Вертикальные естественно действующие трубчатые системы (ВЕТ)
Вертикальная система термостабилизаторов (ВСТ) сочетает в себе горизонтальную систему, к трубам-испарителям, которой присоединены вертикальные трубы-испарители, уходящие вглубь массива грунта. Эта конструкция позволяет замораживать грунты на большую глубину, чем по схеме ГСТ. Устройство ВСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована.
Назначение: замораживание и поддержание заданного температурного режима вечномерзлых грунтов и устранение непредвиденных тепловыделений под фундаментами различных сооружений (резервуаров объемом до 50 000 м3, устьев газовых и нефтяных скважин, полигонов ТБО, парков химических реагентов и др.); зданий (газокомпрессорных и нефтеперекачивающих станций, промышленных зданий, жилых комплексов, зданий общественно-гражданского назначения); автомобильных дорог.
Преимущество: возможность осуществлять глубинное замораживание грунтов в самых недоступных местах или тех местах, где размещение надземных элементов нежелательно или невозможно, так как все охлаждающие элементы расположены ниже поверхности грунта, а конденсаторный блок может быть вынесен на удаление от сооружения до 70 м.
Система состоит из трех основных элементов:
1. Вертикальные охлаждающие трубы служат для циркуляции хладагента и замораживания грунта.
2. Соединительные трубы объединяют охлаждающие трубы и конденсаторный блок.
|
|
|
3. Конденсаторный блок, расположенный на поверхности грунта. В конденсаторном блоке за счет естественной конвекции и силы тяжести происходит конденсация паров хладагента и дальнейшая перекачки его по системе.
Принцип действия: в охлаждающих трубах происходит перенос тепла грунта к хладагенту. Хладагент переходит из жидкой фазы в парообразную. Пар перемещается в сторону конденсаторного блока, где конденсируется в жидкую фазу, отдавая тепло через оребрение в атмосферу. Охлажденный и сконденсированный хладагент вновь стекает в испарительную систему и повторяет цикл движения.
Технические характеристики:
- площадь охлаждения - 200 - 500 м2
- количество вертикальных труб - 20-30
- глубина вертикальных труб - 10-14 м
- поверхность конденсаторного блока - 110 м2
- экономическая эффективность - снижение затрат на 20-50%
- система совместима с серийно выпускаемыми холодильными машинами.
Горизонтальные естественнодействующие трубчатые системы
Также существуют горизонтальные естественно действующие трубные системы термостабилизации (ГЕТ). По устройству представляют собой пологонаклонную систему труб в виде змеевика используется для образования своеобразной фундаментной плиты из замороженного грунта с мощностью 2м. Для охлаждения хладагента используют конденсаторные блоки, которые отводятся на удобные для дальнейшей эксплуатации здания расстояния.
|
|
|
Горизонтальная система термостабилизаторов (ГСТ) представляет из себя систему труб-испарителей, расположенных в одной горизонтальной плоскости в массиве грунта, являющегося основанием фундамента. Хладагент из труб испарителя переносится к конденсатору, расположенному на поверхности.
Назначение: поддержание заданного температурного режима вечномерзлых грунтов и устранение непредвиденных тепловыделений под фундаментами различных сооружений (резервуаров объемом до 50 000 м3, полигонов ТБО, парков химических реагентов и др.); зданий (газокомпрессорных и нефтеперекачивающих станций, промышленных зданий, жилых комплексов, зданий общественно-гражданского назначения); автомобильных и железных дорог.
Преимущество: возможность осуществлять температурную стабилизацию грунтов в самых недоступных местах или тех местах, где размещение надземных элементов нежелательно или невозможно, так как все охлаждающие элементы расположены ниже поверхности грунта, а конденсаторный блок может быть вынесен на удаление от сооружения до 70 м.
|
|
|
Система состоит из двух основных элементов:
1. Горизонтальные охлаждающие трубы, расположенные в грунте основания. Служат для циркуляции хладагента и последующего замораживания грунта.
2. Конденсаторный блок, расположенный на поверхности грунта. В конденсаторном блоке за счет естественной конвекции и силы тяжести происходит конденсация паров хладагента и дальнейшая перекачки его по системе.
Принцип действия: в охлаждающих трубах происходит перенос тепла грунта к хладагенту. Хладагент переходит из жидкой фазы в парообразную. Пар перемещается в сторону конденсаторного блока, где конденсируется в жидкую фазу, отдавая тепло через оребрение в атмосферу. Охлажденный и сконденсированный хладагент вновь стекает в испарительную систему и повторяет цикл движения. Для обеспечения надежности работы ГЕТ систему дублируют путем монтажа сверху таких же контуров термостабилизаторов, которые отдельно подключаются к конденсаторным блокам.
Технические характеристики:
· площадь охлаждения - 200 - 500 м2
· поверхность конденсаторного блока - 110 м2
· ширина здания - до 108м
Экономическая эффективность - снижение затрат на 20-50%, не требуют затрат электроэнергии;
|
|
|
Хладагент — аммиак или углекислота
Конденсаторный блок может быть удален от объекта до 100 м
Недостатком является сложность ремонта и обслуживания данного устройства в этой конфигурации.
