Охлаждение грунтов сезонно-охлаждающими устройствами
Министерство науки и высшего образования
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»
Инженерно-технический институт
Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»
Реферат
На тему «Способы охлаждения грунтов»
Выполнил: студент группы ПГС-18-1
Адамова Санаайа Евгениевна
Проверил: Прокопьев Ривас Васильевич
Якутск 2020
Содержание
1. Введение………………………………………………………………….....3
2. Строительство на вечномерзлых грунтах………………………………4
3. Охлаждение грунтов сезонно-охлаждающими устройствами…………..6
4. Холодные вентилируемые подполья…………………………………….15
5. Охлаждающие трубы……………………………………………………..16
6. Холодные сваи…………………………………………………………….17
7. Заключение………………………………………………………………..19
8. Список литературы………………………………………………………20
1. Введение
Строительство и эксплуатация зданий и сооружений в районах распространения вечной мерзлоты испытывают значительные трудности из-за большого разнообразия грунтов оснований. Ситуация, кроме того, существенно осложняется развивающимся сейчас глобальным изменением климата.
Территория распространения вечномерзлых грунтов отличается суровыми природно-климатическими условиями. При освоении данных территорий человечеству неизбежно приходится сталкиваться с огромными трудностями, а именно воздействием отрицательных температур, продолжительных зим, наличием вечномерзлых грунтов. Данные факторы, а в особенности наличие вечномерзлых грунтов, затрудняют и удорожают производство всего комплекса строительных работ. А без строительства, как известно, освоение новых территорий невозможно. Поэтому с уверенностью можно сказать, что наличие знаний о природе вечномерзлых грунтов, об особенностях их поведения и возможности их использования являются ключом к рациональному освоению территории распространения вечной мерзлоты. Несмотря на то, что изучение свойств вечномерзлых грунтов насчитывает уже не одно столетие, эта тема по-прежнему остается малоизученной. Поэтому разработка проектных решений, приводящих к снижению затрат, уменьшению трудоемкости возведения фундаментов в зоне распространения вечномерзлых грунтов - актуальная проблема, без решения которой затруднительно дальнейшее освоение и развитие данных территорий.
|
|
|
2. Строительство на вечномерзлых грунтах
В Российской Федерации общая площадь вечномерзлых грунтов составляет около 63% территории, а часть территории — сезонномерзлыми грунтами. Суровые северные климатические мерзлотно-грунтовые условия, малая освоенность огромной территории и слабое развитие транспортных коммуникаций вызывает существенное удорожание строительных объектов по сравнению со средними широтами.
|
|
|
При строительстве на вечномерзлых грунтах в зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, инженерно-геокриологических условий и возможности целенаправленного изменения свойств грунтов основания применяется один из следующих принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания сооружений:
— принцип 1: вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;
— принцип 2: вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).
Именно из-за наличия многомерзлых грунтов, строительство на данных грунтах затруднено. Здания, построенные без учета многомерзлого грунта, через непродолжительное время эксплуатации могут прийти в аварийное состояние. Это происходит из-за сезонного протаивания грунта из-за положительной температуры воздуха, а также теплового влияния самого здания на грунты, находящиеся в основании. Тепло, идущее от здания в грунт существенно больше тепла, идущего от атмосферы в летнее время года, поэтому фронт оттаивания ледяных включений в грунте под зданиями распространяется дальше вглубь, вследствие чего некоторые грунты (торф, супесь, суглинок) теряют свою несущую способность и начинают просаживаться под действием большой массы здания, из-за чего на каркас здания начинают действовать неравномерные нагрузки. С течением времени здание деформируется и в нем начинают появляться трещины, что является признаком того, что здание находится в аварийном состоянии.
|
|
|
Для сохранения мерзлого состояния грунтов основания и обеспечения их расчетного температурного режима в проектах сооружений разрабатывают различные мероприятия:
1) устройство холодных (вентилируемых) подполий или холодных первых этажей зданий;
2) укладка в основании сооружения охлаждающих труб, каналов или применение вентилируемых фундаментов;
|
|
|
3) установка сезонно действующих охлаждающих устройств жидкостного или парожидкостного типов;
4) устройство подсыпок (в качестве оснований) из дренирующих материалов;
5) укладка теплоизоляционных материалов под полом здания.
Охлаждение грунтов сезонно-охлаждающими устройствами
Искусственное замораживание (охлаждение) грунтов позволяет расширить область применения 1 принципа их использования в качестве оснований сооружений, повысить несущую способность и надежность оснований, упростить конструктивные решения и технологию нулевого цикла, а также во многих случаях сократить сроки, материалоемкость и стоимость строительства.
