По материалам ж-ла «СОК»
Подземные сооружения могут быть разделены по характеру теплообмена между воздушной средой сооружения и окружающим его грунтом и наружным воздухом на следующие три типа.
Первый тип – это сооружения, в которых происходят значительные суточные и годовые колебания температур воздуха, связанные с колебаниями температуры атмосферного воздуха, используемого для их вентиляции. К этому типу сооружений относятся транспортные тоннели, подземные пешеходные переходы и аналогичные сооружения.
Второй тип – это сооружения с различными режимами работы, в которых периодически могут возникать ситуации, требующие при заданном тепловом потоке определения возможного времени достижения какой-либо промежуточной температуры, являющейся для данного этапа конечной. К таким сооружениям могут относиться отдельные производства.
Третий тип – это сооружения, в которых не происходят значительные колебания внутренних температур воздуха, и задан необходимый минимальный воздухообмен. К этому типу сооружений относятся подземные гаражи, склады, магазины и т.п. Эксплуатация современных подземных пешеходных переходов в связи с расширением их функционального назначения может осуществляться с учетом всех перечисленных видов теплообмена.
Воздушный режим подземных пешеходных переходов зависит от интенсивности естественного воздухообмена, который определяется значениями гравитационного и ветрового давлений. В типовых пешеходных переходах из-за отсутствия составляющей гравитационного давления естественный воздухообмен осуществляется только за счет ветрового давления. В случае использования подземных переходов дополнительно в качестве помещений общественного назначения следует учитывать гравитационную составляющую.
В технической литературе отсутствуют количественные характеристики влияния скорости ветра на кратность воздухообмена в подземных пешеходных переходах, в том числе через традиционные аэродинамические коэффициенты, характерные для надземных сооружений. Поэтому определение интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах определялась нами путем испытания модели в аэродинамической трубе. За аналог принят наиболее распространенный типовой переход под автомобильной трассой [1].
Модель перехода выполнена с учетом автомодельности относительно реального перехода в масштабе 1:200. Изменение направления воздушного потока (ветра) осуществлялось поворотом исследуемой модели на углы 0 ° (режим А), 30 ° (режим Б), 45 ° (режим В), 60 ° (режим Г) 90 ° (режим Д). Замеры скорости воздуха внутри и вне модели проводились измерителем комбинированным ТАММ-20, все замеры дублировались три раза. Результаты аэродинамических испытаний модели пешеходного перехода при максимальной принятой нами скорости воздушного потока (ветра) vB = 7,5 м/с показали следующее. Скорость воздушного потока в тоннеле перехода при углах обдува 0 °, 30 °, 45 ° находилась в пределах vT ≈ 0,3 м/с, при углах обдува 60 °, 90 ° поток воздуха в тоннеле был неустойчивым, и, по нашему мнению, скорость воздуха в нем может быть принята vT = 0 м/с. Данный вывод основан на том, что невязка замеренных расходов воздуха во входах (выходах) в пешеходный тоннель составляла более 50% при абсолютной скорости воздуха в нем менее vT = 0,1 м/с. Таким образом, только при направлениях обдува модели 0 °, 30 °, 45 ° происходит естественная вентиляция тоннеля пешеходного перехода за счет ветрового давления. На рис. 1 заштрихованная часть показывает область практического отсутствия естественной вентиляции в тоннеле перехода за счет ветрового давления.
Максимальный расход воздуха в реальном моделируемом тоннеле пешеходного перехода размером F = 3 х 6 м колеблется от L = 0 м3/ч при направлениях ветра 60 °, 90 ° до:
L = vT х F х 3600 = 0,3 х 3 х 3600 = 19440 м3/ч.
при направлениях ветра 0 °, 30 °, 45 ° относительно оси тоннеля.
