Зима: отвод тепла
Хладагент в подземной части испаряется, отбирая тепло у грунта. Пар поднимается в надземный радиатор, конденсируется на холодном воздухе и стекает обратно. Цикл идёт сам, пока воздух холоднее грунта.
Главная / Термостабилизация грунтов
Термостабилизация грунтов: СОУ и термосифоны
Сохранение вечной мерзлоты под сооружением без электричества и обслуживания. Подбор схемы, теплотехнический расчёт, монтаж сезонных охлаждающих устройств и мониторинг температурного режима основания.
0 кВтэнергопотребление СОУ
I принципсохранение мерзлоты
4типа хладагентов
24 чответ по объекту
Задача
Многолетнемёрзлые грунты держат нагрузку, пока остаются мёрзлыми. Тепло от сооружения, изменение снегового покрова, нарушение растительного слоя при строительстве и общее потепление климата смещают температурный режим основания вверх. Оттаивание льдистого грунта означает осадку — неравномерную и слабо предсказуемую.
Термостабилизация решает задачу в лоб: отводит из грунта больше тепла, чем он получает за год, и удерживает температуру основания в проектном диапазоне на весь срок службы объекта.
Как работает сезонное охлаждающее устройство
Лето: самозапирание
Когда воздух теплее грунта, конденсация прекращается и циркуляция останавливается. Устройство перестаёт работать как теплопровод — обратного нагрева грунта не происходит.
Итог за год
Сумма отведённого за зиму тепла превышает летнее поступление. Многолетний баланс отрицательный: температура основания снижается и удерживается ниже проектной отметки.
Ни насосов, ни компрессоров, ни питания, ни персонала. Единственное подвижное вещество в системе — сам хладагент.
Хладагенты и диапазоны
| Хладагент | Обозначение | Особенности применения |
|---|---|---|
| Аммиак | R717 | Высокая теплота парообразования, отработанная практика в СОУ. Требует мер по герметичности и контролю утечек. |
| Диоксид углерода | R744 | Негорюч и нетоксичен, работает при высоком давлении. Применяется там, где ограничения по пожаробезопасности критичны. |
| Этан | R170 | Низкая температура кипения — для объектов с глубоким проектным охлаждением. |
| Пропан | R290 | Доступен и технологичен, применяется в умеренной части диапазона. |
Выбор — не вопрос предпочтений: его задаёт расчётный температурный диапазон площадки и требования по пожаробезопасности объекта.
Что делаем
1. Исходные данные
Геокриологический разрез, льдистость, температура грунтов на глубине нулевых годовых амплитуд, тепловыделение сооружения, климатические ряды по площадке.
2. Теплотехнический расчёт
Прогноз температурного поля основания на срок службы. Определяем, нужна ли стабилизация вообще, и если да — сколько устройств, какой длины и с каким шагом.
3. Схема и монтаж
Расстановка по контуру и под пятном застройки, бурение скважин, установка устройств, заполнение хладагентом, пусковые проверки.
4. Мониторинг
Термометрические скважины и регламент замеров. Без измерений о работе системы можно только предполагать — с ними видно фактическую динамику.
Термосваи и СОУ в составе свайного фундамента
Термосвая — свая, внутри которой стоит охлаждающее устройство: несущий элемент и термостабилизатор в одном теле. Её применяют там, где по контуру здания негде расставить отдельные сезонные охлаждающие устройства (СОУ) или где грунт под каждой опорой надо держать мёрзлым адресно. Вертикальные СОУ по контуру и наклонные под пятном застройки решают ту же задачу, но охлаждают массив грунта, а не конкретную сваю.
Выбор между термосваей, вертикальными и наклонными устройствами делает не каталог, а теплотехнический расчёт: по СП 25.13330 несущая способность мёрзлого основания зависит от его температуры, поэтому сначала считается температурное поле на срок службы, и только потом подбирается схема, число устройств и их длина. Бурение под термостабилизаторы и монтаж выполняем той же техникой, что и свайные работы.
Где это нужно
Свайные основания зданий и сооружений в криолитозоне, резервуарные парки, опоры ЛЭП и эстакад, насыпи автомобильных и железных дорог, площадки промышленных объектов. Отдельная задача — участки с криопэгами, где засоленные незамерзающие воды меняют картину теплообмена и стандартные решения не работают.
Метод не универсален. Термостабилизация оправдана при строительстве по I принципу — с сохранением грунтов основания в мёрзлом состоянии. Если проект допускает оттаивание, задача решается другими средствами, и честнее сказать об этом на входе.
Научная база
Направление опирается на работы специалистов МГУ: моделирование теплофизических процессов в мёрзлых грунтах, двухфазные термосифоны, низкотемпературные хладагенты, термоэлектрические охладители, криопэги и полевые методы геокриологических исследований. Публикации предоставляем по запросу.
Разбор: как устроен термосифон →
Термостабилизаторы грунта: типы, подбор и монтаж →
Геокриологический аудит объекта →
В Дзене: термостабилизатор два года в грунте — как понять, что он работал →
Частые вопросы
Чем термостабилизация отличается от замораживания грунта?
Замораживание — активный процесс с холодильной установкой и постоянным энергопотреблением. Термостабилизация сезонными охлаждающими устройствами работает без электричества: зимой устройство отводит тепло из грунта в атмосферу за счёт разницы температур, летом самозапирается.
Нужно ли электричество для СОУ?
Нет. Двухфазный термосифон работает на естественной циркуляции хладагента: испарение в подземной части, конденсация в надземном радиаторе, возврат конденсата самотёком. Внешнего питания и обслуживающего персонала не требуется.
Какие хладагенты применяются?
Аммиак R717, диоксид углерода R744, углеводороды — этан и пропан. Выбор определяется расчётным диапазоном температур на объекте и требованиями к пожаробезопасности.
Когда термостабилизация нужна, а когда нет?
Она нужна там, где мёрзлое основание используется по I принципу — с сохранением грунта в мёрзлом состоянии, а тепловыделение сооружения или потепление угрожают его оттаиванием. При строительстве по II принципу, с допущением оттаивания, задача решается иначе.
Можно ли поставить СОУ на существующий объект?
Да. Установка в пробуренные скважины по контуру фундамента выполняется без остановки эксплуатации. Схему и количество устройств определяет теплотехнический расчёт по фактическим данным площадки.
Нужен расчёт термостабилизации?
Опишите объект — скажем, какие исходные данные нужны, и предложим схему решения. Если стабилизация не требуется, скажем и это.