх одно- п пятидневок обоспо-юети 0,92 и 0,98 (СНиП ?.01.01--й2 "Строительная климатология юфигшкп"), а токае темиерптури втих интервалов обеспеченности Г, онродолошшв путем интерполяций данных СНиП.

Поскольку проектные расчети вряд ли будут, в йтпяйшей пер-<типо, основиваться на обработке массивов метеодашшх, преду-гронп альтернативная возможность построения рассчитанной кра-- найдено аппроксимирующая зависимость, позволявшая построить кчшую климатическую характеристику по температура^ наиболее \шшх одно- и пятидневок заданной обеспеченности.

А1!п[к!ксимиру1сщпя зависимость имеет вид:

г®КС<АГ) - ^(АТ,) охр (-В 1П2ГАГ/ЯГГ (5)

й, (6) 1п2(ЛГ5 / Атр

1 5 ЛГ 5 100

С,'с

I "5

о к

В -10

о

С-,

о а л к

га

£-1

и,

ь в

Я!

ё-20:

га

о

о

-25

0.1

,Л 1,..л им..

I I I I I 11.11

-1_I_I ..Л 11111

' ' <11114

1

10 100 1000

Длительность похолодания, Д^, сут.

Рпс.З.Зависимость зависимость температур экстремального похолодания от его длительности.

• — ре37.1ЬТ2Т- 1ЕЗСГ:;ГЧЯ мр-еп-аптггг- _ ----------- --

Для клпматпчошв. условпП Постг В = 0,094.

Высокая точность аппраксзшощт (рто.З) сохраняется далеко па эдолпми располояогат узлов аппроксимации, что позволяет одолать здпологгагаго о близости иойдогагоЯ паппсшооти реальной отатлсга-скоЯ закономерности.

Метод обработки мотоодшпшх п получогатя сппрокст.мрущал висимость систематизируют экстре;,шлышо клкматпчоекпэ воэдоЯст-я по их температурио-вромогашм характернейшем.

"Чувствительность" объекта к нлпмаигческт) воздействия?.! ха-ктеризуется перодаточпоЯ фушадгоЯ, прелставлясцеА собой отпоило амплитуды колобпнпя зпочошш псслодусного выходного пара-тра (теплопотерь, нпнгашыюП тестерэтури впутрзннеЯ поворхпоп-конструкцш! и т.п.) к яшштудэ колебания нвруяюЯ ?с:шеряту-

Экстремальное похолодание рассматривается кок отрицательная (луволпа гармоники с полуперподом равным длительности похолода-!я, что позволяет рассчитать сшгазтуду колебания виходпого пара-1тра (тепловую реакцию объекта на вкстремальпоо похолодание) как юиз'веденио тепловой парэдоточпой функции па вшлптуду гормопи-I, модалпрущей экстремальное похолодание.

Тепловая передаточная функция для любых строительных объок-)В является монотонно возрастание!! фушащеП длитэльноотп клпма-1чоского воздействия. Абсолютная величина тешература экстре-1ЛМЮРО похолодашя, как следует из рнс.З, монотонно убывает по >рп увеличения длительности похолодания. Тепловая реакция объек-> на гармо!шческое воздействие равна произведению передаточной дикции Т на амплитуду воздействия. Произведение монотонно убывакь >й и монотонно возрастающей функций монет иметь максимум.

Похолодание, вызывающее максимальную тепловую нагрузку на М.ект, является наиболее опасным для объекта. Длительность наи-

более опасного похолодания определяется путей реаения уравнения gff [T(A*).tJ,C0U*)J = О . (7

Метод определения тешературно-временных характераст. наиболее опасного наружного воздвйегвия испитая на приие; простейшего в теплотехническом отношении объекта - одиородш ограздаодей конструкции.

В качестве тепловой передаточной функции использован показ! тель затухания амплитуда гармонических колебании

к= ехр 1£-} • <8)

Виборои передаточной функции уточняется конкретный сии сл вкладываемый в понятие " наиболее опасное климатическое воздейст вде". В рассматриваемом случае наиболее опасное воздействие -воздействие, приводящее к максимальному пошшешю температур внутренней поверхности конструкции.