Заключение по исследованию воздухообменов. Естественная вентиляция подземных переходов за счет ветрового давления носит неустойчивый характер, она зависит от направления и скорости ветра. Отсутствие устойчивого воздухообмена допустимо при отсутствии в подземных переходах помещений с постоянным пребыванием людей (магазины и т.п.). При наличии в подземных переходах общественных помещений следует предусматривать механическую вентиляцию из условия разбавления вредностей в соответствии с действующими нормами. Интенсивность воздухообмена при естественной вентиляции от ветрового давления следует принимать не более средней скорости в тоннеле vT = 0,15 м/с (для рассмотренного случая L = 9720 м3/ч), что характерно для скоростей ветра в пределах 3,0...4,0 м/с.
 |
В связи с отсутствием у наружных ограждений подземных сооружений непосредственного контакта с атмосферным воздухом, они по формированию температурных параметров внутреннего воздуха относятся к особому классу. Направления и интенсивность тепловых потоков через ограждения подземных сооружений непосредственно зависят от температуры окружающего грунта. На динамику изменения температур по глубине грунта оказывает влияние сезонное изменение температуры наружного воздуха, в то же время колебания температуры наружного воздуха в течение суток не влияют на температурные поля в земле.
Глубина грунта, на которой отсутствует влияние колебаний наружных температур на его температурный режим, т.е. температура грунта остается практически постоянной, составляет ho ≈ 15 м [2,3].
Расчетная температура грунта на глубине ho, на которую не влияют колебания температур наружного воздуха, определяется по формуле [2]:
(1)
где ψ2 – коэффициент, учитывающий кривизну температурной линии в грунте к концу его нагрева за теплый период года, приведен в табл.
Коэффициент, учитывающий кривизну температурной линии в грунте к концу его нагрева за теплый период года
Таблица
| Расчетное время теплопоступлений в грунт за теплый период года, час | Коэффициент ψ2 |
| При отсутствии грунтовых вод | При скорости движения подземных вод, м/сутки |
| менее 0,2 | более 0,2 |
| 40 … 400 | 0,46 | 0,39 | 0,36 |
| 401 … 800 | 0,58 | 0,54 | 0,51 |
| 801 … 1600 | 0,66 | 0,64 | 0,60 |
| 1601 … 4000 | 0,75 | 0,72 | 0,68 |
| 4001 … 16000 | 0,79 | 0,79 | 0,72 |
Анализ динамики изменения температур внутренних поверхностей подземных помещений показал, что с достаточной для инженерных расчетов точностью (±5%) можно упростить определение температуры поверхности любой внутренней ограждающей конструкции путем линеризации огибающей минимальных температур (рис. 2).
На рис. 2 линия а-б – участок изменения температуры грунта в зоне промерзания. Линия б-в – участок изменения температуры в зоне от нулевой амплитуды текущей температуры грунта (температуры фазового превращения воды ) tф = 0°С до постоянной температуры грунта to при глубине ho. Значения текущей hм и максимальной hмм глубин промерзания грунта в рассматриваемом климатическом регионе страны определяются по методике, приведенной в [4].
Изменение текущей температуры любой внутренней поверхности подземных сооружений в зоне hмм равно:
(2)
в зоне ниже глубины промерзания (ho – hм):
(3)
Температура воздуха tB в подземных невентилируемых помещениях в расчетный период времени составляет:
(4)
где τв, τт, τn – соответственно температуры внутренних поверхностей, торцевых ограждений и пола, °С, определяемые по формуле 2 и 3;
Fв, Fm, Fn – площади соответствующих ограждений, м2.
При необходимости вентилирования наружным воздухом общественных помещений, расположенных в подземных переходах, температура воздуха в них определяется с учетом ассимиляции холода (теплоты) грунтом, наличием в них тепловыделений и теплоемкой массы продукции, по методике, приведенной в [5].
Литература
- Мосты и сооружения на дорогах. Часть 2. // Гибшман Е.Е., Кириллов B.C., Маковский Л.В., Назаренко Б.П. – М.: Транспорт, 1972. – С. 404.
- Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов // Б.Я. Цодиков. – М.: Недра, 1975. – С. 568.
- Рубинэ М. Кондиционирование воздуха в подземных сооружениях // М. Рубинэ. – М.: Госстройиздат,1963. – С.216.
- Бодров В.И. Довлетхелъ Р.К. Определение глубины промерзания грунта // Вентиляция и кондиционирование воздуха. – Межвуз. научно-техн. сб., №11.– Рига: изд. РПИ, 1979, – 39-46 с.
- Бодров В.И. Хранение картофеля и овощей: Инженерные методы создания и поддержания технологического микроклимата // В.И.Бодров. – Горький: Волго-Вятское кн. изд., 1985. – С. 220.
