1. Бесканальные теплопроводы

На рис. 8.5 приведены расчётные схемы одно- и двухтрубного бесканального теплопровода.

1. Однотрубный теплопровод	2. Двухтрубный теплопровод

Рис. 8.5. Расчётные схемы бесканальных теплопроводов

Термическое сопротивление однотрубного теплопровода (рис. 8.5.1) равно

R = R_и + R_г, (8.31)

где R_г - термическое сопротивление грунта, рассчитываемое по формуле Форхгеймера

R_г = (1/2πλ_г) ln [2h/d + (4 h²/d² -1) ^0,5], (8.32)

а h – глубина заложения оси трубопровода; d – наружный диаметр теплопровода, м; λ_г – теплопроводность грунта (принимается по табл. 6 СП 41-103-2000, а в ориентировочных расчётах: 0,55 Вт/(м∙К) – для сухих грунтов; 1,1 Вт/(м∙К) – для маловлажных грунтов; 1,7 – для средневлажных грунтов; 2,3 – для сильновлажных грунтов. При h/ d > 2 формула Форхгеймера упрощается

R_г = [ln (4h/d)] / (2πλ_г), (8.33)

При расчёте q по (8.21) за температуру окружающей среды t_о принимают среднегодовую температуру грунта на глубине h. Если h/d < 2, t_о принимают равной среднегодовой температуре наружного воздуха, а R_гр рассчитывают по приведённой глубине заложения

h_п = h + λ_г/α, (8.34)

где α = 2-3 Вт/(м²∙К) – коэффициент теплоотдачи на поверхности грунта.

При двухтрубной прокладке вокруг обоих теплопроводов в грунте образуются температурные поля 1, 2 (рис. 8.5.2), которые воздействуют друг на друга, уменьшая теплопотери от каждого из них. Это взаимное влияние адекватно дополнительному термическому сопротивлению R_о, которое рассчитывается по формуле Е.П. Шубина

R_о = (1/2πλ_г) ln [1 + (2 h/b) ²] ^0,5, (8.35)

где b – расстояние между осями двухтрубного теплопровода, м.

Удельные теплопотери двухтрубного бесканального теплопровода рассчитываются по формулам

q₁ = [(τ₁ - t_о) R₂ + (τ₂ - t_о) R_о]/( R₁ R₂ - R_о²), (8.36)

q₂ = [(τ₂ - t_о) R₁ + (τ₁ - t_о) R_о]/( R₁ R₂ - R_о²), (8.37)

где R₁ = R_и1 + R_гр, R₂ = R_и2 + R_гр – суммарное термическое сопротивление первого и второго теплопровода.

Температурное поле вокруг одно- и двухтрубного бесканального теплопровода, т.е. температура грунта t в любой точке А с координатами (x, y), как это показано на рис. 8.5, рассчитывается по формулам (8.38 и 8.39)

, (8.38)

. (8.39)

При этом температура сетевой воды берётся по температурному графику при средней температуре воздуха рассматриваемого периода, а пара – равной максимальной температуре на рассматриваемом участке. Расчётное значение t_о принимается равным минимальному значению средней температуры грунта на глубине h в ОП (рассматриваемый период), а в НОП – его максимальному значению за НОП.

2. Канальные теплопроводы

На рис. 8.6 приведены расчётные схемы одно- и двухтрубного канального теплопровода. Термическое сопротивление однотрубного теплопровода (рис. 8.6.1) равно

R = R_и + R_н + R_пк + R_к + R_г, (8.40)

где R_пк, R_к – термическое сопротивление внутренней поверхности канала и стенки канала. При расчёте R_к по формуле (8.24) используют эквивалентный диаметр d_э внутреннего и наружного сечения канала, который рассчитывается по площади F (м²) и периметру P (м) соответствующего сечения.

1. Однотрубный теплопровод	2. Двухтрубный теплопровод

Рис. 8.6. Расчётные схемы канальных теплопроводов

d_э = 4 F/P, (8.41)

В однотрубном теплопроводе при стационарном тепловом потоке уравнение теплового баланса имеет вид (τ – t_к)/(R_и + R_н) = (t_к - t_о)/(R_пк + R_к + R_г), откуда получают формулу для расчёта t_к – температуры воздуха в канале

. (8.42)

В двухтрубном теплопроводе (рис. 8.6.2) при термическом сопротивлении ТИК трубопроводов R₁ и R₂, а также термическом сопротивлении R₃ = R_пк + R_к + R_г, уравнение теплового баланса имеет вид (τ₁ – t_к)/R₁ +(τ₂ – t_к)R₂ = (t_к - t_о)/R₃, откуда

t_к = (τ₁/R₁ + τ₂/R₂ + t_о/R₃)/ (1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃), (8.43)

а по известной t_к находят q₁, q₂ и q = q₁ + q₂

q₁ = (τ₁ – t_к)/R₁, (8.44)

q₂ = (τ₂ – t_к)/R₂. (8.45)

Температурное поле однотрубного канального теплопровода рассчитывается по формуле (8.38) при τ = t_к и R = R₃.