Амплитуда колебания теглпературц внутренней поверхности ог раздающей конструкции, рассчитанная в предположении iiohqmöhhocti тешературц внутреннего воздуха, представлена, как функция дли тольностн зксгро.'-шлыюго похолодания, на рис.4.

Представленные на рисунке розультати подтверждают, па призере наруашх ограадащшс конструкций, основное псшкошш работы -существование наиболее оиасшн для обшста похолоданий, и донн«, случае похолодания, приводящих к иаксичалышу понижений тишюра-ч'УР^ шутроппей поверхности конструкции.

Рошшо уравношш ГО для наруглой огршдаццой конструкции представлено ни рис.5. Данное роаенпо поаволяо? i'patcsMüOKU онро-д&лать длительность иаиболоо опасного для огра^даьдей конструкции похолодании по аиачвтш тспловсй шюрш; конструкции. Теш1врлтура иаиболоо опасного похолодания определяется по рпс.З.

fe о

штнМхопол uminmrtmljo luooiixdfmou ijí>ni!'>'l-!,íi|ll Г!'1Л,1.1!'1о11ПЫ. IflIHCpaiíOJI BffjÍJ,HUUI4\r

0 5 10 15 20 25 £ 20

Тепловая инерция

Рис.5. Зависимость длительности расчетного похолодания от тешюзой

Епегпии.

С долью исследования области применимости разработанного отода определения текпоратурно-врсмот?ых характсриспш папболео пасннх похолоданий, метод был применен для расчета акстрэглально-о теплового рогпма топлоинерцпонного сооругошт другого типа -езарвуара.

Рассмотрен незаглублешшй резервуар, содорявпдаЛ идеально еремешиваемую кидкооть. В резервуар поступает кндкость о темпе-атурой отличной от температуры гпщкостп в резервуаре, пз рэзер-уара выходит зшдкость с температурой равной температуре гащкостп резервуаре. Расход кидкостп постоянен во временя и равен прихо-у. Внутренних источнпков/стоков тепла нет.

Изменение во времени температуры гащсостл огшсыпаотся равнением

V cadta- -[ta(r)-tH(t)l S dr/R + v о ft®x-tE(T)l dx. (9)

Передаточнвя функция, вводимая как отношение шяигитуда олебания температуры кидкости к амплитуде кол0ба1шя паругаюй емпературн, равна

А

Т(и) - j- , (10)

Л2 4 о2

до параметры, характеризующие тепловую инерцию определяются как

А - 7-I--R С»А + $. П1)

В данном случае наиболее опасным похолоданием является похо-оданив, приводящее к максимальному пониканию температуры жидкос-и. Длительность наиболее опасного похолодания определяется реше-ием уравнения (7) (рис.6); температура наиболее опасного охолодания - рис.3.

Знания температурно-временных характеристик наиболее опасно-о похолодания недостаточно для проведения теплотехнических рас-етоп внсокоинарционннх объектов. Для этого необходимо разрабо-

Рио.6. Зависимость длительности расчетного похолодания от параметра С , характеризующего тепловую инерцию резервуара.

I 7

ть модель наиболоо опасной зимы, температурный массив которой кот бить использован для проведения теплотехнических расчетов методикам, реализующим нестационарные модели теплообмена.

Наиболео опасная 31ша моделируется суперпозицией среднемно-летнего годового изменения поручной те(шературц и зкстремально-похолодшшя, которое, в свою очередь, моделируется отрицатель-й полуволной синусондн, о полунериодом равным длительности голодания.

Использование предложенной модели наиболее опасной зимы ¡зволлет проводить расчеты экстремального теплового режима с данной обеспеченностью, однако данная модель не учитывает шокности совпадения нескольких наиболее холодных п=даевоц но ютяиении одной зимы. В этом отношешш предпочтительнее ¡пользовать в расчетах массивы метеоденных рза. ышх наиболее 1вс1шх зим.

В результате проведенного анализа массива метеодашшх опре-шны зимы, на которые пришлись наиболее холодные п-дневки габл.1).

