10879

соответственно, явной теплоты, влаги, вредных или взрывоопасных газов и за-

висят от тепло-, влаго- и газовыделений животных и птиц, навоза, помета, мочи и других физиологических и биологических процессов при различной темпера-

туре внутреннего и наружного воздуха. Прямая G ре показывает максималь-

ную величину возможного воздухообмена в помещении при использовании си-

стемы естественной вентиляции.

Точка А (точка пересечения кривой Q с кривыми Gя или Gвл) является характерной точкой, определяющей границу наружной температуры воздуха для конкретного неотапливаемого сельскохозяйственного здания, при которой возможно поддержание расчетных внутренних параметров воздуха за счет естественных факторов. Она соответствует условной температуре наружного воздуха tнр , начиная с которой требуется его искусственный подогрев при пода-

че в помещение.

Зоны вентиляции помещений без подогрева наружного воздуха могут

Такой процесс возможен при увеличении сопротивления теплопередаче наруж-

ных ограждений путем дополнительного (выше расчетного по формулам (2.2) и

(2.3)) их утепления. Предел такого расширения зоны в сторону понижения условной температуры наружного воздуха tнр должен быть экономически обос-

нован. Конструкции наружных ограждений с повышенными сопротивлениями теплопередаче приводят к повышению значений условной температуры наруж-

ного воздуха tнАр 2 (точка А2). Зона естественной вентиляции помещений с недо-

гревом приточным воздухом сужается на величину tнАр 2 tнАр 2 tнр .

Точка Б, лежащая на пересечении кривой Gя с прямой G ре (точка Б' при пересечении Gвл с G ре , когда Gвл > Gя), определяет ту наивысшую наружную температуру tнmax.е , при которой естественное суммарное гравитационное и вет-

90

ровое давление ре = рt + рv обеспечивает подачу в помещение животновод-

ческого или птицеводческого здания расчетное количество наружного воздуха.

Таким образом, интервал наружной температуры между точками А и Б является зоной естественной вентиляции помещений. Количество явной теплоты в этом интервале достаточно для подогрева приточного воздуха, а естественное давле-

ние обеспечивает необходимый воздухообмен.

Положение точки Б (Б') на графике может быть смещено в сторону более высокой температуры наружного воздуха на величину tн.е в следующих случа-

ях. Зона естественной вентиляции расширяется при уменьшении потерь давле-

ния циркулирующего в помещении воздуха, чему соответствует прямая G ре1 ,

ее пересечение с кривыми Gя (точка Б1) или Gвл (точка Б ). Любое дополни-

1

тельное сопротивление в системе естественной вентиляции (линия G ре2 ) при-

ведет к сужению зоны естественной вентиляции (точки Б2, Б2 ) на величину

t . Зона естественной вентиляции (в сторону повышения значений наружной температуры) может быть расширена за счет применения активной естествен-

ной аэрации. Она достигается за счет более полного использования ветрового давления, рациональных конструктивных и объемно-планировочных решений сельскохозяйственных построек (воздухопроницаемых наружных стен и по-

крытий, специальных аэрационных шахт и т. д.). Эта возможная зона на рис. 3.7

находится между точками Б и В. Возникающий дополнительный воздухообмен при использовании активной аэрации выражается величиной Gя (ΔGвл). Он расширяет область естественной вентиляции до максимально возможной темпе-

ратуры наружного воздуха tн.е .

При температуре наружного воздуха в теплый период года, превышаю-

щей температуру, допустимую для зоны активной аэрации при открытых окнах и воротах, необходимо прибегать к использованию систем механической обще-

обменной вентиляции.

91

Рассмотренные графоаналитические зависимости позволяют взаимоувя-

зать и прогнозировать энергоэффективность решений конкретных помещений

производственных сельскохозяйственных зданий.

