Здания, расположенного на участке с вечномерзлыми грунтами несливающегося типа , а также для определения глубины предварительного оттаивания.

, (4.7)

где _т, _м - коэффициенты теплопроводности талого и мерзлого грунта, Вт/м^о.С;

 - продолжительность расчетного периода, ч;

t_о - температура грунта вне контура здания, на глубине 10 м, ^оС;

q_f - удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт^.ч/м³, рассчитывается по формуле (4.8);

t₁ - температура поверхности грунта под зданием, ^оС, вычисляется по формуле (4.10).

q_f = q (W_с - W_н) _см , (4.8)

где q - удельная теплота фазовых превращений воды, равна 93 Вт ч/кг;

W_с - суммарная влажность мерзлого грунта, д.ед.;

_см - плотность сухого мерзлого грунта, кг/м³;

W_н - количество незамерзшей воды в грунте, д. ед., вычисляется по формуле 4.9.

W_н = К_w W_р , (4.9)

где W_р - влажность на границе раскатывания, д. ед.;

К_w - коэффициент, принимается по таблице 4.2 в зависимости от числа пластичности I_ и температуры грунта t_о на глубине 10 м, ^оС.

Таблица 4.2. Значения коэффициента К_w

Грунты	I	Коэффициенты Кw при tо,оС
		-0.3	-0.5	-1	-2	-3	-4	-6	-8	-10
пески и супеси	I 0.02	0	0	0	0	0	0	0	0	0
супеси	0,02 I 0.07	0.6	0.5	0.4	0.35	0.33	0.3	0.28	0.28	0.25
суглинка	0,07 I 0.13	0.7	0.65	0.6	0.5	0.48	0.45	0.43	0.41	0.4
суглинка	0,13 I 0,17	*	0.75	0.65	0.55	0.53	0.5	0.48	0.46	0.45
глины	I 0,17	*	0.95	0.9	0.65	0.63	0.6	0.58	0.56	0.55

Примечание: знаком * обозначено, что вся вода в парах грунта незамерзшая.

, (4.10)

где t_зд - температура воздуха в помещении, ^оС;

а_4, а₅- вспомогательные коэффициенты, рассчитываются по формулам 4.11 и 4.12.

(4.11)

(4.12)

где _в^н - коэффициент теплообмена на поверхности пола, Вт/м², ^оС;

R_о - термическое сопротивление пола, м^{2. о}С/Вт;

_ц - полуширина цокольного ограждения, м, при его отсутствии принимается равной 0.4 м;

5. Расчет ореола оттаивания вокруг подземных тепловыделяющих каналов

Подземные трубопроводы являются мощными теплоисточниками, оказывающими большое влияние на температурное поле грунта. В результате температура вмещающей среды повышается, и она теряет прочность. На практике наблюдается много случаев деформаций зданий, если их основание оказывается в зоне этого влияния. Особо опасно распространение ореола оттаивания вокруг трубопровода под подошву фундаментов. Кроме того, образование больших ореолов оттаивания опасно и для устойчивости самого трубопровода. Оно может привести как к его недопустимой осадке, так и к всплытию.

Из вышеизложенного следует, что расчет ореола оттаивания вокруг подземного трубопровода есть непременное условие при его проектировании.

Различают низкотемпературные трубопроводы и высокотемпературные. Первые рассчитываются, исходя из образования стационарного температурного поля вокруг трубы. Вторые - нестационарного. Отнесение трубопровода к первому или второму виду производят исходя из значения безразмерной температуры _t. Если _t  0,2 трубопровод относят к низкотемпературному, в противном случае - к высокотемпературному.

При низкотемпературном трубопроводе величина _t рассчитывается по формуле 5.6.

Глубина оттаивания вечномерзлого грунта под центром трубы, показанная на рис. 5.1 определяется по формуле 5.1.

(5.1)

где h_н - глубина оттаивания под центром трубы, м;

r_т - радиус трубы, м;

m - отношение глубины заложения трубы h к её радиусу r_т;

n - безразмерный параметр, определяемый по формуле 5.5.

