Пример расчета инфракрасного обогрева

Исходные данные:

Плита перекрытия толщиной 150 мм размерами в плане 3×6 м. Опалубка дощатая толщиной 40 мм. Бетон класса В20 на портландцементе М400. Удельный расход арматуры р =150 кг/м³. Начальная температура бетона t_б.н.= 10ºС. Температура наружного воздуха t_н.в.= -15ºС, скорость ветра 5 м/с.

Назначить режим тепловой обработки до набора бетоном 70% проектной прочности. Выполнить конструирование инфракрасной установки.

Определение параметров режима тепловой обработки (раздел 2.1)

1. Площадь поверхности и объем конструкции:

F = (3 · 6) ·2 + (3 · 0,15) ·2 + (6 · 0,15) ·2 = 38,7 м²;

V_б= 3 · 6 · 0,15 = 2,7 м³.

2. Модуль поверхности конструкции: М_п = = = 14,3 м^-1.

3. Коэффициент теплопередачи опалубки К = 3,6 Вт/м²·^оС (табл. П3.3 приложения 3).

4. Принимаем скорость подъема температурыU = 3 °С/ч, температуру изотермического выдерживания t_и= 60 °С.

5. Определяется продолжительность периода подъема температуры τ_п и средняя температура бетона t_срв этот период:

= = 16,7 ч

= = 35,0 (°C)

6. Средняя температура t_б.сри продолжительность τ_о периода остывания рассчитываются по формулам (2.3 и 2.4):

t_б.ср = t_б.к + =

= = 15,1 ^оС

t_о = = = 27,1 ч

где t_б.к = 0°С – температура бетона к концу остывания; С_б = 1,05 кДж/кг·^оС – удельная теплоёмкость бетона; g = 2400кг/м³ – плотность бетона; К – коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м²·°С.

7. Продолжительность периода изотермического выдерживания определяется графическим способом по графикам нарастания прочности бетона (приложение 11), при этом период остывания не учитывается, так как М_п>10 м^-1:

Продолжительность периода изотермического выдерживания равна τ_и = 24 ч.

8. Общая продолжительность выдерживания бетона рассчитывается как сумма отдельных периодов:

τ = τ_п + τ_и + τ_о = 16,7 + 24 +27,1 = 67,8 ч

9. Графическое изображение режима тепловой обработки:

Конструирование инфракрасной установки

1. Для тепловой обработки плиты принимаем инфракрасные установки типа короб со следующими параметрами (рис. 2.10):

а₁ = 1000 мм – ширина короба-отражателя;

а₂ = 1500 мм – длина короба отражателя;

h = 200 мм – высота короба-отражателя;

s = 330 мм – расстояние между излучателями;

d = 12 мм – диаметр излучателей (ТЭНы);

Короб-отражатель выполнен из алюминия.

Расчет параметров инфракрасного обогрева (раздел 2.5)

1. По формуле (2.6) определяется удельная электрическая мощность, необходимая для нагрева бетона Р_б на стадии подъема температуры:

= = 2,1 кВт/м³

где С_б=1,05 кДж/кг·°С – удельная теплоемкость бетона, равная; γ_б = 2400 кг/м³ – плотность бетона,; U = 3 °С/ч – скорость подъема температуры.

2. Определяется удельная электрическая мощность, необходимая для нагрева опалубки Р_оп:

U = = 0,76 кВт/м³

где С, γ_, δ – соответственно удельная теплоемкость (кДж/кг·°C), плотность (кг/м³) и толщина (м) дощатой опалубки (приложение 4); F_оп = 18 м² – площадь опалубливаемой поверхности.

3. По формуле (2.8) определяется удельная электрическая мощность, требуемая для нагрева арматуры Р_а:

= = 0,06 кВт/м³

где С_а = 0,465 кДж/кг·ºC – удельная теплоемкость стали (приложение 4);р =150 кг/м³ – удельный расход арматуры на кубометр бетона.

4. По формуле (2.20) определяется температура стенок инфракрасной установки:

= = 22,5°С

5. По формуле (2.21) рассчитывается коэффициент теплоотдачи облучаемой поверхности:

=

= =

= 3,46 Вт/м²·ºС

где h = 0,2 м – высота короба-отражателя.

6. Определяется удельная электрическая мощность, необходимая для восполнения теплопотерь в окружающую среду:

=

= = 3,53 кВт/м³

где F_о- площадь облучаемой поверхности, м²; F_у- площадь утепленной поверхности, м²; К – коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м² ·°С.

7. Находится удельная электрическая мощность, необходимая для обеспечения заданной скорости нагрева бетона на стадии подъема температуры:

Р_п = Р_б + Р_оп + Р_а + Р_потерь – 0,8=

= 2,1 + 0,76 + 0,06 + 3,53 – 0,8 = 5,65 кВт/м³

8. По формулам (2.24 и 2.25) определяется требуемая энергетическая освещенность на стадии подъема температуры Е_п и изотермического выдерживания Е_и:

= = 1,13 кВт/м²

= = 0,71 кВт/м²

где ε = 0,75– степень черноты бетона (табл. П9.1 приложения 9).

9. При расстоянии между излучателями s = 330 мм и их диаметре d = 12 мм по таблице П9.2 находим коэффициенты: φ ₁ = 0,485, φ ₃ = 0,066.

При соотношениях а₁/ h = 3,33 и а₂/ h= 5 коэффициент φ ₂ = 0,426 (табл. П9.3). По формуле (2.26) определяется коэффициент облученности φ, показывающий долю лучистого потока воспринимаемую облучаемой поверхностью:

φ = φ ₁+ [(1-ε_о) ·φ ₁· φ ₂ – φ ₃ ] =

= 0,485+ [(1-0,25) ·0,485· 0,426 – 0,066] = 0,57

где ε_о = 0,25 степень черноты отражателя из алюминия (табл. П9.1).

10. По формулам (2.27 и 2.28) определяем мощность инфракрасной установки, необходимую на стадии подъема температуры и изотермического выдерживания:

= = 2,97 кВт

= = 1,87 кВт

где a₁ и а₂ - соответственно ширина и длина короба-отражателя, м.

11. Требуемая погонная мощность одного инфракрасного излучателя Р_пог составит, формула (2.29):

= = 0,66 кВт/м

где N = 3 – число излучателей, размещенных под одним коробом-отражателем размерами a₁×а₂, м.

Принимаем ТЭНы с погонной мощностью 0,65 кВт/м.