— С этим понятно. Непонятно, как можно дома на вечной мерзлоте сберегать и при этом объявлять лютым восточносибирским морозам смертный бой. Ведь по сути именно так. Чтоб дома сохранить, вечную мерзлоту оберегать надо от таяния.
— Верно. Надо оберегать. Есть очень авторитетное мнение: «Если говорить о строительстве на мерзлоте, то многолетние мерзлые грунты – это прекрасные основания для строительства, если применять определенные меры их сохранения» (Академик Владимир Мельников, http://www.ikz.ru/melnikov/interview/Прогресс-на-вечной-мерзлоте). И никто с этим спорить не собирается.
Парадокса здесь нет. Мы и будем оберегать те фрагменты многолетнемерзлых грунтов, которые уже использованы в качестве оснований для объектов оконченного строительства или для объектов строительства ближайшего времени. Может быть, мы будем даже создавать (вот те на!) фрагменты многолетней мёрзлости грунтов в качестве оснований для строительства там, где вечной мерзлоты на текущий момент нет. А уж оберегать будем, как никто до нас. Но вся остальная вечная мерзлота подлежит ликвидации.
Нет, оберегают такие фрагменты и сейчас. Это называется термостабилизация вечномерзлых грунтов. Иногда говорят «активная термостабилизация». Но лукавят в какой-то мере. Малая толика лукавства есть и в применении слова стабилизация. Давайте посмотрим серьёзный источник.
«Для сохранения в мерзлом состоянии (термостабилизации) грунтов в свайном основании применяют капсулированные трубчатые погружные жидкостные либо парожидкостные устройства – термостабилизаторы (часто их называют парожидкостными термосифонами), которые помещают в специальные скважины, пробуренные рядом с опорным фундаментом для создания мерзлотного экрана. В зимнее время конвекционная циркуляция теплоносителя (в простейшем варианте это керосин) в жидкостных устройствах и паров пропана в парожидкостных термостабилизаторах обеспечивает охлаждение грунтов основания. С наступлением летнего периода, как только температура верхнего, находящегося на наружном воздухе, конуса (конденсатора) устройства становится выше температуры теплоносителя, циркуляция прекращается и процесс приостанавливается с частичным инерционным оттаиванием верхнего слоя грунта до следующего похолодания». http://www.splast.ru/upload/iblock/5d1/5d1005cac8796b03cd9b0bc4c62c19cd.pdf
Вообще сама идея парожидкостного термосифона проста и гениальна. Но простых и гениальных термосифонов недостаточно для окончательного решения проблемы.
Задумаемся вот над чем
«Причиной аварий являются неравномерная осадка грунта при таянии вечной мерзлоты, или же выдавливание опор и фундаментов при промерзании. Вблизи Уренгоя был отмечен подъем секции трубопровода на 1.5 м в течение одного года».
Ясно, что любые пульсации «замёрзло/оттаяло» приводят к знакопеременным действиям на сваи со стороны вечной мерзлоты. Поэтому термостабилизация на основе только парожидкостных термосифонов несколько ущербна. Во-первых, она не устраняет полностью сезонного оттаивания грунта, во-вторых, она не свободна от воздействия погодно-климатических капризов длительностью более года. А это очевидно приведёт к следующему: знакопеременные воздействия на конструкцию здания хотя и не вызовут немедленного обрушения, однако преждевременный выход из строя обеспечат.
Представим экстремальную ситуацию. Жила-была вечная мерзлота. Достаточно надежная. И поставили на нее пяти- и девятиэтажки. Даже парожидкостными термосифонами на всякий случай подстраховали. Но вдруг случился природный катаклизм. А может, и мы к тому руку приложили. Наступил эдакий погодно-температурный «День Сурка»: сегодня 0 градусов, и завтра 0 градусов и третьего дни, и через месяц, и через 10 месяцев. Потом 1,5-2 месяца лето, 20 градусов. И снова и сегодня 0 градусов, и завтра… До следующего лета.
