temperatura unutar zemlje. Određivanje temperature u Zemljinim ljuskama temelji se na različitim, često neizravnim, podacima. Najpouzdaniji podaci o temperaturi odnose se na najgornji dio zemljine kore koji je eksponiran minama i bušotinama do dubine od najviše 12 km (bušotina Kola).

Povećanje temperature u stupnjevima Celzijusa po jedinici dubine naziva se geotermalni gradijent, i dubina u metrima, tijekom koje se temperatura povećava za 1 0 C - geotermalni korak. Geotermalni gradijent i, sukladno tome, geotermalni korak variraju od mjesta do mjesta ovisno o tome geološki uvjeti, endogena aktivnost u različitim područjima, kao i nehomogena toplinska vodljivost stijena. Istodobno, prema B. Gutenbergu, granice fluktuacija razlikuju se više od 25 puta. Primjer za to su dva oštro različita nagiba: 1) 150 o na 1 km u Oregonu (SAD), 2) 6 o na 1 km registriran u Južna Afrika. Prema tim geotermalnim gradijentima, geotermalni korak se također mijenja od 6,67 m u prvom slučaju na 167 m u drugom. Najčešća kolebanja u gradijentu su unutar 20-50 o , a geotermalni korak je 15-45 m. Prosječni geotermalni gradijent odavno se uzima na 30 o C po 1 km.

Prema VN Zharkovu, geotermalni gradijent u blizini Zemljine površine procjenjuje se na 20 o C po 1 km. Na temelju ove dvije vrijednosti geotermalnog gradijenta i njegove nepromjenjivosti duboko u Zemlji, tada je na dubini od 100 km trebala biti temperatura od 3000 ili 2000 o C. Međutim, to je u suprotnosti sa stvarnim podacima. Na tim dubinama povremeno nastaju komore magme, iz kojih lava teče na površinu, s najvišom temperaturom od 1200-1250 o. Razmatrajući ovu vrstu "termometra", brojni autori (V. A. Lyubimov, V. A. Magnitsky) smatraju da na dubini od 100 km temperatura ne može prijeći 1300-1500 o C.

Na višim temperaturama stijene plašta bi se potpuno otopile, što je u suprotnosti sa slobodnim prolazom poprečnih seizmičkih valova. Dakle, prosječni geotermalni gradijent može se pratiti samo do neke relativno male dubine od površine (20-30 km), a zatim bi se trebao smanjiti. Ali čak i u ovom slučaju, na istom mjestu, promjena temperature s dubinom nije ujednačena. To se može vidjeti na primjeru promjene temperature s dubinom duž bušotine Kola koja se nalazi unutar stabilnog kristalnog štita platforme. Prilikom polaganja ove bušotine očekivao se geotermalni gradijent od 10 o na 1 km, pa se na projektnoj dubini (15 km) očekivala temperatura reda veličine 150 o C. Međutim, takav gradijent bio je samo do dubine od 3 km, a zatim se počeo povećavati za 1,5 -2,0 puta. Na dubini od 7 km temperatura je bila 120 o C, na 10 km -180 o C, na 12 km -220 o C. Pretpostavlja se da će na projektnoj dubini temperatura biti blizu 280 o C. Kaspijsko područje, u području aktivnijeg endogenog režima. U njemu se na dubini od 500 m ispostavilo da je temperatura 42,2 o C, na 1500 m - 69,9 o C, na 2000 m - 80,4 o C, na 3000 m - 108,3 o C.

Kolika je temperatura u dubljim zonama plašta i jezgre Zemlje? Dobiveni su manje-više pouzdani podaci o temperaturi baze B sloja u gornjem plaštu (vidi sliku 1.6). Prema V. N. Zharkovu, "detaljne studije faznog dijagrama Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 omogućile su određivanje referentne temperature na dubini koja odgovara prvoj zoni faznih prijelaza (400 km)" (tj. prijelaz olivina u spinel). Temperatura ovdje kao rezultat ovih istraživanja je oko 1600 50 o C.

Pitanje raspodjele temperatura u plaštu ispod sloja B i u Zemljinoj jezgri još nije riješeno, pa se stoga iznose različiti stavovi. Može se samo pretpostaviti da temperatura raste s dubinom uz značajno smanjenje geotermalnog gradijenta i povećanje geotermalnog koraka. Pretpostavlja se da je temperatura u Zemljinoj jezgri u rasponu od 4000-5000 o C.

Prosječno kemijski sastav Zemlja. Za prosuđivanje kemijskog sastava Zemlje koriste se podaci o meteoritima, koji su najvjerojatniji uzorci protoplanetarnog materijala od kojeg su nastali zemaljski planeti i asteroidi. Do danas su mnogi pali na Zemlju u različita vremena i na različitim mjestima meteorita. Prema sastavu razlikuju se tri vrste meteorita: 1) željezo, sastoji se uglavnom od željeza nikla (90-91% Fe), s malom primjesom fosfora i kobalta; 2) željezo-kamen(sideroliti), koji se sastoje od željeza i silikatnih minerala; 3) kamen, ili aeroliti, koji se uglavnom sastoje od ferrugino-magnezijskih silikata i inkluzija nikalnog željeza.

Najčešći su kameni meteoriti – oko 92,7% svih nalaza, kameno željezo 1,3% i željezo 5,6%. Kameni meteoriti dijele se u dvije skupine: a) hondriti s malim zaobljenim zrnima - hondrule (90%); b) ahondriti koji ne sadrže hondrule. Sastav kamenih meteorita je blizak ultramafičnim magmatskim stijenama. Prema M. Bottu, oni sadrže oko 12% željezo-nikl faze.

Na temelju analize sastava različitih meteorita, kao i dobivenih eksperimentalnih geokemijskih i geofizičkih podataka, brojni istraživači daju suvremenu procjenu bruto elementarnog sastava Zemlje, prikazanu u tablici. 1.3.

