СН 510-78 сторінка 5 з 8

Инструкция по проектированию сетей водоснабжения и канализации для районов распространения вечномерзлых грунтов

Завантажити документ

(59)

где d_н - наружный диаметр трубопровода, м.

12.44. Уравнение нулевой изотермы вокруг неизолированного трубопровода выражается зависимостью

(60)

где Q - тепловые потери трубопровода при подземной прокладке, Вт/м;

l_г - приведенный коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м×°С);

(61)

где y₁ - расстояние от поверхности земли до верха талика, м, рис. 43;

х, у - координаты нулевой изотермы.

При x = 0, y₁ = h - d_н

(62)

12.45. Тепловые потери трубопровода, для x = 0, y₁ = h - d_н равны, Вт/м,

(63)

12.46. Теплопроизводительность системы попутного электроподогрева Т_г.к, Вт, надлежит определять исходя из расчетного дефицита тепла с учетом непроизводительных затрат, а при движении воды также с учетом увеличения теплосодержания воды:

Т_г.к = QK₁K₂ (64)

где K₁ - коэффициент, учитывающий непроизводительные затраты тепла, выделяемого греющим кабелем;

K₂ - коэффициент, учитывающий отклонение фактических тепловых потерь от расчетных за счет изменения мерзлотно-грунтовых условий по трассе, отметок заложения трубопровода, неравномерности уплотнения грунта при обратной засыпке.

Для нескальных грунтов следует принимать: K₁ = 1,2; K₂ = 1,1.

12.47. Необходимую минимальную температуру греющего кабеля следует определять по формуле

(65)

где d_к - диаметр электрического кабеля, м;

a_к - коэффициент теплопередачи кабеля в окружающую среду, Вт/(м²×°С).

12.48. При заданном напряжении силу тока J надлежит определять по формуле

(66)

где v - напряжение, подаваемое на греющий кабель, В;

L_к - длина кабеля, м.

12.49. Требуемое сопротивление греющего кабеля R_г_._к, Ом/км, следует определять по формуле

(67)

где b_э - температурный коэффициент электрического сопротивления греющего кабеля.

12.50. Расчетом следует определять глубину оттаивания грунта под водоводами и разводящими сетями по формулам (40), (41), (44), (45) и оттаивание грунта в горизонтальном направлении от оси трубопровода по формулам (46), (47).

12.51. Канализационные коллекторы и канализационные выпуски из зданий рассчитываются так же, как водоводы, разводящие сети и вводы системы водоснабжения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ r - внутренний радиус трубы, м;

r_н - наружный радиус трубы, м;

h - глубина заложения трубы (от поверхности грунта до ее оси), м;

l - длина расчетного участка трубопровода, м;

Н_т - глубина оттаивания грунта, м;

H_м - глубина промерзания грунта, м;

Н_с - толщина снежного покрова, м;

r_и - радиус трубы с изоляцией, м;

d_и - толщина теплоизоляции, м;

S - толщина слоя грунта, термическое сопротивление которого равно термическому сопротивлению изоляции, снега и т.п.; при наличии одновременно снега и теплоизоляции толщина слоя грунта S определяется по формуле

(68)

l_т - коэффициент теплопроводности грунта в талом состоянии, Вт/(м×°С), определяемый по табл. 4;

l_м - коэффициент теплопроводности грунта в мерзлом состоянии, Вт/(м×°С), определяемый по табл. 4;

l_с - коэффициент теплопроводности снега, Вт/(м×°С), определяемый по табл. 3;

l_и - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/(м×°С);

R₀ - вспомогательная величина для вычисления термического сопротивления трубы, уложенной в грунт, определяемая по номограмме рис. 42;

R_и - термическое сопротивление кольцевой теплоизоляции трубопровода, м×°С/Вт;

v - скорость движения воздуха, м/с;

v_в - скорость движения воды, м/с;

С_т - коэффициент теплоемкости талого грунта, кДж/(м³×°С), определяемый по табл. 4;

С_м - коэффициент теплоемкости мерзлого грунта, кДж/(м³×°С), определяемый по табл. 4;

t - температура жидкости, °С;

t_н - температура жидкости в начале расчетного участка трубопровода, °С;

t_к - температура жидкости в конце расчетного участка трубопровода, °С;

t_в - температура воздуха, °С;

t_г - расчетная температура грунта на глубине заложения трубопровода, °С;

t₀ - среднегодовая температура грунта, °С;

q - теплота замерзания воды или таяния льда в 1 м³ грунта, кДж/м³ равная:

(69)

Таблица 3

Значение коэффициента l_с

Населенные пункты

l_с

Сковородино

0,20

Игарка

0,26

Воркута

0,29

Якутск

0,15

Анадырь

0,32

Тикси

0,32

Таблица 4

Коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м×°С)

