ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ПОМЕЩЕНИЯ С СИЛЬНЫМ ЗАТЕЯ ЛЕН НЕМ ОГРАЖДЕНИЙ

Если коэфициент кл перекрытия (см. § 1) значительно меньше своего предельного значения и равен например 0,25—0,30; вместо 0,65, или если имеем надземное хранилище без отопления со стенами и пере­крытиями столь же низкой тепло - ; j

проводности, или же наконец какое-

либо из вышеупомянутых хранилищ имеет частичное отопление, то расчет или проверка их внутренней температуры не могут быть сде­ланы по предыдущему, так как температуры почвы под полом не одинаковы с тем, что имеем у свободной почвы, и в то же время не могут быть определены обыкновенными уравнениями теплового баланса для отдельных материальных точек, так как не известен приток теплоты к этим точкам снизу, из почвы. В таких случаях мы рекомендуем следующий метод расчета.

Прежде всего заметим, что всякая подобная постройка предста­вляет собою как бы короткую (несомкнутую) запруду в том тепловом потоке по всей поверхности земли, который имеет место зимою — со­вершенно аналогичный коротким запрудам на речном русле (см. рис. 81). Последние, как известно, не уменьшают общего расхода воды в русле, но, создавая местное сопротивление потоку, заставляют его обходить себя с увеличенной по своему периметру скоростью, для чего перед заграждением создается некоторый подпор. Совершенно таким же образом на тепловом потоке почвы (рис. 82) образуется под зданием тепловой подпор (повышение температуры почвы или изгиб вверх почвенных изотерм), благодаря чему создается тепловой
ііоток в обход здания по его наружному периметру *. Но часть теплоты проходит и через здание к наружному воздуху, а сумма обеих частей оставляет нормальный зимний тепловой поток из почвы в данной местности, который, как сказано, не изменяет своей общей величины от наличия постройки в виде как бы малого пластыря на местности.

Величину каждой из двух частей общего потока мы можем опре­делить из уравнений теплового баланса для выбранной материальной точки грунта под полом помещения.

Возьмем точку под серединой поперечного сечения постройки, пред­полагая длину ее бесконечной. Эта точка (<„,) получает теплоту снизу из почвы в виде нормального зимнего теплопритока, а расходует в трех направлениях: в двух боковых поровну к более холодным точкам

у наружного периметра с температурой £ на расстоянии — .и и вверх

Рис. 81. Рис. 83.

через постройку к наружному воздуху. Обозначим, как ранее, через /? сумму термических сопротивлений постройки, через —термическое сопротивление наружного слоя почвы толщиною /г, равной глубине погреба, и слоя снега в окружающей местности, через R' — термическое сопротивление почвы и стенки погреба между взятой точкой и наруж­ной поверхностью стены (фундамента)2. Тогда уравнение для взятой точки с температурой tm будет:

0 (^1Н h) | hu Т„

У R' г У?

Величина Q может быть определена заранее, как это показано ниже. Тогда ввиду наличия в этом уравнении двух неизвестных tm и th (последнее выше температуры th на том же уровне в свободном грунте) составляем второе уравнение теплового баланса для точкі с температурой tn. Она получает теплоту от средней точки и полный

1 Путь этого обходного движения может быть приравнен приближенно к центральной кривой, показанной пунктиром, вместо более плавных, но зато и раньше ответвляющихся кривых действительного потока.

- 1 1 р ft е.. 1

*“* + ^ + 7 <«•«•>. *=1-+й + гя

0,5 L

к = ——, если считать коэфициент/.п для фундамента и почвы одинаковым.

поток снизу, а отдает вверх и в боковую сторону, к наружной почве того же уровня. Эта последняя потеря весьма незначительна сравни­тельно с предыдущей, а потому ею можно временно пренебречь; мы получим тогда уравнение:

/?' +Q Ri ’

Примем в этих уравнениях tm — th за одно из неизвестных и на­зовем его через л:. Вторым неизвестным у пусть будет величина t —Тя. Величину же tm — Та в первом уравнении представим как

tm—th~~th—Тп — х--у. Тогда уравнения примут вид:

*

2-е, х+у

R' 1 R

Отсюда

а затем найдем у-t,,— Т, после чего — величины і и t,.

- II її їй її

Имея температуру почвы под серединой пола и под его крайней гранью у наружных стен, можем определить среднюю температуру почвы под всем полом. Равным образом имеем температуру прилегаю­щей почвы на уровне пола (th). Все это — достаточные данные для составления и решения общего уравнения теплового баланса всего помещения, как это показано в § 1 при иных температурах в нижних слоях почвы.

Величина Q полного естественного потока в почве может быть определена из таблиц почвенных температур в приложении XIV. Взяв разность температур в двух уровнях почвы, соответствующих заглубле­нию хранилища, и умножив на коэфициент внутренней теплопровод­ности разделяющего их слоя (-j)» найдем этот поток. Ниже при рас­смотрении сооружений глубокого заложения будет указан еще другой способ определения этого потока.

Наконец, как в этом, так и в предыдущем примерах мы могли бы учесть в грубом виде и теплопотерю точки tu в горизонтальном на­правлении. Метод такого расчета—распространения теплоты в поч­венной среде при установившемся состоянии—-дан в § 4; в силу этого не будем здесь останавливаться на нем, тем более, что влияние этого учета на результаты расчета в данном случае (при неотапливаемом помещении) весьма невелико.

Формула (*) показывает, что с уменьшением термического сопро­тивления R постройки падение температур под полом от его середины к краям и следовательно боковые потоки теплоты уменьшаются (чис­литель дроби уменьшается быстрее знаменателя, так как в первом R имеет больший множитель Q). При — R падение температуры и бо-
новые потоки обращаются в нуль, как это и следовало ожидать, и мы получаем тип погреба, рассмотренный в § 1.

Наоборот, при бесконечном увеличении R поток вверх прекра­щается, а боковые потоки возрастают, но лишь до известного предела. Разделив числитель и знаменатель формулы на R, имеем:

OR'

При бесконечно большом R эта дробь обращается в, и получаем:

т. е. боковой поток (см. левую часть равенства) составляет каждый половину всего почвенного теплового потока, как и следовало ожидать.

В предыдущем предполагалось, что длина здания бесконечно велика сравнительно с шириной. Если длина сравнительно невелика, то легко учесть это известными коэфициентами при составлении уравнений теплового баланса материальных точек. Так, при квадратной форме здания в первом из этих уравнений коэфициеит 2 сменился бы на 4 и т. д. Легко видеть, что это поведет к некоторому понижению почвен­ных температур под полом. Влияние большей или меньшей ширины здания L видно уже из наших формул (оно скрыто в величине /?').

Наконец нетрудно видеть й влияние большего или меньшего заглуб­ления постройки в почву (величина h в выражении для с умень­шением h уменьшается /?,, а с уменьшением последнего увеличивается дробь в формуле (jc), т. е. растут боковые потоки за счет прохода теплоты внутрь постройки. Эго подтверждает в математической форме то общеизвестное положение, что надземные неотапливаемые поме­щения находятся в гораздо худших температурных условиях, чем заглубленные.