ВОЗДУШНО-КОНВЕКТИВНАЯ ТЕРМОСВАЯ Советский патент 1995 года по МПК E02D3/115 

Изобретение относится к строительству и касается выполнения термосвай.

Цель изобретения повышение эффективности термосваи в работе.

На фиг. 1 изображена описываемая термосвая в зимний период, продольный разрез; на фиг.2 то же, в летний период.

Термосвая содержит герметичный трубчатый корпус 1 с наружным оребрением 2 надземной части, наружным оребрением 3 подземной части и отверстием 4 в наземной части, закрываемым резьбовой пробкой 5. Внутри корпуса установлена циркуляционная труба 6 с переточным устройством 7, выполненная из материала с низкой теплопроводностью, например, из полиэтилена высокого давления.

Внутренняя полость корпуса заполнена обычным атмосферным воздухом при обычном атмосферном давлении и частично водой из расчета предпочтительно 0,5-1,5 кг на 1 м² внутренней поверхности надземной части, но не более 5 кг на 1 м² этой поверхности.

Термосваю погружают на требуемую глубину в грунт, через отверстие 4 заполняют требуемым количеством воды, после чего отверстие герметично закрывают резьбовой пробкой 5.

При заливке воды в установленную термосваю летом вода может замерзнуть в донной части и частично на стенках подземной части. При заливке воды в установленную термосваю зимой вода может частично замерзнуть на стенках надземной, подземной и донной части. В последнем случае, т.е. зимой, надземную часть после заливки воды прогревают с той целью, чтобы вода стекла в подземную часть. Вода может быть залита и при изготовлении термосвай. В этом случае при установке термосваи зимой надземную часть также прогревают с аналогичной целью.

Независимо от того, в каком качестве и в каком месте подземной части находится залитая вода, в зимнее время она испаряется (сублимируется) в циркуляционный поток воздуха и осаждается из этого потока на наиболее холодных участках, т.е. на внутренней поверхности надземной части корпуса.

Такой перенос влаги происходит в результате ненасыщенного состояния циркулирующего воздуха относительно температуры воздуха относительно температуры подземной части и пересыщенного состояния относительно температуры надземной части. В связи с тем, что это пересыщение незначительно, на так называемых "активных" центрах, обладающих повышенной поверхностной энергией, происходит образование кристаллов льда и их прирост.

На металлической поверхности такими центрами являются мельчайшие выступы естественной шероховатости, на которых и образуются "зародышевые" кристаллы. Дальнейший рост этих "зародышей" происходит при существенном меньшем пересыщении, чем образование новых "зародышей". Поэтому на стенке образуется не сплошная ледяная корка, а отдельные, рядом лежащие кристаллы, поскольку поверхность имеет, как правило, регулярную структуру. Эти кристаллы также растут преимущественно за счет своих "активных" центров, каковыми являются их вершины. Поэтому в результате образуется игольчатая структура 8, существенно уменьшая термическое сопротивление со стороны внутренней поверхности надземной части.

В летнее время циркуляция воздуха прекращается, корпус 1 надземной части термосваи нагревается и ледяные кристаллы начинают таять. Образующаяся вода стекает по стенке корпуса в подземную часть и замерзает на ней в виде ледяной корки 9, размещенной ниже границы деятельного слоя 10 вечномерзлых грунтов.

В начале очередного зимнего периода ледяная корка вновь сублимируется в восходящий поток цикрулирующего воздуха и вновь осаждается на внутренней поверхности надземной части корпуса, повторяя прежнюю игольчатую структуру 8 с развитой поверхностью контакта с теплоносителем.

В диапазоне 0,5-1,5 кг/м² наблюдаются хорошо оформленные иголки льда и минимальное термическое сопротивление. При дальнейшем добавлении воды это сопротивление растет за счет срастания оснований ледяных игл друг с другом и появления дополнительного термического сопротивления в виде ледяной стенки. При содержании воды более 5 кг/м² термическое сопротивление со стороны внутренней поверхности надземной части становится выше первоначального, т.е. эффективность термосваи падает. Таким образом, количество воды в воздушно-конвективной термосвае с герметичным корпусом не должно превышать 5 кг/м² поверхности надземной части.

При функционировании термосваи в качестве несущих конструкций наружное оребрение 2 повышает эффективность охлаждения за счет уменьшения термического сопротивления со стороны наружной поверхности надземной части; наружное оребрение 3 обеспечивает полное использование улучшенных свойств охлажденного грунта за счет обеспечения напряжения сдвига "грунт по грунту"; низкая теплопроводность материала циркуляционной трубы 6 повышает эффективность охлаждения за счет уменьшения термического сопротивления продольному переносу тепла.

Все эти мероприятия вместе с мероприятием по повышению эффективности за счет добавки воды обеспечивают требуемую несущую способность воздушно-конвективной термосваи с герметичным корпусом для применения ее в качестве свайных фундаментов на вечно-мерзлых грунтах. С учетом очевидных технологических достоинств (безотказность в работе; отсутствие забот о теплоносителе, кроме однократной заливки воды; полная безотказность и экологическая безвредность) такая термосвая более конкурентноспособна и привлекательна для потребителей по сравнению с термосваями, в которых теплоносителем служит незамерзающая или легкокипящая жидкость.

Изобретение относится к выполнению воздушно-конвективных термосвай. Цель изобретения повышение эффективности термосваи в работе. Воздушно-конвективная термосвая содержит частично заглубленный в грунт герметичный трубчатый корпус 1 и коаксиально установленную в корпусе циркуляционную трубу 2. Полость корпуса частично заполнена водой. Количество воды, заливаемое в термосваю, не превышает 5 кг на 1 м² внутренней поверхности надземной части корпуса, а оптимальный диапазон составляет 1 ± 0,5 кг на 1 м² 2 ил.

ВОЗДУШНО-КОНВЕКТИВНАЯ ТЕРМОСВАЯ, включающая частично заглубленный в грунт герметичный трубчатый корпус и коаксиально установленную в корпусе циркуляционную трубу, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, внутренняя полость корпуса частично заполнена водой в соотношении 0,5 5,0 кг воды на 1 м² внутренней поверхности подземной части корпуса.