Kao što je vidljivo iz podataka u tablici, povećana raspodjela odnosi se na četiri najvažnija elementa - O, Fe, Si, Mg, koji čine preko 91%. U skupinu rjeđih elemenata spadaju Ni, S, Ca, A1. Preostali elementi Mendeljejevljevog periodičnog sustava na globalnoj razini imaju sekundarnu važnost u smislu njihove opće rasprostranjenosti. Usporedimo li dane podatke sa sastavom zemljine kore, jasno se može uočiti značajna razlika koja se sastoji u naglom smanjenju O, Al, Si i značajnom porastu Fe, Mg te pojavi S i Ni u primjetnim količinama. .

Oblik zemlje naziva se geoid. O dubinskoj građi Zemlje prosuđuju se uzdužni i poprečni seizmički valovi, koji, šireći se unutar Zemlje, doživljavaju lom, refleksiju i slabljenje, što ukazuje na slojevitost Zemlje. Postoje tri glavna područja:

Zemljina kora;

plašt: gornji do dubine od 900 km, donji do dubine od 2900 km;

jezgra Zemlje je vanjska do dubine od 5120 km, unutarnja do dubine od 6371 km.

Unutarnja toplina Zemlje povezana je s raspadom radioaktivnih elemenata - urana, torija, kalija, rubidija itd. Prosječna vrijednost toplinskog toka je 1,4-1,5 μkal / cm 2. s.

1. Kakav je oblik i veličina Zemlje?

2. Koje su metode za proučavanje unutarnjeg ustroja Zemlje?

3. Kakva je unutarnja građa Zemlje?

4. Koji se seizmički presjeci prvog reda jasno razlikuju pri analizi strukture Zemlje?

5. Koje su granice presjeka Mohorovića i Gutenberga?

6. Kolika je prosječna gustoća Zemlje i kako se mijenja na granici između plašta i jezgre?

7. Kako se mijenja protok topline u različitim zonama? Kako se razumije promjena geotermalnog gradijenta i geotermalnog koraka?

8. Koji se podaci koriste za određivanje prosječnog kemijskog sastava Zemlje?

Književnost

• Voytkevich G.V. Osnove teorije o nastanku Zemlje. M., 1988.

• Zharkov V.N. Unutarnja struktura Zemlja i planeti. M., 1978.

• Magnitsky V.A. Unutarnja struktura i fizika Zemlje. M., 1965.

• Eseji komparativna planetologija. M., 1981.

• Ringwood A.E. Sastav i porijeklo Zemlje. M., 1981.

Opis:

Za razliku od "izravnog" korištenja geotermalne topline visokog potencijala (hidrotermalnih resursa), korištenje tla površinskih slojeva Zemlje kao izvora niskog potencijala Termalna energija za geotermalne toplinske pumpe (GTST) moguće je gotovo posvuda. Trenutno je ovo jedno od najdinamičnije razvijajućih područja za korištenje netradicionalnih obnovljivih izvora energije u svijetu.

Geotermalni sustavi toplinske pumpe za opskrbu toplinom i učinkovitost njihove primjene u klimatskim uvjetima Rusije

G. P. Vasiljev, znanstveni direktor dd "INSOLAR-INVEST"

Za razliku od "izravnog" korištenja geotermalne topline visokog potencijala (hidrotermalnih resursa), korištenje tla površinskih slojeva Zemlje kao izvora toplinske energije niske kvalitete za sustave opskrbe toplinom geotermalne toplinske pumpe (GHPS) moguće je gotovo svugdje. Trenutno je ovo jedno od najdinamičnije razvijajućih područja za korištenje netradicionalnih obnovljivih izvora energije u svijetu.

Tlo površinskih slojeva Zemlje zapravo je akumulator topline neograničene snage. Toplinski režim tla nastaje pod utjecajem dvaju glavnih čimbenika - sunčevog zračenja koje upada na površinu i protoka radiogene topline iz unutrašnjosti zemlje. Sezonske i dnevne promjene intenziteta sunčevog zračenja i vanjske temperature uzrokuju kolebanje temperature gornjih slojeva tla. Dubina prodiranja dnevnih kolebanja temperature vanjskog zraka i intenzitet upadnog sunčevog zračenja, ovisno o specifičnom tlu. klimatskim uvjetima kreće se od nekoliko desetaka centimetara do jednog i pol metra. Dubina prodora sezonskih kolebanja temperature vanjskog zraka i intenziteta upadnog sunčevog zračenja u pravilu ne prelazi 15-20 m.

Toplinski režim slojeva tla koji se nalaze ispod ove dubine („neutralna zona“) formira se pod utjecajem toplinske energije koja dolazi iz utrobe Zemlje i praktički ne ovisi o sezonskim, a još više dnevnim promjenama vanjskih klimatskih parametara ( Sl. 1). S povećanjem dubine, temperatura tla također raste u skladu s geotermalnim gradijentom (otprilike 3 °C na svakih 100 m). Veličina toka radiogene topline koja dolazi iz utrobe zemlje varira za različite lokalitete. U pravilu je ova vrijednost 0,05-0,12 W / m 2.

Slika 1.

Tijekom rada plinskoturbinske elektrane, masa tla koja se nalazi unutar zone toplinskog utjecaja registra cijevi izmjenjivača topline tla sustava za prikupljanje niske razine topline tla (sustav prikupljanja topline), zbog sezonskih promjena u parametrima vanjske klime, kao i pod utjecajem operativnih opterećenja na sustav prikupljanja topline, u pravilu se podvrgava opetovanom smrzavanju i odleđivanju. U tom slučaju, naravno, dolazi do promjene agregacijskog stanja vlage sadržane u porama tla i, općenito, istovremeno iu tekućoj iu čvrstoj i plinovitoj fazi. Istodobno, u kapilarno-poroznim sustavima, što je masa tla sustava za prikupljanje topline, prisutnost vlage u prostoru pora ima zamjetan učinak na proces širenja topline. Ispravno obračunavanje ovog utjecaja danas je povezano sa značajnim poteškoćama, koje su prvenstveno povezane s nedostatkom jasnih ideja o prirodi raspodjele krutih, tekućih i plinovitih faza vlage u određenoj strukturi sustava. Ako postoji temperaturni gradijent u debljini zemljišne mase, molekule vodene pare se pomiču na mjesta sa smanjenim temperaturnim potencijalom, ali u isto vrijeme pod djelovanjem gravitacijskih sila dolazi do suprotno usmjerenog strujanja vlage u tekućoj fazi. . Osim toga, na temperaturni režim gornji slojevi tla su pod utjecajem vlage oborina, kao i podzemnih voda.

