Определение эффективности функционирования систем температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем, заправленных разными хладагентами

Abstract

The construction of buildings and structures in the zones of distribution of frozen soils follows the principle I. The bearing capacity of frozen soils significantly depends on their value of negative temperature. When thawed, such soils shrink, which negatively affects the objects built on them. To prevent this, temperature stabilization systems for frozen soils are used. Simultaneous accounting of the thermal effect on the frozen soil of an engineering object, as well as the temperature stabilization system of soils, is a difficult task, the accuracy of determining the strength characteristics of the soil will depend on the correctness of its solution. This paper presents calculations of the temperature fields of frozen soils with simultaneous exposure to an object with intense heat (RVS with hot oil) and soil temperature stabilization system of the horizontal natural-acting tubular system (GET) type. The calculations follow the previously developed mathematical model of the temperature stabilization system with a horizontal evaporator. The authors consider the efficiency of the operation of the GET system charged with different refrigerants (ammonia and carbon dioxide) for different geocryological subzones of Western Siberia. Particular attention should be paid to the fact that the soil was initially at a close to positive temperature (?0,1 °C), but after calculating for 10 years, the entire soil mass around the evaporation part of the temperature stabilization system froze because of the soil temperature stabilization system. Systems charged with carbon dioxide showed better work efficiency. This is due to two factors: a lower value of the lower critical heat load, which gives more working days per year relative to the system charged with ammonia; and the evaporative part of the system on carbon dioxide, which has the average temperature 1 °C lower than ammonia systems. The results show that carbon dioxide as the heat carrier for the GET system is the most effective.

В настоящее время строительство зданий и сооружений в зонах распространения мерзлых грунтов преимущественно осуществляется по I принципу. Известно, что несущая способность мерзлых грунтов существенно зависит от их значения отрицательной температуры. При растеплении такие грунты дают усадку, что отрицательно сказывается на объектах, построенных на них. Для предотвращения этого используются системы температурной стабилизации мерзлых грунтов. Одновременный учет теплового влияния на мерзлый грунт как инженерного объекта, так и системы температурной стабилизации грунтов является сложной задачей, от правильности решения которой будет зависеть точность определения прочностных характеристик грунта. В настоящей работе приведены расчеты температурных полей мерзлых грунтов при одновременном воздействии на них объекта с интенсивным тепловыделением (РВС с горячей нефтью) и системы температурной стабилизации грунтов типа ГЕТ. Расчеты проведены на основе разработанной ранее математической модели функционирования системы температурной стабилизации с горизонтальным испарителем. Рассматривается эффективность функционирования системы ГЕТ, заправленной разными хладагентами (аммиак и диоксид углерода) для разных геокриологических подзон Западной Сибири. Особенное внимание стоит обратить на тот факт, что грунты изначально были при близкой к положительной температуре (-0,1 °C), но по истечении 10 лет за счет действия системы температурной стабилизации грунтов весь массив грунта вокруг испарительной части системы перешел в мерзлое состояние. Системы, заправленные диоксидом углерода, показали лучшую эффективность работы, что обусловлено двумя факторами: меньшим значением нижней критической тепловой нагрузки, что дает большее количество рабочих дней в году относительно системы, заправленной аммиаком, а также тем, что испарительная часть системы на диоксиде углерода имеет температуру в среднем ниже на 1 °C, чем системы на аммиаке. Результаты, полученные по итогу выполнения работы, позволяют сделать вывод о том, что диоксид углерода в качестве теплоносителя для системы ГЕТ является наиболее эффективным.