8502

Рис. 2.7. К определению площадей теплового контура зданий

Совместный анализ (2.35, 2.36) позволяет сделать важный практический вывод. В зданиях с одинаковой вместимостью животных или птиц n и высотой стен h для сохранения постоянства трансмиссионных потерь теплоты необходимо увеличение сопротивления теплопередаче наружных ограждений прямоугольных помещений относительно круглых и квадратных соответственно на величину σпр-кр или σпр-кв. Снижение площади наружных ограждений за счет заглубления или обваловки зданий способствует уменьшению величины требуемого сопротивления теплопередаче Rотр .

При полностью заглубленных зданиях относительное повышение площади покрытий прямоугольных в плане зданий и соответственно повышение Rотр относительно круглых и квадратных определяется зависимостями:

σпр−кр = (1− 0,785a /b)100%;

(2.37)

σпр−кв = (1− a / b)100% .

2.6.2.Учет теплозащитных свойств снежного покрова

Вероятность отсутствия снежного покрова в нечерноземной зоне РФ в декабре месяце к северо-востоку от линии Нарва – Орша – Обоянь – Красный Кут – Орск p = 0,02 (1 раз в 50 лет), к юго-западу p = 0,05 (1 раз в 20 лет) [38]. Вероятность появления расчетных значений расчетных температур холодного периода tн в ноябре и марте составляет p = 0,005. С коэффициентом обеспеченности Коб = (1 – p) = 0,98 для зданий, имеющих уклон покрытия i ≤ 0,03, средние из наибольших высот снежного покрова hсн, образующихся в течение зимы, приведены в [63]: для Москвы hсн= 0,48 м;

41

для Санкт – Петербурга hсн= 0,32 м; для Нижнего Новгорода hсн= 0,59 м; для Архангельска hсн= 0,66 м. Показано [75], что при теплотехнических расчетах покрытий с наклоном скатов до 10° в средней климатической зоне страны следует пользоваться величинами толщины снежного покрова за декабрь hснд , которые примерно в 4 раза меньше значений hсн. Там же обоснована величина отношения толщины снежного покрова на кровле hснкр к

толщине снежного покрова на почве hснп , равная С = hснкр /hснп = 0,3. С учетом вышесказанного, расчетная высота снежного покрова на покрытиях

зданий hснр и его сопротивление теплопередаче Rор.сн составляют:

Наличие значительного температурного градиента в толще снега на покрытиях и его подтаивание обеспечивают относительную стабильность плотности снега (ρсн ≈ 250 кг/м3) и коэффициента теплопроводности (λсн ≈ 0,238 Вт/(м°С) [38]). Величина Rо.сн на покрытиях сельскохозяйственных зданий может составлять до 20…25 % от требуемого сопротивления Rотр покрытия. Этот факт является резервом повышения теплотехнических показателей покрытий, не учитываемых до настоящего времени.

2.6.3.Конструктивные решения ограждающих конструкций

А.Сельскохозяйственные здания с чердаками. Наличие чердаков снижает требуемое сопротивление теплопередаче перекрытий примерно на 10% по сравнению с бесчердачными зданиями. При использовании чердаков животноводческих зданий в качестве сенохранилищ теплотехнический эффект перекрытий увеличивается. Перспективно применение в сельскохозяйственных зданиях «теплых» чердаков. Удаляемый из обслуживаемых помещений воздух поступает в чердачное пространство, что способствует повышению температуры воздуха в нем и теплоустойчивости здания в целом. Из чердака воздух удаляется в атмосферу. Такое конструктивное ре-

42

шение наряду с частичной утилизацией теплоты удаляемого воздуха обусловливает ряд технических достоинств: повышение устойчивости работы систем естественной вентиляции; предотвращение конденсации на вытяжных воздуховодах и на внутренних поверхностях перекрытий. Отметим наличие взаимосвязи тепловых режимов «теплого» чердака и помещения, способствующую саморегулированию теплообмена между ними. Повышение теплопотерь чердака увеличивает приток теплого воздуха из помещения, благодаря чему температура воздуха в объеме чердака повышается.

Б. Наружные ограждения с переменными сопротивлениями теплопередаче. Эти конструкции являются наиболее перспективными для сельскохозяйственных зданий. В настоящее время отсутствует широкий опыт проектирования и эксплуатации таких ограждений. Обоснуем основные направления развития теоретических и экспериментальных исследований и разработок в этом направлении.

Для создания переменных сопротивлений теплопередаче используются различные конструкции разборных подвесных потолков, дополнительные съемные экраны и т.п. Такие конструкции позволяют не только повысить величину сопротивления теплопередаче наружных ограждений, регулировать интенсивность теплового потока в зависимости от параметров наружного воздуха, стабилизировать температурный режим в объеме помещения, но и защитить животных и птиц от переохлаждения при лучистом теплообмене с наружными ограждениями, а также от конденсирующейся на покрытиях капельной влаги. Наружные ограждения, особенно эксплуатируемые во влажном режиме, рекомендуется выполнять с вентилируемыми воздушными прослойками.

43

Глава 3. Теоретические основы расчета систем

обеспечения параметров микроклимата животноводческих

иптицеводческих зданий

3.1.Температурный, влажностный и воздушный режимы

подземных сооружений

В подземном или полностью обвалованном исполнении могут быть выполнены склады, овощекартофелехранилища, иногда животноводческие и птицеводческие помещения и другие сельскохозяйственные сооружения. Заглубление подземных или толщина слоя земли обсыпных сооружений hр определяется с учетом несущей способности конструкций, но в любом случае должно выполняться условие hр > hmin. Величина минимального заглубления (толщины обсыпки) hmin определяется условием превышения температуры внутренних поверхностей ограждений температуры точки росы (τв ≥ tт.р)..

