Найден способ удешевить строительство на вечной мерлоте

Специалисты Института геоэкологии предлагают применять термонасос Строить жилые кварталы в Сибири в условиях вечной мерзлоты дорого. К тому же такие проекты не всегда эффективны: через 15 лет эксплуатации дома могут «дать усадку», пойти трещинами. В Якутии предлагают свой способ бороться с проблемой – для поддержания постоянной температуры мёрзлого грунта, на котором стоит жилой объект, использовать теплонасос. Он будет «отбирать» тепло из-под дома и отдавать его на обогрев гаражей. Но выгоднее всего внедрять разработку в Приангарье, где есть дешёвая электроэнергия. В Якутске в последние годы достаточно активно развивается жилищное строительство. Однако возводить дома приходится на землях, подверженных вечной мерзлоте. Мероприятие само по себе сложное и затратное, как следствие, влекущее за собой удорожание квадратного метра жилья. Причём возведение фундамента – самая затратная часть, на которую приходится половина стоимости всего объекта. Свои предложения о том, как затраты можно сократить, а постройки на вечной мерзлоте сделать более долговечными, представили специалисты Института геоэкологии (Москва) на научной конференции в иркутском Институте земной коры. Одна из старых, классических технологий – создавать насыпные грунты, искусственные земельные участки под застройку. Толщина подсыпки в среднем составляет 10–15 метров. Грунты эти талые, в то время как подстилающие формы мёрзлые. Отсюда и начинаются проблемы. Мерзлота является не однородной, а слоистой – разные температуры, разная обводнённость каждого слоя делают площадку в целом подвижной. И если верхний слой этой мерзлоты – чистый лёд, то спустя годы после возведения на нём жилья он может подтаять из-за тепла домов. При таянии возникает масса неприятностей: меняется ландшафт, деформируется строение. «Посмотрите, это квартал, который должен быть возведён в ближайшие годы в Якутске на территории в дельте реки Лены. Здесь жилые дома, а в центральной их части подземные гаражи. А это – некая страшилка, которая всегда встаёт перед строителями», – показывает фотографии Дмитрий Сергеев, заведующий лабораторией геокриологии Института геоэкологии. На фотоснимках жилые дома Надыма (Ямало-Ненецкий автономный округ) – полуразрушенные здания, сквозные трещины в стенах которых возникли после 15 лет эксплуатации. По словам Дмитрия Сергеева, в процессе эксплуатации эту толщу можно либо оставить мёрзлой и всеми силами стараться поддерживать такое состояние, либо сохранять всегда талой, что позволит вообще уйти от проблем, связанных с промерзанием грунтов. Однако и тот и другой подходы имеют свои минусы. Традиционно на участках вечной мерзлоты возводятся здания с проветриваемыми подпольями (дома на сваях) или применяется «принудительное охлаждение» с помощью охлаждающих скважин. Проветриваемое подполье – это успешный вариант строительства, но заведомо дорогой. Кроме того, в обоих случаях активно управлять температурным режимом не получается. То есть требуется заранее проектировать здания, учитывая возможные колебания температуры, и при этом предусматривать возможность всё-таки сохранять толщу всегда мёрзлой. «Но при наших температурных режимах в любой момент может произойти полное промерзание. Тогда возникают неизбежные проблемы вплоть до разрушения здания», – комментирует заведующий лабораторией геокриологии. Если же сохранять талое состояние грунтов, возникает вопрос: что будет с грунтами на тех участках (к примеру, на придомовых территориях), которые не подвержены прямому тепловому воздействию домов? Будет ли промерзать грунт на этих глубинах? «Даже если мы увидим, что возможно поддерживать весь массив насыпных грунтов в талом состоянии, всё равно спустя 10–15 лет эксплуатации тепловая волна под зданием достигнет верхнего горизонта мерзлоты. В будущем это приведёт к осадке сооружения. Так, собственно, и произо-шло в Надыме, – отмечает заведующий лабораторией геокриологии. – Там мерзлота залегала на глубине более 15 метров, а изыскания по формальным показателям дали результат, что её вообще нет. Но спустя 15 лет эксплуатации тепло исправило ситуацию». В качестве альтернативы дорогим подпольям якутские специалисты предлагают использовать тепловые насосы. Бытовой пример теплонасоса – обычный холодильник. Когда у нас есть два теплообменника, можно «отбирать» тепло, даже низкопотенциальное, у грунтов и передавать его туда, где есть в нём необходимость. По гипотезе якутских экспертов, тепло грунта из-под домов можно передавать на обогрев гаражей. Таким образом, в гараже будет постоянно поддерживаться температура плюс 1-2 градуса, а грунт будет сохранять минусовую температуру. В отличие от пассивного охлаждения (дома на сваях) здесь присутствует электромотор – маломощный насос, который приводит в действие хладагент. Правда, для его постоянной работы потребуется увеличить затраты на элетроэнергию. Специалисты в Якутии предлагают уйти ещё дальше – подключить насос к солнечным батареям или ветрогенераторам, тогда можно получить ещё более экономичное решение. Ещё одна статья расходов – теплообменник потребует дополнительного обслуживания. Но разработчики проекта уверены, что это можно компенсировать другим преимуществом: «Мы попытались рассчитать, насколько велика будет осадка здания на этих насыпных грунтах, и оказалось, что строить можно – осадка не превышает предельно допустимых значений, а в зону влияния строительства подземного гаража не попадают окружающие сооружения». Предложили учёные и ещё один потенциальный источник тепла, который можно использовать для насосов в строительстве жилых домов. Включить в теплообменник они предлагают тепло канализационных стоков. Однако дойдёт ли проект до своей реализации в практической плоскости, сказать сложно. Дело в том, что в Якутске достаточно дорогая элетроэнергия, поэтому выгоднее такой проект реализовывать, скорее всего, будет лишь для Иркутской области, где самая дешёвая электроэнергия в стране, признают разработчики из Якутии: «Проект с экономической точки зрения получился не столь выгодным, как хотелось бы. Но всё-таки подкупает то, что мы можем управлять тепловыми режимами под построенными домами. Изменится климат или произойдёт выброс канализационных стоков – и мы можем изменить температурные характеристики, включить насос мощнее или, наоборот, ослабить его работу». Анна ПАВЛОВА "Восточно-сибирская правда"