Авторы д.т.н., профессор В.И.Бодров, доцент В.В.Сухов, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

Подземные сооружения могут быть разделены по характеру теплообмена между воздушной средой сооружения и окружающим его грунтом и наружным воздухом на следующие три типа.

Первый тип — это сооружения, в которых происходят значительные суточные и годовые колебания температур воздуха, связанные с колебаниями температуры атмосферного воздуха, используемого для их вентиляции. К этому типу сооружений относятся транспортные тоннели, подземные пешеходные переходы и аналогичные сооружения.

Второй тип — это сооружения с различными режимами работы, в которых периодически могут возникать ситуации, требующие при заданном тепловом потоке определения возможного времени достижения какой-либо промежуточной температуры, являющейся для данного этапа конечной. К таким сооружениям могут относиться отдельные производства.

Третий тип — это сооружения, в которых не происходят значительные колебания внутренних температур воздуха, и задан необходимый минимальный воздухообмен. К этому типу сооружений относятся подземные гаражи, склады, магазины и т.п. Эксплуатация современных подземных пешеходных переходов в связи с расширением их функционального назначения может осуществляться с учетом всех перечисленных видов теплообмена.

Воздушный режим подземных пешеходных переходов зависит от интенсивности естественного воздухообмена, который определяется значениями гравитационного и ветрового давлений. В типовых пешеходных переходах из-за отсутствия составляющей гравитационного давления естественный воздухообмен осуществляется только за счет ветрового давления. В случае использования подземных переходов дополнительно в качестве помещений общественного назначения следует учитывать гравитационную составляющую.

В технической литературе отсутствуют количественные характеристики влияния скорости ветра на кратность воздухообмена в подземных пешеходных переходах, в том числе через традиционные аэродинамические коэффициенты, характерные для надземных сооружений. Поэтому определение интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах определялась нами путем испытания модели в аэродинамической трубе. За аналог принят наиболее распространенный типовой переход под автомобильной трассой [1].

Модель перехода выполнена с учетом автомодельности относительно реального перехода в масштабе 1:200. Изменение направления воздушного потока (ветра) осуществлялось поворотом исследуемой модели на углы 0 ° (режим А), 30 ° (режим Б), 45 ° (режим В), 60 ° (режим Г) 90 ° (режим Д). Замеры скорости воздуха внутри и вне модели проводились измерителем комбин и р о в а н н ы м ТАММ-20, все замеры дублировались три раза. Результаты аэродинамических испытаний модели пешеходного перехода при максимальной принятой нами скорости воздушного потока (ветра) í в = 7,5 м/с показали следующее. Скорость воздушного потока в тоннеле перехода при углах обдува 0 °, 30 °, 45 ° находилась в пределах í т ≈ 0,3 м/с, при углах обдува 60 °, 90 ° поток воздуха в тоннеле был неустойчивым, и, по нашему мнению, скорость воздуха в нем может быть принята í т = 0 м/с. Данный вывод основан на том, что невязка замеренных расходов воздуха во входах (выходах) в пешеходный тоннель составляла более 50% при абсолютной скорости воздуха в нем менее í т = 0,1 м/с.Таким образом, только при направлениях обдува модели 0 °, 30 °, 45 ° происходит естественная вентиляция тоннеля пешеходного перехода за счет ветрового давления.

На рис. 1 заштрихованная часть показывает область практического отсутствия естественной вентиляции в тоннеле перехода за счет ветрового давления.

Максимальный расход воздуха в реальном моделируемом тоннеле пешеходного перехода размером F = 3 x 6 м колеблется от L = 0 м 3 /ч при направлениях ветра 60 °, 90 ° до:

L = í т x F x 3600 = 0,3 x 3 x 3600 = 19440 м 3 /ч . при направлениях ветра 0 °, 30 °, 45 ° относительно оси тоннеля.