3.4. Температурный, влажностный и воздушный режимы

подземных сооружений

3.4.1.Текущая глубина промерзания грунта

Вподземном или полностью обвалованном исполнении могут быть вы-

полнены склады, овощекартофелехранилища, иногда животноводческие и пти-

цеводческие помещения, а также другие сельскохозяйственные сооружения. За-

глубление подземных или толщина слоя грунта у обсыпных сооружений hгр

определяется с учетом несущей способности конструкций, но в любом случае должно выполняться условие hгр > hmin. Величина минимального заглубления

(толщины обсыпки) hmin, м, определяется условием превышения температуры внутренних поверхностей наружных ограждений температуры точки росы (τв ≥ tт.р). В нормативных документах [17] приводится максимальная глубина про-

мерзания грунта hмmax . Для расчета круглогодичного по периодам года темпера-

турно-влажностного режима помещений требуются знание значения текущей температуры внутренних поверхностей ограждений. С учетом фазовых перехо-

дов (замерзания, оттаивания) воды в грунте текущая глубина промерзания грунта hмт , м, равна [18]:

где tнср.г — среднегодовая температура наружного воздуха, °С [9]; tхср.м — средняя температура самого холодного месяца, °С [9];

tсн — превышение среднегодовой температуры поверхности грунта над tнср.г за счет снежного покрова, для инженерных расчетов tсн = 2…3 °С [9];

92

zр — период времени с начала наступления отрицательной температуры до расчетного месяца, мес;

m — коэффициент, равный [4, 18]:

ρгр — массовая плотность скелета грунта, кг/м3;

wгр — общая влажность грунта (по отношению к массе всего грунта); λм — теплопроводность мерзлых грунтов, Вт/(м·°С);

rф = 336 кДж/кг — теплота, выделяемая (поглощаемая) при фазовых переходах воды (замерзание, таяние);

iотн — относительная льдистость грунтов (табл. 3.6).

Ниже приведены результаты расчета текущей глубины промерзания грунта для г. Москвы и г. Новосибирска.

93

Пример 3.2. Расчет текущей глубины промерзания грунта (3.11) проведен для глины покровной, суглинка покровного, супеси и песка при влажности грунта wгр = 0,15; 0,20; 0,25. Массовая плотность скелета грунтов ρгр = 1 400 кг/м3; льдистость грунтов iотн (по таблице 3.6); rф = 336 кДж/кг; теплопроводность мерзлых грунтов определялась по [17].

Среднегодовая температура наружного воздуха в г. Москве tнср.г = 4,8 °С, в г. Новоси-

бирске tнср.г = −0,1 °С, значение tсн = 2,5 °С. Величина tхср.м представляет собой амплитуду

годовых гармонических колебаний. Знак «минус» указывает, что берется отрицательное значение амплитуды для зимы.

Вг. Москве tхср.м = 0,5(−10,2 + (−18,2)) = −14,2 °С.

Вг. Новосибирске tхср.м = 0,5(−19 + (−18,7)) = −18,85 °С.

Втабл. 3.7 и 3.8 приведена расчетная текущая глубина промерзания различных грунтов с изменяющейся влажностью по (3.11) для рассматриваемых городов.

Таблица 3.7

Расчетная текущая глубина промерзания грунтов, г. Москва

94

пература пола τпл определяется аналогично температуре внутренних поверхно-

стей τв при замене величины hгр на глубину заложения пола hпл.

С достаточной для инженерных расчетов точностью (±4 %) разработан графоаналитический метод определения температуры поверхности невентили-

руемых подземных сооружений. Он заключается в линеаризации огибающей линии минимальной температуры грунта в естественных условиях. Глубину промерзания грунта вблизи стен подземных сооружений можно принимать как для открытого грунта вдали от сооружения. Глубина, на которой отсутствует влияние колебаний наружной температуры воздуха на температуру грунта, со-

ставляет величину hо ≈ 15…20 м. Температура на глубине hо, на которую не влияют колебания наружной температуры воздуха, при отсутствии подземных вод или их скорости менее 0,2 м/сут, равна tо = 9…11 °С.

