Будівельна опорна конструкція, занурена у ґрунт

Будівельна опорна конструкція, занурена у ґрунт, що містить металеву арматур у, укладену у порожнину ґрунту, та бетонну суміш, якою заповнена ця порожнина, яка відрізняється тим, що як арматуру, зокрема, містить як мінімум одну металеву трубу, частина якої розташована нижче рівня поверхні ґрунту, а отвори обох кінців цієї металевої тр уби розташовані назовні частини поверхні 3 36179 Як можна побачити, встановлення і теплообмінників теплонасосів і будівельних опорних конструкцій передбачають здійснення робіт з виїмки ґрунту. Як було вже зазначено вище, металеві теплообмінники, занурені у ґрунт піддаються поступовому руйнуванню і тому потребують додаткового захисту від безпосереднього контакту з ґрунтом та від руйнування. При цьому, завжди існує нагальна потреба зниження витрат при будівництві, а також зниження витрат на поточну експлуатацію теплообмінників. Вказані проблеми можуть бути вирішені шляхом розміщення теплообмінників теплонасосів в середині будівельних опорних конструкцій, занурених у ґр унт, які створюються безпосередньо у порожнині ґрунту. Однак відомі будівельні опорні конструкції, занурені у ґр унт, не передбачають можливості такого встановлення. Наприклад, відома будівельна опорна конструкція, що наведена в [описі до авторського свідоцтва СРСР SU 870585, МПК3 Ε02D5/36; опубл. 07.10.1981. "Спосіб зведення набивної палі в ґрунті".] Відповідно до опису вказаного авторського свідоцтва, зведення набивної палі в ґрунті, тобто будівельної опорної конструкції, зануреної у ґрунт, включає утворення свердловини, тобто порожнини у ґр унті, укладання в отриману порожнину арматури та заповнення цієї порожнини бетонною сумішшю. Як можна побачити, описана будівельна опорна конструкція, занурена у ґрунт, не передбачає встановлення теплообмінника для забезпечення можливості його під'єднання до теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом, що обумовлює обмеженість функціональності арматурного каркасу та цієї будівельної конструкції в цілому. Вищеописана будівельна опорна конструкція, занурена у ґр унт, обрана як найближчий аналог заявленої корисної моделі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення будівельної опорної конструкції, зануреної у ґрун т, з розширеними функціональними можливостями, які б дозволили, при збереженні конструктивної міцності цієї конструкції, забезпечити можливість використання цієї конструкції як теплообмінника теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом, шляхом нового виконання елементів та зв'язків елементів конструкції. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у будівельній опорній конструкції, зануреної у ґр унт, яка отримана шляхом укладання у порожнину ґрунту металевої арматури та заповнення цієї порожнини бетонною сумішшю, відповідно до корисної моделі, в якості арматури зокрема містить як мінімум одну металеву тр убу, частина якої розташована нижче рівня поверхні ґрунту, а отвори обох кінців цієї металевої труби розташовані назовні частини поверхні будівельної опорної конструкції, яка не контакту з ґрун том, та виконані з можливістю з'єднання з тепловою насосною установкою з оборотним гідравлічним циклом. При цьому будівельна опорна конструкція виконана із 4 забезпеченням захисту металевої тр уби від безпосереднього контакту з ґрунтом, що оточує будівельну опорну конструкцію, та з одночасним забезпеченням теплової взаємодії металевої труби з ґрунтом, що оточує будівельну опорну конструкцію. Металева тр уба виконана з можливістю проходження крізь її порожнину рідкого теплоносія та утворення вхідного і вихідного контурів теплообмінника. Саме ці ознаки необхідні і достатні для вирішення поставленої задачі. Як можна побачити, під будівельною опорною конструкцією, зануреної у ґрунт, розуміються будьякі конструкції, що повністю або частково занурені у ґрун т в результаті їх створення шляхом укладання у порожнину ґрунту металевої арматури та заповнення цієї порожнини бетонною сумішшю. Це можуть бути як палі чи фундаменти, так і опори мостів або носійні конструкції склепінь підземних або наземних споруд, створення яких може також передбачати використання опалубки. Встановлення в якості арматури зокрема як мінімум одної металевої труби передбачає часткову або повну заміну арматурних елементів на вказані труби, що надає можливість розширити функціональні можливості будівельної опорної конструкції без додаткових витрат та із збереженням конструктивної міцності цієї конструкції. Саме розташування частини металевої труби нижче рівня поверхні ґрунту та розташування обох отворів кінців цієї труби назовні частини поверхні будівельної опорної конструкції, яка не контакту з ґрунтом, і виконання цих отворів з можливістю з'єднання