- Индивидуальный термостабилизатор. Представляет собой стандартную конструкцию СОУ, состоящую из герметичной вертикальной трубы термосифона, вокруг которой охлаждается грунт. Применяется при строительстве трубопроводов, автомобильных и железных дорог, линий электропередач и других сооружений для повышения их несущей способности. Предназначены для охлаждения талых и пластично мерзлых грунтов под зданиями с проветриваемым подпольем и без него, под эстакадами трубопроводов и другими сооружениями с целью повышения их несущей способности и предупреждения выпучивания свай. Термостабилизаторы устанавливаются в грунт вертикально или наклонно и представляют собой индивидуальную однотрубную конструкцию с цельным металлическим корпусом, заправленную хладагентом (углекислотой или аммиаком). Общая длина термостабилизатора от 10 до 23 метров. Высота наземной конденсаторной части с алюминиевым оребрением до 3 метров. Испарительная часть термостабилизатора находится в грунте и имеет защитное оцинкованное покрытие.
- Термосвая. Система из объединенных сваи и термосифона, может воспринимать нагрузку от конструкции.
- Наклонное сезонно-действующее охлаждающее устройство. Отличается от термостабилизатора установкой испарительной части, которая выполнятся под наклоном 5%. Позволяет замораживать грунт под уже возведенным сооружением.
- Глубинное сезонно-действующее охлаждающее устройство. Предназначены для замораживания и температурной стабилизации грунтов плотин, устьев скважин глубиной до 100 метров с целью обеспечения их эксплуатационной способности. Это сезонно - действующее охлаждающее устройство представляет собой герметичную, неразъемную сварную конструкцию, заправленную хладагентом. Глубина подземной части более 13 метров.
4. Холодные вентилируемые подполья
Проветриваемое подполье представляет собой часть здания, заключённую между перекрытием первого этажа и грунтом основания. По режиму охлаждения и вентилирования холодные подполья подразделяются на закрытые, открытые и с регулируемым проветриванием. Ограждается сеткой или стенкой со щелью внизу высотой 20 см по контуру здания.
Основное охлаждение грунтов основания в подпольях этого типа осуществляется путем вентилирования в зимнее время холодным наружным воздухом. Под большей частью эксплуатируемых в настоящее время зданий с вентилируемыми подпольями происходит понижение температуры грунтов и лишь в некоторых случаях повышение.
Холодные (вентилируемые) подполья с естественной или побудительной вентиляцией следует применять для сохранения мерзлого состояния грунтов в основаниях жилых и промышленных зданий и сооружений, в том числе сооружений с повышенными тепловыделениями.
Естественное вентилирование может быть за счет перепада высоты у входа и у выхода. Все должно быть рассчитано в зависимости от диаметра, длины труб, от поворотов и т. д.
Подполья в соответствии с теплотехническим расчетом и условиями снегозаносимости допускается устраивать открытыми, с вентилируемыми продухами в цоколе здания или закрытыми. При необходимости у продухов следует устраивать вытяжные или приточные трубы, располагая воздухозаборные отверстия выше наибольшего уровня снегового покрова. Закрытые подполья, а также холодные первые этажи зданий рекомендуется устраивать при ширине зданий до 15 м и среднегодовых температурах грунта ниже минус 2 ° С.
Высота подполья должна приниматься по условиям обеспечения его вентилирования, но не менее 1,2 м от поверхности планировки грунта до низа выступающих конструкций перекрытия; при размещении в подполье коммуникаций - по условиям свободного к ним доступа, но не менее 1,4 м. Под отдельными участками сооружения шириной до 6 м при отсутствии в них коммуникаций и фундаментов высоту подполья допускается уменьшать до 0,6 м.
Поверхность грунта в подполье должна быть спланирована с уклонами в сторону наружных отмосток или водосборов, обеспечивающих беспрепятственный отвод воды, и иметь, как правило, твердое покрытие.
В подпольях, вентилируемых только в летнее время, тепло, поступающее от здания, отводится зимой также через цоколь и грунты основания. В летнее время в подполье поступает дополнительно тепло в результате вентилирования через продухи более теплого наружного воздуха. Этот тип подполья может быть использован для сохранения оснований в мерзлом состоянии под очень небольшими по площади зданиями или сооружениями.
5. Охлаждающие трубы
Искусственное охлаждение грунта под фундаментами, для чего в грунт под фундаменты укладываются трубы, по которым прогоняют охлажденный воздух или жидкость. Данный метод значительно повышает эксплуатационные расходы здания.
Охлаждающие трубы или каналы, а также вентилируемые фундаменты можно устраивать с естественной или побудительной вентиляцией и их следует преимущественно применять для сохранения мерзлого состояния грунтов в основании сооружений с полами по грунту, при устройстве малозаглубленных или поверхностных фундаментов на подсыпках, а также мобильных зданий и зданий в комплектно-блочном исполнении.
