[gorbun]

Дано:
Металлическая цистерна объемом от 5 до 100 м3 закопана в грунт. Высота грунта над цистерной 0,5-1,0 м.
Цистерна - резервуар запаса воды для пожаротушения.
Вопрос: как корректно рассчитать необходимую толщину утеплителя? По формулам СП "Тепловая защита зданий"? Но ведь там предполагается некое отопление, которое нужно удержать. Тут как я понимаю влияет объем воды и тепловая инерция воды. То есть чем больше объем воды, тем больше теплоёмкость и тем меньше требуется утеплителя.

В общем нужен вектор куда копать?
Может есть какие программы для подобных расчетов?

[retal]

Корку льда не забудьте учесть.

[realdoc]

Сообщение от gorbun Может есть какие программы для подобных расчетов?

Вряд ли Вас интересует научное решение. Я считал подобные вещи в Ансис.
Ищите разные руководства по проектированию мелкозаглубленных фундаментов.

Сообщение от gorbun Но ведь там предполагается некое отопление, которое нужно удержать.

У вас отопление от массива грунта расположенного внизу.

Сообщение от gorbun Тут как я понимаю влияет объем воды и тепловая инерция воды. То есть чем больше объем воды, тем больше теплоёмкость и тем меньше требуется утеплителя.

Если бы дело было только в теплоемкости Ваш резервуар замерз бы через неделю. Тепло именно идет снизу.
"Зеон ближе к центру Земли, где все еще тепло" (с). Матрица.
Теплопроводность грунта можно найти в литературе с некоторым приближением. Получите эквивалентную толщину утеплителя и будет Вам счастье. Естественно, что все это весьма условно и нужен некоторый запас. С водой конечно все несколько сложнее чем со статичным грунтом, потому что есть конвекция. Но она для Вас в полезную сторону - есть такая старая загадка:
Почему существуют вечно мерзлые грунты, но не существует вечно мерзлых озер, т.е. почему при среднегодовой отрицательной температуре, допустим в Якутии озера не промерзают каждый год все глубже, а сезонно оттаивают.

[CAE_Engineer]

не понятна сама ЦЕЛЬ расчета
Вы что хотите знать?
замерзнет или нет вода?

у Вас есть поверхность цистерны - там грунт - его температура будет более-менее "стационарна"
есть вода - имеющая некий запас тепла
есть грунт по бокам - имеющий температуру меняющуюся от поверхности в глубину
есть грунт под днищем - где температура будет почти "постоянной"

надо решать задачу теплопередачи с учетом фазового перехода, и без конвективного теплообмена

[gorbun]

Сообщение от CAE_Engineer не понятна сама ЦЕЛЬ расчета Вы что хотите знать? замерзнет или нет вода?

Да!
В типовых проектах предполагается циркуляция воды (резервуары для питьевой воды), а у нас пожарный резервуар, который стоит всю зиму с водой и не должен замерзнуть.

Сообщение от CAE_Engineer у Вас есть поверхность цистерны - там грунт - его температура будет более-менее "стационарна" есть вода - имеющая некий запас тепла есть грунт по бокам - имеющий температуру меняющуюся от поверхности в глубину есть грунт под днищем - где температура будет почти "постоянной" надо решать задачу теплопередачи с учетом фазового перехода, и без конвективного теплообмена

Вот такой вот расчет где почитать? Желательно с примерами

[realdoc]

Сообщение от CAE_Engineer надо решать задачу теплопередачи с учетом фазового перехода,

Если вода замерзнет хотя бы на поверхности - для пожарного водоема это уже не приемлемо. Возможно, что даже наличие ледяной взвеси не допускается.
Offtop: Сам был свидетелем - горел склад. Пожарный резервуар оказался "сухого типа" - думаю, что специально. Протянули рукав до озера - 400м. Пока протянули, пока продолбили лунку зимой - склад уже того - сгорел.
Т.е. вода должна быть надежно защищена от фазового перехода.

Сообщение от CAE_Engineer и без конвективного теплообмена

Именно за счет конвективного обмена вода легко замерзает сверху - более теплая и тяжелая вода опускается к днищу резервуара.