Объемный вес g₀, т/м³

Суммарная влажность грунта, доли ед. w_c

Пески

Супеси

Суглинки - глины

Объемная теплоемкость, кДж/(м³×°С)

l_т

l_м

l_т

l_м

l_т

l_м

С_т

С_м

1,2

0,05

0,46

0,60

1197

1092

1,2

0,10

0,72

0,92

0,44

0,52

1344

1134

1,4

0,05

0,66

0,80

1386

1260

1,4

0,10

1,01

1,25

0,60

0,80

0,51

0,79

1554

1323

1,4

0,15

1,16

1,45

0,82

1,02

0,65

0,97

1722

1386

1,4

0,20

0,97

1,22

0,75

1,09

1890

1449

1,4

0,25

1,07

1,35

0,83

1,16

2058

1512

1,6

0,05

0,87

1,06

1596

1428

1,6

0,10

1,22

1,57

1806

1512

1,6

0,15

1,45

1,86

1,08

1,28

0,83

1,14

1974

1554

1,6

0,20

1,58

2,01

1,22

1,50

1,02

1,30

2184

1659

1,6

0,25

1,64

2,11

1,35

1,67

1,11

1,44

2373

1722

1,6

0,30

2,24

1,39

1,80

1,16

1,51

2562

1806

1,6

0,35

1,51

1,91

1,22

1,57

2730

1869

1,6

0,40

2,00

1,28

1,64

2940

1953

1,6

0,60

1,74

2100

1,8

0,10

1,51

1,86

2016

1680

1,8

0,15

1,80

2,20

1,38

1,52

1,16

1,43

2226

1764

1,8

0,20

1,91

2,44

1,55

1,76

1,30

1,60

2436

1848

1,8

0,25

2,03

2,59

1,66

1,97

1,44

1,77

2688

1932

1,8

0,30

2,69

1,72

2,11

1,48

1,87

2898

2016

1,8

0,35

1,75

2,24

1,54

1,93

3108

2100

1,8

0,40

2,32

1,62

2,00

3339

2184

1,8

0,60

2,09

2352

2,0

0,15

2,04

2,55

1,62

1,74

2478

1974

2,0

0,20

2,32

2,81

1,81

2,03

1,44

2478

2058

2,0

0,25

2,62

3,16

2,01

2,24

1,57

1,91

2961

2142

2,0

0,30

2,09

2,44

1,67

2,03

3234

2226

2,0

0,35

1,77

2,16

3444

2331

Q - тепловые потери, Вт/м;

r - удельная теплота плавления льда или замерзания воды, кДж/кг (336 кДж/кг);

g_с - объемный вес скелета мерзлого грунта, кгс/м³;

g₀ - объемный вес мерзлого грунта, кгс/м³;

w_c - суммарная весовая влажность грунта в долях единицы;

w_н - весовое содержание незамерзшей воды в долях единицы;

определяется по формуле

w_н = K_н w_p, (70)

K_н - коэффициент, принимаемый по табл. 5 в зависимости от вида грунта, числа пластичности w_п и температуры мерзлого грунта;

w_p - влажность на границе раскатывания, доли единицы:

С - удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг×°С);

G - весовой расход теплоносителя, кг/ч;

v - коэффициент, зависящий от степени заполнения трубопровода;

t - время, ч.

В расчетах необходимо привести в соответствие единицы измерения всех величин, входящих в формулы, для чего единицы измерения объемной теплоемкости С_т, С_м, удельной теплоемкости С, удельной теплоты плавления льда r, теплоты таяния льда в 1 м³ грунта q должны быть переведены соответственно в Вт×ч/(м³×°С), Вт×ч/(кг×°С), Вт×ч/кг, Вт×ч/м³, что достигается делением их на 3,6.

Таблица 5

Значение К_н

Грунт

Число пластичности

Температура грунтов, °С

минус 0,3

минус 0,5

минус 1

минус 2

Пески

w_п £ 1

Супеси

1 < w_п £ 2

2 < w_п £ 7

0,6

0,5

0,4

0,35

Суглинки

7 < w_п £ 13

13 < w_п £ 17

0,7

0,65

0,75

0,6

0,65

0,50

0,55

Глины

w_п £ 17

0,95

0,9

0,65

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПРИМЕРЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ Пример 1. Определить среднегодовую температуру грунта, глубину сезонного оттаивания Н_т и расчетную температуру грунта t_г в районе Игарки для участка за пределами застройки. Глубина заложения трубопровода h = l,5 м. Грунт - суглинок суммарной влажностью w_c = 0,3, пределом раскатывания w_р = 0,15, числом пластичности w_п = 8, с объемным весом g₀ = 1600 кгс/м³. Среднегодовая температура грунта минус 2 °С.

Согласно данным главы СНиП по строительной климатологии и геофизике основные климатические показатели для данного района следующие:

продолжительность зимнего периода t_з = 240дн. = 5760ч;

продолжительность летнего периода t_л = 125 дн. = 3000 ч;

сумма отрицательных градусо-часов температуры воздуха

W_з = -(28,6×720 + 25,6×720 + 20,0×720 + 1,7×720 + 2,6×720 + 6,7×720 + 6,7×720 + 21,2×720 + 27,2×720) = -103390 °C/ч;

сумма положительных градусо-часов температуры воздуха

W_л = (7,7×720+14,8×720+11,6×720+4,7×720) = 27940 °С/ч;

среднезимняя температура воздуха

среднелетняя температура воздуха

среднезимняя толщина снежного покрова Н_с = 0,45 м (по данным местной метеостанции).

