Эффективность использования теплового насоса при строительстве зданий на участках с заглубленной кровлей льдистых многолетнемерзлых пород

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время существует проблема надежности зданий и сооружений, построенных на многолетнемерзлых грунтах по I принципу, которая обусловлена зависимостью стандартных проектных решений от климатической составляющей. Решение данной проблемы предусматривает внедрение методов активной термостабилизации грунтов, что позволяет эффективно управлять тепловыми потоками и обеспечивать сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии. Одним из ключевых решений, предлагаемых авторами, является использование теплового насоса с размещением охлаждающего контура в грунтовом массиве. Применение тепловых насосов в строительстве на участках с многолетнемерзлыми грунтами представляет собой инновационный подход, обеспечивающий безопасность и эффективность эксплуатации зданий. В статье на конкретном примере здания в г. Салехард рассмотрена возможность использования теплового насоса на участке с заглубленной кровлей льдистых многолетнемерзлых пород. Методы исследований включают в себя анализ и обобщение литературных источников и многовариантные вычислительные эксперименты по исследованию температурного поля грунтов основания здания с применением теплового насоса. Основным выводом проведенного исследования является целесообразность применения тепловых насосов при строительстве зданий на участках с заглубленной кровлей льдистых многолетнемерзлых пород. Предложенный в данной статье инновационный метод сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии, при его практическом применении, окажется эффективным решением на фоне нового природного вызова — глобального потепления климата. Помимо сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии и обеспечения стабильной работы зданий и сооружений в криолитозоне, тепловые насосы обеспечивают значительную экономическую выгоду за счет снижения эксплуатационных затрат. Также тепловые насосы способствуют снижению выбросов углекислого газа и других загрязняющих веществ, что важно в контексте глобальных изменений климата и стремления к устойчивому развитию.

Об авторах

Алина Александровна Горбунова

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

Email: Gorbunova.alina2000@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2939-7609
аспирант; геологический факультет;

Алексей Юрьевич Гунар

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: gunar_91@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2878-0849
доцент; факультет Геологический;

Константин Владимирович Озерицкий

Школа инженерии им. Шулиха; Университет Калгари (Канада)

Email: ozeritskiy.k@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1970-6735
аспирант; факультет гражданского строительства;

Ермолай Игоревич Балихин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ermolaybalihin@mail.ru
аспирант; Геологический факультет;

Список литературы

  1. Никифорова Н.С., Коннов А.В. Несущая способность свай в многолетнемерзлых грунтах при изменении климата. Construction and geotechnics Т. 12, № 3, 2021.
  2. Стрелецкий Д.А., Шикломанов Н.И., Гребенец В.И. Изменение несущей способности мерзлых грунтов в связи с потеплением климата на севере Западной Сибири. Криосфера Земли, 2012, т. XVI, № 1, С. 22–32.
  3. Алексеев А.Г., Зорин Д.В. и др. Прогноз изменения температуры грунтов на территории Республики Коми (Городской округ Воркута). Научно-исследовательская работа, АО «НИЦ «Строительство». Москва, 2018.
  4. Фалалеева А.А., Шелков Я.Ю., Чеверев В.Г., Брушков А.В. Оценка изменения несущей способности мерзлых грунтов при возможном изменении температуры и оттаивании вечной мерзлоты в арктической зоне Российской Федерации к середине XXI века // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2023. № 5. С. 105–116.
  5. Горбунова А.А. Новый способ использования высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований одноэтажных зданий в условиях глобального потепления климата // Науч. вестн. Ямало-Ненец. автоном. округа, 2023, т. 118, № 1, С. 38–54.
  6. Хрусталев Л.Н., Хилимонюк В.З. Новый фундамент для зданий в Арктике // Криосфера Земли, 2018, т. XXII, № 4, с. 25–30.
  7. Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982.
  8. Кибл Дж. Применение и экономика тепловых насосов // Энергия окружающей среды и строительное проектирование. М.: Cтройиздат, 1983, C. 56–65.
  9. Мартыновский В.С. Тепловые насосы. М.-Л., Госэнергоиздат, 1955.
  10. Jnstanes B. Permafrost engineering on Svalbard // International Work-shop on Permafrost engineering Longyearbyen, Svalbard, Norway, 2000.
  11. Stenbeak-Nielson, Sweet L.R. Heating with Ground Heat, An Energy saving Method for Home Heating // The Northern. 1975. No. 7(1). Pр. 20‒25.
  12. Lavrik A., Buslaev G., Dvoinikov M. Thermal Stabilization of Permafrost Using Thermal Coils Inside Foundation Piles. Civil Engineering Journal. 2023. No 9(4). Pр. 927‒938.
  13. Khalil A., Attom M., Khan Z., Astillo P.V., El-Kadri O.M. Recent Advancements in Geothermal Energy Piles Performance and Design. Energies. 2024, No. 17. Pр. 5‒9.
  14. Heller S. A. Numerical Simulation of Permafrost Thermal Regime under a Heat Pump Chilled Foundation in Longyearbyen, Svalbard Master’s thesis in Civil Engineering and Cold Climate Engineering (UNIS), Rao Martand Singh (NTNU), 2021.
  15. Горбунова А. А. Термодинамический расчет теплового насоса, совмещенного с поверхностным фундаментом на многолетнемерзлых грунтах // Криосфера Земли. 2024. Т. 28, № 3. С. 63‒69.
  16. Гулый С.А. Опыт использования льда и снега при строительстве ледяного склада в Магадане // Колыма, 2000, № 1. С. 53‒55.
  17. Хрусталев Л.Н., Хилимонюк В.З., Перльштейн Г.З., Каманин Д.В. Поверхностный фундамент сооружения, обеспечивающий сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии с одновременным обогревом сооружения. Патент № 2583025, Бюл. № 12, 2016.
  18. Хрусталев Л.Н., Пармузин С.Ю., Емельянова Л.В. Надежность северной инфраструктуры в условиях меняющегося климата. М.: Университетская книга, 2011.
  19. СП 25.13330.2020 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». "em" "/em"

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).