Сообщение от CAE_Engineer есть вода - имеющая некий запас тепла

Этот запас довольно мал. Особенно если учитывать вода какой температуры в этот водоем заливается.
Конкретно для воды я такой расчет не делал. Делал для бетонных блоков (фундаментная плита толщиной 2,5м). В центре плиты действительно температура сохраняется очень долго - несколько месяцев, но с поверхности контактирующей с холодной средой и особенно с углов плита остывает очень быстро. Ну и плита у меня была 7000куб.м, а не 100куб.м и тем более не 5. Причем для плиты огромное значение имеет прогрев массива грунта под плитой. В случае с резервуаром разница температуры резервуара и грунта незначительна при заполнении водой.
Первый график - в центральной зоне плиты, второй - в угловой. Чтобы особых сомнений в "занаученности" и "оторванности от практики" не возникало: по результатам замеров при бетонировании максимальная температура отличалась от расчетной на 1 градус. "Подгонки" не было - расчет был передан до бетонирования.

[gorbun]

Сообщение от realdoc Конкретно для воды я такой расчет не делал.

А как в принципе такой расчет делается?
Хотя бы каков алгоритм расчета?
Если это конечно комм.тайной не является
Нутром чую что расчет толщины утеплителя как для перекрытия тут не годится...

[realdoc]

Сообщение от gorbun А как в принципе такой расчет делается?

Научных-то подходов наверное много - задачи термодинамики, всякие CFX и т.п.
В Ваших практических целях это вряд ли подойдет - типов резервуаров много, типов грунтов тоже. Обводненные грунты имеют иную теплопроводность. Смерзшиеся тоже, снежный покров и т.п.

Сообщение от realdoc Теплопроводность грунта можно найти в литературе с некоторым приближением. Получите эквивалентную толщину утеплителя и будет Вам счастье.

Я для себя примерно принимаю, что 100мм экструдированного пенополистирола по теплозащите примерно эквивалентны 1,8-2м суглинка.
Обратите внимание, что пенополистирол надо заводить за края сооружения на довольно значительную величину - я завожу примерно на величину соответствующую глубине промерзания. Иначе просто промерзнет с боков. С углов естественно больше. Все это есть в руководствах по проектированию мелкозаглубленных фундаментов.
https://yadi.sk/d/k_et7sP9VcNHp книга одного очень уважаемого мной человека на близкую тему - надеюсь он на меня не обидится. Не руководство по проектированию, но почитать интересно.

[CAE_Engineer]

не нужно тут использовать программы решающие задачи сопряженного теплообмена.
достаточно любой программы которая решает задачи теплофизики твердого тела + фазовый переход
решать наверно можно осесимметричную задачу

[Бихич]

Если высота грунта над цистерной менее глубины промерзания то никаким утеплением не помочь. Все равно замерзнет. Расчет элементарный - основное уравнение теплопередачи тут работает. А на счет грунта как низкопотенциального источника тепла то тоже не все так просто. Увы очень много влияющих факторов (например потоки подземных вод). Фиксированную температуру вряд ли кто даст Вам. Может стоит рассмотреть вопрос с более глубоким погружением цистерны?

----- добавлено через ~6 мин. -----
Попробуйте составить уравнение теплового баланса с учетом площади Вашей цистерны. Количество условной теплоты передающейся от грунта должно быть не менее количества теплоты уходящей от цистерны в окружающую среду. Тогда не замерзнет.

[ander]

утеплитель сохраняет имеющуюся температуру, постепенно выравнивается, и без источника тепла утеплитель может в период оттаивания играть отрицательную службу - не давать теплу от солнца проникать в грунт. Тут, наверно, нужен подогрев типа как для плит ледовых арен, да и весь пирог..

[realdoc]

Сообщение от Бихич Если высота грунта над цистерной менее глубины промерзания то никаким утеплением не помочь. Все равно замерзнет.

Чем слой грунта отличается от утеплителя - тоже материал, со своей теплопроводностью и тепловой инерцией (суть теплоемкостью).

Сообщение от Бихич Расчет элементарный - основное уравнение теплопередачи тут работает.

Конечно работает - и если на пути теплового потока есть утеплитель, то этот утеплитель будет работать. Веками известно, что заснеженные участки промерзают меньше открытых - даже специально снегозадержание делают на полях.
Добавлено: очевидно, что дело не в теплоемкости, а в теплопроводности снега. Теплоемкость у него никакая. Более того теплоемкость принадлежность массы, т.е. от "распушенности" снега не меняется. И тот факт, что на севере делают зимники на болотах просто проминая снег (т.е. увеличивая его теплопроводность, теплоемкость очевидно, как и масса не меняется) наглядное тому подтверждение. Рядом болото стоит непромерзшее, а по зимнику - укатанный снег и промерзший участок болота.
А полистирол поэффективней снежного покрова.