— Бежать надо из этой пяти-девятиэтажки. Термосифоны не спасут. И вообще бежать. Окаянная это местность. Толку не будет, пока вечная мерзлота не растает. Или жить в палатке… Или на что это намек?.. Что, холодильную установку, что ли ставить? Так расход электроэнергии не хилый будет. Нет, лучше бросить это жилье к черту и податься куда подальше, счастья поискать… Хотя жаль, конечно. Такой климат всё же лучше чем раньше, когда 10 месяцев в году мороз от минус одного до ёханый бабай, а в среднем минус 15…
— Не рубите с плеча. 0°C — стабильный отопительный сезон. Мы с вами ещё в Магадане натренировались получать дополнительную теплоту на отопление за счет работы ВРУ. Вторым продуктом работы ВРУ, как и положено, получаем жидкий воздух, холод, без затрат энергии на его производство. Самым грубым прикидом определяем мощности. Пусть в доме, как наиболее обычно, 80 квартир. На отопление+горячее водоснабжение одной квартиры — 2-4 кВт. Итого на дом 240 кВт. По характеристикам КжАжАрж-6 холодопроизводительность ВРУ составляет приблизительно 11,3% от тепловой мощности. Холодопроизводительность ВРУ тепловой мощностью 240 кВт составит 27 кВт.
Замысел прост и в русле здравого смысла. На рассматриваемой гипотетической местности раньше был весьма холодный, резко континентальный климат: 10 месяцев в году морозы, средняя температура – минус 15°С, два месяца лета со средней температурой +20°C. Средняя температура по году – минус 8,9° (В Якутске минус 8,8°). Это вечная мерзлота без «быть или не быть». Хотя и с большим слоем сезонного таяния. Потом устанавливается (допустим, в результате наших мероприятий, а они — зимние, и чем сильнее мороз, тем более интенсивны) совершенно иная зима – постоянный ноль градусов в течение 10 месяцев. Лето без изменений. Средняя температура по году – +3,3°C. Рост средней температуры — на 12,2° — недоступен, естественно, ни глобальному потеплению, ни местным трендам, ни нашим мероприятиям. Но мы намеренно ставим себе очень высокую планку. Одолев эту высоту, меньшую высоту возьмем с гарантией. А планка действительно очень высока. В Архангельске в летописное время была вечная мерзлота. Теперь её там нет, и средняя температура +1,3°. При нашем умозрительном эксперименте, со средней температурой +3,3°, полным отсутствием минусовых температур и двумя очень тёплыми месяцами, кончина вечной мерзлоты ждать себя не заставит. В Воркуте средняя температура минус 5,3° и то вечная мерзлота балансирует на грани.
На поверхности под избранной нами пятиэтажкой, с запасом по периметру, мы постараемся в течение 10 месяцев удерживать ту же температуру — минус 15°C, как была раньше. Уже при этом вряд ли кто без сомнений затянет песнь о том, что вечная мерзлота под этой пятиэтажкой все равно обречена. А если мы умудримся ещё и в летние месяцы таяние вечной мерзлоты притормозить, то достаточность наших мер к целостности пятиэтажки будет неоспорима.
Придётся некоторые мероприятия по теплоизоляции провести. Ранее проветриваемый подвал или цоколь делаем абсолютно не проветриваемым, и делаем вокруг дома трёхметровую теплоизолирующую отмостку со змеевиком по принципу «тёплый пол», в нашем случае – холодный. Теплоизоляция должна быть дешева и толста. Прикидываем, на какую площадь нам хватит 27 кВт холодильной мощности. Теоретизировать, как всегда, не будем. Берём холодильник, внутри которого реализуется холодильная мощность, и смотрим, какую площадь наружной поверхности обеспечивает имеющаяся холодильная мощность. На удачу, на одном форуме написал человек, выполнивший конкретные наблюдения http://byt.potrebitel.ru/data/5/43/223.shtml . Холодильник Атлант MXM 2826-90. Наружная поверхность около 5 кв. метров. С учетом характерного режима «работа/пауза» средняя мощность, обеспечивающая температуры +4°C и -18°C, — 0,034 кВт. У абсорбционных холодильных машин холодильный (тепловой) коэффициент от 0,65 до 1,42. Для парокомпрессионных холодильников сведения в сети отсутствуют. Считается, что несколько выше, чем у абсорбционных. Однако при наличии большой морозильной камеры холодильный коэффициент вряд ли будет больше единицы. Принимаем единицу. В запасе у нас то обстоятельство, что нам нужно «бороться» с разницей холодной и теплой температур 15° (0° — -15°), а холодильнику — с разницей 20° (+24° — +4°) для холодильного отсека и 42° (+24° — -18°) для морозильной камеры. На 1 кв. метр наружной поверхности получается – 0,007 кВт холодильной мощности. Площадь, занимаемая типовой хрущевской 80-квартирной пятиэтажкой – 824 кв. метра. С учетом трёхметровых теплоизолирующих отмосток по периметру площадь поверхности, на которой мы должны поддерживать температуру минус 15° составляет 1362 кв. метра. При такой же (или немного худшей) удельной теплопроводности теплоизоляции, как у холодильника Атлант MXM 2826-90, для поддержания температуры минус 15° при 0° среды нам достаточно 9,53 кВт холодильной мощности. Пусть еще 4-5 кВт на охлаждение тепловых мостов – колонн здания. А у нас 27 кВт. Мы неспроста используем не просто холодильную установку, а ВРУ: накопив жидкий воздух, мы будем использовать его для защиты вечной мерзлоты летом. И очевиден избыток. Применение ему найдём. Вариантов видится два. Прокачивать через змеевик, уложенный под балласт железнодорожного пути или под асфальт автомобильной дороги (взлётно-посадочной полосы), под иные сооружения промышленного назначения, допустим, плотины. Или использовать в автомобилях-гибридах одновременно с соляркой или бензином. Тот воздух, который использован по первому и второму назначениям (охлаждение под пятиэтажкой или иными сооружениями), направляется, естественно, на детандер. Но можно использовать ВРУ меньшей мощности: не под потребность в тепле, а под потребность в холоде (жидком воздухе), — хотя глупо.