Na karakteristike toplinski režim Sustavi za prikupljanje topline tla kao projektni objekt trebali bi uključivati ​​i tzv. "informativnu nesigurnost" matematičkih modela koji opisuju takve procese, odnosno, drugim riječima, nedostatak pouzdanih informacija o učincima na sustav. okoliš(atmosfera i masa tla izvan zone toplinskog utjecaja prizemnog izmjenjivača topline sustava za prikupljanje topline) i iznimna složenost njihove aproksimacije. Doista, ako se aproksimacija utjecaja na sustav vanjske klime, iako je komplicirana, ipak može ostvariti uz određene troškove “računalnog vremena” i korištenja postojećih modela (na primjer, “tipična klimatska godina”), tada je problem uzimanja u obzir utjecaja na atmosferski sustav u modelskim utjecajima (rosa, magla, kiša, snijeg i dr.), kao i aproksimacije toplinskog učinka na masu tla sustava prikupljanja topline ispod i okoline. slojeva tla, danas je praktički nerazrješiv i mogao bi biti predmet zasebnih proučavanja. Tako, na primjer, slabo poznavanje procesa nastajanja procjednih tokova podzemnih voda, njihovog režima brzine, kao i nemogućnost dobivanja pouzdanih informacija o toplinskom i vlažnom režimu slojeva tla koji se nalaze ispod zone toplinskog utjecaja topline tla. izmjenjivača, uvelike komplicira zadatak konstruiranja ispravnog matematičkog modela toplinskog režima niskopotencijalnog sustava prikupljanja topline.tlo.

Za prevladavanje opisanih poteškoća koje nastaju pri projektiranju plinskoturbinske elektrane razvijena je i u praksi ispitana metoda matematičkog modeliranja toplinskog režima sustava za prikupljanje topline tla i metoda uzimanja u obzir faznih prijelaza vlage u prostoru pora. može se preporučiti masiv tla sustava za prikupljanje topline.

Suština metode je da se prilikom konstruiranja matematičkog modela razmotri razlika između dva problema: „osnovnog“ problema koji opisuje toplinski režim tla u njegovom prirodnom stanju (bez utjecaja izmjenjivača topline tla). sustav prikupljanja), te problem koji treba riješiti, a koji opisuje toplinski režim zemljišne mase s ponorima (izvorima). Kao rezultat, metoda omogućuje dobivanje rješenja za neku novu funkciju, koja je u funkciji utjecaja odvoda topline na prirodni toplinski režim tla i jednaka je temperaturnoj razlici između mase tla u njegovom prirodnom stanju. stanje i masa tla s ponorima (izvorima topline) - s izmjenjivačem topline zemlje sustava za prikupljanje topline. Korištenje ove metode u konstrukciji matematičkih modela toplinskog režima sustava za prikupljanje niskopotencijalne topline tla omogućilo je ne samo zaobilaženje poteškoća povezanih s aproksimacijom vanjskih utjecaja na sustav prikupljanja topline, već i korištenje u modelira podatke eksperimentalno dobivene meteorološkim postajama o prirodnom toplinskom režimu tla. To omogućuje djelomično uzimanje u obzir cijelog kompleksa čimbenika (kao što su prisutnost podzemne vode, njezina brzina i toplinski režimi, struktura i raspored slojeva tla, "toplinska" pozadina Zemlje, atmosferske oborine, fazne transformacije vlage u pornom prostoru i još mnogo toga), koji najznačajnije utječu na formiranje toplinskog režima sustava za prikupljanje topline i čiji je zajednički obračun u strogoj formulaciji problema praktički nemoguć.

Metoda uzimanja u obzir faznih prijelaza vlage u pornom prostoru mase tla pri projektiranju plinskoturbinske elektrane temelji se na novom konceptu “ekvivalentne” toplinske vodljivosti tla, koji se utvrđuje zamjenom problema toplinske vodljivosti tla. režim cilindra tla zamrznutog oko cijevi izmjenjivača topline tla s “ekvivalentnim” kvazistacionarnim problemom s bliskim temperaturnim poljem i istim rubnim uvjetima, ali s različitom “ekvivalentnom” toplinskom vodljivošću.

Najvažniji zadatak koji treba riješiti u projektiranju geotermalnih sustava za opskrbu toplinom zgrada je detaljna procjena energetskih mogućnosti klime građevinskog područja i na temelju toga izrada zaključka o učinkovitosti i izvedivosti korištenja jednog od njih. ili drugi dizajn sklopa GTTS-a. Izračunate vrijednosti klimatskih parametara dane u važećim regulatornim dokumentima ne daju kompletne karakteristike vanjska klima, njezina varijabilnost po mjesecima, kao iu pojedinim razdobljima godine - sezona grijanja, razdoblje pregrijavanja i sl. Stoga se pri odlučivanju o temperaturnom potencijalu geotermalne topline procjenjuje mogućnost njezine kombinacije s drugim niskim temperaturama. -potencijalni prirodni izvori topline, procjenjujući njihovu (izvore) temperaturnu razinu u godišnjem ciklusu, potrebno je uključiti potpunije klimatske podatke, dane, na primjer, u Priručniku o klimi SSSR-a (L.: Gidrometioizdat. Broj 1–34).

Među takvima klimatske informacije U našem slučaju trebamo prije svega istaknuti:

– podaci o prosječnoj mjesečnoj temperaturi tla na različitim dubinama;

– podaci o dolasku sunčevog zračenja na različito orijentirane površine.

