Приложение Р. Проектирование и применение охлаждающих устройств

Приложение Р

Проектирование и применение охлаждающих устройств

Р.1 Сезоннодействующие охлаждающие устройства 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 пластичномерзлых 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 вертикальными, горизонтальными или наклонными с одним или несколькими конденсаторами.

Р.2 Сезоннодействующее 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.

Р.3 Устройство СОУ выполняется в соответствии с проектом, разработанным специализированной организацией. Проект должен содержать теплотехнический расчет, план расположения СОУ, значение глубины заложения устройств, тип теплоносителя и другие параметры. В проекте должны быть указаны требования по эксплуатации устройств и мониторингу за их работоспособностью, температурой охлаждаемого грунтового массива, требования к контролю качества при изготовлении устройств и установке в основание сооружения.

Р.4 Выбор конструкции охлаждающих установок и всей замораживающей системы в целом определяется конструктивными особенностями зданий и сооружений, технологическими особенностями их строительства и эксплуатации, а также температурным режимом грунтов.

Р.5 Устройство системы СОУ следует выполнять до начала зимнего периода. Предпочтительнее использовать охлаждающие устройства, поставляемые с завода в полной эксплуатационной готовности. Для защиты устройства от коррозии следует выполнять антикоррозионное покрытие.

Р.6 При замораживании грунтов одновременно с возведением надземной части сооружения замораживающие колонки должны быть расположены:

а) при наличии столбчатых фундаментов - с двух или четырех сторон фундамента;

б) при наличии ленточных фундаментов - симметрично их продольной оси с шагом, равным диаметру льдогрунтового цилиндра;

в) при наличии свайного фундамента - устанавливая испаритель возле сваи или в теле сваи (конструкция - "термосвая").

Расчет глубинного охлаждения, замораживания грунта

Методика расчета радиуса охлаждения, замораживания грунта , м, вокруг замораживающей колонки осуществляется по номограммам. Для определения радиуса охлаждения, замораживания следует использовать формулу

, (P.1)

где - внешний радиус замораживающей колонки, м;

- безразмерный параметр, определяемый по номограмме на рисунке Р.1 в зависимости от значений безразмерных параметров b, М, , которые определяются по формулам:

; (Р.2)

охлаждение

; (Р.3)

; (Р.4)

замораживание

; (Р.5)

, (Р.6)

где - внутреннее термическое сопротивление колонки теплообмену, , определяемое для парожидкостных термосифонов по формуле (Р.7), для воздушных и рассольных установок - по формуле (Р.8), для жидкостных термосифонов - по формуле (Р.9);

, - теплопроводность грунта в мерзлом и талом состояниях, ;

- температура начала замерзания грунта, °С;

- максимальная температура грунта в твердомерзлом состоянии, °С;

- начальная температура грунта у подошвы слоя с годовыми теплооборотами, °С;

- средняя по длине колонки температура рабочего тела, °С, принимаемая для парожидкостных термосифонов равной средней за период его работы отрицательной температуре наружного воздуха плюс 1°С, для жидкостных термосифонов - плюс 4°С, для воздушных установок - плюс 3°С, для рассольных установок - равной ( - температура рассола в подающей магистрали);

- продолжительность охлаждения, замораживания, ч;

- удельная теплота фазовых превращений вода - лед в расчете на единицу массы, 93 ;

, - плотность мерзлого и талого грунта в сухом состоянии, ;

- суммарная влажность грунта;

- содержание незамерзшей воды при температуре .

; (P.7)

; (P.8)

; (P.9)

где - коэффициент теплообмена между наружным воздухом и поверхностью конденсатора парожидкостного термосифона, , определяемый по данным таблицы Р.1;

- коэффициент теплообмена между рабочим телом и внутренней поверхностью колонки, принимаемый для жидкого рабочего тела равным 116 , для газообразного - 25 ;

, - площади поверхности испарителя и конденсатора термосифона, .

Таблица Р.1 - Значения для стальных гладких (числитель) и оребренных (знаменатель) труб конденсатора термосифона

Радиус трубы конденсатора, мм	Коэффициент теплообмена , , при скорости ветра, м/с
	0	2	4	6	8
17,0	6,9/8,7	21,0/24,4	33,0/37,1	45,0/48,7	55,0/59,2
22,0	6,5/9,2	20,0/24,4	31,0/38,3	42,0/49,9	51,0/60,3
28,5	6,0/11,0	17,0/30,2	29,0/47,6	38,0/61,5	48,0/74,2
36,5	5,3/11,2	16,0/30,2	27,0/47,6	36,0/61,5	44,0/74,2
44,5	4,9/10,3	15,0/26,7	26,0/41,8	34,0/54,5	41,0/65,0
54,0	4,4/8,2	15,0/23,2	24,0/36,0	31,0/47,6	38,0/56,8
63,5	4,1/11,8	14,0/33,6	23,0/53,4	30,0/68,4	37,0/83,5
73,0	3,6/10,6	14,0/29,0	22,0/45,2	29,0/59,2	36,0/71,9
84,0	3,4/10,0	13,0/25,5	21,0/39,4	28,0/52,2	35,0/62,6

Для воздушных и рассольных установок дополнительно определяется необходимая интенсивность подачи (расход) воздуха или рассола к колонке. Расчет осуществляется по формуле

, (P.10)

где - необходимый расход воздуха или рассола, ;

- длина подземной части колонки, м;

- количество тепла, отводимого при охлаждении и замораживании 1 грунта, ;

- объемная теплоемкость рабочего тела, принимаемая для воздуха равной 0,39 , для рассола - 957 ;

- разность температуры на входе и выходе из колонки, принимаемая равной для воздуха 6°С, для рассола 2°С.

; (P.11)

. (P.12)

Необходимая производительность холодильной станции П, кВт, вычисляется по формуле

, (Р.13)

где V - объем охлаждаемого, замораживаемого грунта.

В случае многослойного основания все грунтовые характеристики осредняются в интервале глубин от дневной поверхности до уровня погружения замораживающей колонки. Осреднение осуществляется по формуле

, (Р.14)

где А - осредненное значение грунтовой характеристики;

- значение грунтовой характеристики в i-м слое;

- мощность i-го слоя;

n - число слоев в интервале осреднения.