Систему температурной стабилизации грунтов на основе диоксида углерода исследовали и усовершенствовали доцент Тюменского индустриального университета Алексей Ишков и его коллеги. Она работает автономно, без подключения к электросети, сообщили ИА "Тюменская линия" в вузе.
Безопасность строительства в условиях Арктики требует современных подходов. Еще 20 лет назад многие объекты на Крайнем Севере строились с расчетом на то, что грунт под ними всегда будет оставаться мерзлым. Но климат меняется, и мерзлота отступает.
"Здание работает как сковородка, нагревая грунт под собой. Раньше там был лед, который служил цементом. Теперь лед тает, превращается в воду, вытесняется, и грунт теряет несущую способность. Начинаются просадки, которые угрожают целостности сооружений", – отметил доцент кафедры криологии Земли Алексей Ишков.
Традиционно для охлаждения грунта под зданиями используют системы с аммиаком. Однако у этого хладагента есть ряд недостатков. Ученые ТИУ предложили альтернативу – диоксид углерода (CO2), который гораздо чувствительнее к малейшим перепадам температур. Система стабилизации вечномерзлых грунтов представляет собой замкнутую стальную установку. Под зданием проложен змеевик (испаритель), а на поверхности установлен конденсатор. Зимой, когда температура воздуха падает, жидкий CO2 в подземной трубке начинает забирать тепло из грунта. Происходит, на первый взгляд, парадокс: хладагент закипает даже при отрицательной температуре грунта (около -3°C) за счет давления насыщенных паров. Образовавшийся газ поднимается в надземный конденсатор, где отдает тепло в атмосферу, снова превращается в жидкость и стекает вниз. Цикл повторяется.
"Система работает сама по себе, без электричества, только за счет законов физики – фазовых переходов и гидравлического напора. За холодный период система формирует достаточный запас холода в основании, чтобы сохранить требуемый температурный режим в теплый период", – пояснил ученый.
Команда Алексея Ишкова, в которую также входят специалисты кафедры криологии ТИУ под руководством Елены Устиновой и Геннадий Аникин из Института криосферы Земли СО РАН, занимается формализацией математической модели. Она может стать основой для оптимизации проектных решений и в будущем предлагать бизнесу готовые, экономически просчитанные решения для защиты инфраструктуры Арктики.