RU2621912C2 - Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation - Google Patents

Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2621912C2
RU2621912C2 RU2015105556A RU2015105556A RU2621912C2 RU 2621912 C2 RU2621912 C2 RU 2621912C2 RU 2015105556 A RU2015105556 A RU 2015105556A RU 2015105556 A RU2015105556 A RU 2015105556A RU 2621912 C2 RU2621912 C2 RU 2621912C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipes
cooling
horizontal
cooling device
depth
Prior art date
Application number
RU2015105556A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015105556A (en
Inventor
Георгий Петрович Кузьмин
Владимир Николаевич Панин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2015105556A priority Critical patent/RU2621912C2/en
Publication of RU2015105556A publication Critical patent/RU2015105556A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621912C2 publication Critical patent/RU2621912C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D1/00Devices using naturally cold air or cold water

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: method of cooling underground constructions in masses of permafrost rocks includes the accumulation of cold in the upper part of the frozen soil masses in the winter season through a seasonally operating air cooling device. Underground construction is located at a depth, which is determined by the formula:
Figure 00000006
,
where h1 - the depth of seasonal thawing of soils, in the sole of which there are pipes of the cooling device, m; τ - duration of the cooling device operation in the cold season (taken equal to the time delay of the temperature wave at the depth of the underground construction location) per season, h; λ and C - the average values of the thermal conductivity coefficient, W/(m⋅K⋅), and the volumetric heat capacity of the soil, J/(m3⋅K), in the roof of the underground structure; T - the amplitude of external air temperature fluctuations, K. The device for year-round cooling underground constructions in masses of permafrost rocks includes two independent air cooling devices, each of which includes, at least, one horizontal cooling pipe in the ground and, at least, two vertically oriented tubes that protrude above the surface of the earth. Internal volumes of vertical and horizontal pipes are connected. At least, one horizontal cooling pipe of one cooling device is laid in the ground close to the side wall of the underground construction at the mid-height level, and, at least, one horizontal cooling pipe of the second cooling device is laid in the bottom of the seasonal thawing layer.
EFFECT: increasing the reliability, reducing energy costs, increasing the autonomy of cryogenic storage and ensuring low negative temperatures in underground constructions throughout the year.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной теплофизике и предназначено для охлаждения в теплое время года подземных сооружений, построенных в толще многолетнемерзлых горных пород.The invention relates to mining thermal physics and is intended for cooling in the warm season of underground structures built in the thickness of permafrost rocks.

Известен «СПОСОБ ТЕРМОСТАТИЧЕСКОГО ХРАНЕНИЯ ПРОДУКТОВ И СИСТЕМА ТЕРМОСТАТИЧЕСКОГО ХРАНЕНИЯ ПРОДУКТОВ», RU 2052740 [1], путем подачи атмосферного воздуха в холодный период года для дозарядки расположенного в грунте аккумулятора холода и прокачки хладагента через закрытую полость, размещенную в хранилище замкнутого циркуляционного контура, подачу атмосферного воздуха ведут в слое грунта, близком к его термической границе, с образованием резервата холода в виде литосферного льдогрунтового массива с использованием грунтовой влаги, причем через последний принудительно продолжают подавать атмосферный воздух, а охлаждение хладагента перед прокачкой в хранилище ведут в льдогрунтовом массиве.The well-known "METHOD OF THERMOSTATIC STORAGE OF PRODUCTS AND THERMOSTATIC STORAGE OF PRODUCTS", RU 2052740 [1], by supplying atmospheric air in the cold season to recharge the cold accumulator located in the ground and pumping refrigerant through a closed cavity located in a closed circulation loop storage air is conducted in a soil layer close to its thermal boundary, with the formation of a cold reserve in the form of a lithospheric ice-ground mass using ground moisture, and ithout last compulsorily continue feeding the air and the refrigerant cooling before pumping in the storage array are in ldogruntovom.