Значения теплофизических характеристик грунта определяются по табл. 4. При w_c = 0,3 и g₀ = 1600 кгс/м³ получаем:

l_т = 1,16 Вт/(м×°С); l_м = 1,51 Вт/(м×°С);

С_т = 2562 кДж/(м³×°С); С_м = 1806 кДж/(м³×°С).

Коэффициент теплопроводности снега l_с = 0,26 Вт/(м×°С) (по табл. 3).

Приводим единицы измерения величин С_т, С_м в соответствии с единицами измерения других величин, входящих в формулы:

С_т = = 712 Вт×ч/(м³×°С)

С_м = = 502 Вт×ч/(м³×°С)

Задаваясь значением среднегодовой температуры грунта в данном районе t₀ = -2 °С, по формуле (70) определяется расчетное количество незамерзшей воды в грунте w_н = 0,50×0,15 = 0,075. Величина удельной теплоты таяния льда в грунте q вычисляется по формуле

q = 93×1600 = 25754 Вт×ч/м³.

По формулам (68) и (12) определяются значения параметров j и m:

S = 0,45 = 2,61 м;

j = 2,61 = 47,5;

m = 1,5 = 27,3.

Расчетная температура грунта t_г определяется по формуле (11).

Находятся коэффициенты А = 1,9×10^-4 (по номограмме рис. 33 при t_з = 5760) и В = 0,28 (по номограмме рис. 34 при j = 47,5 и m = 27,3). Подставляя эти значения коэффициентов А и В в формулу (11), получаем

t_г = -2 - 103390×1,9×10^-4×0,28 = -7,5 °C.

Глубина сезонного оттаивания грунта рассчитывается по формуле (14). Предварительно по формулам (15), (16) вычисляются значения t₁, t₁, q₁ и значение комплекса

t₁ = 1,4×9,3 + 2,4 = 3,7 °C;

t₁ = 1,15×3000 + 360 = 3800 ч;

q₁ = 25754 + 0,5×712×9,3 = 29065 Вт×ч/м³;

= = 47,6.

По значению = 47,6 по графику (см. рис. 35) определяется коэффициент h = 0,47 и коэффициент К₀ = 0,75 (при t₀ = -2,0 °С). По значениям К₀ = 0,75 и t_з = 8 мес по номограмме (см. рис. 35) находится коэффициент K_м = 5,6.

По формуле (17) вычисляется величина Q_м.

Q_м = -(-18) 8×0,47 - 5,5 = 8530 Вт×ч/м.

Искомая глубина сезонного протаивания грунта Н_т вычисляется по формуле (14)

Н_т = 0,81 м.

Пример 2. Определить температуру воды в начале напорного водовода, если образование ледяной корки в трубе не допускается. Радиус стальной трубы водовода r = 0,25 м. Длина водовода l = 20000 м. Расход воды G = 1000000 кг/ч. Теплоизоляция трубы - стеклянный войлок толщиной d_и = 0,1 м; коэффициент его теплопроводности l_и = 0,03 Вт/(м×°С). Минимальная среднесуточная температура воздуха t_в = - 50 °С. Скорость ветра v = 0,6 м/с. Скорость воды при заданном расходе v_в = 1,5 м/с. По формуле (22) определяем значение

a_в = 1415 = 2227 Вт/(м×°С).

По формуле (20) вычисляется значение

= 0,00028 м×°С/Вт

По формуле (23) определяется значение

a_н = 37 = 26,0 Вт/(м²×°С)

Значение R_н вычисляется по формуле (21):

= 1,80 м×°С/Вт.

По формуле (19) определяется величина коэффициента:

= 0,011.

Температура воды в начале водовода должна быть не менее рассчитанной по формуле (18):

t_н 0,5 °С

Пример 3. Определить расход воздуха, необходимый для вентилирования канала при сохранении грунтов основания в мерзлом состоянии.

В железобетонном канале с внутренним сечением 1´1 м проложены прямая и обратная трубы теплопровода радиусами r_пр = r_об = 0,15 м. Трубы изолированы шлаковатой слоем d_и.пр = 0,07 м и d_и.об = 0,05 м. Толщина стенки канала 0,1 м. Глубина заложения до верха канала 0,5 м. Температура теплоносителя t_пр = 90 °С и t_об = 70 °С. Расход теплоносителя G = 100000 кг/ч, его теплоемкость С = 4,2 кДж/(кг×°С), теплоемкость воздуха С_в = 11,008 кДж/(кг×°С).

Климатические условия: среднелетняя температура воздуха t_л = 9,5 °С; среднезимняя температура воздуха t_з = -25 °С; среднезимняя высота снежного покрова Н_с = 0,3 м.

Продолжительность летнего периода t_л = 5 мес = 3600 ч, продолжительность зимнего периода t_з = 7 мec = 5100 ч.