U tablici. Slike 1-5 prikazuju podatke o prosječnim mjesečnim temperaturama tla na različitim dubinama za neke ruske gradove. U tablici. U tablici 1 prikazane su prosječne mjesečne temperature tla za 23 grada Ruske Federacije na dubini od 1,6 m, što se čini najracionalnijim u pogledu temperaturnog potencijala tla i mogućnosti mehanizacije proizvodnje radova na horizontalnom polaganju. izmjenjivači topline tla.

stol 1 Prosječna temperatura tla po mjesecima na dubini od 1,6 m za neke ruske gradove

Grad ja II III IV V VI VII VIII IX x XI XII Arkhangelsk 4,0 3,5 3,1 2,7 2,5 3,0 4,5 6,0 7,1 7,0 6,1 4,9 Astraganski 7,5 6,1 5,9 7,3 11 14,6 17,4 19,1 19,1 16,7 13,6 10,2 Barnaul 2,6 1,7 1,2 1,4 4,3 8,2 11,0 12,4 11,6 9,2 6,2 3,9 Bratsk 0,4 -0,2 -0,6 -0,5 -0,2 0 3,0 6,8 7,2 5,4 2,9 1,4 Vladivostok 3,7 2,0 1,2 1,0 1,5 5,3 9,1 12,4 13,8 12,7 9,7 6,4 Irkutsk -0,8 -2,8 -2,7 -1,1 -0,5 -0,2 1,7 5,0 6,7 5,6 3,2 1,2 Komsomolsk- na Amuru 0,8 -0,4 -0,9 -0,4 0 1,9 6,7 10,5 11,3 9,0 5,5 2,7 Magadan -6,5 -8,0 -8,8 -8,7 -3,9 -2,6 -0,8 0,1 0,4 0,1 -0,2 -2,0 Moskva 3,8 3,2 2,7 3,0 6,2 9,6 12,1 13,4 12,5 10,1 7,3 5,0 Murmansk 0,7 0,3 0 -0,3 -0,3 0,2 4,0 6,7 6,6 4,2 2,7 1,0 Novosibirsk 2,1 1,2 0,6 0,5 1,3 5,0 9,1 11,3 10,9 8,8 5,8 3,6 Orenburg 4,1 2,6 1,9 2,2 4,9 8,0 10,7 12,4 12,6 11,2 8,6 6,0 permski 2,9 2,3 1,9 1,6 3,4 7,2 10,5 12,1 11,5 9,0 6,0 4,0 Petropavlovsk- Kamčatski 2,6 1,9 1,5 1,1 1,2 3,4 6,7 9,1 9,6 8,3 5,6 3,8 Rostov na Donu 8,0 6,6 5,9 6,8 9,9 12,9 15,5 17,3 17,5 15,8 13,0 10,0 Salekhard 1,6 1,0 0,7 0,5 0,4 0,9 3,9 6,8 7,1 5,6 3,5 2,3 Sochi 11,2 9,8 9,6 11,0 13,4 16,2 18,9 20,8 21,0 19,2 16,8 13,5 Turukhansk 0,9 0,5 0,2 0 0 0,1 1,6 6,2 6,4 4,5 2,8 1,8 Tura -0,9 -0,3 -5,2 -5,3 -3,2 -1,6 -0,7 1,2 2,0 0,7 0 -0,2 Whalen -6,9 -8,0 -8,6 -8,7 -6,3 -1,2 -0,4 0,1 0,2 0 -0,8 -3,7 Khabarovsk 0,3 -1,8 -2,3 -1,1 -0,4 2,5 9,5 13,3 13,5 10,9 6,7 3,0 Jakutsk -5,6 -7,4 -7,9 -7,0 -4,1 -1,8 0,3 1,5 1,1 0,1 -0,1 -2,4 Yaroslavl 2,8 2,2 1,9 1,7 3,9 7,8 10,7 12,4 11,5 9,5 6,3 3,9

tablica 2 Temperatura tla u Stavropolju (tlo - černozem)

Dubina, m ja II III IV V VI VII VIII IX x XI XII 0,4 1,2 1,3 2,7 7,7 13,8 17,9 20,3 19,6 15,4 11,4 6,0 2,8 0,8 3,0 1,9 2,5 6,0 11,5 15,4 17,6 17,6 15,3 12,2 7,8 4,6 1,6 5,0 4,0 3,8 5,3 8,8 12,2 14,4 15,7 15,1 12,7 9,7 6,8 3,2 8,9 8,0 7,4 7,4 8,4 9,9 11,3 12,6 13,2 12,7 11,6 10,1

Tablica 3 Temperature tla u Jakutsku (muljevito-pjeskovito tlo s primjesom humusa, ispod - pijesak)

Dubina, m ja II III IV V VI VII VIII IX x XI XII 0,2 -19,2 -19,4 -16,2 -7,9 4,3 13,4 17,5 15,5 7,0 -3,1 -10,8 -15,6 0,4 -16,8 17,4 -15,2 -8,4 2,5 11,0 15,0 13,8 6,7 -1,9 -8,0 -12,9 0,6 -14,3 -15,3 -13,7 -8,5 0,2 7,9 12,1 11,8 6,2 -0,5 -5,2 -10,3 0,8 -12,4 -14,1 -12,7 -8,4 -1,4 5,0 9,4 9,6 5,3 0 -3,4 -8,1 1,2 -8,7 -10,2 -10,2 -8,0 -3,3 0,1 4,1 5,0 2,8 0 -0,9 -4,9 1,6 -5,6 -7,4 -7,9 -7,0 -4,1 -1,8 0,3 1,5 1,1 0,1 -0,1 -2,4 2,4 -2,6 -4,4 -5,4 -5,6 -4,4 -3,0 -2,0 -1,4 -1,0 -0,9 -0,9 -1,0 3,2 -1,7 -2,6 -3,8 -4,4 -4,2 -3,4 -2,8 -2,3 -1,9 -1,8 -1,6 -1,5

Tablica 4 Temperature tla u Pskovu (dno, ilovasto tlo, podzemlje - glina)

Dubina, m ja II III IV V VI VII VIII IX x XI XII 0,2 -0,8 -1,1 -0,3 3,3 11,4 15,1 19 17,2 12,3 6,7 2,6 0,2 0,4 0,6 0 0 2,4 9,6 13,5 16,9 16,5 12,9 7,8 4,2 1,7 0,8 1,7 0,9 0,8 2,0 7,8 11,6 15,0 15,6 13,2 8,8 5,4 2,9 1,6 3,2 2,4 1,9 2,2 5,6 9,2 11,9 13,2 12,0 9,7 6,9 4,6