Недостатками известной конструкции являются высокая сложность и стоимость сооружения и высокие энергетические затраты на поддержание низких температур в хранилище.The disadvantages of the known design are the high complexity and cost of construction and high energy costs to maintain low temperatures in the storage.

Известно «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ», RU 2023383 [2], включающее подземное сооружение, минимум одну горизонтальную трубу в грунте и минимум одну вертикально ориентированную трубу, выступающую над поверхностью земли, причем внутренние объемы вертикальной и горизонтальной труб соединены.It is known "DEVICE FOR STORAGE OF AGRICULTURAL PRODUCTS", RU 2023383 [2], including an underground structure, at least one horizontal pipe in the ground and at least one vertically oriented pipe protruding above the surface of the earth, and the internal volumes of the vertical and horizontal pipes are connected.

Известная конструкция позволяет резко снизить эксплуатационные энергетические затраты и повысить надежность хранилища по сравнению с [1].The known design can drastically reduce operating energy costs and increase the reliability of the storage compared to [1].

Недостатком известной конструкции является высокая сложность и стоимость изготовления тепловых труб с термокомпенсаторами и теплоносителем, низкая надежность устройства и невозможность получения существенных отрицательных стабильных температур. Кроме того, недостатком является трудозатратность регулировки температур, обусловленная необходимостью монтажа и демонтажа съемной теплоизоляции, приводящая к износу теплоизоляции и необходимости ее периодической замены, что в свою очередь приводит к повышению эксплуатационных расходов и отсутствию автономности хранилища.A disadvantage of the known design is the high complexity and cost of manufacturing heat pipes with thermal compensators and coolant, low reliability of the device and the inability to obtain significant negative stable temperatures. In addition, the disadvantage is the laboriousness of temperature control, due to the need for installation and dismantling of removable insulation, leading to wear of the insulation and the need for periodic replacement, which in turn leads to increased operating costs and the lack of autonomy of the storage.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности, снижение энергетических затрат, повышение автономности криохранилища и обеспечение низких отрицательных температур в подземных сооружениях в течение всего года.The technical result of the invention is to increase reliability, reduce energy costs, increase the autonomy of the cryogenic storage and ensure low negative temperatures in underground structures throughout the year.

Технический результат достигается тем, что способ охлаждения в летнее время подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород, характеризующийся осуществлением аккумулирования холода в верхней части массива мерзлых грунтов в зимнее время посредством сезонно действующего воздушного охлаждающего устройства, при этом подземное сооружение располагают на глубине, обеспечивающей достижение этой глубины первой температурной волны от труб охлаждающего устройства в момент прекращения циркуляции холодного воздуха, которая определяется по формуле:The technical result is achieved by the fact that in summer the cooling method of underground structures in the permafrost massif is characterized by the accumulation of cold in the upper part of the frozen ground massif in winter by means of a seasonally operating air cooling device, while the underground structure is located at a depth ensuring this the depth of the first temperature wave from the pipes of the cooling device at the moment of termination of the circulation of cold air, which calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

h1 - глубина сезонного оттаивания грунтов, в подошве которой располагают трубы охлаждающего устройства, м;h 1 - the depth of seasonal thawing of soils, in the sole of which are located the pipes of the cooling device, m;

τ - продолжительность работы охлаждающего устройства в холодное время года (принимаемая равной времени запаздывания температурной волны на глубине расположения подземного сооружения) за сезон, ч;τ - the duration of the cooling device in the cold season (taken equal to the time delay of the temperature wave at the depth of the underground structure) for the season, h;

λ и С - средние значения коэффициента теплопроводности, Вт/(м⋅К), и объемной теплоемкости грунтов, Дж/(м3⋅К), в кровле подземного сооружения;λ and C are the average values of the coefficient of thermal conductivity, W / (m⋅K), and volumetric heat capacity of soils, J / (m 3 ⋅K), in the roof of an underground structure;

Т - амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, К.T is the amplitude of the outdoor temperature, K.