з тепловою насосною установкою з оборотним гідравлічним циклом дає можливість застосування будівельної опорної конструкції як теплообмінника теплового насосу в результаті під'єднання до внутрішнього контуру останнього. Виконання будівельної опорної конструкції із забезпеченням захисту металевої тр уби від безпосереднього контакту з ґрунтом, що оточує будівельну опорну конструкцію, дозволяє уникнути руйнування труби теплообмінника теплонасосу, яке пов'язане з корозією, обумовленою вологістю та підвищеною кислотністю середовища ґрунту, з пошкодженням в результаті поступового зміщення ґрунту або в процесі будівельних або інших робіт, а також із старінням матеріалу. Як можна побачити, зазначений захист металевої труби передбачає розміщення її частини, що знаходиться в межах тіла будівельної конструкції, таким чином, щоб забезпечувалась наявність шару бетон у між цією трубою та ґр унтом. Навіть якщо в тр убі з'являються мікрощілини, в результаті технологічного браку труби, її пошкодження в процесі монтажу або неякісних зварних швів частин цієї труби, теплоносій не буде виливатися назовні, що значно підвищує строк експлуатації такого теплообмінника. Одночасне забезпечення теплової взаємодії металевої труби з ґрунтом, що оточує будівельну опорну конструкцію, є обов'язковою умовою функціонування теплообмінника і може бути досягнуте при застосуванні у створенні будівельної конструкції звичайних бетонних сумішей без додаткових домішок або матеріалів, що суттєво погіршують 5 36179 теплообмін. Це можуть бути суміші, призначені для отримання конструкційних або спеціальних не теплоізоляційних бетонів. Виконання металевої труби з можливістю проходження крізь її порожнину рідкого теплоносія та утворення вхідного і вихідного контурів теплообмінника, дозволяє надавати будь-яку просторову форму металевій трубі при одночасному збереженні необхідної конструктивної міцності будівельної опорної конструкції і застосуванні цієї конструкції як теплообмінника теплонасосу. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена будівельна опорна конструкція, занурена у ґрунт. Конструктивно один з можливих варіантів виконання будівельної опорної конструкції, зануреної у ґр унт, може мати вигляд палі, як це зображено на кресленні, створеної шляхом укладання у порожнину ґрунту металевої арматури та заповнення цієї порожнини бетонною сумішшю. Однак, як вже було зазначено вище, це може бути будь-яка будівельна опорна конструкція, частково або повністю занурена у ґр унті, яка створена шляхом укладання у порожнину ґрунту металевої арматури та заповнення цієї порожнини бетонною сумішшю. Тобто ця будівельна конструкція може мати будь-яку просторову форму, що залежить від її призначення та виду ґрунту, в якому вона створюється. Це може бути як паля чи фундамент, так і опора мосту, або носійна конструкція склепіння підземної споруди, наприклад метрополітену, або підпірна стінка. Більша частина палі, зображеної на кресленні, розташована у ґрунті 1. Все тіло 2 палі складається з бетону. В середині тіла 2 палі розташовані елементи каркасу у вигляді двох металевих стрижнів 3 та металева труба 4. Більша частина металевої труби 4 розташована нижче рівня поверхні ґрунту. При цьому, металева труба 4 розташована таким чином, що бетон тіла 2 палі утворює прошарок між ґрунтом 1 та всією частиною металевої труби 4, що знаходиться нижче рівня поверхні ґрунту, тобто із забезпеченням відсутності безпосереднього контакту з ґр унтом. Отвори обох кінців металевої труби 4 розташовані у верхній частині палі, тобто назовні частини поверхні будівельної опорної конструкції, яка не контактує з ґрунтом. Форма та просторове розташування металевої труби 4 забезпечують утворення суцільної порожнини, що простягається від одного до другого отвору кінців металевої труби 4. Таким чином утворений вхідний контур 5 та ви хідний контур 6 теплообмінника. Виконання кінців металевої труби 4 дозволяє здійснити поєднання цієї труби з входом і виходом насосу теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом (на кресленні не показана), наприклад, шляхом різьбового або зварного з'єднання. Описана будівельна опорна конструкція, занурена у ґрунт, може бути створена наступним чином. У ґрунті 1 будь-яким відомим способом утворюють порожнину, наприклад бурінням свердловини. В отриману свердловину вкладають метале 6 ві стрижні 3 та вигнуту металеву трубу 4, частину якої розміщують нижче рівня поверхні ґрунту 1 і таким чином, щоб отвори обох кінців металевої труби 4 були розташовані назовні частини поверхні майбутньої будівельної опорної конструкції, яка не буде контактувати з ґр унтом, у даному випадку у верхній частині майбутньої палі, а сама металева тр уба 4 не контактувала з ґрунтом 1. Далі, будь-яким відомим