Принцип определения внутренней температуры поверхности ограждаю-

щих конструкций приведен на рис. 3.8.

Рис. 3.8. К расчету температуры внутренней поверхности подземных ограждений: а-б-в — линеаризированная огибающая минимальной температуры грунта

Линия а-б — участок изменения температуры грунта в зоне промерзании,

линия б-в — участок изменения температуры в зоне от нулевой амплитуды те-

кущей температуры грунта tф ≈ 0 °С до постоянной температуры грунта tо на

96

Вентилируемые подземные сооружения. На температурный режим вен-

тилируемых подземных или обсыпных сооружений оказывают влияние следу-

ющие основные факторы: ассимиляция холода (теплоты) грунтом; наличие ис-

точников тепловыделений; наличие теплоемкой массы продукции. При опреде-

лении текущей температуры внутреннего воздуха были сделаны допущения:

теплофизические характеристики ограждающих конструкций и грунта равны;

объем приточного воздуха Lпр соответствует объему удаляемого воздуха Lуд.

Температура наружного воздуха tн может быть выше (весной или осенью)

текущей температуры внутреннего воздуха помещения tв подземного сооружения объемом Vпом, м3. В зимний период tв > tн. Решения как при tн > tв, так и при tв > tн аналогичны:

где Gпр и спр — масса, кг, и удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С) продукции, со-

ответственно;

Агр — площадь ограждений, примыкающих к грунтовому массиву, м2; qгр — интенсивность теплообмена с грунтом, Вт/м2;

Qя — явные (в т. ч. и биологические) тепловыделения в помещении, Вт.

97

После решения (3.16) и некоторых преобразований значение текущей температуры воздуха в вентилируемом подземном помещении tв находится по зависимости:

Анализ (3.17) показывает, что в начальный момент времени (z1 = 0) теку-

щая температура внутреннего воздуха равна температуре в невентилированных помещениях (tв = tвн ), При большом времени непрерывной работы систем вен-

тиляции текущая температура внутреннего воздуха стремится к температуре наружного воздуха (tв → tн).

3.4.3. Влажностный режим подземных сооружений

Влажностный режим неотапливаемых герметичных подземных сооруже-

ний определяется влажностным состоянием ограждающих конструкций. В

условиях малых внешних теплопритоков он устанавливается самопроизвольно,

равновесная относительная влажность воздуха в помещении φр → 100 %. При повышении температуры внутреннего воздуха tв и постоянном влагосодержа-

нии dв = const его относительная влажность φв снижается и наоборот. Но в лю-

бом случае величина φв стабилизируется и становится равновесной, близкой к

100 %, при соответствующей температуре внутреннего воздуха tв.

Количественно определение влажностного режима герметичных не-

отапливаемых подземных сооружений состоит в построении годового графика

98

изменения относительной влажности воздуха φв. Одновременно выявляются периоды времени, не соответствующие заданному технологическому режиму

(выпадение конденсата на внутренних поверхностях, уменьшение значений φв

ниже допустимых значений).

Текущие колебания величины относительной влажности вентилируемых сооружений в годовом цикле строятся по точкам, которые находятся на i–d-

диаграмме влажного воздуха по среднемесячной температуре tн и относитель-

ной влажности φн наружного воздуха с одной стороны, и текущей температурой внутренних поверхностей ограждений τв или внутреннего воздуха tв (луч 1—2,

рис. 3.9).

Рис. 3.9. Изменение относительной влажности воздуха в подземном сооружении

Температура внутренних поверхностей ограждений может быть как выше

температуры точки росы наружного воздуха (τв > tт.р), так и ниже ( < tт.р). В

в

первом случае (φв < 100 %) и происходит сушка ограждений, во втором случае имеет место увлажнение ограждений изза конденсации на них водяных паров

(процесс 1—2—3—4). Количество сконденсировавшихся на ограждениях из каждого кг внутреннего воздуха водяных паров равно d = d3 – d4.

99