Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Количественная оценка теплового влияния зданий и сооружений



Количественную оценку влияния зданий на темпера­турный режим вечномерзлых грунтов проведем, основываясь на следующих предпосылках:

1) фильтрация воды в грунтах, а следовательно, и пере­нос тепла фильтрующей водой отсутствуют;

2) фазовые переходы происходят на границе зоны оттаи-ванвд грунта под зданием;

3) перенос тепла в грунте (мерзлом и талом) подчиняет­ся уравнению теплопереноса Фурье.

Первая предпосылка основывается на том, что наличие фильтрации приводит к таким нарушениям температурного режима, которыми невозможно управлять путем естествен­ного регулирования температур в основании зданий (венти­лируемые подполья, каналы и т. д.). Поэтому фильтрацию воды в грунтах необходимо устранять, используя различные противофильтрацирнные завесы, в том числе и мерзлотные.

Переход грунта из талого состояния в мерзлое хорошо фиксируется в естественных условиях в виде четко выражен­ной границы раздела. На этом основана вторая предпо­сылка.

Третья предпосылка достаточно хорошо подтверждается сопоставлением температур грунта, полученных расчетом пу­тем решения уравнения Фурье для конкретных задач, с дан­ными натурных наблюдений.

По существу количественные оценки взаимного теплово­го влияния зданий и сооружений на температурный режим вечномерзлых грунтов на застроенной территории произво­дились С. В. Томирдиаро, Г. В. Порхаевым и Л. Н. Хрусталевым на основе указанных предпосылок. В работах С. В. Томирдиаро (1963 г.) и Г. В. Порхаева (1963 г.) да­ются решения, в основу которых положены стационарные расчетные схемы.

В более поздней работе Г. В. Порхаева (1970 г.) отмеча­ется ограниченность применения методов расчетов для ста­ционарного теплового состояния и возможность распростра­нения их только на область низкотемпературных вечномерз­лых грунтов, а также приводится решение задачи о тепло­вом влиянии зданий и сооружений с учетом времени форми-

 

рования температурного режима грунта в их основаниях. Указанная методика [3] может быть использована для оцен­ки влияния зданий на изменение температурного режима грунта на всей застроенной территории.

Рассмотрим тепловое влияние здания на температурный режим грунта территории, прилегающей к нему. По этому вопросу существуют различные мнения. Г. В. Порхаев и В. К. Щелоков (1961 г.) пришли к выводу об ограниченном локальном влиянии зданий и сооружений. Л. Н. Хрусталев (1965 г.) высказывает мнение о распространении теплового влияния зданий на всю территорию застройки и ставит в зависимость от плотности застройки территории деградацию вечномерзлых грунтов и выбор принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооруже­ний.

Л. Н. Хрусталев рассматривает стационарное темпера­турное поле в основании здания, описываемое известным аналитическим выражением:

 

где х, у — координаты точки в грунтовом массиве, для ко­торой определяется температура (при начале координат на поверхности массива под серединой здания), м; t1 — темпе­ратура поверхности грунта под зданием, °С; t2 — температу­ра поверхности грунта вне здания, равная температуре по­верхности грунта в естественных условиях, °С; В — ширина

здания, м.

При этом он получает следующее значение теплового по­тока через поверхность грунта вне здания, обусловленного количеством тепла, поступающего от здания:

где λ—коэффициент теплопроводности грунта, ккал/ч °С. Принимая исходные данные: t1 = 12°С, t2 = -1°С, В = -14 м, λ = 1,5 ккал/м ч °С и тепловой поток, обусловленный геометрическим градиентом qг ≈0,04 ккал/м2 ч, автор полу­чил, что в пределах 60 м от здания величина тепловых пото­ков от него превышает величину тепловых потоков, обуслов­ленных только геотермическим градиентом, т. е. тепловых потоков, которые существовали в природных условиях до воз ведения здания. Из этого он делает вывод, что влияние даже одиночного здания распространяется на большое рас­стояние, и, если учесть, что таких зданий много и теплопотоки от них суммируются, то в черте застройки не существует территории, где бы не сказывалось влияние зданий и соору­жений.

 

Применив для данного случая решение с подвижной гра­ницей раздела талой и мерзлой зон (нестационарное состоя­ние) Г. В. Порхаева [3], получим значение температуры в мерзлом массиве по формуле

В расчетах принимались исходные данные из приведенно­го примера. Глубина оттаивания грунта под краем здания определялась при содержании воды в грунте ω = 200 кг/м3 и времени эксплуатации здания τ = 50 лет по методике, изло­женной в СНиП II-18-76 (при коэффициентах κ1 = 1, α = 0, β = 0, 083, Ј= 2,5, ζ = 0,95). Тогда глубина оттаи­вания грунта под краем здания Нк = 0,95-14 = 13,3 м.

Как видно, при расчетах с учетом времени протекания процесса даже через 50 лет после начала эксплуатации здания

 

тепловой поток от него превышает тепловой поток, обуслов­ленный геометрическим градиентом, на расстоянии всего 16—17 м от здания. Тепловое влияние здания при расчете для нестационарного режима оказывается значительно мень­ше, чем это получается при расчете для стационарного ре­жима. Следует также учитывать, что для примера взят наи­более невыгодный случай, когда температура грунта очень высока, а под зданием образуется зона оттаивания больших размеров. При более низкой температуре грунта и меньших размерах зоны оттаивания тепловое влияние здания будет еще меньше.

Отметим, что рассмотрена идеализированная схема теп­лового влияния здания, когда на поверхности грунта вне здания принимается постоянная температура, равная тем­пературе поверхности грунта в естественных условиях, т. е. без учета изменений природных условий, вызванных заст­ройкой территории. Изменение в результате застройки снеж­ного и растительного покровов, составляющих радиационно­го баланса, состава грунта при вертикальной планировке и т. п. приводит, как известно, к изменению температуры грун­та, а следовательно, и тепловых потоков через поверхность грунта. Оценим изменение величины последних.

Воспользовавшись данными наблюдений за среднегодо­выми температурами грунтов, проведенных Л. А. Мейстером (1943 г.) в Игарке, В. Г. Зольниковым (1940 г.) и П. И. Мельниковым (1947 г.) в Якутске, В. Г. {эялыницкой (1947 г.) в Сковородино и И. Т. Рейнюком (1963 г) в пос. Мяунджа, и вычислив градиенты среднегодовых температур грунта, получим значение теплопотерь грунта в годовом раз­резе для различных площадок. При вычислении градиентов температура грунта в верхнем слое не принималась во вни­мание, так как его свойства резко меняются в течение года и поэтому не могут характеризовать тепловые потоки в веч-номерзлых грунтах.

Результаты расчетов сведены в табл. 11. Приведенные значения тепловых потоков являются приближенными, так как цель подсчета — определение соотношения величины тепловых потоков. Тем не менее из таблицы ясно, что уда­ление и уплотнение снега приводит к резкому увеличению теплооттока, иногда в 10 раз и более. Уничтожение расти­тельного покрова может привести к увеличению или умень­шению теплового потока. Так, для Сковородино, учитывая незначительное изменение теплового потока на оголенной площадке, можно предположить, что снятие растительного покрова привело здесь к уменьшению теплооттока, вызван­ного удалением снега.

Сравнивая эти данные с величинами теплопотоков, обус­ловленных влиянием здания (стр. 000), можно заключить,

Таблица 11




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.