ГабЛ1ща 1

Распределение по зимам наиболее холодных п-дневок

Зима Длительности наиболее холодных п-дневок, сут.

5?/63 89 - 100

67/68 17 - 21

68/69 30-33; 38-88

78/79 1-6; 22-29

86/87 7-16; 34-37

Таблица 1 позволяет по длительности наиболее опасной для бъектн п-дньвки определить наиболее опасную зиму, температурный пггиг пггпрпп мотет лить иопольпокан для расчета ¡экстремальною

за ряд лет теплового рояима объекта.

Отсутствие до настоящего времени как метода моделировал так и метода определения наиболее опасной зимы приводило к н пользованию в теплотехнических расчетах необоснованных модел иых или реальных температуршх массивов расчетных зим.

Необоснованность выбора температурно-временных характерист климатического воздействия, принимаемого за расчетное, являлас основным препятствием для использования в проектной практике ра четных методик, реализующих нестационарные модели теплообмена.

Использование нестационарных моделей необходимо, преаде вс го, при расчете высокоинерциошшх объектов (ТПП, крупных резерв, аров). В то ко время именно для высокоинерциотшх объектов отсу ствовяли обосноватше методы определения температурно-временных характеристик расчетного климатического воздействия. Совокупно* тыо данных Факторов и объясняется, вероятно, то, что многочисле! ше исследования, посвященные реализации нестационарных моделе! не выили за пределы НИР н то, что для трубопроводов СВК норматш ше расчетные методики не разработаны.

Использование в теплотехнических расчетах массивов темпер; тур наиболее опасных зим позволяет проводить расчеты с максим?ш ной точностью. Недостаткам втого метода описания расчетного не ружного воздействия является невозможность рассмотрения друго сочетаний наиболее холодных п-дневок.

С целью устранения данного недостатка разработано модел зимы, объединяющей все экстремально холодные п-дневки. Моделыш массив метеоданных этой зимы, названной образцовой, может Опт использован в теплотехнических расчетвх объектов произвольно тепловой инерции.

Температурная кривая образцовой зимы определяется и иледуквдх условий:

< ■

At/2

i\ f Wr) dt °t0KC(/it) • (,2)

-At/2

to6p<0) = ?KO(0) •

Решение (13) iimoqt вид

wx) = lcr - 4ttr coa ( it® l) ♦

r (13)

+ t°KC(Ai,) охр (-в2 m (2t/tj)J ( 1- г в la (2r/rt)J

Тешшратурнал зависимость образцовой згаш сопоставлена на не.7 о расчетной кривой изменения нарушюЗ тешоратурц d период ззкого похолодашм (C.'uisanr.c.i еналого^).

Каздая на трех продло::ошшх «одэлоЯ налСодоо опасной зи.;и радставлнет самостоятельную ценность, но при о тем обладает н продолоишлгл тлоеттнат.

Адекватность гдодолеЯ определена путем сопоставления резуль-атов, полученных с- использовашшм моделей, с результатам чне-81шого акспорниентп, в ходе которого климатическое воздействие ил о задано 20-лотнш .'.шсстосм наруглшх тегяарзтур. Цель чнелен-ого вкспоримонтп состояла п опредолонпи, путем сравнения токугда начений исслодуомош выходного парамотрэ, гшксжалыюП тепловой агрузкм на объект. При анализо адекватности ¡юдолей результаты ислоннот окспер'лшнта били приняты за образец точности.

Мотод модолироватм наиболее опасной anvu п совокупности с ютодом тонлотох1П1Чоского расчета образую? метод расчета окстрэ-1Пльного теплового рекима. Результаты расчетов ' ркстрсмалышх епдопих рокшюп резервуаров и однородных нпругных ограцдакцих инструкций сопоставлены с результатами расчетов по пор'ятош:м ¡столикам н с результата;.?!! чнелошюго • окспержеита п табл. I и

'ЯбЛ.Р.

Время.Т , сут.

Рио.7. Изменение няруююй температур! в течение "обрпяиопоП"

зимы.

1 - "образцовая" знмп;

2 - модель "резкого похолодания" /В.Н.ЕогослопскнЯ.