Наибольший технико-экономический эффект достигается при замораживании талых и охлаждении пластичномерзлых грунтов до температуры их твердомерзлого состояния.
Сезонно-действующие охлаждающие устройства (СОУ) или термосифоны, в которых за счет циркуляции газа (фреона, пропана, аммиака и др.) или жидкости (керосина, антифриза, этиленгликоля и др.) охлаждается окружающий грунт.
Следует применять для сохранения мерзлого состояния грунтов оснований при строительстве и эксплуатации, для предпостроечного замораживания грунтов основания, для повышения несущей способности опор линейных сооружений в пластично-мерзлых грунтах, создания ледогрунтовых завес, восстановления нарушенного при эксплуатации сооружения теплового режима грунтов основания фундаментов, упрощения конструктивных решений и технологии нулевого цикла, а также для сокращения сроков строительства и других целей. Охлаждающие устройства могут быть вертикальные, горизонтальные или наклонные с одним или несколькими конденсаторами.
В основе технологии сезонно-действующих охлаждающих устройств лежит устройство передачи тепла (термосифон), которое в зимний период извлекает тепло из почвы и передает его в окружающую среду. Важной особенностью этой технологии является то, что она естественно-действующая, т.е. не нуждается во внешних источниках энергии.
Однофазные (конвективные) термосифоны не получили широкого применения, что обусловлено их малой теплопередающей способностью.
Парожидкостные автономные сезонно-действущие установки являются холодильными устройствами, работающими за счет низких температур атмосферного воздуха в зимнее время и не требующими энергетических затрат в процессе эксплуатации. Они являются двухфазными и обладают очень высокой теплопередающей способностью, быстрым темпом вмораживания, изотермичностью по длине термосифона, высокой эффективностью охлаждения, удобством транспортировки и монтажа, малыми металлоемкостью и весом. Данный тип термосифона не требует большого диаметра труб, для их заправки расходуется незначительное количество хладагента, что согласуется с особыми экологическими нормами при работе в условиях севера.
Работает охлаждающая установка в такой период года, когда температура надземной конденсаторной части ниже температуры грунта, прилегающего к испарителю. В остальное время установка автоматически прекращает работу, "запирается". Первый период называется активным, второй-пассивным.
Автономные парожидкостные охлаждающие установки имеют следующие преимущества перед машинным аммиачно-рассольным замораживанием и замораживанием посредством принудительного вентилирования скважин холодным воздухом:
a) простота устройства
b) отсутствие энергозатрат при работе
c) невысокая стоимость
d) отсутствие постоянного обслуживающего персонала, а по сравнению с жидкостными и воздушными автономными установками - значительно большая производительность.
Применение парожидкостных установок целесообразно в районах со среднезимней температурой атмосферного воздуха не выше - 10 °С и продолжительностью безморозного периода не более 150 дней.
Парожидкостные установки могут быть использованы в строительстве по следующему назначению:
a) для предпостроечного замораживания грунтов оснований зданий и сооружений;
b) для замораживания грунтов основания в процессе строительства и эксплуатации;
c) для восстановления мерзлого состояния грунтов в основании зданий и сооружений, построенных по 1 принципу;
d) для создания противофильтрационных завес;
e) для создания тепловых завес.
Парожидкостные установки могут применяться в строительстве как гражданских, так и промышленных объектов для:
1) фундирования жилых и общественных зданий;
2) фундирования промышленных зданий (цехи, склады, компрессорные станции и др.);
3) устройства фундаментов линейных сооружений (линии электропередачи, линий связи, трубопроводов и др.);
4) создания мерзлого основания дорог, взлетно-посадочных полос и надземных резервуаров;
5) обеспечения устойчивости шахтных стволов, нефте- и газодобывающих скважин и горных выработок;
6) устройства противофильтрационных льдогрунтовых ядер в теле дамб и плотин, а также льдогрунтовых стенок при проходке котлованов, колодцев и траншей;
7) образования мерзлотных завес с целью защиты мерзлого состояния грунтов оснований сооружений от воздействия близрасположенных тепловыделяющих объектов.
Охлаждающие установки одновременно с исполнением их прямых функций могут быть использованы как конструктивные элементы сооружений, например, в качестве свайных фундаментов, несущих частей ограждений, опор линий электропередачи и т.д.
