Учёные из МГТУ имени Н. Э. Баумана и Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова пришли к выводу, что отказ от аккумуляторов в пользу тепловых насосов с регулируемой мощностью может снизить стоимость охлаждения грунтовых почв с помощью установок на солнечной энергии на 44%.
Одним из последствий таяния вечной мерзлоты стало повреждение зданий, расположенных на теряющем прочность грунте. Так, изменение морфологии почвы в Альпах привело к деформации фундамента Рифуджио Казати – четырёхэтажного здания, который используется альпинистами в качестве места для отдыха. Чтобы решить эту проблему, учёные разработали «охладители» на солнечных батареях, которые используют солнечную энергию для замораживания грунта и охлаждения помещений. Процесс охлаждения состоит из нескольких этапов:
- солнечная батарея генерирует энергию,
- за счёт чего тепловой насос качает воду и охлаждает фреон (хладагент, использующийся в холодильниках),
- который отбирает тепло у грунта.
При этом в ясный день избыточная энергия запасается в аккумуляторах, чтобы быть израсходованной в облачную погоду.
Правда, массовое внедрение «охладителей» затруднено высокой стоимостью аккумуляторов. Выходом может стать использование тепловых насосов, работающих с разной частотой в зависимости от объёма энергии, вырабатываемой с помощью солнечной батареи. Такую нагрузку называют адаптивной: в яркий день насос работает на полную мощность, тогда как в пасмурный, когда энергия генерируется в меньшем объеме, – с меньшей загрузкой. Однако до недавних пор оставалось неясным, какие установки выгоднее использовать в северных регионах: на аккумуляторах или с насосами, работающими с разной частотой.
Наши учёные подсчитали разницу в стоимости использования двух типов установок, собрав для этого метеорологические данные в северной Норвегии (с временным разрешением в один час) и сопоставив погодные условия с качеством работы устройств. Расчёты показали, что адаптивные системы снизили стоимость охлаждения на 44%, сохранив качество промерзания почвы. При этом замена одного теплового насоса высокой мощности на несколько маломощных увеличила продолжительность работы охладительной системы на 30–35%: устройство работало в более широком диапазоне освещенности, что улучшило качество промерзания почвы.
«В дальнейшем мы планируем построить установку для стабилизации береговых обрывов и создать для Арктики технологию строительства на легких фундаментах. Поскольку мы сильно уменьшили слой грунта, который оттаивает в течение теплового сезона, появилась возможность отказаться от свай, а значит, ускорить и удешевить строительство на вечной мерзлоте», — комментирует руководитель проекта, кандидат технических наук Егор Локтионов.
Источник: Глобальная энергия