Tablica 5 Temperatura tla u Vladivostoku (tlo smeđe kameno, rasuto)

Dubina, m ja II III IV V VI VII VIII IX x XI XII 0,2 -6,1 -5,5 -1,3 2,7 9,3 14,8 18,9 21,2 18,4 11,6 3,2 -2,3 0,4 -3,7 -3,8 -1,1 1,0 7,3 12,7 16,7 19,5 17,5 12,3 5,2 0,2 0,8 -0,1 -1,4 -0,6 0 4,4 10,4 14,2 17,3 17,0 13,5 7,8 2,9 1,6 3,6 2,0 1,3 1,1 2,9 7,7 11,0 14,2 15,4 13,8 10,2 6,4 3,2 8,0 6,4 5,2 4,4 4,2 5,5 7,5 9,4 11,3 12,4 11,7 10

Podaci prikazani u tablicama o prirodnom tijeku temperatura tla na dubini do 3,2 m (tj. u "radnom" sloju tla za plinsku turbinsku elektranu s horizontalnim izmjenjivačem topline tla) jasno ilustriraju mogućnosti korištenja tlo kao niskopotencijalni izvor topline. Očigledan je relativno mali raspon promjena temperature slojeva koji se nalaze na istoj dubini na teritoriju Rusije. Tako, na primjer, minimalna temperatura tla na dubini od 3,2 m od površine u gradu Stavropolju iznosi 7,4 °C, a u gradu Yakutsku - (-4,4 °C); sukladno tome, raspon promjena temperature tla na određenoj dubini iznosi 11,8 stupnjeva. Ova činjenica omogućuje računati na stvaranje dovoljno jedinstvene opreme toplinske pumpe prikladne za rad praktički u cijeloj Rusiji.

Kao što se može vidjeti iz prikazanih tablica, karakteristično obilježje Prirodni temperaturni režim tla je kašnjenje minimalnih temperatura tla u odnosu na vrijeme dolaska minimalnih vanjskih temperatura zraka. Minimalne vanjske temperature zraka posvuda se promatraju u siječnju, minimalne temperature u tlu na dubini od 1,6 m u Stavropolju se opažaju u ožujku, u Jakutsku - u ožujku, u Sočiju - u ožujku, u Vladivostoku - u travnju. Dakle, očito je da se do početka minimalnih temperatura u tlu smanjuje opterećenje sustava opskrbe toplinskom crpkom (gubitak topline zgrade). Ovaj trenutak otvara prilično ozbiljne mogućnosti za smanjenje instaliranog kapaciteta GTTS-a (uštede kapitalnih troškova) i mora se uzeti u obzir pri projektiranju.

Za procjenu učinkovitosti korištenja sustava za opskrbu toplinom geotermalne toplinske pumpe u klimatskim uvjetima Rusije, provedeno je zoniranje teritorija Ruske Federacije prema učinkovitosti korištenja geotermalne topline niskog potencijala za potrebe opskrbe toplinom. Zoniranje je provedeno na temelju rezultata numeričkih eksperimenata na modeliranju načina rada GTTS-a u klimatskim uvjetima različitih regija teritorija Ruske Federacije. Numerički eksperimenti provedeni su na primjeru hipotetske dvoetažne vikendice grijane površine 200 m 2, opremljene sustavom za opskrbu toplinom geotermalne toplinske pumpe. Vanjske ogradne konstrukcije razmatrane kuće imaju sljedeće smanjene otpore prijenosa topline:

- vanjski zidovi - 3,2 m 2 h ° C / W;

- prozori i vrata - 0,6 m 2 h ° C / W;

- premazi i stropovi - 4,2 m 2 h ° C / W.

Prilikom izvođenja numeričkih eksperimenata uzeto je u obzir sljedeće:

– sustav prikupljanja topline tla s niskom gustoćom potrošnje geotermalne energije;

– horizontalni sustav prikupljanja topline od polietilenskih cijevi promjera 0,05 m i duljine 400 m;

– sustav prikupljanja topline tla s velikom gustoćom potrošnje geotermalne energije;

– vertikalni sustav prikupljanja topline iz jedne termalne bušotine promjera 0,16 m i duljine 40 m.

Provedena istraživanja su pokazala da potrošnja toplinske energije iz mase tla do kraja sezone grijanja uzrokuje smanjenje temperature tla u blizini registra cijevi sustava prikupljanja topline, što u zemljišno-klimatskim uvjetima većine teritorij Ruske Federacije, nema vremena za nadoknadu u ljetnom razdoblju godine, a do početka sljedeće sezone grijanja tlo izlazi sa smanjenim temperaturnim potencijalom. Potrošnja toplinske energije tijekom sljedeće sezone grijanja uzrokuje daljnje snižavanje temperature tla, a do početka treće sezone grijanja njegov se temperaturni potencijal još više razlikuje od prirodnog. I tako dalje... Međutim, omoti toplinskog utjecaja dugotrajnog rada sustava prikupljanja topline na prirodni temperaturni režim tla imaju izražen eksponencijalni karakter, a do pete godine rada tlo ulazi u novi režim blizak periodičnom, tj. počevši od pete godine rada, dugotrajna potrošnja toplinske energije iz mase tla sustava za prikupljanje topline praćena je periodičnim promjenama njegove temperature. Dakle, prilikom zoniranja teritorija Ruske Federacije bilo je potrebno uzeti u obzir pad temperatura zemljišne mase uzrokovane dugotrajnim radom sustava prikupljanja topline, te iskoristiti temperature tla koje se očekuju za 5. godinu. rad GTTS-a kao projektnih parametara za temperature mase tla. Uzimajući u obzir ovu okolnost, prilikom zoniranja teritorija Ruske Federacije prema učinkovitosti korištenja plinske turbinske elektrane, kao kriterij učinkovitosti sustava opskrbe toplinom geotermalne toplinske pumpe, koeficijent transformacije topline u prosjeku odabrana je 5. godina rada Kr tr, koja predstavlja omjer korisne toplinske energije koju proizvodi plinskoturbinska elektrana i energije utrošene na njezin pogon, a definirana za idealni termodinamički Carnotov ciklus na sljedeći način:

K tr \u003d T o / (T o - T u), (1)

gdje je T o temperaturni potencijal topline odvedene u sustav grijanja ili opskrbe toplinom, K;

T i - temperaturni potencijal izvora topline, K.