способом, над свердловиною встановлюють опалубку для створення частини майбутньої будівельної опорної конструкції, що буде розташована вище рівня поверхні ґрунту 1. Після цього свердловину та простір, обмежений встановленою опалубкою, наповнюють бетонною сумішшю. За такою технологією створюється переважна частина бурових палій для будівництва. Як було зазначено вище, ця будівельна опорна конструкція передбачає забезпечення теплової взаємодії металевої труби 4 з ґрунтом 1, що оточує будівельну опорну конструкцію, тому в якості бетонної суміші застосовують саме такі бетонні суміші, що призначені для отримання конструкційних або спеціальних не теплоізоляційних бетонів і не містять додаткових домішок або матеріалів, що суттєво погіршують теплообмін. Такі бетонні суміші являють собою суміш в'язких речовин, наприклад цементу або бітуму, води та наповнювача, наприклад піску, гравію або щебеню. Укладання бетонної суміші може здійснюватися пошарово та з додатковим ущільненням. Необхідність та спосіб ущільнення визначається в залежності від призначення будівельної опорної конструкції та виду грунту, в якому вона створюється. Для ущільнення бетону можуть бути застосовані, зокрема, електромеханічні, електромагнітні або пневматичні вібратори. Ущільнення бетону і прискорення його твердіння також можливо за допомогою вакуумування, тобто штучного видалення зайвої вологи. До утвореної будівельної опорної конструкції, зануреної у ґрунт, яка у даному випадку має вигляд палі, може бути під'єднана теплова насосна установка з оборотним гідравлічним циклом (на кресленні не показана). Таке під'єднання здійснюється шляхом різьбового або зварного з'єднання отвору одного кінця металевої труби 4 з входом, а отвору др угого кінця цієї труби - з ви ходом насосу вказаної установки. В результаті, вищеописана будівельна опорна конструкція може використовуватись як теплообмінник теплового насосу з вхідним контуром 5 та ви хідним контуром 6. Отриманий теплообмінник може працювати наступним чином. Від насосу теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом рідкий теплоносій закачується у вхідний контур 5 та викачується через вихідний контур 6. В процесі такої циркуляції рідкий теплоносій отримує теплову енергію, яку має ґрунт 1, та постачає її в робочий контур установки з оборотним гідравлічним циклом для подальшого перетворення. Передача теплової енергії від ґрунту 1 до рідкого теплоносія відбувається через бетон тіла 2 палі та стінки металевої труби 4. 7 36179 У якості рідкого теплоносія може застосовуватися будь-яка відома рідина, що зазвичай використовується у теплових насосних установках з оборотним гідравлічним циклом, наприклад, вода. Чим нижче рівня поверхні ґрунту занурена металева труба 4, тобто, чим більше її основна частина віддалена від розташованої у верхніх шарах ґрунту зони промерзання, тим більше тепла можна отримати на виході теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом у холодний період року і тим більше холоду - у теплий період року для охолодження. Однак, навіть при розташуванні основної частини металевої труби 4 в зоні промерзання ґрунту, теплова насосна установка з оборотним гідравлічним циклом також здатна надавати на виході холод або тепло, в залежності від застосування режиму роботи цієї установки. Тобто, глибина розташування основної частини металевої труби 4 відносно поверхні ґрунту 1 впливає виключно на коефіцієнт перетворення теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом, з урахуванням режиму її роботи та періоду року, і не впливає на можливість роботи цієї установки. Зазначений коефіцієнт перетворення ви Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 8 значається співвідношенням отриманої теплової енергії до витрат потужності на привод установки. При цьому, враховуючи вищеописаний принцип роботи теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом, вказаний коефіцієнт перетворення у будь-якому випадку буде більшим одиниці, а його підвищення може досягатись іншими технологічними методами. Таким чином, виконання елементів та зв'язків будівельної опорної конструкції, зануреної у ґрунт, дозволяє розширити її функціональні можливості при збереженні конструктивної міцності цієї конструкції та забезпечує можливість використання цієї конструкції як теплообмінника теплової насосної установки з оборотним гідравлічним циклом. Описана будівельна опорна конструкція, занурена у ґрунт, може бути застосована в житловому, промисловому, транспортному, сільськогосподарському будівництві для забезпечення можливості використання теплових насосних установок з оборотним гідравлічним циклом без додаткових витрат на будівельні роботи, пов'язані із створенням теплообмінника. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601