В зависимости от назначения парожидкостные установки могут быть однократного действия (восстановление мерзлого состояния грунтов в основании деформирующихся зданий и сооружений, создание льдогрунтовых завес при рытье котлованов, колодцев и т.д.) и постояннодействующими (замораживание и поддержание мерзлого состояния грунтов в основании зданий и сооружений, находящихся в окружении талых массивов, создание противофильтрационных ядер в теле дамб и плотин).
Сезонно действующее парожидкостное охлаждающее устройство представляет собой закрытую сверху и снизу металлическую трубу, в нижней части которой (0,05-0,1 высоты трубы) находится под давлением легкокипящая жидкость. К верхней части трубы для увеличения эффективности установки может быть присоединен выносной конденсатор. Работа парожидкостного охлаждающего устройства основана на конвекции легкокипящей жидкости под влиянием естественной разности температур охлаждаемого массива грунта и атмосферного воздуха. В зимнее время жидкость в нижней части установки, находящейся в грунте, испаряется за счет тепла, поступающего из грунта. Пары жидкости поднимаются вверх и конденсируются на холодных стенках трубы или в конденсаторе, находящихся выше поверхности грунта, отдавая тепло в атмосферу. Конденсат стекает по стенкам трубы в ее нижнюю часть. В летнее время, когда температура воздуха выше, чем температура многолетнемерзлого грунта, пары жидкости в верхней части охлаждающего устройства не конденсируются и действие ее прекращается. Когда температура окружающей среды опускается ниже температуры земли, где залегает испаритель, пары хладагента начинают конденсироваться в радиаторной секции. В результате снижается давление и хладагент в испарительной части начинает вскипать и испаряться. Этот процесс сопровождается переносом тепла из испарительной части в радиаторную.
Основными конструктивными элементами парожидкостных охлаждающих установок являются испаритель (замораживающая колонка), конденсатор, соединительные линии, устройство для равномерного распределения конденсата по стенке испарителя, и запорно-зарядная арматура.
Испаритель является грунтовым теплообменником, в котором происходит испарение жидкого теплоносителя. Он представляет собой трубу с заглушенным нижним торцом, погруженную в грунт на глубину, определяемую глубиной замораживаемого массива.
Конденсатор является воздушным теплообменником, в котором происходит переход теплоносителя из парообразного в жидкое состояние.
Жидкостные СОУ – представляют собой закрытую сверху и снизу герметичную металлическую трубу или систему труб, которые заполняются теплоносителем (керосин, антифриз) полностью. Устройство возвышается над землей на 25-30 % длины. В зимнее время в верхней части устройства, находящаяся над поверхностью грунта теплоноситель охлаждается, плотность его увеличивается и он перемещается вниз, вытесняя наверх более теплый и, следовательно менее плотный теплоноситель. В летнее время менее плотный теплоноситель находится в верхней части устройства, а более плотный холодный – в нижней, и охлаждающее действие устройства на грунт прекращается. Недостатки: коррозия, высокий коэффициент объемного расширения, большая теплоемкость.
Воздушные СОУ – воздушные установки с вынужденной конвекцией (ВВК СОУ) представляют собой теплообменник типа «труба в трубе». Наружный воздух вентилятором подается во внутреннюю трубу (или отсасывается из кольцевого зазора). При движении по кольцевому зазору воздух воспринимает тепло грунта и нагревается, частично нагревая и поток холодного воздуха во внутренней трубе. Обычно один вентилятор обслуживает группу колонок, поэтому системы ВВК СОУ оборудуются и наружными воздуховодами-коллекторами.
При проектировании воздушной замораживающей системы, состоящей из воздушных СОУ, объединенных подводящим или (и) отводящим коллектором, следует предусматривать:
§ герметизацию системы на теплый период года;
§ автоматическое отключение системы при снегопаде, повышении температуры наружного воздуха выше величины, установленной проектом, и включение при снижении температуры ниже проектной величины;
§ возможность очистки системы от льда или инея.
Работу воздушных замораживающих систем следует считать целесообразной при температуре воздуха ниже минус 12-15°С (в первый сезон замораживания грунта).
Недостатки: неравномерное распределение температуры воздуха по глубине в следствии малой теплоемкости; выпадение инея на стенках труб при периодическом понижении температуры, что приводит к уменьшению их сечения и даже закупорке их верхней части; значительные расходы для привода двигателя вентилятора при охлаждении грунта вынужденной конвекцией.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 1916; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!