Тепловой баланс сооружения
Существует определённый класс сооружений, в которых имеется некоторый объём, заполненный воздухом или жидкостью. Так как воздух или жидкость являются подвижной средой, в данном объеме присутствует такая составляющая как конвективный теплообмен, т.е. теплообмен за счёт перемешивания среды.
В программах для моделирования вечномёрзлых грунтов (ВМГ, ММГ), таких как QFrost, Heat, Борей 3D, Frost 3D и т.д., не моделируется конвективный теплообмен в полостях. Поэтому возникает вопрос с моделированием данных областей и оценкой их влияния на температуру ММГ.
Примером подобного класса сооружений являются подземные дренажной ёмкости, у которых пространство между емкостями и стенами заполнено воздухом, а не каким-то заполнителем в виде песка. Воздух внутри сооружения не имеет прямой связи с окружающим воздухом. Температура воздуха внутри сооружения будет определяться поступлениями тепла от грунта, от атмосферы и от емкости. Достаточно сложно поставить условие теплообмена для оценки температур вечно мёртвых грунтов, т.к. непонятно какова будет температура воздуха внутри сооружения.
Ещё одним примером подобного класса сооружений является колодец. Температура воздуха внутри колодца будет определяться поступлениями тепла от грунта, от атмосферы и от трубопровода.
Моделирование таких сооружений может быть осуществлено путём постановки граничных условий третьего рода на стенах колодца или дренажных емкостей. Коэффициент теплоотдачи на стенах может быть принят согласно СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. А температуру воздуха внутри колодцев находят путём решения системы уравнений включающей уравнение теплового баланса и уравнений теплопередачи.
Примечание: Вообще говоря, все задачи по расчёту теплообменных аппаратов решаются путем решения системы из всего лишь двух типов уравнений: это уравнение теплового баланса и уравнений теплопередачи. Совсем другое дело с какими трудностями сталкиваются при расчёте коэффициента теплопередачи. Как правило его определение является самой нетривиальной задачей в расчёте теплообменных аппаратов.
Рассмотрим уравнение теплового баланса. В стационарном режиме сумма входящих тепловых потоков в колодец будет равна сумме выходящих тепловых потоков. Поэтому уравнение теплового баланса записывается следующим образом.
Здесь 
– тепловые потоки внутрь/изнутри колодца определяемы по уравнению теплопередачи для каждого участка.
Обобщенное уравнение теплопередачи будет записывается следующим образом.
Где 
– тепловой поток на i-м участке, Вт;
– коэффициент теплопередачи на i-м участке, Вт/(м²*К).
– площадь поверхности на i-м участке, м2;
– температура воздуха внутри колодца, ⁰С;
– температура грунта или атмосферы на i-м участке, ⁰С.
Отсюда имеем температуру внутри колодца
Применительно к крышке колодца уравнение теплопередачи примет вид.
Где 
– тепловой поток в атмосферу, Вт;
– площадь крышки, м2;
– температура атмосферного воздуха, ⁰С;
– коэффициент теплопередачи через крышку, Вт/(м²*К).
Где 
– теплоотдача от воздуха внутри колодца к теплоизоляции, Вт/(м²*К);
– теплоотдача крышки к атмосферному воздуху, Вт/(м²*К);
– толщина и теплопроводность изоляции;
– толщина и теплопроводность крышки колодца.
Применительно к участку соприкосновения колодца с грунтом уравнение теплопередачи примет вид.
Где 
– тепловой поток в грунт на i-м участке, Вт;
– площадь соприкосновения с грунтом на i-м участке, м2;
– температура грунта на i-м участке, ⁰С;
– коэффициент теплопередачи к грунту, Вт/(м²*К).
Где 
– толщина и теплопроводность изоляции на i-м участке;
– толщина и теплопроводность стенки или дна колодца на i-м участке;
– толщина слоя грунта и теплопроводность грунта на i-м участке;
Температура грунта и расстояние от колодца 
принимают из опыта. Далее, при проведении последующего численного моделирования температур ММГ, данная температура может быть уточнена, и температура внутри колодца пересчитана.
Применительно к теплообмену от трубопровода уравнение теплопередачи примет вид.
Где 
– тепловой поток от трубопровода, Вт;
– площадь поверхности трубопровода, м2;
– температура продукта в трубопроводе, ⁰С;
– коэффициент теплопередачи к трубопроводу (вычисляется по соотношениям для цилиндрической стенки (ссылка)), Вт/(м²*К).
Реализация данной методики оценки температуры внутри колодца приведена в файле XLS (ссылка).