В нормативных документах [62] приводится максимальная глубина промерзания hмmax . Для расчета круглогодичного температурновлажностного режима помещений требуются значения текущей температуры внутренних поверхностей ограждений. Эта задача решена с учетом фазовых переходов (замерзания, оттаивания) воды в грунте с использованием средней температуры холодного месяца tхср.м [9]. В конечном виде текущая глубина промерзания грунта hмт , м, равна:

tсн – превышение среднегодовой температуры поверхности грунта над tсрг.в.

44

за счет снежного покрова, для инженерных расчетов tсн = 2 – 3 °С [37]; tсрх.м. = tн.в. – температура наружного воздуха в расчетный период, °С; m – коэффициент, равный для периодов: с 15 по 30 октября (τр = 0,5) m = −0,131; для ноября (τр = 1,5) m = −0,377; для декабря (τр = 2,5) m = −0,574; для января (τр = 3,5) m = −0,695; для февраля (τр = 4,5) m = −0,732; для марта (τр = 5,5) m = −0,695; для апреля (τр = 6,5) m = −0,643; для мая (τр = 7,5) m = −0,439; для июня (τр = 8,5) m = −0,286; для июля (τр = 9,5) m = −0,1505; для августа (τр = 10,5) m = −0,0504; для сентября (τр = 11,5) m = −0,0057; с 1 по 15 октября (τр = 12,0) m = 0; τр – период времени с начала наступления отрицательных температур до расчетного месяца, мес.; wг – общая влажность грунта (по отношению к массе всего грунта), доли; iо – относительная льдистость грунтов, доли, (табл. 3.1); r1 = 336 кДж/кг – энергия превращения воды (таяние, замерзание).

выражение принимает нулевую или отрицательную величину. Это означает, что таяние льда, образовавшегося из поровой воды, закончилось и начался прогрев грунта.

Проведены расчеты текущей глубины промерзания грунта для Москвы и Новосибирска.

45

Пример 3.1. Расчет текущей глубины промерзания грунта (3.1) проведен для глины покровной, суглинка покровного, супеси и песка при влажностях грунтов wг = 0,15; 0,20; 0,25. Массовая плотность скелетов грунтов ρт = 1400 кг/м3, льдистость iо принята по табл. 3.1, r1 = 336 кДж/кг, теплопроводность мерзлых грунтов определялась по [62].

Среднегодовая температура наружного воздуха в Москве t срг.в = 4,8 °С, в Новоси-

бирске t срг.в = −0,1 °С [64], значение tсн = 2,5 °С. Величина tсрх.м представляет собой амплитуду годовых гармонических колебаний. Знак «минус» указывает, что берется отрицательное значение амплитуды для зимы. В Москва t срх.м = [(−10,2) + (−18,2)] / 2 =

−14,2 °С, в Новосибирске tсрх.м = [(−19) + (−18,7)] / 2 = −18,85 °С. В табл. 3.2 и 3.3 приве-

дены расчетные текущие глубины промерзания различных грунтов с изменяющейся влажностью для рассматриваемых городов.

Т а б л и ц а 3.2

Расчетные текущие глубины промерзания грунтов, Москва

Т а б л и ц а 3.3

Расчетные текущие глубины промерзания грунтов, г. Новосибирск

невентилируемых подземных сооружений. Он заключается в линеаризации огибающей линии минимальных температур грунта в естественных условиях, полученных в [38]. Глубину промерзания грунта вблизи стен подземных сооружений можно принимать как для открытого грунта [9]. Глубина, на которой отсутствует влияние колебаний наружных температур на температуру грунта, составляет hо ≈ 15…20 м [64]. Температура на глубине hо, на которую не влияют колебания наружных температур воздуха, при отсутствии подземных вод или их скорости менее 0,2 м/сут., равна tо = 9…11 °С.

Принцип определения внутренних температур поверхностей ограждающих конструкций показан на рис. 3.1. Линия а–б – участок изменения температуры грунта в зоне промерзании, линия б–в – участок изменения температуры в зоне от нулевой амплитуды текущей температуры грунта tф ≈ 0°С до постоянной температуры грунта tо на глубине hо. Методика опре-

На температурный режим вентилируемых подземных или обсыпных сооружений оказывают влияние следующие основные факторы: ассимиляция холода (теплоты) грунтом (±qт), наличие источников тепловыделений; наличие теплоемкой массы продукции. При решении задачи определения текущей температуры внутреннего воздуха были сделаны допущения:

48

теплофизические характеристики ограждающих конструкций и грунта равны; объем приточного воздуха Lн соответствует объему удаляемого воздуха Lуд.

Рис. 3.1. К расчету температуры внутренней поверхности подземных ограждений: а – б – в – линеризированная огибающая минимальных температур грунта

Температура наружного воздуха tн может быть выше (весной или осенью) текущей температуры внутреннего воздуха помещения объемом Vс подземного сооружения tв.в, в зимний период tв.в > tн. Решения как при tн > tв.в, так и при tв.в > tн аналогичны:

где G и ск – масса и удельная теплоемкость продукции; Fг – площадь внутренних ограждений, примыкающих к грунтовому массиву.

49