Авторы проф. Р.Н. Шумилов, доц. Ю.И. Толстова ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ»

Для защиты тротуаров от оледенения с целью предупреждения травматизма в холодный период года необходимы системы подогрева тротуаров. В настоящее время фирмами предлагаются системы, состоящие из двух контуров пластмассовых труб, уложенных в грунт и заполненных этиленгликолем. Нагревание этиленгликоля предусматривается в теплообменнике водой из обратного трубопровода тепловой сети с догревом при необходимости в электрокотле. Другой способ подогрева предполагает использование электрических кабелей, укладываемых в грунт, аналогично системам «тёплый пол». Независимо от применяемого варианта необходимо произвести расчёт тепловой мощности, обеспечивающей поддержание определённой температуры поверхности тротуара, при которой исключается образование льда при низких температурах наружного воздуха.

В большинстве публикаций по проектированию и расчёту систем напольного обогрева рассматривается применение таких систем для обогрева помещений [1, 2]. В этих случаях тепловая мощность определяется на основании расчёта теплопотерь отапливаемого помещения.

Тепловая мощность системы антиоледенения может быть определена как сумма теплоотдачи от поверхности тротуара к окружающему воздуху и тепловых потерь от нагревательных элементов в грунт при температуре поверхности тротуара, исключающей образование льда.

По приближенным оценкам для предотвращения образования льда требуется поддержание температуры поверхности тротуара не менее +3 °C. Количество отдаваемого тепла можно определить по уравнению теплоотдачи от нагретой поверхности:

Q = á н . F . ( ô — t н ), (1)

где Q — теплоотдача от поверхности тротуара к окружающему воздуху, Вт;

á н — коэффициент теплообмена на поверхности, по [3]

á н = 23 Вт/(м 2 . °C);

F — площадь нагреваемой поверхности,м 2 ;

ô — температура нагревамой поверхности тротуара; ô = +3 °C;

t н — расчетная температура наружного воздуха, °C.

Например, для условий г. Екатеринбурга при расчетной температуре наружного воздуха t н = -35 °C теплоотдача с поверхности обогреваемого тротуара площадью F = 250 м 2 составит 220 кВт.

Теплопотери в грунт при наличии теплоизоляции системы подогрева можно определить по формуле:

Q тп = ë / ä . ( ô тр - t гр ) . F , (2)

где Q тп — тепловые потери в грунт,Вт;

ô тр — температура поверхности труб системы подогрева, °C;

t гр — температура грунта, °C;

ë — коэффициент теплопроводности, Вт/(м . °C);

ä — толщина теплоизоляции, м;

F — площадь нагреваемой поверхности,м 2 .

Согласно рекомендациям [4], при глубине заложения труб до 0,7 м температура грунта принимается равной расчётной температуре наружного воздуха. Для варианта использования обратной воды тепловой сети с дополнительным догревом этиленгликоля в электрокотле средняя температура вторичного теплоносителя (этиленгликоля) составляет:

0,5 . (70 + 30) = 50 °C.

Примем температуру поверхности труб системы подогрева ô тр равной средней температуре теплоносителя, т.е. ô тр = 50 °C. При тепловой изоляции пенополистиролом с коэффициентом теплопроводности по [3] ë = 0,06 Вт/(м . °C) толщиной 0,03 м теплопотери в грунт для той же площади обогреваемого тротуара 250 м 2 для условий г. Екатеринбурга могут составить 42 кВт.

Таким образом, требуемая мощность системы антиоледенения Q общ зависит от параметров энергоносителя, характеристик теплоизоляции труб от грунта, обогреваемой площади и расчётной температуры наружного воздуха. С учётом (1) и (2) получим:

Q общ = á н . F . ( ô - t н ) + ë / ä . ( ô тр - t гр ) . F ,

что составляет для условий примера:

Q общ = 220 + 42 = 262 кВт

или около 1 кВт на 1 м 2 обогреваемой площади.

Даже такая приближённая оценка показывает, что установочная мощность от 200 до 400 Вт на 1 м 2 обогреваемой площади, рекомендуемая производителями и поставщиками систем антиоледенения, недостаточна для защиты тротуаров от оледенения и может давать эффект при температурах наружного воздуха значительно выше расчётных. ■

Литература

1. B.W. Olesen. Теория и практика напольного отопления // Пер. с англ. О.П. Булычева // АВОК. — 2003. — №1.— 44-50 с.

2. Махов Л.М., Самарин О.Д. Системы напольного отопления // АВОК. — 2003.— № 5.— 32-36 с.

3. СНиП II-3.79*. Строительная теплотехника. М.: ГУП ЦПП,2000. — С. 32.

4. СНиП 2.04.14-88*. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. М.: ГУП ЦПП,2000. — С. 28.