Ширина полосы расположения горизонтальных охлаждающих труб определяется из равенства B=2(h2-h1)+в, а количество труб n=В/l, в - ширина подземного сооружения; l - расстояние (шаг) между трубами, определяемое теплотехническим расчетом.The width of the strip of horizontal cooling pipes is determined from the equality B = 2 (h 2 -h 1 ) + in, and the number of pipes n = B / l, in - the width of the underground structure; l is the distance (step) between the pipes, determined by the heat engineering calculation.

Предлагается также устройство для охлаждения в летнее время подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород, включающее два независимых воздушных охлаждающих устройства (ОУ-1 и ОУ-2), каждое из которых включает как минимум одну горизонтальную охлаждающую трубу в грунте и как минимум две вертикально ориентированные трубы, выступающие над поверхностью земли, причем внутренние объемы вертикальных и горизонтальных труб соединены, при этом как минимум одна горизонтальная охлаждающая труба одного охлаждающего устройства (ОУ-1) уложена в грунт вплотную к боковой стенке подземного сооружения на уровне середины его высоты, а как минимум одна горизонтальная охлаждающая труба второго охлаждающего устройства (ОУ-2) уложена в основании слоя сезонного оттаивания (на верхней поверхности толщи многолетнемерзлых грунтов).A device is also proposed for cooling in summer the underground structures in the permafrost massif, which includes two independent air cooling devices (OU-1 and OU-2), each of which includes at least one horizontal cooling pipe in the ground and at least two vertically oriented pipes protruding above the surface of the earth, and the internal volumes of vertical and horizontal pipes are connected, with at least one horizontal cooling pipe of one cooling device (OU-1) laid in the ground close to the side wall of the underground structure at the level of the middle of its height, and at least one horizontal cooling pipe of the second cooling device (OU-2) is laid at the base of the seasonal thawing layer (on the upper surface of the permafrost layer).

Количество вертикально ориентированных труб может равняться четырем, причем каждая труба верхним концом выполнена сообщающейся с атмосферой, нижние концы вертикально ориентированных труб соединены каждый со своим коллектором, два из которых расположены на глубине слоя сезонного оттаивания, другие два расположены рядом с охлаждаемым помещением на уровне середины его высоты, между соответствующими коллекторами расположены горизонтальные параллельные трубы, площади поперечного сечения вертикальных труб равны площади поперечного сечения коллекторов. Указанное выполнение обеспечит максимальное охлаждение горизонтальных труб и окружающего трубы грунта в зимний период.The number of vertically oriented pipes can be four, with each pipe having its upper end in communication with the atmosphere, the lower ends of the vertically oriented pipes are each connected to their own collector, two of which are located at the depth of the seasonal thawing layer, the other two are located next to the cooled room at the level of its middle heights, horizontal parallel pipes are located between the respective collectors, the cross-sectional areas of the vertical pipes are equal to the cross-sectional areas collectors. The specified implementation will provide maximum cooling of horizontal pipes and the surrounding soil pipe in the winter.

Верхний конец одной вертикальной трубы, отходящей от коллектора, расположен выше высоты максимального снежного покрова, причем вторая труба, отходящая от коллектора, противоположного упомянутому, расположена на высоте 3-5 м от поверхности земли. Разновысотное положение верхних концов труб позволит обеспечить разность давлений воздуха для получения устойчивой конвекции воздуха в холодное время года.The upper end of one vertical pipe extending from the collector is located above the height of the maximum snow cover, the second pipe extending from the collector opposite to the mentioned one is located at a height of 3-5 m from the surface of the earth. The different height position of the upper ends of the pipes will ensure the difference in air pressure to obtain stable convection of air in the cold season.