Заключение по исследованию воздухообменов. Естественная вентиляция подземных переходов за счет ветрового давления носит неустойчивый характер, она зависит от направления и скорости ветра. Отсутствие устойчивого воздухообмена допустимо при отсутствии в подземных переходах помещений с постоянным пребыванием людей (магазины и т.п.). При наличии в подземных переходах общественных помещений следует предусматривать механическую вентиляцию из условия разбавления вредностей в соответствии с действующими нормами. Интенсивность воздухообмена при естественной вентиляции от ветрового давления следует принимать не более средней скорости в тоннеле í т = 0,15 м/с (для рассмотренного случая L = 9720 м 3 /ч), что характерно для скоростей ветра в пределах 3,0…4,0 м/с.

В связи с отсутствием у наружных ограждений подземных сооружений непосредственного контакта с атмосферным воздухом, они по формированию температурных параметров внутреннего воздуха относятся к особому классу. Направления и интенсивность тепловых потоков через ограждения подземных сооружений непосредственно зависят от температуры окружающего грунта. На динамику изменения температур по глубине грунта оказывает влияние сезонное изменение температуры наружного воздуха, в то же время колебания температуры наружного воздуха в течение суток не влияют на температурные поля в земле.

Глубина грунта, на которой отсутствует влияние колебаний наружных температур на его температурный режим, т.е. температура грунта остается практически постоянной, составляет h o ≈ 15 м [2, 3].

Расчетная температура грунта на глубине h o , на которую не влияют колебания температур наружного воздуха, определяется по формуле [2]:

где ø 2 — коэффициент, учитывающий кривизну температурной линии в грунте к концу его нагрева за теплый период года, приведен в табл .

Анализ динамики изменения температур внутренних поверхностей подземных помещений показал, что с достаточной для инженерных расчетов точностью (±5%) можно упростить определение температуры поверхности любой внутренней ограждающей конструкции путем линеризации огибающей минимальных температур ( рис. 2 ).

На рис. 2 линия а-б — участок изменения температуры грунта в зоне промерзания. Линия б-в — участок изменения температуры в зоне от нулевой амплитуды текущей температуры грунта (температуры фазового превращения воды ) t ф = 0 °С до постоянной температуры грунта t о при глубине h о . Значения текущей h м и максимальной h м м глубин промерзания грунта в рассматриваемом климатическом регионе страны определяются по методике, приведенной в [4].

Изменение текущей температуры любой внутренней поверхности подземных сооружений в зоне h м м равно:

в зоне ниже глубины промерзания ( h o - - h м ):

Температура воздуха t в в подземных невентилируемых помещениях в расчетный период времени составляет:

где ô в , ô m , ô n — соответственно температуры внутренних поверхностей, торцевых ограждений и пола, °С, определяемые по формуле 2 и 3;

F в , F m , F n — площади соответствующих ограждений,м 2 .

При необходимости вентилирования наружным воздухом общественных помещений, расположенных в подземных переходах, температура воздуха в них определяется с учетом ассимиляции холода (теплоты) грунтом, наличием в них тепловыделений и теплоемкой массы продукции, по методике, приведенной в [5]. ■

Литература

1. Мосты и сооружения на дорогах. Часть 2. // Гибшман Е.Е., Кириллов В.С.,Маковский Л.В.,Назаренко Б.П. — М.:Транспорт, 1972. — С. 404.

2. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов // В.Я. Цодиков.— М.: Недра, 1975. — С. 568 .

3. Рубинэ М. Кондиционирование воздуха в подземных сооружениях // М. Рубинэ. — М.: Госстройиздат, 1963. — С. 216 .

4. Бодров В.И. Довлетхель Р.К. Определение глубины промерзания грунта // Вентиляция и кондиционирование воздуха.— Межвуз.научнотехн. сб.,№ 11. — Рига: изд.РПИ,1979. — 39-46 с.

5. Бодров В.И. Хранение картофеля и овощей: Инженерные методы создания и поддержания технологического микроклимата // В.И.Бодров. — Горький: Волго-Вятское кн. изд., 1985. — С. 220.