Нами ставилась задача определения эффективности дозированного расхода традиционной энергии, используемой для компенсации нехватки поступления тепла от солнечной радиации и обеспечивающей достижение бетоном 50 % R28,проектирование ее расхода на действующих и проектируемых гелиополигонах. В исследованиях использовали методику, разработанную в НИИЖБе /1/, согласно которой путем дозированного расхода традиционной энергии (для удобства и простаты замеров расхода энергии принята электрическая) были созданы условия прогрева, близкие летним, обеспечивающим достижение 50 %R28 за 22 часа и суточную оборачиваемости форм.
Эксперименты проводили в лабораторных гелиостендах, теплоизолирующих внутреннее пространство от окружающей среды четырьмя бортами и поддоном, снабженных индивидуальными светопрозрачными и теплоизолирующими покрытиями (Рис.1.). Один гелиостенд оборудовали электрическим теном мощностью, достаточной для прогрева бетона, присоединенным к переменному току напряжением 220 В через лабораторный трансформатор. Расход электрической энергии замеряли счетчиком типа СО-И 446.
В экспериментах применяли тяжелый бетон марки 200 со следующим соотношением компонентов: 1:2,3:3,77; В/Ц=0,59, О.К.=1–4 см. В каждый лабораторный гелиостенд помещали один образец-представител 40х40х15 см, имитирующий условия твердения в реальных изделиях, и две формы- тройчатки стандартных образцов 10х10х10 см. Прогрев бетона в гелиостендах изучали с помощью автоматического потенциометра КСП-4 и ХК-термопар. Прочность бетона стандартных образцов определяли по ГОСТу 10180–2012, образцов-представителей — с помощью градуировочных зависимостей. Интенсивность солнечной радиации замеряли альбедометром, присоединенным к портативному гальванометру.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторных гелиостендов: 1-представительные бетонные образцы; 2-светопозрачное и теплоизолирующее покрытие; 3-теплоизолирующий гелиостенд; 4-металлический столик; 5-электрические тены; 6-счетчик замера расхода электрической энергии; 7-трансформатор
Для оценки количественного изменение расхода электрический энергии в экспериментах, проводимых в различные месяцы зимнего сезона, комбинированную гелиотермообработку (КГТО) начинали в 10 ч утра. Температурный режим твердения при КГТО создавали при соответствие с эталонным, полученным экспериментально температурным режимом прогрева при использовании солнечной энергии, обеспечивающим достижение 50 % R 28. При проведении каждого эксперимента параллельно во втором гелиостенде выдерживали аналогичные образцы, подвергавшиеся тепловому воздействию только за счет солнечной энергии.
На рис.2 приведены кривые температур и замеров интенсивности солнечной радиации в один из дней экспериментов, свидетельствующие о том, что интенсивность солнечной радиации в ее максимум (400 Вт/м2•ч) без дополнительного теплоподвода, обусловливает кинетику прогрева бетона при максимальных температурах 25–300С, что не может обеспечить требуемый уровень теплосодержания бетона для достижения 50 % R28. Дозированный расход электрической энергии, компенсирующий нехватку тепла от солнечной энергии, способствовал прогреву бетона до максимальных температур (62–680С) с медленным остыванием к утру следующих суток до 28–310С. Результаты исследований расхода дополнительной энергии в зимний период года представлены в таблице. Достижение бетоном образцов-представителей прочности 50–60 % Rн.т28 при подводе дополнительной электрической энергии свидетельствует о создании в лабораторных условиях кинетики прогрева, близкой к эталону.
Рис. 2. Прогрев образцов бетона в лабораторном гелиостенде при комбинированной гелиотермообработке: 1, 3 — в 75 мм от поверхности представительного образца; 2, 4 — в 50 мм от поверхности стандартного образца; 1, 2 — при комбинированной гелиотермообработке; 3, 4 — без подвода дополнительной энергии; 5 — интенсивность солнечной радиации; 6 — температура окружающей среды
Поскольку эталонный режим создавали по температуре образцов-представителей, находившихся в форме с деревянными теплоизолированными бортами и металлическим поддонам из жести и прогревавшихся через верхнюю поверхность только от солнечной радиации и через нижнюю дополнительной энергией, а стандартные образцы, заформованные в металлической форме и через две боковые металлические поверхности бортов, то в ряде случаев Sсут стандартных образцов выше Sсут образцов-представителей.
