СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АКТИВНОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ: РОССИЙСКИЕ РАЗРАБОТКИ, ИССЛЕДОВАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Authors: В.П. МЕЛЬНИКОВ , А.А. ИШКОВ , Г.В. АНИКИН 
Published: November 2024

Дан подробный обзор применяемых методов активной температурной стабилизации мерзлых грунтов с акцентом на системы температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем. Приведен накопленный опыт отечественных и зарубежных авторов в области одиночных сезонно-охлаждающих устройств. Показан механизм действия как одиночных сезонно-охлаждающих устройств, так и систем температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем. В работе также представлена новая экспериментальная установка термостабилизации мерзлых грунтов с горизонтальным испарителем, на которой был проведен ряд экспериментов по исследованию потоков хладагента в контуре циркуляции предлагаемой системы при различных тепловых режимах, действующих на испарительную часть. Приведены описание полномасштабного стенда и принцип подачи положительной температуры на испарительную часть системы с целью моделирования отведения тепла от грунта с последующим рассеиванием его в атмосферу через развитую поверхность конденсатора. В настоящее время в системах данного вида в качестве хладагента используется аммиак, а в работе в качестве теплоносителя выступает диоксид углерода. Доказано, что мощность установки, работающей на диоксиде углерода, может быть значительно больше, чем мощность установки на аммиаке. Проведенные исследования и полученные результаты позволяют оптимизировать выбор конфигурации системы температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем под тот или иной объект строительства. Применение разработанной системы температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем, ввиду ее лучшей эффективности по сравнению с аналогами, позволит значительно сократить риски растепления мерзлых грунтов на объектах эксплуатации.

This paper provides a detailed review of the methods of active temperature stabilization of frozen soils with an emphasis on stabilization systems with a horizontal evaporator. The experience of Russian and foreign authors in the field of single seasonal cooling devices is presented. The range of seasonal cooling devices applied in Russia and the objects, at which they are installed, are considered. The mechanism of action of both single cooling devices and temperature stabilization systems with a horizontal evaporator is shown. The paper also presents a new experimental installation for thermal stabilization of frozen ground with a horizontal evaporator, on which a number of experiments have been conducted to study refrigerant flows in the circulation circuit of the proposed system under different thermal conditions affecting the evaporator. A description of a full-scale stand is given, and the principle of supplying positive temperature to the evaporator in order to simulate heat removal from the ground and its further dissipation into the atmosphere is described. At present, systems of this type usually use ammonia as a refrigerant; in the proposed system, carbon dioxide is used. It has been shown that the capacity of the installation based on carbon dioxide can be significantly higher than that based on ammonia. The study results make it possible to optimize the configuration of the ground temperature stabilization system with a horizontal evaporator for particular construction sites. The efficiency of the developed system is much better compared to the analogues, which significantly reduces the risk of thawing of frozen ground at operational sites. This is especially relevant at hazardous production facilities working with harmful substances, the ingress of which into the soil imposes a significant ecological trace.