ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР ГРУНТА КРУГЛОГОДИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройствам для охлаждения и замораживания грунта, используемым при строительстве сооружений, возводимых в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.
Известен стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы [1] для аккумуляции холода в основании инженерных сооружений, включающий подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, имеющим термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Конденсатор снабжен П-образным стаканом, изготовленным из теплопроводного материала, внутренняя поверхность которого имеет конфигурацию, соответствующую конфигурации наружной поверхности конденсатора, причем П-образный стакан установлен на верхнюю часть конденсатора с возможностью вертикального перемещения и фиксации, а термоэлектрические модули расположены на наружной поверхности П-образного стакана.
Недостатком этого устройства является необходимость использования термоэлектрических модулей в виде батареи элементов Пельтье, которые имеют низкий коэффициент полезного действия (5-6%), что ведет к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур, необходимость включать или выключать их в зависимости от времени года, а также невозможность их использования в основании зданий и сооружений без вентилируемого подполья с полами по грунту.
Известно устройство для стабилизации пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы [2] для аккумуляции холода в основании сооружений, включающее подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, снабженным полкой, имеющей расположенные на ее поверхности термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Устройство снабжено тепловой трубой, один конец которой, имеющий полку, присоединен к горячей поверхности термоэлектрических модулей, а другой конец, являющийся зоной конденсации, имеет ребристую поверхность, причем ось зоны конденсации расположена под углом φ наклона к горизонту.
Устройство для стабилизации пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы для аккумуляции холода в основании сооружений, включающее подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, снабженным плоской полкой, имеющей расположенные на ее поверхности термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Устройство снабжено тепловой трубой, один конец которой имеет полку и присоединен к горячей поверхности термоэлектрических модулей, а другой конец, являющийся зоной конденсации, имеет полку, на которой размещены радиаторы с установленными на них вентиляторами, причем ось зоны конденсации имеет угол φ наклона к горизонту. Угол φ равен от 0 до 90°.
Недостатком этого устройства является то, что термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье имеют низкий коэффициент полезного действия, а также невозможность их использования в основании зданий и сооружений без вентилируемого подполья с полами по грунту.
Цель полезной модели - обеспечение круглогодичного замораживания и понижения температур грунтов по площади зданий и сооружений и по глубине в зонах грунтов, где расположены заглубленные фундаменты (сваи), как в строительный период, так и в течение многолетней эксплуатации, что позволяет отказаться от вентилируемого подполья и устраивать полы по грунту.
Поставленная цель достигается тем, что термостабилизатор грунта круглогодичного действия для аккумуляции холода в основаниях зданий и сооружений содержит трубчатый герметичный корпус тепловой трубы, заполненный хладагентом с испарителем и конденсатором, теплообменник. По первому варианту термостабилизатор содержит теплообменник-кондуктор, состоящий из двух половин материала с высоким коэффициентом теплопроводности, посредством которого осуществляется отвод тепла от конденсатора тепловой трубы к потоку хладоносителя, циркулирующего по трубам горизонтальной системы охлаждения принудительного действия.
По второму варианту термостабилизатор содержит теплообменник, представляющий собой оребренный участок трубы горизонтальной системы охлаждения принудительного действия, размещенный в герметичном корпусе конденсатора тепловой трубы и осуществляющий отвод тепла от конденсатора к потоку хладоносителя.
Горизонтальная система охлаждения и термостабилизатор расположены в грунтах оснований зданий и сооружений.
На фиг.1 изображен термостабилизатор грунта круглогодичного действия с теплообменником - кондуктором из материала с высоким коэффициентом теплопроводности; на фиг.2 то же сечение 1 - 1; на фиг.3 термостабилизатор грунта круглогодичного действия с увеличенной площадью теплообмена.
Термостабилизатор грунта круглогодичного действия для аккумуляции холода по первому варианту состоит из конденсатора 1 и испарителя 2 трубчатого герметичного корпуса тепловой трубы (парожидкостной термостабилизатор), заполненного хладагентом, трубы 3 системы охлаждения принудительного действия, разъемного теплообменника-кондуктора, состоящего из двух половин 4, 5 материала с высоким коэффициентом теплопроводности, осуществляющего теплообмен между трубой 3 и конденсатором 1 (фиг.1, 2). Циркуляция хладоносителя по трубам 3 горизонтальной системы охлаждения в виде плоского змеевика, расположенной в основании инженерных сооружений осуществляется за счет работы насоса установки охлаждения жидкости на базе парокомпрессионной холодильной машины. Холодопроизводительность установки, расход хладоносителя и его температуру определяют по результатам теплогидравлического расчета.
Для увеличения площади теплообмена между трубой конденсатора 1 и трубой 3 горизонтальной системы охлаждения (вариант 2), трубу 3 изготавливают с оребрением 6 (фиг.3) и размещают в герметичном корпусе конденсатора тепловой трубы. Термостабилизатор грунта круглогодичного действия такой конструкции применяют при длине более 10 м испарителя 2 тепловой трубы.
Горизонтальная система охлаждения и заявленные термостабилизаторы устанавливаются в грунтах оснований сооружений и взаимосвязываются в систему для обеспечения совместной работы.
Термостабилизатор грунта круглогодичного действия работает следующим образом. Включают парокомпрессионную холодильную машину, насос которой обеспечивает циркуляцию хладоносителя по трубам 3 горизонтальной системы охлаждения (условно не показаны), расположенной в грунте оснований зданий и сооружений. Холодопроизводительность установки, расход хладоносителя и его температуру определяют по результатам теплогидравлического расчета. В первом варианте охлажденная жидкость, циркулирующая в трубах 3 через разъемный теплообменник - кондуктор, состоящий из двух половин 4, 5 материала с высоким коэффициентом теплопроводности, осуществляет теплосъем с конденсатора 1. При понижении температуры конденсатора 1 хладагент тепловой трубы конденсируется и стекает по внутренним стенкам вниз, в зону испарителя 2, где происходит повышение температуры и кипение жидкого хладагента с образованием паров, которые, поднимаясь вверх, попадают в зону конденсации 1. Далее цикл движения хладагента повторяется.
Передачу тепла от конденсатора 1 к трубе 3 с циркулирующим хладоносителем можно осуществлять и за счет ее оребрения и размещения в корпусе конденсатора 1 герметичной тепловой трубы (вариант 2). Такую конструкцию с увеличенной площадью теплосъема используют при длине труб испарителей 2 более 10 м. Горизонтальная система охлаждения и парожидкостные термостабилизаторы расположены в грунтах оснований зданий и сооружений.
Таким образом, применение в конструкции термостабилизатора грунта разъемного теплообменника - кондуктора из материала с высоким коэффициентом теплопроводности или увеличенной площадью теплообмена позволяет круглогодично искусственно замораживать талые и понижать температуру мерзлых грунтов в основании зданий и сооружений (без вентилируемого подполья с полами по грунту).
Список используемой литературы
1. Патент №2231595 (RU), E02D 3/115. Стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы / Минкин М.А., Гвоздик В.И., Мощенко В.И., Стругов A.M. (RU). - 2002125962/03; заявлено 01.10.2002; опубл. 27.06.2004.
2. Патент №2405889 (RU), МПК E02D 3/115. Устройство для стабилизации пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы / Герасимов С.В., Герасимова М.К., Штефанова О.Ю., Штефанов Ю.П. (RU). - 2009114953/03; заявлено 22.04.2009; опубл. 10.12.2010, Бюл. №34.