Расход дополнительной энергии в таблице приведен в объем бетона и металлические элементы, находящиеся внутри лабораторного гелиостенда. Для анализа его 1 м3 бетона в различное время зимнего сезона полученные экспериментальным путем данные пересчитаны и соответственно построен график (рис 3).
Из рис. 3 видно, что энергия от солнечной радиации и в зимний период вносит довольно ощутимую долю в прогрев бетона (затененная область графика), что для Бухары в период с декабря до середины марта составило 29,6 % от энергии, необходимой для тепловой обработки 1 м3 бетона, при максимальном расходе электроэнергии 122 квт.ч/м3∙сут. Данный график, показывая эффективность использования солнечной радиации даже не высокой плотности, показывает конкретные пути экономии традиционных ТЭР, затрачиваемых на тепловую обработку бетона изделий и конструкций не только в зимний период в районах сухого жаркого климата. Полный переход в зимний период на традиционные способы тепловой обработки (при отказе от солнечной радиации невысокой плотности) потребовал бы дополнительного расхода энергии (40–45 % от расходуемой при КГТО).
Таблица
Расход дополнительной энергии при комбинированной гелиотермообработке бетона в различные месяцы зимнего периода
|
Время укладки |
Суммарная интенисивность солн. рад. в теч.суток, Вт/м2 |
Расход дополнительной энергии, Q (кВт.ч) в теч. суток |
S образца в возрасте 1 сут (град∙час) |
Rсж, в возрасте 1 сут, (МПа) |
Rнт28, МПа |
||
|
40х40х15 см |
10х10х10 см |
40х40х15 см |
10х10х10 см |
||||
|
Декабрь- 1 декада |
1892 |
2,318 |
1020 |
990 |
13,25/59,9 |
12,6 |
22,1 |
|
Январь- 1 декада |
928 |
3,945 |
969 |
1102,5 |
11,75/50,4 |
13,7 |
23,3 |
|
Январь- 3 декада |
1271 |
3,8 |
945 |
1064 |
11,0/50,2 |
12,5 |
21,9 |
|
Февраль- 1 декада |
2975 |
2,41 |
957 |
924 |
12,6/57,8 |
12,0 |
21,8 |
|
Февраль- 3 декада |
3832 |
2,29 |
938 |
1005 |
11,4/51,1 |
12,6 |
22,3 |
|
Март- 1 декада |
4013 |
1,31 |
970 |
1009 |
11,75/55,4 |
12,3 |
21,2 |
Примечание. В столбцах под чертой — % от Rнт28.
График расхода дополнительной энергии на 1 м3 бетона в течение суток при комбинированной гелиотермообработке, приведенный на рис.3, позволяет с учетом производительности полигона проектировать потребность в электрической энергии для предприятий Бухарского региона. Так, анализ графика показал, что в первой декаде декабря на 1 м3 бетона и железобетона требуется 79 квт.ч/сут, если судить по максимуму; во второй декаде-105 квт.ч/сут; в третьей-118 квт.ч/сут, и так далее. С помощью данного графика можно рассчитать расход дополнительной энергии еще с большей частотой (5 суток,3 суток и так далее).
Для установления расхода дополнительной энергии при комбинированной гелиотермообработке в зависимости от начала ее в течение суток были проведены специальные исследования. Графический зависимость его увеличение в зависимости от времени начала КГТО над расходом энергии при начале ее в 10 часов утра, построенная по экспериментальным точкам, приведена на рис.4.
Рис. 3.
Расход дополнительной энергии при комбинированной гелио- термообработке в зимний период в Бухаре: 1-расход дополнительной энергии в лабораторным гелиостенде; 2-то же на 1 м3 бетона; 3-суммарная интенсивность солнечной радиации в течении суток
Рис. 4.
Прирост расхода дополнительной энергии в зависимости от начала КГТО по сравнению с расходом дополнительной энергии при начале КГТО в 10 часов.
С учетом абсолютным величин расхода данной энергии при КГТО в различные месяцы зимнего периода (рис 3) и процента прироста расхода дополнительной энергии по графику (рис4) проектируется расход электроэнергии и при различном времени начало комбинированной гелио- термообработки.
Литература:
- Малинский Е. Н., Оразбеков М. О. Комбинированная гелиотермообработка железобетонных изделий. Бетон и железобетон, 1988, № 5. C42–45.