— Бред это всё. ВРУ слишком дороги, чтобы оснащать ими отдельные пятиэтажки.
— Поднимите взор выше по тексту и посмотрите на состояние жилого фонда в Воркуте, в Норильске. Там есть здания, уже прошедшие точку невозврата. Но множество таких, что простояли бы ещё многие десятки лет, если применить наш метод, а если не применить – не простоят и одного. Придётся валить и строить новые. Представление об уровне цен на ВРУ можно составить по кислородной станции МКДС-100К. Она стоит 2500000 руб. Вот она.
http://tiu.ru/p7562059-kislorodnye-stantsii.html
Судя по её производительности, по мощности она – самое то, что нам для нашей пятиэтажки надо. Но на выходе у неё не жидкий кислород, а газообразный, высокого давления. Допустим, модификация с выдачей жидкого обогащенного воздуха, а не газообразного кислорода, на 0,5 млн. руб. дороже (вообще-то она дешевле должна быть, а не дороже). Вдвое от полученного бросаем на укладку змеевиков и теплоизоляцию. На всё про всё 10 млн. руб. За такие деньги 80-квартивную пятиэтажку не сломаешь и новую, с отделкой не построишь.
— Ага. Ничего не выйдет. Это только в Магадане электроотопление (будет) во всех иных местах – газ.
— Что ж, оснащаем нашу ВРУ вместо электродвигателя двигателем внутреннего сгорания на природном газе. Или стирлингом. Это лучше, здесь широкое поле для технического творчества, на горизонте которого видится очень экономичная и долговечная машина, с попарно соосными, как у двигателя Баландина, цилиндрами стирлинга, компрессора и детандера: поршень рабочего цилиндра стирлинга и поршень компрессора на концах одного штока, поршень детандера и поршень-выталкиватель стирлинга — на концах другого. Бросаем ещё 2 млн. руб. И про 12 млн. руб. можно сказать то же, что про 10.
— Плохо. Когда в городе большая котельная или ТЭЦ, за нею следит квалифицированный персонал. Это надежно. Раздача источников тепла по отдельным пятиэтажкам повышает для их жителей риск остаться среди зимы без отопления.
— Да, это Вы точно подметили 🙂 Думаю, у жителей Норильска ещё на памяти авария ноября 1994 на единственной в городе ТЭЦ. Такое не забывается, знаменитое было бедствие. http://www.memorial.krsk.ru/Work/Konkurs/14/Roscshupkin/0.htm При реализации нашего варианта отопления шансов остаться без оного почти нет. К дому, который мы решили сохранять, подведены теплофикационные трубы от ТЭЦ. Нет резона их ликвидировать. Дублирование возможностей в большом не навредит. По мелочи — две штуки или две пары доп. задвижек. Тогда так.
Если исчез газ — переходим на небольшой запас топочного мазута или солярки. Стирлинг — не ДВС, позволяет.
Сломался стирлинг — продолжаем сжигать топливо. Теплоты на 11,3% меньше, Не фатально.
Сломалась топка — два-три соседних дома делятся теплотой.
Одновременно сломались топки в трех — четырех соседствующих домах — подключается теплоснабжение от ТЭЦ через общегородскую теплофикационную сеть. С появлением (увеличением) в цикле теплофикационного компонента (отбора пара с предпоследней ступени турбины) КПД электрогенерации падает. Это обычно. Такое теплоснабжение отнесено на крайний случай по соображениям экономии. В их числе еще соображения о потере тепла от большой протяженности трубопроводов, от не использования теплового насоса.