Koeficijent transformacije sustava opskrbe toplinskom crpkom K tr je omjer korisne topline odvedene u sustav opskrbe toplinom potrošača i energije utrošene na rad GTTS-a, a brojčano je jednak količini korisne topline dobivene pri temperaturama. T o i T i po jedinici potrošene energije na GTST pogon. Stvarni omjer transformacije razlikuje se od idealnog, opisanog formulom (1), po vrijednosti koeficijenta h, koji uzima u obzir stupanj termodinamičkog savršenstva GTST-a i nepovratne gubitke energije tijekom provedbe ciklusa.

Numerički eksperimenti provedeni su uz pomoć programa izrađenog u INSOLAR-INVEST OJSC, koji osigurava određivanje optimalnih parametara sustava prikupljanja topline ovisno o klimatskim uvjetima građevinskog područja, toplinskoj zaštiti zgrade, karakteristike rada opreme toplinskih crpki, cirkulacijskih crpki, uređaja za grijanje sustava grijanja, kao i njihov način rada. Program se temelji na prethodno opisanoj metodi za izradu matematičkih modela toplinskog režima sustava za prikupljanje niskopotencijalne topline tla, što je omogućilo zaobilaženje poteškoća povezanih s informativnom nesigurnošću modela i aproksimacijom vanjskih utjecaja, zbog korištenja u programu eksperimentalno dobivenih informacija o prirodnom toplinskom režimu tla, što omogućuje djelomično uzimanje u obzir čitavog kompleksa čimbenika (kao što su prisutnost podzemnih voda, njihova brzina i toplinski režimi, struktura i položaj slojeva tla, "toplinska" pozadina Zemlje, oborine, fazne transformacije vlage u prostoru pora i još mnogo toga) koji najznačajnije utječu na formiranje toplinskog režima prikupljanja topline u sustavu i zajedničkog obračuna. od kojih je u strogoj formulaciji problema danas praktički nemoguće. Kao rješenje “osnovnog” problema korišteni su podaci iz Priručnika o klimi SSSR-a (L.: Gidrometioizdat. Broj 1–34).

Program zapravo omogućuje rješavanje problema višeparametarske optimizacije GTTS konfiguracije za određenu građevinu i građevinsko područje. Pritom je ciljna funkcija problema optimizacije minimalni godišnji troškovi energije za rad plinskoturbinske elektrane, a kriteriji optimizacije su polumjer cijevi izmjenjivača topline tla, njegov (izmjenjivač topline) dužina i dubina.

Rezultati numeričkih eksperimenata i zoniranja teritorija Rusije u smislu učinkovitosti korištenja geotermalne topline niskog potencijala u svrhu opskrbe zgradama toplinom prikazani su grafički na slici 1. 2–9.

Na sl. 2 prikazane su vrijednosti i izolinije koeficijenta transformacije sustava za opskrbu toplinom geotermalne toplinske pumpe s horizontalnim sustavima prikupljanja topline, a na sl. 3 - za GTST s vertikalnim sustavima prikupljanja topline. Kao što je vidljivo iz slika, maksimalne vrijednosti Krr 4,24 za horizontalne sustave prikupljanja topline i 4,14 za vertikalne sustave mogu se očekivati ​​na jugu Rusije, a minimalne vrijednosti 2,87 i 2,73 na sjeveru, u Uelen. Za središnju Rusiju vrijednosti Kr tr za horizontalne sustave prikupljanja topline su u rasponu od 3,4-3,6, a za vertikalne sustave u rasponu od 3,2-3,4. Relativno visoke vrijednosti Kr tr (3,2–3,5) vrijedne su pažnje za regije Dalekog istoka, regije s tradicionalno teškim uvjetima opskrbe gorivom. očito Daleki istok je regija prioritetne implementacije GTST-a.

Na sl. Slika 4 prikazuje vrijednosti i izolinije specifičnih godišnjih troškova energije za pogon "horizontalnog" GTST + PD (vršna vrijednost bliže), uključujući troškove energije za grijanje, ventilaciju i opskrba toplom vodom, s obzirom na 1 m 2 grijane površine, a na sl. 5 - za GTST s vertikalnim sustavima prikupljanja topline. Kao što je vidljivo iz slika, godišnja specifična potrošnja energije za pogon horizontalnih plinskih turbinskih elektrana, svedena na 1 m 2 grijane površine zgrade, varira od 28,8 kWh / (god. m 2) na jugu Rusije do 241 kWh / (godina m 2) u Moskvi, Jakutsku, a za vertikalne plinskoturbinske elektrane, odnosno od 28,7 kWh / / (godina m 2) na jugu i do 248 kWh / / ( godine m 2) u Jakutsku. Ako vrijednost godišnje specifične potrošnje energije za pogon GTST-a prikazane na slikama za određeno područje pomnožimo s vrijednošću za ovaj lokalitet K p tr, umanjenom za 1, dobit ćemo količinu energije koja se uštedi GTST od 1 m 2 grijane površine godišnje. Na primjer, za Moskvu, za vertikalnu elektranu na plinsku turbinu, ova će vrijednost biti 189,2 kWh po 1 m 2 godišnje. Za usporedbu, možemo navesti vrijednosti specifične potrošnje energije utvrđene moskovskim standardima za uštedu energije MGSN 2.01–99 za niske zgrade na razini od 130, a za višekatne zgrade 95 kWh / (godina m 2) . Istodobno, troškovi energije normirani prema MGSN 2.01–99 uključuju samo troškove energije za grijanje i ventilaciju, u našem slučaju troškovi energije uključuju i troškove energije za opskrbu toplom vodom. Činjenica je da pristup procjeni troškova energije za rad zgrade, koji postoji u postojećim standardima, ističe u pojedinačnih članaka troškovi energije za grijanje i ventilaciju zgrade i troškovi energije za njezinu opskrbu toplom vodom. Istodobno, troškovi energije za opskrbu toplom vodom nisu standardizirani. Ovaj pristup se ne čini ispravnim, budući da su troškovi energije za opskrbu toplom vodom često proporcionalni troškovima energije za grijanje i ventilaciju.

