Earth’s Cryosphere, 2021, vol. XXV, No. 2, pp. 22–34
PERMAFROST ENGINEERING
AFFECTIVITY OF SURFACE COOLING OF FROZEN GROUND IN CONNECTION WITH MECHANISM OF TEMPERATURE SHIFT FORMATION
J.B. Gorelik1, A.K. Khabitov2
1 Earth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Malygina str. 86, Tyumen, 625026, Russia; [nospam]gorelik@ikz.ru[/nospam]
2 Giprotyumenneftegaz, Respubliki str. 62, Tyumen, 625000, Russia; [nospam]prof.power@yandex.ru[/nospam]
The analysis of affectivity of frozen soils surface cooling methods based on the theoretical understanding of temperature shift formation with seasonal processes in the upper ground layers is provided. The surface cooling method for the building with aerated underfloor space is suggested on the base of this analysis. This method includes heat-insulation layer ground surface and free convection cooling system with its horizontal evaporator under insulation layer. Condenser of the cooling system is out of the building contour and it makes evaporator temperature near to winter air temperature. The results of mathematical modelling demonstrate that suggested method provides a significant and rapid decrease of the ground temperature as compared to other methods (up to 1.0–2.5 °С for not more than 1.5 year instead of 3–5 years). An additional temperature decrease by 1.5 °С may be obtained by connecting of the forced cooling device to the cooling system for one summer season. The calculation results allow us to propose the best sequence for connecting the cooling elements of the system at the initial stage of its operation.
Key words: frozen soils, seasonal thawing layer, ground temperature regime, heat-insulation layer, GET cooling system, forced cooling, relaxation time to project temperature regime
Article in Russian:
ИНЖЕНЕРНАЯ КРИОЛОГИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ В СВЯЗИ С МЕХАНИЗМОМ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СДВИЖКИ
Я.Б. Горелик1, А.Х. Хабитов2
1 Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН, 625026, Тюмень, ул. Малыгина, 86, Россия; [nospam]gorelik@ikz.ru[/nospam]
2 ПАО “Гипротюменнефтегаз”, 625000, Тюмень, ул. Республики, 62, Россия; [nospam]prof.power@yandex.ru[/nospam]
Выполнен анализ эффективности поверхностных способов охлаждения мерзлых грунтов на основе общетеоретических представлений о формировании температурной сдвижки при сезонных процессах в верхних слоях мерзлого грунта. По результатам анализа предложен способ охлаждения основания сооружения с проветриваемым подпольем, включающий слой теплоизоляции на поверхности грунта и естественно-конвективную охлаждающую систему с горизонтальным испарителем, трубы которого укладываются под теплоизоляционный слой. Конденсатор охлаждающей системы вынесен за пределы контура сооружения и в зимнее время обеспечивает температуру испарителя, близкую к температуре воздуха, независимо от условий внутри подполья. Методами математического моделирования показано, что предлагаемый способ обеспечивает значительное и быстрое понижение температуры в основании по сравнению с известными способами – на 1.0–2.5 °С за время не более 1.5 года вместо 3–5 лет. К испарителю системы кратковременно, в течение одного летнего сезона, может быть подключен агрегат принудительного охлаждения, что позволяет получить дополнительное понижение температуры на 1.5 °С. Результаты расчетов позволяют предложить наилучшую последовательность подключения охлаждающих элементов системы на начальном этапе ее работы.
Ключевые слова: мерзлые грунты, слой сезонного оттаивания, температурный режим грунта, теплоизоляционный слой, система охлаждения “ГЕТ”, принудительное охлаждение, время релаксации к проектному температурному режиму