Думаю, сомнений в достаточном ОБЖ нашего принципа отопления нет.
Мы рассмотрели гипотетический случай радикального до не реальности роста средней температуры на местности с устойчивой вечной мерзлотой. Если мы начнем геофизически значимый отбор холода с эллипса, в полюсах которого полюса холода — Верхоянск и Оймякон, сложится (условно иллюстративно) следующая шкала. В Верхоянске и Оймяконе средняя температура станет как сейчас в Норильске. В Норильске — как сейчас в Якутске, в Якутске — как в Воркуте, в Воркуте — как в Архангельске. На исчезновение вечной мерзлоты в Архангельске хватило ста лет. Воркуте на ликвидацию вечной мерзлоты может понадобиться несколько меньший срок. А дальше очередь Якутска. Это может выглядеть забавно. Представьте. Стоит в Якутске (вот уже 120 лет стоит) на сохраняемой нашим методом вечной мерзлоте обычная пятиэтажка. А в 30 метрах от нее с веток падают, на радость детворе, розовато-оранжевые спелые, сладкие абрикосы. Конечно, можно выключить машину поддержания жизни вечной мерзлоты, поставить рядом, на давно уже не мерзлый грунт новую пятиэтажку, а старую сломать и забыть вечную мерзлоту как кошмарный сон. Но стоит старая крепко, ни единой трещинки. Опять же, пока вечную мерзлоту поддерживаем, термокарста не будет. А ну как после строительства на не мерзлом участке обычный карст начнет проявляться, не термо? Вон сколько в Таганроге зданий стяжками стянуто. Есть такие, под которые пришлось жидкое стекло закачивать (таможня, отделение непрерывной разливки стали). Слава Богу, следят люди. Но однажды не уследили: трубосварочный цех рухнул. 14 погибших. Безо всякой вечной мерзлоты. Так что пусть постоит еще наша пятиэтажка на вечной мерзлоте. Конечно, поддерживать исправность ВРУ дороговато. Но газ экономит, поскольку тепловой насос. А стоит газ очень дорого (через 120 лет). Избыточный жидкий воздух – очень неплохая штучка. Все кто в этой старой пятиэтажке живёт, ездят на газово-жидковоздушных гибридах. Жидким воздухом заправляются по месту жительства. Второй раз по месту работы, в институте Мерзлотоведенья:). Он тоже на сохраняемой вечной мерзлоте:).
— Слушайте, что Вы фантазируете? Вы ведь всё это планируете не где-то на отшибе, а прямо под жилой пятиэтажкой. Вы понимаете, что до воплощения надо выполнить исследования, проектирование, испытания, разработать СНиП-ы, СанПиН-ы, Стандарты? Кто этим будет заниматься?
— Государство.
— Хосподи, да ему-то оно зачем?!
— Ради экономии при исполнении Закона от 25 октября 2002 г. N 125-ФЗ «О жилищных субсидиях гражданам, выезжающим из районов Крайнего Севера и приравненным к ним местностей». Дадут семейной паре, отработавшей на Крайнем Севере положенное, в собственность квартирку метров 65 в пятиэтажке, которая завтра рухнуть могла бы, а благодаря нашему методу поддержки отложила своё руханье лет на сто, так может и эта семейная пара на такой же срок переезд отложит (а если некоторое потепление там грядёт, то наверняка) и к Государству за жилищным сертификатом не обратится. Жилищный сертификат не в копейку Государству обходится. А если заработает наш полновесный вариант «Восточная Сибирь — экватор», немало площади российской вообще и справедливо выпадет из категории «Крайний Север», с проистекающими экономическими результатами. Не знаю, как наше Государство, а я бы на его месте обрадовался…
— Что по поводу эмиссии метана при таянии вечной мерзлоты?
— Есть встречающееся и, видимо, не беспочвенное мнение, что вечная мерзлота – пережиток ледниковых периодов. Стало быть, обречена. Видны два сценария.
Первый. Вечная мерзлота тает естественным путём. Метан мерзлоты постепенно, но бесконтрольно, и не встречая сопротивления, осваивает атмосферу. Снежный ком парникового эффекта нарастает. Ледовые щиты Гренландии и Антарктиды тают. Живописать не буду. Без меня много.