Na sl. 6 prikazane su vrijednosti i izolinije racionalnog omjera toplinske snage vršnog zatvarača (PD) i instalirane električne snage horizontalnog GTST-a u ulomcima jedinice, a na sl. 7 - za GTST s vertikalnim sustavima prikupljanja topline. Kriterij racionalnog omjera toplinske snage vršnog zatvarača i instalirane električne snage GTST-a (bez PD) bio je minimalni godišnji trošak električne energije za pogon GTST + PD. Kao što se može vidjeti iz slika, racionalni omjer kapaciteta toplinske PD i električne GTPP (bez PD) varira od 0 na jugu Rusije, do 2,88 za horizontalne GTPP i 2,92 za vertikalne sustave u Jakutsku. U središnjoj traci teritorija Ruske Federacije, racionalni omjer toplinske snage zatvarača vrata i instalirane električne snage GTST + PD je unutar 1,1-1,3 za horizontalni i vertikalni GTST. Na ovom se mjestu potrebno zadržati detaljnije. Činjenica je da pri zamjeni, na primjer, električnog grijanja u središnjoj Rusiji, zapravo imamo priliku smanjiti snagu električne opreme instalirane u grijanoj zgradi za 35-40% i, sukladno tome, smanjiti električnu snagu koja se traži od RAO UES , koji danas "košta » oko 50 tisuća rubalja. po 1 kW električne snage instalirane u kući. Tako, na primjer, za vikendicu s izračunatim gubicima topline u najhladnijem petodnevnom razdoblju jednakim 15 kW, uštedjet ćemo 6 kW instalirane električne energije i, sukladno tome, oko 300 tisuća rubalja. ili ≈ 11,5 tisuća američkih dolara. Ova je brojka praktički jednaka cijeni GTST-a takvog toplinskog kapaciteta.

Dakle, ako ispravno uzmemo u obzir sve troškove povezane s spajanjem zgrade na centraliziranu opskrbu električnom energijom, ispada da po trenutnim tarifama za električnu energiju i priključenje na mreže centraliziranog napajanja u središnjem pojasu teritorija Ruske Federacije , čak i u smislu jednokratnih troškova, GTST se pokazuje isplativijim od električnog grijanja, a da ne spominjemo 60% uštede energije.

Na sl. 8 prikazane su vrijednosti i izolinije udjela toplinske energije proizvedene tijekom godine vršnim bližim (PD) u ukupnoj godišnjoj potrošnji energije horizontalnog GTST + PD sustava kao postotak, a na sl. 9 - za GTST s vertikalnim sustavima prikupljanja topline. Kao što se može vidjeti iz slika, udio toplinske energije proizvedene tijekom godine vršnim vršcima (PD) u ukupnoj godišnjoj potrošnji energije horizontalnog GTST + PD sustava varira od 0% na jugu Rusije do 38–40 % u Jakutsku i Turi, a za vertikalni GTST+PD - od 0% na jugu i do 48,5% u Jakutsku. U središnjoj zoni Rusije ove vrijednosti su oko 5-7% za vertikalni i horizontalni GTS. Riječ je o malim troškovima energije i u tom smislu morate biti oprezni pri odabiru bližeg vrha. Najracionalniji s gledišta specifičnih kapitalnih ulaganja u 1 kW snage i automatizacije su vršni električni pogoni. Važno je napomenuti korištenje kotlova na pelete.

Zaključno, želio bih se zadržati na vrlo važnom pitanju: problemu odabira racionalne razine toplinske zaštite zgrada. Ovaj je problem danas vrlo ozbiljan zadatak, za čije rješavanje je potrebna ozbiljna numerička analiza koja uzima u obzir kako specifičnosti našeg podneblja, tako i značajke korištene inženjerske opreme, infrastrukture centraliziranih mreža, kao i ekološka situacija u gradovima, propadajući doslovno pred našim očima, i još mnogo toga. Očito je da je danas već pogrešno formulirati bilo kakve zahtjeve za ljusku zgrade bez uzimanja u obzir njezine (građevinske) međupovezanosti s klimom i sustavom opskrbe energijom, inženjerskim komunikacijama itd. Kao rezultat toga, u vrlo bliskoj U budućnosti, rješenje problema izbora racionalne razine toplinske zaštite bit će moguće samo na temelju razmatranja složene zgrade + sustava opskrbe energijom + klime + okoliša kao jedinstvenog eko-energetskog sustava, a ovim pristupom konkurentski Prednosti GTTS-a na domaćem tržištu teško se mogu precijeniti.

Književnost

1. Sanner B. Izvori topline tla za toplinske pumpe (klasifikacija, karakteristike, prednosti). Tečaj geotermalnih dizalica topline, 2002.

2. Vasiliev G. P. Ekonomski izvediva razina toplinske zaštite zgrada // Ušteda energije. - 2002. - Broj 5.

3. Vasiliev G. P. Opskrba toplinom i hladnoćom zgrada i građevina korištenjem niskopotencijalne toplinske energije površinskih slojeva Zemlje: Monografija. Izdavačka kuća "Granica". – M. : Krasnaja zvezda, 2006.

Zamislite dom koji se uvijek održava ugodna temperatura, a sustavi grijanja i hlađenja nisu vidljivi. Ovaj sustav radi učinkovito, ali ne zahtijeva složeno održavanje ili posebna znanja vlasnika.

Svjež zrak, čuje se cvrkut ptica i vjetar kako se lijeno igra s lišćem na drveću. Kuća prima energiju iz zemlje, kao lišće, koje prima energiju iz korijena. Sjajna slika, zar ne?

Geotermalni sustavi grijanja i hlađenja čine to stvarnošću. Geotermalni NVK sustavi a (grijanje, ventilacija i klimatizacija) koristi temperaturu tla za grijanje zimi i hlađenje ljeti.

