ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

В период короткого, но жаркого лета возникает необходимость охлаждения продовольствия, жидкого топлива перед сливом в льдогрунтовые хранилища, а также кондиционирования воздуха в различных помещениях. Продолжительная зима с низкими температурами воздуха и широкое распространение многолетнемерзлых грунтов создают возможность аккумулировать естественный холод. Оказывается технически возможным и экономически целесообразным создавать запасы холода в подземных резервуарах. В Институте мерзлотоведения СО РАН на основе экспериментальных исследований разработан способ аккумулирования холода в зимнее время и использования его для охлаждения жидкостей и газов, в частности молока на летних фермах. Реализация способа стала возможной в связи с разработкой технологии гидроразмыва мерзлых грунтов для создания подземных резервуаров.

Охладитель ГО-2 основан на использовании теплоты фазового перехода льда, намораживаемого в подземном резервуаре, который создается в массиве мерзлых дисперсных грунтов с температурой не выше -1,5…-2,0 ^ОС.

Он состоит из резервуара, воздушных замораживающих устройств (ВЗУ) и водяной циркуляционной системы (ВЦС). Резервуар представляет собой вытянутую в вертикальном направлении цилиндрическую горную выработку, кровле которой придается устойчивая сферическая форма. Размеры резервуара определяются необходимым запасом холода и требованиями обеспечения его устойчивости. Кровля резервуара располагается ниже границы сезонного протаивания. Толщина постоянно мерзлого слоя должна обеспечивать устойчивость кровли при максимальных нагрузках, которые могут кратковременно или длительное время действовать на поверхности земли.

В холодное время года в каналах ВЗУ возникает конвективное движение холодного воздуха. В результате передачи тепла от воды к потоку холодного воздуха вокруг ВЗУ постепенно намерзает лед. После полного замерзания воды в резервуаре происходит охлаждение льда и окружающих грунтов. В подземном резервуаре обычно размещается одно замораживающее устройство в его центре и один кольцевой ряд боковых ВЗУ. Радиус ледяного цилиндра, намораживаемого вокруг ВЗУ, зависит от климатических условий местности и параметров ВЗУ.

Водяная циркуляционная система, состоящая из погружного насоса, нагнетательной и сливной труб, рекуперативного теплообменника на поверхности земли и смесительного теплообменника, представляющего собой резервуар с тающим льдом, обеспечивает отвод тепла от охлаждаемой среды в подземный резервуар. Промежуточным хладоносителем является вода, которая охлаждается в результате смешивания с холодной водой и таяния льда в резервуаре. Перед пуском ВЦС заполняется водой путем заливки воды в центральное ВЗУ.

При включении погружного насоса холодная вода из центрального ВЗУ по нагнетательному трубопроводу ВЦС подается в теплообменник, где нагревается в результате теплообмена с охлаждаемой средой, и по сливному трубопроводу возвращается в резервуар. Здесь она вызывает постепенное таяние льда. Охлажденная в резервуаре вода через специальную щель на стенке корпуса попадает в центральное ВЗУ и всасывается насосом. Таким образом, происходит циркуляция воды и перенос тепла от охлаждаемой среды в подземный резервуар с намороженным льдом.

Вблизи г.Якутска, где средняя температура воздуха в период пяти наиболее холодных месяцев составляет -33,8 ^ОС, а средняя скорость ветра 1,8 м/с, вокруг одиночного ВЗУ диаметром 402 мм за зимний период в подземном резервуаре с водой намораживается ледяной цилиндр диаметром около 2,8 м. Теплота плавления такого цилиндра составляет 2х10 ⁶ кДж/м.