Сообщение от ander утеплитель сохраняет имеющуюся температуру, постепенно выравнивается, и без источника тепла утеплитель может в период оттаивания играть отрицательную службу

Источник тепла есть - нижележащий теплый грунт.
У меня есть выполненное здание с заглублением плиты пола относительно окружающего грунта 400мм. По контуру плита пола утеплена экструдированным пенополистиролом 100мм на 1,8м по ширине. В здании температурный режим +5 градусов (по технологии). За 4 пережитых зимы под плитой пола отлично функционирует дренаж. Трещин во внутреннем цоколе (монолитно связан с плитой), вспучиваний пола и т.п. дефектов, свидетельствующих о промерзании грунта нет.

[Бихич]

Кто спорит что утеплитель не работает просто если нет достаточного теплопритока а есть постоянная теплоотдача то никакой утеплитель не спасет. Нужно взять фактические характеристики цистерны (площади соприкосновения с грунтом отдающим тепло и передающим), задаться температурой теплого грунта, посчитать коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи и по тепловому балансу посмотреть какая толщина утепления требуется что бы тепла грунта хватило на обогрев.

[gofra]

СП 23-101 полы по грунту, сопротивление теплопередачи (наверное геологи укажут теплопроводность грунтов)
2м-2,1
4м-4,3
6м-8,6
возмем промерзание грунта, как пример 2м
сопротивление Т. =2,1
устанавливаем нашу емкость на глубину 1м, на этой глубине сопротивление теплопередачи 1м*м*С/Вт, а нам необходимо 2,1 что бы вода не замерзла (разница 1,1)
берем утеплитель с коэф. теплопроводности 0,035 , толщиной 0,05м (сопротивление = 0,05/0,035=1,43)
В итоге: 1,43>1,1 или 1+1,43=2,43 сопр.т. больше чем у слоя грунта на промерзание.
Для расчета промерзания нельзя пользаваться понижающими коэфф. промерзания для грунтов, т.к. это связано со свойствами воды в капилярном состоянии (в глине вода начинает кристализоваться при -6,8гр. сугл -4,3)
Ну и дно емкости должно быть ниже промерзания. Стены тоже придется утеплять до глубины промерзания.
вот такая моделька

[ETCartman]

да в общем несложная (в постановке какой обычно предполагает СНиП, он тоже самое решает в линейной T(x) а не в плоской T(x,y)) теплотехническая стационарная задача. вот тут http://dwg.ru/dnl/12687 можете попробовать плоскую версию довольно юзерофрендли открытой софтины, с примерами. для пространственной - куча тоже открытых программ (CalculiX, Elmer-FEM, ....., тыщи их) - но там предполагается знание предмета и функционирования компьютера на базовом уровне (командный и полукомандный интерфейс)
задаете вверху на линии температуру (среднюю - чего там надо уточнять, но в общем ту которую берут для промерзания фундаментов), внизу - грунта, теплоттдачу на поверхности, теплопроводности материалов , и считаете окончательно поле температур. чтобы в кружочке с водичкой было больше нуля.
Главное характеристики верно задать - но тут кроме СНиПов по разным теплотехникам вам ничего более не поможет).

[gorbun]

Сообщение от gofra Стены тоже придется утеплять до глубины промерзания.

Если утеплитель завести за габарит цистерны на 1 метр (в вашем примере = оставшейся глубине промерзания), то нужно ли утеплять стенки?

[gofra]

Сообщение от gorbun Если утеплитель завести за габарит цистерны на 1 метр (в вашем примере = оставшейся глубине промерзания), то нужно ли утеплять стенки?

нет, можно сравнить с окном, внешнея стена-верх земли, внутреннея-глубина промерзания, утеплитель-оконный блок
в гост 30971 и сп 50 есть примеры расположения т. полей
по идеи должно быть меньше чем 1м, но надо считать

[Vlad®]

СП 23-101 полы по грунту, сопротивление теплопередачи (наверное геологи укажут теплопроводность грунтов)

1,2

[Бихич]

Только что в здании поддерживается постоянная температура искусственно. А закопанную цистерну обогревает лишь грунт. Q=KFT(del t) - формула для емкостного аппарата при теплообмене. Баланс нужно считать а не сравнивать с требуемыми СНиПом сопротивлениями теплопередаче отапливаемых строений

[gorbun]

Так, а если принять "расчетную температуру в помещении", то бишь в цистерне, +4 градуса (считаем что отопление есть) и по простому по формуле определить толщину утеплителя? На сколько далек будет результат от истины?
Честно сказать, не умею я тепловые балансы считать...