В зимнее время циркулирующий холодный воздух в горизонтальной трубе ОУ-1 охлаждает подземное сооружение и аккумулирует холод в окружающих мерзлых породах для частичного охлаждения подземного сооружения в летнее время. Основной холод для летнего охлаждения подземного сооружения аккумулируется в верхних слоях массива многолетнемерзлых пород с помощью ряда горизонтальных труб ОУ-2, расположенных в основании слоя сезонного оттаивания (протаивания), по которым движется холодный воздух, а подземное сооружение располагают на такой глубине, при которой холодные температурные волны от горизонтальных охлаждающих труб ОУ-2 поступают в подземное сооружение в течение всего лета, а начальная холодная температурная волна достигает подземного сооружения в момент прекращения периода зимнего его охлаждения, определяемой формулой (1).In winter, the circulating cold air in the horizontal pipe ОУ-1 cools the underground structure and accumulates cold in the surrounding frozen rocks for partial cooling of the underground structure in the summer. The main cold for summer cooling of the underground structure is accumulated in the upper layers of the permafrost mass using a series of horizontal pipes OU-2 located at the base of the seasonal thawing (thawing) layer, through which cold air moves, and the underground structure is located at a depth at which the cold temperature waves from the OU-2 horizontal cooling pipes enter the underground structure throughout the summer, and the initial cold temperature wave reaches the underground structure at the time termination of its winter cooling period, defined by formula (1).

На фиг. 1 изображена принципиальная схема, поперечный разрез, на фиг. 2 изображен вид сверху воздушного охлаждающего устройства для осуществления способа, гдеIn FIG. 1 is a schematic cross-sectional view, FIG. 2 shows a top view of an air cooling device for implementing the method, where

1 - вертикальная труба для нисходящего потока холодного воздуха ОУ-1;1 - vertical pipe for the downward flow of cold air OU-1;

2 - горизонтальные охлаждающие трубы ОУ-1;2 - horizontal cooling pipes OU-1;

3 - вертикальная труба для восходящего потока воздуха ОУ-1;3 - vertical pipe for the upward flow of air OU-1;

4 - коллекторы ОУ-1;4 - collectors OU-1;

5 - вертикальные трубы для нисходящего потока холодного воздуха ОУ-2;5 - vertical pipes for the downward flow of cold air OU-2;

6 - горизонтальные охлаждающие трубы ОУ-2;6 - horizontal cooling pipes OU-2;

7 - вертикальные трубы для восходящего потока воздуха ОУ-2;7 - vertical pipes for the upward flow of air OU-2;

8 - коллекторы ОУ-2;8 - collectors OU-2;

9 - вертикальные шахтные стволы обслуживания и загрузки;9 - vertical shaft service and loading shafts;

10 - подземное сооружение;10 - underground structure;

11 - нижняя граница слоя сезонного оттаивания;11 - lower boundary of the seasonal thawing layer;

12 - глубина слоя сезонного оттаивания;12 - the depth of the seasonal thawing layer;

13 - ширина подземного сооружения;13 - the width of the underground structure;

14 - расстояние между горизонтальными трубами ОУ-2.14 - the distance between the horizontal pipes OU-2.

Воздушное охлаждающее устройство конвективного действия ОУ-1 содержит две охлаждающие металлические трубы 2, горизонтально расположенные рядом с подземным сооружением 10, и соединенные с ними два металлических коллектора 4 и две вертикальные трубы для нисходящего потока воздуха 1 и для восходящего потока воздуха 3, соединенные с коллекторами.Convective action air cooler ОУ-1 contains two cooling metal pipes 2 horizontally located near the underground structure 10, and two metal collectors 4 and two vertical pipes connected to them for downward air flow 1 and for upward air flow 3 connected to the collectors .

Воздушное охлаждающее устройство конвективного действия ОУ-2 содержит ряд охлаждающих металлических труб 6, горизонтально расположенных в основании слоя сезонного оттаивания 11, и соединенные с ними металлические коллекторы 8 и две вертикальные трубы для нисходящего потока воздуха 5 и для восходящего потока воздуха 7, соединенные с коллекторами.Convective action air cooler ОУ-2 contains a number of cooling metal pipes 6 horizontally located at the base of the seasonal defrosting layer 11, and metal collectors 8 and two vertical pipes connected to them for downward air flow 5 and for upward air flow 7 connected to collectors .

