О влиянии фазовых переходов вода–лёд в глинистых грунтовыхоснованиях на теплопотери здания

Abstract

В статье рассмотрены особенности теплопереноса в грун­товых основаниях под зданиями, связанные с присутствием в грунте воды. Задачей исследования являлось показать влияние теплоты фазовых переходов, происходящих при замерзании и оттаивании воды, на тепловые потери из здания в грунтовое основание. Исследования выполнены с помощью постановки вычислительных экспериментов, основанных на расчётах нестационарных температурных полей в грунте. Рассматри­вались годовые циклы изменения температуры атмосферного воздуха, определяющие глобальную нестационарность пере­носа теплоты в грунте. Для решения задачи использована физико-математическая модель тепло- и массопереноса, учитывающая перенос грунтовой влаги, фазовые переходы в воде и изменения во времени величин теплотехнических характеристик грунта - коэффициента теплопроводности и удельной теплоёмкости. Для учёта льдообразования получены полуэмпирические зависимости относительной льдистости грунтов от их температуры и влажности. С помощью про­ведения вычислительных экспериментов проанализировано влияние льдообразования в грунте по сравнению с расчётами, в которых льдообразование не учитывается. Установлено, что льдообразование приводит к изменениям температуры в при­поверхностных слоях грунта с толщиной, большей толщины его промерзания. Эти изменения могут составлять до нескольких градусов Цельсия и могут существовать в течение полугода от начала промерзания грунта. Установлено, что льдообразова­ние не приводит к существенным дополнительным тепловым потерям из здания в грунтовое основание. Изменение тепло­вых потерь за отопительный период и за год несущественно. Но при этом имеют место сравнительно небольшие, в пределах нескольких процентов, изменения максимальных и минималь­ных среднесуточных значений тепловых потоков. Данные среднесуточные отклонения возникают при ограниченных дистанциях по грунту между внутренним и наружным воздухом в пределах трёх-четырёх метров.

Keywords

• еплоперенос, массоперенос, неста¬ционарные процессы, тепловые потоки, льдообразование, тепловые потери, грунтовое основание здания, влажность грунта, численное моделирование