Аналіз конструкцій фундаментних паль

Abstract

Анотація. В роботі представлено аналіз конструктивних особливостей, недоліків та переваг фундаментних паль з теплообмінниками та без них їх. Встановлено, що більшість паль має складну форму теплообмінника або самої палі. Теплообмінники можуть бути одинарні, подвійні та потрійні U-подібної, W-подібної та спіральної форми. Найбільш перспективними є палі з U-подібними теплообмінниками. Їх застосування виключає механічне навантаження на стіни будівлі. Немає додаткових втрат на буріння свердловини. Вони мають збільшену теплову ефективність і низькі гідродинамічні втрати на перекачку теплоносія. Особливо це справедливо при використанні теплообмінників з паралельними подвійними U-подібними трубами. В таких конструкціях проблема порушення герметичності зведена до мінімуму і, відповідно, досягається належний рівень екологічної безпеки. Водночас, використання рідини як теплоносія, за рахунок зміни температури, тиску та її об’єму може призвести до руйнування, спочатку труб теплообмінників, а потім і конструкції палі. Наявність розчиненого кисню в рідинному теплоносії сприяє появі наскрізної корозії труб теплообмінників і, як наслідок, руйнуванню залізобетонної конструкції палі в цілому. Використання труб теплообмінників у якості арматури також може приводити до їх ушкодження і, відповідно, до приведених вище проблем. Проведений аналіз відомої інформації стосовно фундаментних паль дозволяє сформувати вимоги до перспективних конструкцій енергетичних паль і в перспективі дасть можливість розробити нову конструкцію забивної палі з U-подібним теплообмінником в якій враховані всі приведені в роботі недоліки. Перш за все потрібно провести оптимізацію конструкції теплообмінника, а саме, геометрію поперечного перетину труб, форму укладки труб в тілі палі, методи фіксації труб теплообмінника в тілі палі та кількість таких фіксаторів.

В работе представлено анализ фундаментных свай с теплообменниками и без них, их конструктивные особенности, недостатки и преимущества. Было установлено, что большинство свай имеет сложную форму теплообменника или самой сваи. Теплообменники могут быть одинарными, двойными и тройными U-образными, W-образными и спиральной формы. Наиболее перспективными являются сваи с U-образными теплообменниками. Их применение исключает механическую нагрузку на стены здания. Нет дополнительных расходов на бурение скважин. Они имеют увеличенную тепловую эффективность и низкие гидродинамические потери на перекачку теплоносителя, особенно при использовании теплообменников с параллельными двойными Uобразными трубами. В таких конструкциях проблема нарушения герметичности сведена к минимуму и соответственно достигается высокий уровень экологической безопасности. При этом, использование жидкости как теплоносителя, за счёт изменения температуры, давления и её объёма может привести к разрушениям, сначала труб теплообменников, а потом и конструкции сваи. Наличие растворённого кислорода в жидком теплоносителе способствует появлению сквозной коррозии труб теплообменников, и как следствие разрушение железобетонной конструкции сваи в целом. Использование труб теплообменников в качестве арматуры также может приводить к их повреждению и, соответственно, к приведенным выше проблемам. Проведенный анализ известных конструкций фундаментных свай позволяет сформировать требования к перспективным конструкциям энергетических свай и, соответственно, даст возможность разработать новую конструкцию забивной сваи с U-образным теплообменником в которой учтены все приведенные в работе недостатки. Прежде всего нужно провести оптимизацию конструкции теплообменника, а именно, геометрию поперечного сечения труб, форму укладки труб в теле сваи, методы фиксации труб теплообменника в теле сваи и количество таких фиксаторов.

The paper presents the analysis of structures of foundation piles with or without heat exchangers, their design features, as well as their advantages and disadvantages. We have revealed that most piles have a complicated form of heat exchangers or piles themselves. Heat exchangers can be single, double and triple U-shaped, W-shaped and spiral. Piles with U-shaped heat exchangers are the most promising. Their application excludes the mechanical load on the walls of the building. There are no additional losses for drilling wells. They have increased thermal efficiency and low hydrodynamic heat carrier transfer losses, especially when using heat exchangers with parallel double U-shaped pipes. Such structures reduce impermeability break risk and, accordingly, promote achieving an appropriate level of environmental safety. At the same time, using liquid as a coolant can lead to the destruction of, initially, pipes of heat exchangers, and then piles, due to changes in temperature, pressure and volume. Dissolved oxygen in the liquid coolant promotes deep corrosion of heat exchanger tubes and, as a consequence, the destruction of the reinforced concrete frame piles in general. Using heat exchanger pipes as reinforcement can also lead to their damage and, accordingly, to the above problems. The analysis of available structures of foundation piles can lay down the requirements for perspective design of energy piles and, accordingly, will give an opportunity to develop a new design of a pile with a Ushaped heat exchanger, which takes into account all the disadvantages provided in our paper. First of all, it is necessary to improve the heat exchanger design, namely, the geometry of the cross-section of pipes, the form of the pipe laying in the pile shaft, the methods of fixing the heat exchanger pipes in the pile shaft, as well as the number of such holders.