Суммарная площадь поперечного сечения горизонтальных охлаждающих труб ОУ равна площади поперечного сечения коллектора и вертикальной трубы. Вертикальные трубы ОУ возвышаются над поверхностью земли: для нисходящего потока воздуха 1 и 5 на максимальную высоту снежного покрова, для восходящего потока воздуха 3 и 7 - на 3-5 м. Вытяжные вертикальные трубы 3 и 7 выполнены из материала с низкой теплопроводностью или из теплоизолированного металла.The total cross-sectional area of the OU horizontal cooling pipes is equal to the cross-sectional area of the collector and the vertical pipe. OU vertical pipes rise above the earth's surface: for downward air flow 1 and 5 to the maximum snow depth, for upward air flow 3 and 7 - 3-5 m. Exhaust vertical pipes 3 and 7 are made of material with low thermal conductivity or insulated metal.

Подземное сооружение 10 расположено на глубине h2, определяемой формулой (1).Underground structure 10 is located at a depth of h 2 defined by formula (1).

В шахтах обслуживания и загрузки 9 расположено оборудование для спуска и подъема персонала и грузов, размещения электрических кабелей и прочего оборудования. Расстояние 15 между горизонтальными трубами ОУ-2 рассчитывается теплотехническими расчетами, исходя из ширины подземного сооружения 13 и глубины сезонного оттаивания 12.In the service and loading shafts 9 there is equipment for lowering and lifting personnel and cargo, placing electric cables and other equipment. The distance 15 between the horizontal pipes ОУ-2 is calculated by thermotechnical calculations based on the width of the underground structure 13 and the depth of seasonal thawing 12.

Устройство действует следующим образом.The device operates as follows.

При понижении температуры атмосферного воздуха ниже температуры грунтов непосредственно вокруг горизонтальных труб 2 ОУ-1 и 6 ОУ-2 под действием разности давлений столбов воздуха в основании вертикальных труб 1 и 3 ОУ-1, 5 и 7 ОУ-2 происходит движение холодного воздуха через коллекторы 4 ОУ-1 и 8 ОУ-2 по горизонтальным трубам 2 ОУ-1 и 6 ОУ-2, охлаждая окружающие грунты. Сезонная работа охлаждающих устройств прекращается при повышении температуры атмосферного воздуха выше температуры охлажденных грунтов вокруг горизонтальных труб 2 и 6.When atmospheric air temperature drops below the soil temperature directly around the horizontal pipes 2 ОУ-1 and 6 ОУ-2 under the influence of the pressure difference of the air columns at the base of the vertical pipes 1 and 3 ОУ-1, 5 and 7 ОУ-2, cold air moves through the collectors 4 ОУ-1 and 8 ОУ-2 along horizontal pipes 2 ОУ-1 and 6 ОУ-2, cooling the surrounding soils. Seasonal operation of cooling devices stops when the temperature of the air rises above the temperature of the cooled soils around horizontal pipes 2 and 6.

Горизонтальные трубы 2 ОУ-1, расположенные в грунте вплотную к боковой стенке подземного сооружения 10 на уровне середины его высоты, в течение холодного периода охлаждают его и аккумулируют холод в окружающих мерзлых породах для частичного охлаждения подземного сооружения в летнее время. Основной холод для летнего охлаждения подземного сооружения 10 аккумулируется в верхних слоях массива многолетнемерзлых пород с помощью горизонтальных труб 6 ОУ-2. Первая температурная волна от охлаждающих труб 6, расположенных в основании слоя сезонного оттаивания на глубине h1 достигает подземного сооружения 10, расположенного на глубине h2, через промежуток времени δ, равный продолжительности работы охлаждающих устройств, и холодные температурные волны из охлажденного в зимнее время массива мерзлых пород в подземное сооружение продолжают поступать в течение всего лета. Продолжительность работы охлаждающих ОУ-2 должена быть не менее 6-ти месяцев. Это ограничивает применение предлагаемого устройства по климатическому фактору.Horizontal pipes 2 ОУ-1, located in the ground close to the side wall of the underground structure 10 at the level of the middle of its height, cool it and accumulate cold in the surrounding frozen rocks during the cold period for partial cooling of the underground structure in the summer. The main cold for summer cooling of the underground structure 10 is accumulated in the upper layers of the permafrost mass using horizontal pipes 6 OU-2. The first temperature wave from the cooling pipes 6 located at the base of the seasonal thawing layer at a depth of h 1 reaches an underground structure 10 located at a depth of h 2 after a period of time δ equal to the duration of the operation of the cooling devices and cold temperature waves from the array cooled in winter time frozen rocks in the underground structure continue to flow throughout the summer. The duration of the cooling OU-2 must be at least 6 months. This limits the use of the proposed device by climatic factor.

