An experimental study of permafrost restoration under the seismic line in the wetland-dominated zone of discontinuous permafrost, Northwest Territories, Canada

Michael Braverman, William Quinton

In the proceedings of: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions I

ABSTRACT: Thermosyphons are closed-system heat extraction devices. They extract heat from the ground, contributing to cooling of frozen ground and maintaining temperature below zero and as such are useful for preserving permafrost. Two types of thermosyphons are used: passive and hybrid systems. Passive one does not require any external power to operate. The hybrid installation combines the passive system with a refrigeration compressor so that negative soil temperatures are maintained during summer. The most common type of thermosyphon uses a carbon dioxide filled vessel under a pressure varying from about 2100 to 4800 kPa. Thermosyphon technology is successfully used for stabilizing building foundations, dams and pipelines. While passive thermosyphons do not require extensive maintenance they do require specially trained personal for installation. Also the high cost of thermosyphons limit their extensive use below linear infrastructure. Liquid based thermosyphons were developed and tested as an inexpensive alternative to carbon dioxide system. This paper presents and discussed the technical aspects of liquid-filled thermosyphons and demonstrates their application in a region of degrading permafrost at Scotty creek, NW, Canada. Une étude expérimentale de la restauration du pergélisol sous la ligne sismique dans des zones de pergélisol discontinu dominées par des milieux humides, Territoires du Nord-Ouest, Canada Michael Braverman 1,2 and William Quinton1 1Cold Regions Research Centre, Wilfrid Laurier University, Waterloo, ON 2GHD Canada, Waterloo, ON

RÉSUMÉ: Les thermosiphons sont des dispositifs d'extraction de chaleur à système fermé. Ils extraient la chaleur du sol, contribuent au refroidissement du sol gelé et maintiennent la température sous zéro, ils sont donc utiles pour la conservation du pergélisol. Deux types de thermosiphons sont utilisés : les systèmes passifs et les systèmes hybrides. Le système passif ne nécessite pas d'alimentation externe. L'installation hybride combine le système passif avec un compresseur de réfrigération afin que le sol soit maintenu à une température négative durant l'été. Le type de thermosiphon le plus commun utilise un réservoir rempli de dioxyde de carbone sous une pression variant d'environ 2100 à 4800 kPa. La technologie du thermosiphon a été utilisée avec succès pour stabiliser les fondations, les barrages et les canalisations. Bien que les sitent un personnel spécialement formé pour leur installation. De plus, le coût élevé des thermosiphons limite leur utilisation étendue sous l'infrastructure linéaire. Les thermosiphons à liquides ont été développés et testés comme une alternative peu coûteuse aux systèmes au dioxyde de carbone. Cet article présente et discute les aspects techniques des thermosiphons à liquides et démontre leur application dans une région avec dégradation du pergélisol à Scotty Creek, NW, Canada. Key words: Seismic line, permafrost, thermosyphons.

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