Охлаждающие трубы, каналы и вентилируемые фундаменты следует укладывать выше уровня подземных вод, как правило, в пределах подсыпки из непучинистого грунта с уклонами в сторону объединительных коллекторов. Для уменьшения теплопритока в грунт и высоты подсыпки под полами сооружения следует предусматривать укладку тепло- и гидроизоляции.
Одиночными трубами осуществляется местное похолодание грунтов в области фундаментов.
Охлаждение грунтов оснований системой труб используется под зданиями с небольшими нагрузками на пол, а также когда по технологическим условиям уровень пола должен находиться на отметках, близких к отметкам поверхности грунта вне здания, где использовать вентилируемые подполья нецелесообразно.
Охлаждающие трубы обычно укладываются в подсыпке из крупноблочных или песчаных грунтов или ниже ее. По поверхности подсыпки устраиваются полы. Трубы укладываются под всем зданием и объединяются по его краям общими коллекторами, по которым в зимнее время подается в охлаждающие трубы наружный воздух. Летом охлаждающая система закрывается.
Охлаждающие трубы рекомендуется укладывать ниже слоя сезонного оттаивания грунта под зданием. Но в этом случае часто происходит закупоривание труб льдом, вследствие попадания в них воды в летнее время или образования инея в конце зимнего периода, когда температура наружного воздуха выше температуры труб и грунта, окружающего трубы. Поэтому трубы следует укладывать в слое сезонного оттаивания грунта. Прокладывание труб в зоне летнего значительно упрощает эксплуатацию охлаждающей системы, так как отпадает необходимость строго выдерживать сроки её отключения. Эти сроки при прокладке труб в зоне вечномерзлого грунта зависят от климатических особенностей каждого года и, следовательно, будут различны в разные годы.
При прокладке труб в зоне летнего оттаивания необходимо выдерживать уклоны, обеспечивающие сток воды из труб в специально предусмотренные для этой цели зумфы и удаление из них воды. Периодическое промерзание и оттаивание крупноскелетных грунтов подсыпки вокруг труб не приведет к их деформированию, так как такие грунты практически не пучит, а здание предохраняет грунты подсыпки от заклинивания.
Наружный холодный воздух подается при помощи вентилятора, работающего «на себя», или с помощью дефлектора за счет разности температуры и давления.
Толщина подсыпки, расстояние между трубами, их диаметр и режим вентилирования должны определяться теплотехническим расчетом. Но теплотехнические расчеты охлаждающих устройств в виде системы труб разработаны лишь в самом первом приближении.
6. Холодные сваи
Наибольший вклад в охлаждение грунтового основания в рабочей зоне сваи и, соответственно, повышения ее несущей способности, является конструкция так называемой «холодной» сваи. Эти сваи отличаются от обычных размещенным внутри жидкостным теплообменником коаксиальной конструкции с естественной циркуляцией теплоносителя.
В последние годы много внимания уделяется сравнению эффективности термосифонов, главным образом испарительных и жидкостных. Оно, как правило, строится на различии интенсивности процессов внутреннего теплообмена в термосифоне. Величины коэффициентов теплообмена, в испарительных термосифонах могут достигать значений в 10—30 раз больших, чем в коаксиальных жидкостных термосифонах. Это особенно проявляется при большой разнице температур воздуха и грунта, что характерно при замораживании таликов. При охлаждении мерзлых грунтов разница температур быстро уменьшается за счет малой температуропроводности грунта и эффективность испарительных термосифонов резко падает. Исходя из этого следует, что испарительные термосифоны эффективны при замораживании таликов, а жидкостные при охлаждении мерзлых грунтов.
Конструкция коаксиального жидкостного термосифона для холодной сваи разработана в результате исследований и натурных экспериментов, выполненных в лаборатории мерзлотоведения института Якутниипроалмаз. Первые сваи длиной 8 м и сечением 30х40 см имели встроенные термосифоны в виде металлической трубы длиной 6 м и диаметром от 80 до 100 мм. Сваи были погружены в грунт на 6.3 м, а термосифоны соответственно на 4.3 м.
Рис. Конструктивные варианты коаксиальных термосифонов
и самоохлаждающейся сваи.
а) - схематическое устройство "холодной" сваи; б) - коаксиаль ный термосифон со ступенчатой диафрагмой, реализующей радиаль ную схему перепуска теплоносителя; в) - конструкция диафрагмы с зазорами, устраняющими возможность возникновения летней цир куляции теплоносителя по всему контуру термосифона. 1,2 ~ движ ение жидкости в зимний и летний периоды.
Конструктивной особенностью коаксиального термосифона, является возможность обеспечить необходимую интенсивность теплообмена в зимнее время только за счет поверхности надземной части устройства, вмонтированного в сваю. В летнее время при положительном значении разности температур атмосферного воздуха и грунта циркуляция теплоносителя устраняется автоматически. Это исключает кратковременное повышение температуры на поверхности сваи и опасность потери несущей способности холодной сваи.
Размещение термосифона внутри сваи улучшает условия теплообмена на поверхности термосифона, способствует быстрому охлаждению грунта, прилегающего к свае, что резко повышает несущую способность фундамента, а также надежность и долговечность устройства.
Заключение
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 1252; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!