Технический результат - повышение надежности - достигается применением широко распространенных и достаточно прочных металлических горизонтальных и вертикальных труб, без специального теплоносителя и необходимости полной герметизации с термокомпенсаторами, которые существенно снижают надежность устройства. Повышенная надежность также достигается отсутствием напорного или вентиляционного оборудования и, соответственно, отсутствием пускорегулирующей аппаратуры, питающейся от внешней электросети, имеющей отличную от нуля вероятность отказа. Технический результат - снижение энергетических затрат - обусловлен автоматическим охлаждением грунта, прилегающего к горизонтальным трубам в зимнее время без специальных напорных устройств, при обеспечении существенных отрицательных стабильных температур. Технический результат - повышение автономности криохранилища - обеспечивается возможностью автоматической работы охлаждающей системы без обязательного участия человека, что дополнительно снижает эксплуатационные расходы по содержанию криохранилища.The technical result - increased reliability - is achieved by the use of widespread and sufficiently strong metal horizontal and vertical pipes, without a special coolant and the need for complete sealing with temperature compensators, which significantly reduce the reliability of the device. Increased reliability is also achieved by the absence of pressure or ventilation equipment and, accordingly, the absence of ballasts, powered by an external power supply, which has a non-zero probability of failure. The technical result is a reduction in energy costs due to automatic cooling of the soil adjacent to horizontal pipes in the winter without special pressure devices, while ensuring significant negative stable temperatures. The technical result - increasing the autonomy of the cryogenic storage - is ensured by the possibility of automatic operation of the cooling system without the obligatory participation of a person, which further reduces operating costs for maintaining the cryogenic storage.

Промышленное применениеIndustrial application

Способ и устройство осуществлены при строительстве в г. Якутске первого в мире Федерального криохранилища семян растений, полностью основанного на использовании естественного холода без применения напорных механизмов. В зимнее время окружающий криохранилище массив горных пород охлаждается с помощью воздушного устройства конвективного действия, горизонтальные каналы которого проложены за крепью сооружения. Для летнего охлаждения горизонтальные трубы соединены коллекторами, уложены в траншеи, выкопанные до верхней поверхности многолетнемерзлых горных пород над криохранилищем и засыпанные грунтом. Коллекторы соединены с вертикальными трубами для нисходящего и восходящего потоков атмосферного воздуха.The method and device were implemented during the construction in Yakutsk of the world's first Federal cryostorage of plant seeds, based entirely on the use of natural cold without the use of pressure mechanisms. In winter, the rock mass surrounding the cryostorage is cooled with the help of an air convective device, the horizontal channels of which are laid behind the roof of the structure. For summer cooling, horizontal pipes are connected by collectors, laid in trenches dug to the upper surface of permafrost rocks above the cryogenic storage and covered with soil. Collectors are connected to vertical pipes for downward and upward flows of atmospheric air.

