Состав Flowable Fill для заделки геотермических коллекторов

Модифицированный цементирующий и водопоглощающий состав Flowable Fill используется при устройстве соприкасающихся с грунтом термоактивных инженерно-конструктивных элементов. Речь идет в первую очередь о геотермических системах хранения и передачи тепла почвенных тепловых источников. Такие теплонасосы включают централизованные или децентрализованные подземные среднесрочные или долгосрочные, сезонные узлы хранения тепла. Подобные проекты подразумевают и развитие более эффективных геотермических точек основания непосредственно под зданием или близ него. Материал достаточно прочен, чтобы выдерживать различные надстройки, безвреден для окружающей среды, не нуждается в обслуживании, эффективен в смысле хранения, экономически выгоден, долговечен и устойчив к коррозии. Хранение же тепла является будущей ключевой технологией, которую предстоит принять на вооружение каждому современному региону в борьбе за звание региона низкого энергопотребления. То же касается и унитарного проектного подхода Green Building Design, подразумевающего предпочтение альтернативных или возобновляемых источников энергии.

Здания завтрашнего дня требуют сочетания минимизированного локального производства энергии на основе максимизированных возобновляемых источников тепловой энергии, ультраэффективных строительных и изоляционных материалов и оборудования, а также технологии преобразования теплопотерь и узлов краткосрочного, среднесрочного и долгосрочного хранения тепла.

Ультраэффективные строительные и суперизоляционные материалы необходимы, чтобы уменьшить общее тепловое энергопотребление и соответственно емкость теплохранилищ. Стесненный характер не только урбанистической, но и частной застройки, ограниченность площадей частных земель, растущая их дороговизна подталкивают к выбору децентрализованных вариантов подземного хранения тепла. В этом случае не нужно ни больших участков земли снаружи, ни большой кубатуры внутри зданий. Такая система может быть легко надстроена чем угодно. А расстояние транспортировки тепла настолько коротко, насколько это возможно. Такие подземные системы хранения тепла требуют меньшей изоляции, потому что надстроены отдельно стоящим зданием и встроены в тепло основания. Рассмотрим прилагаемую схему.

Сегодня неплохо справляются крышные солнечно-тепловые коллекторы 10, но для того, чтобы сделать их более эффективными, эксперты советуют использовать их в сочетании с внутренним резервуаром краткосрочного хранения тепла 4 и достаточно большим внешним подземным узлом среднесрочного хранения 8, а также с долгосрочными, сезонными системами геотермического хранения и передачи 1-3, 6-7, 12. Тогда жизнеспособное и устойчивое тепловое энергоснабжение осуществляется в течение всего года, в том числе по ночам, в облачные дни и зимой, это и есть сезонное использование. Помимо солнечной энергии тепло грунта, добываемое на небольших глубинах, представляет собой высокопотенциальный, но низкотемпературный возобновляемый источник тепла с относительно низкими затратами на извлечение. В такие системы могут быть интегрированы другие экологичные источники тепла, например, неотремонтированные сточные коллекторы 1, низкотемпературные системы нагрева/охлаждения ограждающих конструкций, полов, стен, потолков 9, системы кондиционирования, а также тепло котлов, использующих биомассу, или насосов микрокогенерации и тепловых насосов 5. Тепловой насос необходим, чтобы поднять относительно низкую температуру геотермического тепла до удобного для нагрева и охлаждения температурного уровня.

И отдать тепло или холод слоям основания неглубокого заложения, и извлечь их оттуда обычно удается с помощью горизонтального или вертикального трубчатого теплообменника. Конструктивно это могут быть теплообменник в виде горизонтальной петли, траншейный коллектор, горизонтальный или вертикальный спиральный коллектор, так называемый Slinky-коллектор. Устанавливают любое из этих устройств не глубже 6 метров.

Традиционно эти устройства подстилает песчаный или минеральный слой. При этом приходится избегать виброуплотнения, чтобы не повредить трубы коллектора. Таким образом, остается водоуплотнение с осторожным ручным похлопыванием. Данный подход используется с большим или меньшим успехом, более же поздние надстройки возводятся не ранее, чем вода уйдет далеко в толщу грунта, а засыпка выемки высохнет. Но не это главное, а то, что достижение максимального уровня теплообмена возможно очень не сразу, а лишь тогда, когда заполнение будет находиться в устойчивом сцеплении с трубами коллектора, через определенное время после процедуры максимального увлажнения. Поскольку известно, что насыщенный водой песок обладает вчетверо большей теплоотдачей, чем сухая, несвязная почва.

К настоящему времени в ряде проектов уже использован состав Flowable Fill, для включения горизонтальных труб коллектора в основание фундамента здания или для заделки не очень прочных энергетических свай. В любом случае основание под закрытыми инфраструктурами здания, включая засыпку выемок, более или менее сухо, в зависимости от уровня грунтовой воды, и поэтому подходит для эксплуатации грунтовых теплонасосов и теплообменников.

Flowable Fill является относительно новым самоуплотняющимся, самовыравнивающимся, малопрочным бетонным материалом. Он также называется Controlled Low Strength Material, управляемым малопрочным материалом, с адаптируемой текучей консистентностью. Используется как экономичный материал для заполнения выемок и пазух, а также для заделки резервуаров и коммуникаций как альтернатива уплотняемым зернистым засыпкам.

Игорь ПРИВАЛОВ