Рисунок 5.1. Схема к расчету ореола оттаивания

Мощность мерзлого грунта над центром трубы h_в, м, вычисляется по формуле 5.2.

(5.2)

Радиус ореола оттаивания вокруг трубы r_от, м, находится по формуле 5.3.

r_от= 0,5 (h_н- h_в), (5.3)

Смещение вниз центра ореола оттаивания по отношению к центру трубы определяется по формуле 5.4.

с = 0.5^. (h_н+h_в)-h, (5.4)

(5.5)

где _т - теплопроводность грунта в талом состоянии, Вт/(м ^{. о}С);

_t - безразмерная температура, рассчитывается по формуле 5.6;

R_t - термическое сопротивление теплопередаче, м^.оС/Вт, определяется по формуле 5.7.

, (5.6)

где _м- теплопроводность грунта в мерзлом состоянии, Вт/(м ^оС);

t_о - температура грунта на глубине 10 м, ^оС;

t_с - температура транспортируемой среды, ^оС;

 - коэффициент, учитывающий работу трубопровода неполным сечением, безразм., определяется по таблице 5.1; для напорных трубопроводов принимается равным =1.

(5.7)

Таблица 5.1. Значение коэффициента 

to	Cтепень заполнения трубы, %
	10	30	100
0	0.8	0.95	1.0
-2	0.75	0.85	1.0
-4	0.70	0.80	1.0
-6	0.66	0.77	1.0

При высокотемпературном трубопроводе глубины оттаивания вечномерзлого грунта под центром h_н, м и мощность мерзлого грунта над центром h_в, м трубы определяются по формулам 5.8 и 5.9.

h_н=(_t-m-1) r_t, (5.8)

Рис.5.2. Номограмма для определения коэффициента_t

h_в = (h²-r_т²)/h_н , (5.9)

где _t - безразмерная глубина оттаивания под центром трубы, определяемая по номограмме на рис. 5.2 в зависимости от параметров m, _t, I_t;

I_t - безразмерное время, определяется по формуле 5.10.

, (5.10)

где  - расчетный период, ч;

q_f - удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт ч/м³, рассчитывается по формуле 4.8 (см. задача № 4).

Радиус оттаивания r_от и величина смещения центра ореола оттаивания вниз по отношению к центру трубы Δс определяются по формулам 5.3 и 5.4 при подстановке в них значений h_н и h_в, вычисленных по формулам 5.8 и 5.9.

Изложенная методика позволяет рассчитывать высокотемпературные трубопроводы, например, теплопроводы, прокладываемые в невентилируемых подземных каналах. Для этого используются формулы 5.8 - 5.10, а так же 5.3 - 5.4, в которые под радиусом трубы r_t, понимается эквивалентный радиус r_экв, под температурой среды t_c - температура внешней поверхности канала t_к, под глубиной заложения трубы h - расстояние от дневной поверхности до оси канала. При этом коэффициент  принимается равным 1.0. Температура внешней поверхности канала, где прокладывается прямая и обратная магистраль теплопровода, определяется по данным таблицы 5.2.

Таблица 5.2. Значение t_к

глубина заложения до верха	Размеры канала hк bк, м
канала	0.4 0.5	0.40.6	0.40.75	0.51.0	0.651.0	0.81.5
0.5	12/20	12/20	13/22	16/27	24/41	27/46
0.7	12/20	14/24	14/24	20/34	28/41	30/51
1.0	13/22	15/25	15/25	21/35	28/47	30/51
1.5	14/25	17/30	17/30	22/38	31/53	35/60

Примечание: В числителе указана величина t_к при температуре теплоносителя 95-79 ^оС, в знаменателе - при температуре 130-170 ^оС.

Величина r_экв, м, определяется по формуле 5.11.

r_экв=(h_к+b_к)/, (5.11)

где h_к, b_к - высота и ширина канала, м.