Claims (10)

1. Способ охлаждения в летнее время подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород, характеризующийся осуществлением аккумулирования холода в верхней части массива мерзлых грунтов в зимнее время посредством сезонно действующего воздушного охлаждающего устройства, при этом подземное сооружение располагают на глубине, обеспечивающей достижение этой глубины первой температурной волны от труб охлаждающего устройства в момент прекращения циркуляции холодного воздуха, которая определяется по формуле:1. The method of cooling in summer the underground structures in the permafrost massif, characterized by the accumulation of cold in the upper part of the frozen ground massif in the winter by means of a seasonally operating air cooling device, while the underground structure is located at a depth ensuring the achievement of this depth of the first temperature wave from the pipes of the cooling device at the time of termination of the circulation of cold air, which is determined by the formula:
Figure 00000002
,
Figure 00000002
,
гдеWhere h1 - глубина сезонного оттаивания грунтов, в подошве которой располагают трубы охлаждающего устройства, м;h 1 - the depth of seasonal thawing of soils, in the sole of which are located the pipes of the cooling device, m; τ - продолжительность работы охлаждающего устройства в холодное время года, ч;τ - the duration of the cooling device in the cold season, h; λ и С - средние значения коэффициента теплопроводности, Вт/(м⋅К), и объемной теплоемкости грунтов, Дж/(м3⋅К), в кровле подземного сооружения;λ and C are the average values of the coefficient of thermal conductivity, W / (m⋅K), and volumetric heat capacity of soils, J / (m 3 ⋅K), in the roof of an underground structure; Т - амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, К.T is the amplitude of the outdoor temperature, K. 2. Устройство охлаждения в летнее время подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород, включающее два независимых воздушных охлаждающих устройства, каждое из которых включает как минимум одну горизонтальную охлаждающую трубу в грунте и как минимум две вертикально ориентированные трубы, выступающие над поверхностью земли, причем внутренние объемы вертикальных и горизонтальных труб соединены, при этом как минимум одна горизонтальная охлаждающая труба одного охлаждающего устройства уложена в грунт вплотную к боковой стенке подземного сооружения на уровне середины его высоты, а как минимум одна горизонтальная охлаждающая труба второго охлаждающего устройства уложена в основании слоя сезонного оттаивания.2. The summer cooling device of underground structures in the permafrost massif, including two independent air cooling devices, each of which includes at least one horizontal cooling pipe in the ground and at least two vertically oriented pipes protruding above the surface of the earth, with internal volumes vertical and horizontal pipes are connected, while at least one horizontal cooling pipe of one cooling device is laid in the ground close to the side wall At the bottom of the underground structure at the level of the middle of its height, and at least one horizontal cooling pipe of the second cooling device is laid at the base of the seasonal thawing layer. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что количество вертикально ориентированных труб равно четырем, причем все трубы верхними концами выполнены сообщающимися с атмосферой, нижние концы вертикально ориентированных труб соединены каждый со своим коллектором, два из которых расположены на глубине слоя сезонного оттаивания, другие два расположены в грунте вплотную к боковым стенкам охлаждаемого помещения на уровне середины его высоты, между соответствующими коллекторами расположены горизонтальные параллельные трубы, площади поперечного сечения вертикальных труб равны площади поперечного сечения соответствующих коллекторов.3. The device according to claim 2, characterized in that the number of vertically oriented pipes is four, with all the pipes having upper ends communicating with the atmosphere, the lower ends of the vertically oriented pipes being connected each to its own collector, two of which are located at the depth of the seasonal defrost layer, the other two are located in the ground close to the side walls of the refrigerated room at the level of the middle of its height, horizontal parallel pipes are located between the respective collectors, the area is transverse cross sections of vertical pipes are equal to the cross-sectional area of the respective collectors. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что верхний конец одной вертикальной трубы, отходящей от коллектора, расположен выше высоты максимального снежного покрова, причем вторая труба, отходящая от коллектора, противоположного упомянутому, расположена на высоте 3-5 м от поверхности земли.4. The device according to claim 2, characterized in that the upper end of one vertical pipe extending from the collector is located above the height of the maximum snow cover, the second pipe extending from the collector opposite to the aforementioned one, located at a height of 3-5 m from the ground .
RU2015105556A 2015-02-13 2015-02-13 Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation RU2621912C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105556A RU2621912C2 (en) 2015-02-13 2015-02-13 Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105556A RU2621912C2 (en) 2015-02-13 2015-02-13 Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015105556A RU2015105556A (en) 2016-08-27
RU2621912C2 true RU2621912C2 (en) 2017-06-08