Второй. Работает наш проект. Вечная мерзлота в Сибири тает быстро. Однако работают и неотъемлемые компоненты проекта: извлечение из атмосферы метана, закиси азота и углекислого газа (или, по крайней мере, радикальное сдерживание его прироста в атмосфере). Процесс повышения температуры в Сибири приводит и к увеличению длинноволнового излучения с этой территории в целом. Кроме того, в осенние месяцы, когда инсоляция минимальна и длинноволновое излучение превалирует в теплообмене территории Сибири с космосом, снежный покров устилает поверхность позже, высокая излучательная способность не покрытой снегом поверхности способствует охлаждению за счет длинноволнового излучения, не приводя к дополнительному нагреву от низкого альбедо по причине низкой инсоляции. Втягивание в течение зимы на территорию Сибири больших масс не только теплого, но и влажного воздуха приведёт к увеличению толщины снежного покрова. Весной, когда инсоляция велика, задержка таяния мощного снежного покрова, ранее не характерного для этой малоснежной местности, задерживает по времени также и высокое альбедо, сдерживая нагрев от инсоляции.
Надо сделать еще одно сравнение первого и второго вариантов. В настоящее время глобальное потепление остановилось. За время наблюдения этого явления средняя температура на планете выросла на 0,7°. И рост остановился. Никто не возьмет на себя смелость твердо и однозначно заявить о том, как долго будет продолжаться пауза, и каков будет знак тренда по её окончании. Но господствует мнение, что по окончании паузы потепление продолжится. Во всяком случае, киотских мероприятий никто с повестки дня не снимал. В т.ч. в России http://www.climatechange.ru/node/2005
Бесспорно, что нет в Сибири и не будет вечномерзлых территорий с абсолютной стабильностью средней температуры и полным отсутствием сезонного таяния. Где нет сезонного таяния, там ледник. Даже если предположить, что средняя на планете температура зафиксировалась навсегда, невозможно, оставаясь в здравом уме, сделать такое же предположение относительно локальных средних температур. К трендам их изменений мы уже обращались. Эти тренды различны по знаку и часто вдвое больше общепланетного по абсолютной величине. А это значит, что высокой надежности сооружений на вечной мерзлоте Сибири не будет никогда. Высокая надежность сооружений на вечной мерзлоте возможна в одном из двух случаев: либо на небольшом участке, где мы будем поддерживать и регулировать вечную мерзлоту нашим криогенным методом, либо на большой площади, где вечная мерзлота ликвидирована. Но количество сооружений, основания которых мы можем, не впадая в убыточность, поставить на криогенное довольствие, определяется потребностью в отоплении помещений.
Из всего сказанного вывод, предоставляющий две возможности.
Либо мы «работаем номер» «Восточная Сибирь — экватор», при этом достаточно быстро ликвидируем вечную мерзлоту на больших площадях, криогенно поддерживая мерзлоту под зданиями и сооружениями. И при этом же сдерживаем рост температуры на всей планете, включая Гренландию и Антарктиду, + что описано выше фрагмента о таянии вечной мерзлоты.
Либо мы, как сейчас, призываем снижать выбросы CO2 и разводить леса. Наши не дальние потомки становятся свидетелями (и пострадавшими от) агонии вечной мерзлоты, медленно продвигающейся с юго-запада Сибири на северо-восток. Этот вариант чреват долгими судорожными попытками спасать здания и сооружения, а если еще и без нашего метода (а будет без нашего, потому что кто ж дилетантов слушает), то расходы на здания будут как сейчас в Воркуте на площадках, где мерзлота еще есть, но на грани издоха… В общем, тот же хрен, но отягощенный повышением уровня мирового океана, вызванным таянием Гренландского и Антарктического ледовых щитов.
Выбирайте, но осторожно, но выбирайте.
— Допустим, ладно. Но многолетнемерзлый грунт Сибири, наверное, высокольдистый, и сейчас содержит H2O в виде льда больше, чем сможет удержать после оттаивания. Вода уйдет в мировой океан, к радости повышения его уровня.
— Пожалуй, да. Надо достраивать каналы для переброски части стока Сибирских рек в Среднюю Азию. И срочно. Средняя Азия может проглотить очень много воды. В Арал, в оросительные каналы, в грунт. И не бесплатно будем туда российскую воду направлять (или не нужны России деньги?). Кроме того, переброска воды в Среднюю Азию есть, в сущности, мера по защите Гренландского ледового щита от таяния. Реки-то Сибирские с юга на север текут, в Ледовитый океан. И, естественно, несут туда много теплоты, поскольку их вода теплее. Но и не только. Дело в том, что при смешении пресной воды рек с соленой водой океана выделяется много теплоты. Поэтому чем меньше воды Сибирских рек в Ледовитый океан попадет, тем Гренландскому ледовому щиту спокойнее.