Использование теплонасосных систем теплохладоснабжения для предотвращения растепления многолетней мерзлоты в основаниях зданий и сооружения

Объектом исследований в данной работе являются инновационные технические решения, применяемые для обеспечения мерзлого состояния грунта в основаниях зданий. Цель работы — обеспечение надёжности и безопасности эксплуатации объектов капитального строительства, создаваемых и эксплуатируемых в регионах распространения многолетнемёрзлых грунтов при использовании в качестве оснований зданий и сооружений грунта в мерзлом состоянии в условиях происходящей деградации мерзлоты. Актуальность задачи определяется следующими факторами: - наличие зоны многолетней мерзлоты требует стабилизации мерзлого грунта во избежание нарушения несущей способности из-за теплового воздействия застройки и, как следствие, разрушения зданий и сооружений; - северная климатическая зона требует покрытия значительных отопительных нагрузок в течение достаточного длительного периода.Применение новой технологии теплоснабжения на базе тепловых насосов одновременно обеспечивает термостабилизацию грунтов оснований и теплоснабжение объектов. В процессе работы проводились аналитические исследования действующих зарубежных и российских нормативных документов, научно-технической литературы в области проектирования и строительства оснований зданий в регионах распространения многолетнемёрзлых грунтов с выявлением основных технических решений, применяемых для обеспечения мерзлого состояния грунта. Проводилось выявление недостатков, несоответствий или отсутствия значимых положений в нормативной базе по теме исследований, определение основных существующих технических решений, применяемых для обеспечения мерзлого состояния грунта. Проведен анализ теплотехнических характеристик многолетнемёрзлых грунтов и определение границ температурных режимов, при которых обеспечивается надёжная и безопасная эксплуатация зданий и сооружений, использующих в качестве основания грунт в мёрзлом состоянии. Анализ воздействия конструкций оснований зданий и подводимых к зданиям коммуникаций на теплотехнические характеристики грунта. Проведены численные эксперименты по моделированию теплового поведения грунтов в присутствии теплопроводных включений (свайных оснований зданий, грунтовых теплообменников) и формирование требований к грунтовым теплообменникам теплонасосных систем с точки зрения обеспечения стабильности мёрзлого состояния грунта в основаниях зданий и сооружений. Проведены экспериментальные исследования и анализ данных натурных испытаний по определению температурных режимов эксплуатации грунтовых теплообменников и эффективности работы теплонасосных систем при отрицательных температурах грунта. В результате работы была проведена оценка эффективности использования теплонасосных систем, обеспечивающих стабильно мёрзлое состояние грунта, для снабжения тепловой энергией обслуживаемых зданий и разработаны предложения по внесению изменений в действующую нормативно-техническую базу по результатам работы. Эффективность и значимость работы и прогнозное развитие, при внедрении результатов, заключается в минимизации воздействия строительной отрасли на температурный потенциал мерзлого грунта в регионах распространения вечной мерзлоты путем внедрения инновационных технических решений по стабилизации грунтов.