Поддержание температурного режима в подземных сооружениях

14.06.2016

Температура воздуха в подземных помещениях определяется назначением сооружения: в складских помещениях обычно +5...15° (в складах химических товаров, мехов, бумаги +16...25°). Влажность воздуха обычно требуется 70-80 % (для складов, в которых хранятся меха, кожа - 40-50 %). В складах замороженных продуктов температура должна быть ниже -18...-20°, в складах охлажденных продуктов - (-3...+4°), во фруктохранилищах - (-1...+7°), в изотермических хранилищах сжиженного пропана - (-42,9°).
Заданная температура в подземном помещении обеспечивается системой отопления или охлаждения.
Потребная производительность нагревательных (охлаждающих) установок определяется с учетом: Q1 - теплообмена с окружающей средой; Q2 - теплообмена с поступающими в помещение материалами; Q3 - затрат тепла (холода) на нагрев (охлаждение) поступающего воздуха; Q4 - тепла, выделяемого людьми, осветительной аппаратурой, механизмами.
Затраты Q2,3,4 рассчитываются так же, как для поверхностных сооружений.
Теплообмен с окружающей средой Q1 у подземных сооружений значительно ниже, чем у поверхностных, из-за низкой теплопроводности пород. Если поддерживаемая в выработке температура отличается от естественной температуры пород, то вокруг выработки устанавливается зона ее температурного влияния. Расчет теплового потока от выработки в массиве можно вести, условно считая, что выработка окружена стеной, толщина которой равна радиусу влияния. Теплопотери (или холодопотери) через 1 м2 поверхности (Q, Вт) цилиндрической выработки составляют:
Поддержание температурного режима в подземных сооружениях

где λ - коэффициент теплопроводности (для большинства пород 1-4 Вт/(мК)); to, tc - природная температура пород и температура стенки выработки соответственно, К; R, r - радиусы теплового влияния и выработки, м.
Поскольку радиус теплового влияния R входит в формулу под знаком логарифма, ошибки в его определении не сильно сказываются на результатах расчетов. С достаточной степенью точности можно принимать R = Ar.
Температура на стенках выработки tc отличается от температуры воздуха. Для ее определения необходимо рассмотреть дополнительно уравнение теплопередачи от воздуха к поверхности стенки:
Поддержание температурного режима в подземных сооружениях

где tв - температура воздуха в выработке; а - коэффициент теплопередачи, зависящий от шероховатости поверхности и скорости движения воздуха V. При V < 0,1 м/с α = 7 Вт/(м2К).
Поскольку теплопотоки от воздуха к поверхности стенки и от поверхности стенки в глубь массива равны, можно приравнять правые части уравнений (6.1) и (6.2) и решить полученное уравнение относительно tс. Далее, подставив найденную величину tc в любое из уравнений, определим величину тепло-(холодо-)потерь через 1 м площади стены Q, а, умножив Q на общую площадь стен, - суммарную величину теплообмена с окружающей средой Q1.
Если разница температуры воздуха в выработке и природной температуры грунтов составляет 10-20°, то величина тепло-(холодо-)потерь Q1 составляет 2-4 Вт/м2. На начальный период неустановившейся теплопроводности (3-6 месяцев), когда происходит прогрев (охлаждение) грунтов вокруг выработки, величина тепло-(холодо-)потерь составляет 10-20 Вт/м2.
Обогрев подземных помещений производится обычными способами: водяными, электрическими радиаторами; при достаточно интенсивном воздухообмене - путем подогрева воздуха в калориферах. Для охлаждения применяются аммиачные и фреоновые холодильные установки; при этом охлаждающие элементы (испарители) устанавливаются в самом подземном помещении.
При устройстве подземных продуктовых складов в северных районах, в зоне вечной мерзлоты возможно глубокое охлаждение грунта в зимний период путем подачи в помещение наружного воздуха таким образом, что запасенного в грунте холода хватает на все лето без добавочного искусственного охлаждения.