Строительная теплофизике). 1902/.

Таблица 2

Шшимальная температура внутренней поверхности наружной стены

Тепловая инерция

Вариант 2,6 6.1 7.6 10,2 12,7 15,2

1 10,5 14.8 16.5 17.3 17.8 18,2

г 10,2 16,0 16.8 17,7 18,3 18,6

3 10,6 14.7 16,6 17,5 18,1 18,5

4 10,6 14.7 16,5 17,4— 18,1 18,4

5 10t6 14,7 1бх6 18J 1845

Вариант 1 - норматив, степ, модель; вариант 2 - численный счет, модоль наиболее опасной зш.т; вариант 3 - численной счет, наиболее опасная зима; вариант 4 - численный ечот, образцовая зима; вариант 5 - численный счет, 30-латай иассав иетеоданних.

Таблица 3

ишшыальная тегаература едкости а резервуаре

тнооть сообмона cvt" ' Модель расчетного климатического воздействия ni!íirtoYхол.ТхЗразцбипя"""Г'.одоJib нпийолбо ~20-лет1шй нятндненкн зима опасной зимы массив

0,3 14,4 14,0 15,8 14,6

0,4 19,9 18,2 19,5 Ш.б

0,5 22,0 20,2 22,2 ■ » 20,6

0,6 24,3 23,6 24,3 23,8

0,8 27,5 26,8 27,2 27,0

31,1 —• Sfí.ó 20,7 30,7

Лпаляз приведенных в таблицах результат/щ показывает, что

- результаты расчетов по все?.! исследованным методом в' первом приближении согласуются друг с.другой;

- погрешности нормативных методов возрастают по море увеличения шшрщш объектов;

- использование модели наиболее опасной зимы приводит к зашшнви: расчетной тепловой пагрузга па объект:

- использование образцовой этш приводит к умеренному завышению (возможно целее¿образному) расчетной тепловой нагрузки;

- использование ровлыюй наиболее опасной зимы обеспечивает в данной случае абсолютную точность расчета.

В ходе численного акспоришнта были определены даты регистрация окстремаяъшх тепловых нагрузок, что позволило определить наиболее опасные для объемов реальные зимы. Массив метеоданных одной из опрг'п 'лепных тагам путем наиболее опасных зим сопоставлен »азаагай с моделью наиболее опасной зимы.

Кйк-тягедуот^э-рноуика, метод моделирования позволяет выделить вэ хаоса случайных колебаний наружной температуры наиболее вначкуую для решаемой задачи тенденцию изменения нарукной температуры.

ПроверешшЯ на примерах расчета окстремалышх тепловых режимов резервуара и нарукной ограадаадой конструкции, метод определения температурно-врененних характеристик расчетного климатического воздействия применен для расчета экстремального тетлопого рехшма более слсишого объекта - трубопровода подземной прокладки.

В качестве передаточной функции использован показатель затухания гармонических колебаний нарукной температуры на глубине заложения оси трубопровода - формула (8).

Ва наиболее опасное похолодание принято похолодание, приводящее к максимальному понижению температуры грунта на глубине

заложения оси трубопровода.

При определении гемпературно-времешшх характеристик наиболее опасного для ТПЛ климатического воздействия, в качестве параметра, по которому производится сопоставление тепловых режимов, принята величина максимальных теплопотерь о единицы длины трубопровода.

Основное допущения, положенные в основу метода определения параметров наиболее опасного для трубопровода воздействия:

- топлопотери ТПИ максимальны при минимальной температуре грунта 1й глубине заложения оси трубопровода;

- при расчото температурного поля грунта выше максимальной глуби-ш промерзания используется коэффициент ватухания амплитуды гар-юнического колебания.

Существование практически значимой области применимости для »осмотренной модели подтверждено результатами численного вкспе-ммента, выполненного по ' комныотерюй программе, свободной от ииших ограничений. Результаты численного эксперимента представ-юны в таблице 4 (глава 5).

Уменьшение глубин заложения трубопроводов наряду с удешевле-мом строительства ТИП приводит к уменьшении запаса теплотехни-шекой надежности итнх объектов, что обостряет вопрос об онреде-шнии оптимального уровня обеспеченности расчетных климатических клднйстиий.

