Влияние увлажнения изоляции и грунта на тепловые потери подземных теплотрасс

Ростовский государственный строительный университет

Влияние увлажнения изоляции и грунта на тепловые потери подземных теплотрасс.

Д.т.н. В. В. Иванов,

к.т.н. Н. В. Букаров,

инженер В. В. Василенко

Действующие тепловые сети не удовлетворяют современным требованиям надежности и долговечности ни по качеству строительных конструкций теплопроводов, ни по теплофизическим показателям, т. е. не обеспечивают нормативных значений потерь теплоты.

На практике часто встречаются случаи непозволительно высоких потерь теплоты, увеличенных по сравнению с нормативными в 2−4 раза.

Основными причинами отклонения от проектных режимов работы теплосетей являются увлажнение изоляции и грунта из-за нарушения целостности строительной и изоляционной конструкций теплопроводов, быстрое старение и разрушение практически всех применяемых видов теплоизоляционных материалов.

В канальных прокладках коррозия труб обусловлена большой водопроницаемостью железобетонных элементов канала из-за недостаточной заделки стыков стенок и перекрытий.

Поэтому тепловая изоляция постепенно увлажняется, теряет свои теплоизоляционные свойства и разрушается.

При этом срок службы теплопроводов оказывается в два-три раза короче срока службы стенок канала.

В бесканальных прокладках имеет место непосредственный контакт изоляционного слоя с влажным грунтом.

В связи с этим представляет интерес оценить влияние объемной влажности грунта и изоляции на тепловые потоки в зоне подземных канальных и бесканальных теплопроводов.

Поскольку процессы теплопереноса в этих условиях характеризуются многими переменными, их детальное параметрическое исследование весьма затруднено, и поэтому ниже представлен лишь ряд типичных частных случаев. подземный бесканальный теплопровод грунт Определение величин линейных тепловых потерь ql, Вт/м, производилось на основе расчетных схем, описанных в работах [1,2].

Зависимость коэффициентов теплопроводности грунта (суглинок) и тепловой изоляции от объемной влажности принимались по данным работы [З].

Для удобства анализа все графики характеризуются следующими одинаковыми исходными данными: диаметры теплопроводов — 0,3 м; глубина заложения -1,5 м; толщина слоя изоляции — 0,06 м; толщина покровного слоя — 0,005 м.

Температура наружного воздуха, а также температура в подающем и обратном трубопроводах соответственно равны: -1,1; 88; 38 ОС.

На рис. 1 показаны величины тепловых потерь канальной прокладки в зависимости от объемной влажности изоляции W_и и грунта W_г. Материал изоляции — минеральная вата; размеры канала в свету — 2,0×1,0 м, при толщине стенок канала — 0,1 м. Коэффициент теплопроводности стенок канала -1,0 Вт/(м. К).

Рис. 2 характеризует величины тепловых потерь при различных режимах работы канальной прокладки с одновременным увлажнением грунта от 0 до 30%. Здесь приведены следующие случаи: нормальный (проектный) режим работы (кривая 1); отсутствие изоляции на обратном трубопроводе (кривая 2); отсутствие изоляции на подающем трубопроводе (3); отсутствие изоляции на обоих трубопроводах (4); затопление канала из обратного трубопровода (5).

Из графиков следует, что увеличение объемной влажности грунта W_г от 0 до 50% при W_и =0% вызывает рост тепловых потерь в 1,83, при W_и = 15% - в 2,08, при W_и = 30% -в 2,16 раз.

При проведении численных экспериментов в вариантах затопления канала сетевой водой величина коэффициента теплоотдачи от покровного слоя к воде и от воды к стенке канала принималась равной 100 Вт/(м². К).

Анализ полученных кривых показывает, что рост тепловых потерь для разных режимов работы теплотрассы по отношению к проектному при увеличении W_г от 0 до 30% находился в пределах: 1,48 — 1,52; 1,98 — 2,03; 3,75 — 4,14 раз при отсутствии изоляции соответственно на обратном, подающем и обоих трубопроводах.

Затопление же канала сетевой водой из обратного трубопровода увеличивало тепловые потери в 5,30−5,86 раз.

Рис. 3 и 4 относятся к бесканальной прокладке с расстоянием между осями труб — 0,7 м.

Показанные на рис. 3 кривые позволяют судить о том, как меняется величина тепловых потерь в зависимости от изменения одновременно объемной влажности грунта (0 s W_г s 30%) и теплоизоляционного слоя W_и. Материал тепловой изоляции — пенополиуретан.

Из приведенных кривых видно, что повышение W_г от 0 до 30% при W_и = 4% влечет за собой увеличение тепловых потерь в 2,24; при W_и = = 8% - в 2,52; при W_и = 12% - в 2,56 раз.

Варианты, представленные на графиках рис. 4, относятся к предельному случаю W_и = = 0%. Расчеты показывают, что повышение объемной влажности грунта W_г от 0 до 30% влечет за собой увеличение тепловых потерь для обратного теплопровода (кривая 1) в 3,00, для подающего (кривая 2) в 1,85 раз. Увеличение суммарных тепловых потерь (кривая 3) при этом составило 202%.

Таким образом, полученные численные данные могут быть использованы при оценке влияния объемной влажности грунта и изоляции, а также характерных режимов и дефектов работы подземных теплотрасс на величину тепловых потерь.

1. Иванов В. В., Вершинин Л. Б. Распределение температур и тепловых потоков в зоне прокладки теплотрасс // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену. Теплопроводность, теплоизоляция. — М., 1998. Т. 7. с. 103−105.

Иванов В.В., Шкребко С. В. Моделирование тепловых процессов подземных бесканальных теплотрасс // Тамже, -С. 106−108.

Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: Физматгиз, 1962.-456 с.