Ученые ТИУ улучшили систему защиты мерзлого грунта от оттаивания
<div>
Из-за изменения климата южная граница вечной мерзлоты неумолимо смещается на север. Здания и нефтепромысловые объекты, построенные десятилетия назад, оказываются в зоне риска: грунт тает – сооружения начинают проседать. Доцент Тюменского индустриального университета <b>Алексей Ишков</b> и его коллеги исследовали и усовершенствовали систему температурной стабилизации грунтов на основе диоксида углерода, которая работает автономно, без подключения к электросети.<br>
<br>
<i>"Здание работает как сковородка, нагревая грунт под собой. Раньше там был лед, который служил цементом. Теперь лед тает, превращается в воду, вытесняется, и грунт теряет несущую способность. Начинаются просадки, которые угрожают целостности сооружений",</i> – объясняет суть проблемы доцент кафедры криологии Земли Алексей Ишков.<br>
<br>
Традиционно для охлаждения грунта под зданиями используют системы с аммиаком. Однако у этого хладагента есть ряд недостатков. Ученые ТИУ предложили альтернативу – диоксид углерода (CO2), который гораздо чувствительнее к малейшим перепадам температур. Система стабилизации вечномерзлых грунтов представляет собой замкнутую стальную установку. Под зданием проложен змеевик (испаритель), а на поверхности установлен конденсатор. Зимой, когда температура воздуха падает, жидкий CO2 в подземной трубке начинает забирать тепло из грунта. Происходит, на первый взгляд, парадокс: хладагент закипает даже при отрицательной температуре грунта (около -3°C) за счет давления насыщенных паров. Образовавшийся газ поднимается в надземный конденсатор, где отдает тепло в атмосферу, снова превращается в жидкость и стекает вниз. Цикл повторяется. <br>
<br>
<i>"Система работает сама по себе, без электричества, только за счет законов физики – фазовых переходов и гидравлического напора. За холодный период система формирует достаточный запас холода в основании, чтобы сохранить требуемый температурный режим в теплый период",</i> – рассказывает Алексей Ишков.<br>
<br>
<img src="https://news.tyuiu.ru/media/images/58867" id="d1Cch" style="height: 454.921px; width: 700px;"> <br>
Фото предоставлено Алексеем Ишковым<br>
<br>
Эксперименты с 300-метровой установкой, проведенные совместно с Институтом криосферы Земли СО РАН и "Губернской академией", принесли неожиданные научные открытия. Раньше считали, что система работает по принципу "включено/выключено" (1 или 0). Но точные датчики показали, что при слабых тепловых импульсах система начинает реагировать раньше, совершая пульсации расхода хладагента (флуктуации).<br>
<br>
<i>"Мы увидели, что система уже начинает отводить теплоту на ранних этапах, формируя скрытый запас прочности несущей способности. Раньше мы не учитывали этот эффект в математических моделях, а теперь учет пульсирующего режима потенциально позволит повысить точность прогнозов, сейчас для этого уточняется математическая модель",</i> – делится открытием ученый.<br>
<br>
Одна из конструктивных вариаций разработанной установки применима не только для новых объектов, но и для спасения уже построенных зданий и нефтедобывающих площадок – систему можно интегрировать под существующие фундаменты. По оценкам экспертов, использование таких систем температурной стабилизации позволяет вести строительство в условиях Крайнего Севера на 53% дешевле и почти вдвое быстрее относительно вентилируемого подполья со свайным полем.<br>
<br>
Сейчас команда Алексея Ишкова, в которую также входят специалисты кафедры криологии ТИУ под руководством <b>Елены Устиновой</b> и <b>Геннадий Аникин</b> из Института криосферы Земли СО РАН, занимается формализацией математической модели. Она может стать основой для оптимизации проектных решений и в будущем предлагать бизнесу готовые, экономически просчитанные решения для защиты инфраструктуры Арктики.<br>
<br>
Источник: <a target="_blank" href="https://news.tyuiu.ru/xolodilnik-dlia-vecnoi-merzloty-ucenye-tiu-ulucsili-sistemu-zashhity-merzlogo-grunta-ot-ottaivaniia"><span style="color: #00aeef;">Тюменский индустриальный университет</span></a><br>
<br>
</div>
<br>