Вощюс об оптимальном уровне обеспеченности представляет шторис дли расчета любых объектов. При расчете оптимального ронин обосночонности следует принять во внимание 'Ожидаемый пори-¡д иксплуатации, стоимость объекта и стоимость ущерба, вызванного 'внрхрнсчитнцм климатическим воздействием.

Разработаны оснонц метода определе1гая оптимального уровня Лоснечонности, основанного на страховании объекта от сверхпроок-

тшх воэдейСгпиЯЪ шшшшацпп его полной стоимости, включая плату ва страховку.

В третьей главе приведены методика и результат!, натурного вкспершента по исследованию теплового режима канализационного трубопровода мелкого-88Лспкагтоя. Цель натурного вксперн-М0нта ваклдоал&оь в сборе данных, необходимых для тестирования разработавши методов. Эксперимент проведен на канализационное трубопроводе малого диаметра и малой глубины валожения в г.Красноярске в феврале - марте 1990г.

В четвертой главе описан метод числонного раочета теплового режима заглубленного трубопровода при климата-чоокоу воздействии, заданной массивов ыетоодятшх. Компьютерной проградаой реализована иеотационарная модель, метод тепловых балансов. Учтена твплофшческяя роль фазовых превращений вода-лед. Приведены результаты тестирования программы. Результаты компьютерного раочоти сопоставлены о результатами натурного вксперимон-те, что выявило соответствие в продолах 95$.

В пятой главе разработанные методы применена к теплотехническому расчету ТПП.

С целью определения точности существующих и разработанных методов расчета вкстремального теплового режима ТПП, расчеты проведены по вести вариантам:

1.Метод Форхгеймера (стационарная модель теплообмена). Расчетная температура окруяапцей среды - температура наиболее холодной пятидневки.

2.Метод Форхгеймера. Расчетная температура окруженной среды

- температура наиболее холодного месяца.

3.Метод Форхгеймера. Расчетная температура окружающей среди

- температуре грунта на глубине заложения оси трубопровода. При расчете температуры грунта в качестве расчетной наружной темпера-

урн используется температура наиболее холодного кэсяца.

4."Рекомендации по теппотахтгаеекш расчетам и прокладке 'рубопроводов в районах о глубоки)! сеаоннш пршоршшем •рунта",- и.:ЮШ0СП. 1976.

5.Численный вкспершент. Виеотое воэдейстше задано массивом еыператур наиболее опасной 8шш.

6. Численный окспвраинт. Внешнее воздействие задано 30-етним массивом иетеоданши.

Вариант 6 »ранят за образец.

Исследованная область вявчениЯ определяй»! паремэтров: диаметр трубопровода 0,2 ы;

относительная платность груита п0=0,2; №0,1;

температуропроводность грунта а*еО*да; е(ЫО"виа/с; а=5-Ю*7иа/с;

глубина валогения оса трубопровода Ь^МЬАЬ; МЫ н; &Ы),2 и.

Результаты расчетов приведет о табл. 4.

Теблица 4

иаксимальнне теплопотори 8аглу0лв!шого трубопровода, Вт/м

Варианты исходят Варзенти ыатодоа расчета

¿анных ___л___ -2 3 4 5 б

0 ш 82 47 32 43 43

4АЯ III 82 44 . 31 42 42

-АЯ III 82 57 40 46 46

* да 155 114 78 39 67 ' 67

-да 55 41 21 3! , 21 21

+АЬ 105 68 42 31 39" 39

-ЛИ 1?0 88 бб 35 49 49

На основа анализа получениях дашшх сдэлшш пшюди: первый и второй варианты иетода Форхгеймера вначнтельно вавпша-

ют расчетные тенлопотери;

- точность третьего варианта удовлетворительна; возможно, что пр условии дополнения соответсвущих СНиП методом расчета минимальной температуры грунта данный вариант может быть использован 1 качестве нормативного;

- использование рекомендаций ШОСП может привести к аварийном] переохлаждению трубопроводов малых глубин наложения;

- предложенный метод рвсчетя экстремального теплового режима ваглубленного трубопровода обладает высокой точностью.