Family

ID=56851963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015105556A RU2621912C2 (en) 2015-02-13 2015-02-13 Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621912C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769947C1 (en) * 2021-04-20 2022-04-11 Государственное бюджетное учреждение "Академия наук Республики Саха (Якутии)" Cryostorage of mammoth fauna

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108316080A (en) * 2017-01-17 2018-07-24 内蒙古大学 Subgrade in permafrost soil zone actively cools down ventilation duct

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2201565C2 (en) * 2000-10-31 2003-03-27 Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО РАСХН Winter cold storage
RU2344251C2 (en) * 2007-02-19 2009-01-20 Государственное научное учреждение Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Сибирского отделения РАСХН Cold refrigerator/accumulator
RU143963U1 (en) * 2014-03-11 2014-08-10 Евгений Самуилович Ашпиз COOLED FACILITY BASE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2201565C2 (en) * 2000-10-31 2003-03-27 Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО РАСХН Winter cold storage
RU2344251C2 (en) * 2007-02-19 2009-01-20 Государственное научное учреждение Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Сибирского отделения РАСХН Cold refrigerator/accumulator
RU143963U1 (en) * 2014-03-11 2014-08-10 Евгений Самуилович Ашпиз COOLED FACILITY BASE

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769947C1 (en) * 2021-04-20 2022-04-11 Государственное бюджетное учреждение "Академия наук Республики Саха (Якутии)" Cryostorage of mammoth fauna

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015105556A (en) 2016-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4139321A (en) Rock channel heat storage
CN103114600B (en) Method for conducting active thermal protection on tunnel shallow buried section in permafrost region using hot bar cluster
CN108952806B (en) Tunnel drainage anti-freezing integrated system in severe cold region
RU2621912C2 (en) Method of cooling underground structures in masses of permafrost rocks and device for its implementation
CN104596122A (en) Method for preventing and controlling freeze-expanded damage to water-containing subgrade in cold region and bunched low-temperature heat pipe
CN110295626B (en) Anti-freezing device of water supply and drainage pipeline and construction method thereof
US20130228303A1 (en) System for Storing Thermal Energy, Heating Assembly Comprising Said System and Method of Manufacturing Said System
RU2583025C1 (en) Surface foundation structure ensuring preservation of soil base in frozen state with simultaneous heating of structure
RU141110U1 (en) SYSTEM OF TEMPERATURE STABILIZATION OF SOILS OF BASES OF BUILDINGS AND STRUCTURES
US20110192566A1 (en) Thermal storage system for use in connection with a thermal conductive wall structure
JP2006207985A (en) Interseasonal cold system using natural environment cold
RU155180U1 (en) CONSTRUCTION FOR THERMOSTATING SOILS UNDER BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS
CN101576338B (en) Method for storing and utilizing natural cold energy and underground low temperature storage
US20090193833A1 (en) Ice harvesting storage vessel
RU51636U1 (en) DEVICE FOR COMPENSATION OF THERMAL INFLUENCE OF THE STRUCTURE FOUNDATION ON THE PERMANENT FROZEN SOIL
JP4289849B2 (en) Heat exchange pile
CN208251066U (en) The antifreeze swollen device of heat pipe-type cold storage floor
RU172000U1 (en) Device for freezing soils on the side sections of building structures
RU33955U1 (en) The cooled base of structures
RU2684941C2 (en) Surface foundation of building providing preservation of foundation soil in frozen condition with simultaneous heating of building
RU2779706C1 (en) Soil thermal stabilization method due to year-round regulation of heat transfer
RU2785027C1 (en) All-year round cooling unit based on the use of cold outdoor air
US20220307202A1 (en) Unpowered anti-frost anti-heave heat gathering device and subgrade thereof
RU157618U1 (en) FROZEN SOIL BUILDING
RU2592113C2 (en) Ground dam on permafrost base and method for creation thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180214

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20201008