The efficiency of using a heat pump in the construction of buildings on sites with a sunken roof of icy permafrost

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Currently, there is a problem of reliability of buildings and structures built on permafrost soils according to principle I, which is due to the dependence of standard design solutions on the climatic component. The solution to this problem involves the introduction of methods of active thermal stabilization of soils, which makes it possible to effectively manage heat flows and ensure the preservation of the base soils in a frozen state. One of the key solutions proposed by the authors is the use of a heat pump with the placement of a cooling circuit in a soil massif. The use of heat pumps in construction on sites with permafrost soils is an innovative approach that ensures the safety and efficiency of building operation. In the article, using a specific example of a building in Salekhard, the possibility of using a heat pump on a site with a sunken roof of icy permafrost rocks is considered.Research methods include the analysis and generalization of literary sources and multivariate computational experiments to study the temperature field of the building foundation soils using a heat pump. The main conclusion of the study is the expediency of using heat pumps in the construction of buildings in areas with a sunken roof of icy permafrost. The innovative method proposed in this article for preserving the soils of the base in a frozen state, when applied in practice, will prove to be an effective solution against the background of a new natural challenge — global climate warming. In addition to keeping the foundation soils in a frozen state and ensuring stable operation of buildings and structures in the cryolithozone, heat pumps provide significant economic benefits by reducing operating costs. Heat pumps also contribute to reducing emissions of carbon dioxide and other pollutants, which is important in the context of global climate change and the pursuit of sustainable development.

References

  1. Никифорова Н.С., Коннов А.В. Несущая способность свай в многолетнемерзлых грунтах при изменении климата. Construction and geotechnics Т. 12, № 3, 2021.
  2. Стрелецкий Д.А., Шикломанов Н.И., Гребенец В.И. Изменение несущей способности мерзлых грунтов в связи с потеплением климата на севере Западной Сибири. Криосфера Земли, 2012, т. XVI, № 1, С. 22–32.
  3. Алексеев А.Г., Зорин Д.В. и др. Прогноз изменения температуры грунтов на территории Республики Коми (Городской округ Воркута). Научно-исследовательская работа, АО «НИЦ «Строительство». Москва, 2018.
  4. Фалалеева А.А., Шелков Я.Ю., Чеверев В.Г., Брушков А.В. Оценка изменения несущей способности мерзлых грунтов при возможном изменении температуры и оттаивании вечной мерзлоты в арктической зоне Российской Федерации к середине XXI века // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2023. № 5. С. 105–116.
  5. Горбунова А.А. Новый способ использования высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований одноэтажных зданий в условиях глобального потепления климата // Науч. вестн. Ямало-Ненец. автоном. округа, 2023, т. 118, № 1, С. 38–54.
  6. Хрусталев Л.Н., Хилимонюк В.З. Новый фундамент для зданий в Арктике // Криосфера Земли, 2018, т. XXII, № 4, с. 25–30.
  7. Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982.
  8. Кибл Дж. Применение и экономика тепловых насосов // Энергия окружающей среды и строительное проектирование. М.: Cтройиздат, 1983, C. 56–65.
  9. Мартыновский В.С. Тепловые насосы. М.-Л., Госэнергоиздат, 1955.
  10. Jnstanes B. Permafrost engineering on Svalbard // International Work-shop on Permafrost engineering Longyearbyen, Svalbard, Norway, 2000.
  11. Stenbeak-Nielson, Sweet L.R. Heating with Ground Heat, An Energy saving Method for Home Heating // The Northern. 1975. No. 7(1). Pр. 20‒25.
  12. Lavrik A., Buslaev G., Dvoinikov M. Thermal Stabilization of Permafrost Using Thermal Coils Inside Foundation Piles. Civil Engineering Journal. 2023. No 9(4). Pр. 927‒938.
  13. Khalil A., Attom M., Khan Z., Astillo P.V., El-Kadri O.M. Recent Advancements in Geothermal Energy Piles Performance and Design. Energies. 2024, No. 17. Pр. 5‒9.
  14. Heller S. A. Numerical Simulation of Permafrost Thermal Regime under a Heat Pump Chilled Foundation in Longyearbyen, Svalbard Master’s thesis in Civil Engineering and Cold Climate Engineering (UNIS), Rao Martand Singh (NTNU), 2021.
  15. Горбунова А. А. Термодинамический расчет теплового насоса, совмещенного с поверхностным фундаментом на многолетнемерзлых грунтах // Криосфера Земли. 2024. Т. 28, № 3. С. 63‒69.
  16. Гулый С.А. Опыт использования льда и снега при строительстве ледяного склада в Магадане // Колыма, 2000, № 1. С. 53‒55.
  17. Хрусталев Л.Н., Хилимонюк В.З., Перльштейн Г.З., Каманин Д.В. Поверхностный фундамент сооружения, обеспечивающий сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии с одновременным обогревом сооружения. Патент № 2583025, Бюл. № 12, 2016.
  18. Хрусталев Л.Н., Пармузин С.Ю., Емельянова Л.В. Надежность северной инфраструктуры в условиях меняющегося климата. М.: Университетская книга, 2011.
  19. СП 25.13330.2020 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». "em" "/em"

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».