Для определения минимальной допустимой глубины валожвнш трубопровода рекомендовано выполнение следующей последовательности действий:

1. По ваданной в первом приближении глубине валожония о«1 трубопровода определяется тепловая инерция слоя грунта, лежащего выше оси.

2. По тепловой инерции определяется длительность наиболао опасного окстремально холодного временного интервала (рис 5).

3. По длительности наиболее опасного вкстремяльно холодного временного интервала определяется наиболее опасная аима (табл.1).

4. Расчет вкстремального теплового режима проводится по компьютерной программе, реалиэупцей нестационарную модель теплообмена системы "наружная среда-грунт-труба". Климатическое воздействие задается моделью или массивом метеоданннх наиболее опасной вимы.

5. Анализируется ¡экстремальный теплотой режим трубопровода и принимается решение о приемлемости или неприемлемости дайной глубины наложения.

6. В случае неприемлемости рассмотренной глубины зажжения корректируется глубина заложения и производится итерация рясчптя.

Предложенный метод определения минимальной допустимой глуби заложения применен, в качестве примера, для расчета нсследо-ного в ходе натурого вксперимента канализационного трубопро-а малого диаметра, проложенного в г.Красноярске на 2,5 м выше вня максимальной глубины промерзания грунта.

Результаты расчете согласуются о ревлизованньм техническим ением и позволяют прогнозировать безаварийность работы данного бопровода в будущем.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Существующие методы проектного расчета теплового режима бопроводов подземной прокладки обеспечивают удовлетворительную ность расчета следующих трубопроводов: транспортирующих высо-емпврогурные продукты; проложенных в слое вечной мерзлоты; ложенных ниже' или вблизи максимальной глубины проникновения в нт нулевой температуры. Существующие методы теплотехнического чета трубопроводов водоснабжения и канализации, прокладываемых е глубины ролникновения нулевой температуры, не обеспечивают бходимой точности расчета, т.к. не учитывают должным образом зи между тепловой инерцией системы "грунт-труба и температур-временными характеристиками расчетного климатического воздей-ия.

?.. В диссертации разработана методика теплотехнического раса минимальной допустимой глубины ааложения трубопроводов водо-бжения и канализации, учитывающая зависимость температурно-менних характеристик расчетного климатического воздействия от бины заложения трубопровода.

З.В упомянутой в п.? методике использованы разработанные в сертации:

етод обработки массива многолетних среднесуточных наружных

температур, устанавливающий зависимость температуры наиболее ) лодного временного интервала рт его длительности.

7.Предложенный метод определения характеристик • расчетис климатического воздействия повышает точность расчета нестацион? ного теплового режима трубопровода, что позволяет рекомендор его для использования, в проектной практике.

8.В диссертации рассмотрен вопрос о целесообразнее страхования строительных объектов от нарушений их расчет теплового режима, вызванных сверхрасчетными тепловыми нагрузкак Показано, что условием минимизации полной стоимости обьект включая страховой взнос, является определение оитимплы обеспеченности расчетного климатического воздействия.

Основные положения диссертации опубликованы в следу»« работах:

1. Гул и|Ц Л.А., Золотов М.И., Романенко E.H. Конвоктивн теплообмен в принудительно-вентилируемой ограждающей конструкн со структурным ячеистым заполнителем. Сборник трудов НИИ стр< тельной физики "Тепловой режим и долговечность зданий". 1987 г.

2. Золотое И.И. Расчет теплового режима . подллльн помещений, частично или полностью заглубленных в грунт. <vioj>M трудов НИИ строительной физики "Тепловой режим и Т'Чш^ищи зданий". 1988 г.

3. Золотое И.И. Тепловой расчет резервуара с водой ч экстремальном похолодании.// Водоснабжение и санитарная техник 1992. N6.

4.Золотое И.И. Метод расчета максимальных тепдопоте заглубленного трубопровода.// Водоснабжение и санитарная техник 1992. N 11/12.

Б. Золотое U.U. Метод теплотехнического расчета sarjrydietf«