Kako funkcionira geotermalno grijanje i hlađenje

Temperatura okoline mijenja se s godišnjim dobima, ali se temperatura podzemlja ne mijenja toliko zbog izolacijskih svojstava zemlje. Na dubini od 1,5-2 metra temperatura ostaje relativno konstantna tijekom cijele godine. Geotermalni sustav se obično sastoji od opreme za unutarnju obradu, podzemnog sustava cijevi koji se naziva podzemna petlja i/ili cirkulacijske pumpe za vodu. Sustav koristi stalnu temperaturu Zemlje kako bi osigurao "čistu i besplatnu" energiju.

(Ne brkajte koncept geotermalnog NHC sustava s "geotermalnom energijom" - procesom u kojem se električna energija proizvodi izravno iz topline u zemlji. U potonjem slučaju koristi se druga vrsta opreme i drugih procesa, svrha od kojih je obično zagrijavanje vode do točke vrenja.)

Cijevi koje čine podzemnu petlju obično su izrađene od polietilena i mogu se polagati vodoravno ili okomito ispod zemlje, ovisno o terenu. Ako je vodonosnik dostupan, tada inženjeri mogu projektirati sustav "otvorene petlje" bušenjem bušotine u podzemnoj vodi. Voda se ispumpava, prolazi kroz izmjenjivač topline, a zatim se "ponovnim ubrizgavanjem" ubrizgava u isti vodonosnik.

Zimi voda, prolazeći kroz podzemnu petlju, apsorbira toplinu zemlje. Unutarnja oprema dodatno podiže temperaturu i distribuira je po cijeloj zgradi. To je kao klima uređaj koji radi unatrag. Tijekom ljeta, geotermalni NWC sustav izvlači toplu vodu iz zgrade i prenosi je kroz podzemnu petlju/pumpu do ponovnog ubrizgavanja, odakle voda ulazi u hladnije tlo/vodonosnik.

Za razliku od konvencionalnih sustava grijanja i hlađenja, geotermalni HVAC sustavi ne koriste fosilna goriva za proizvodnju topline. Oni samo uzimaju visoka temperatura sa zemlje. Obično se električna energija koristi samo za rad ventilatora, kompresora i pumpe.

U geotermalnom sustavu hlađenja i grijanja postoje tri glavne komponente: toplinska pumpa, tekućina za izmjenu topline (otvoreni ili zatvoreni sustav) i sustav za dovod zraka (cijevni sustav).

Za geotermalne dizalice topline, kao i za sve ostale vrste dizalica topline, omjer njihova korisno djelovanje na energiju utrošenu za ovo djelovanje (učinkovitost). Većina geotermalnih sustava toplinskih pumpi ima učinkovitost od 3,0 do 5,0. To znači da sustav pretvara jednu jedinicu energije u 3-5 jedinica topline.

Geotermalni sustavi ne zahtijevaju složeno održavanje. Pravilno postavljena, što je vrlo važno, podzemna petlja može ispravno služiti nekoliko generacija. Ventilator, kompresor i pumpa smješteni su u zatvorenom prostoru i zaštićeni su od hlapljivosti vremenski uvjeti stoga njihov vijek trajanja može trajati godinama, često desetljećima. Rutinske periodične provjere, pravovremena zamjena filtera i godišnje čišćenje spirale jedino su potrebno održavanje.

Iskustvo u korištenju geotermalnih NVC sustava

Geotermalni NVC sustavi koriste se više od 60 godina diljem svijeta. Oni rade s prirodom, a ne protiv nje, i ne emitiraju stakleničke plinove (kao što je ranije navedeno, troše manje električne energije jer koriste stalnu temperaturu Zemlje).

Geotermalni HC sustavi sve više postaju atributi zelenih domova kao dio rastućeg pokreta zelene gradnje. Zeleni projekti činili su 20 posto svih kuća izgrađenih u SAD-u. prošle godine. Članak u Wall Street Journalu kaže da će do 2016. proračun zelenih zgrada porasti sa 36 milijardi dolara godišnje na 114 milijardi dolara. To će iznositi 30-40 posto cjelokupnog tržišta nekretnina.

No velik dio informacija o geotermalnom grijanju i hlađenju temelji se na zastarjelim podacima ili nepotkrijepljenim mitovima.

Uništavanje mitova o geotermalnim NWC sustavima

1. Geotermalni NVC sustavi nisu obnovljiva tehnologija jer koriste električnu energiju.

Činjenica: Geotermalni HVAC sustavi koriste samo jednu jedinicu električne energije za proizvodnju do pet jedinica za hlađenje ili grijanje.

2. Sunčeva energija i energija vjetra su povoljnije obnovljive tehnologije u odnosu na geotermalne NVC sustave.

Činjenica: Geotermalni NVC sustavi za jedan dolar obrađuju četiri puta više kilovata/sati nego što generiraju solarna ili energija vjetra za isti dolar. Ove tehnologije se, naravno, mogu igrati važna uloga za okoliš, ali geotermalni NVC sustav je često najučinkovitiji i najekonomičniji način za smanjenje utjecaja na okoliš.

3. Geotermalni NVC sustav zahtijeva puno prostora za smještaj polietilenske cijevi podzemna petlja.

Činjenica: Ovisno o terenu, podzemna petlja može se postaviti okomito, što znači da je potrebna mala površina. Ako postoji raspoloživ vodonosnik, tada je potrebno samo nekoliko četvornih metara površine. Imajte na umu da se voda vraća u isti vodonosnik iz kojeg je uzeta nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline. Dakle, voda ne otječe i ne zagađuje vodonosnik.

4. HVK geotermalne toplinske pumpe su bučne.

Činjenica: Sustavi su vrlo tihi i vani nema opreme da ne smeta susjedima.

5. Geotermalni sustavi se s vremenom istroše.

Činjenica: Podzemne petlje mogu trajati generacijama. Oprema za izmjenu topline obično traje desetljećima jer je zaštićena u zatvorenom prostoru. Kada dođe vrijeme za potrebnu zamjenu opreme, cijena takve zamjene je mnogo manja od nove. geotermalni sustav, budući da su podzemna petlja i bunar njeni najskuplji dijelovi. Nova tehnička rješenja otklanjaju problem zadržavanja topline u tlu, pa sustav može izmjenjivati ​​temperature u neograničenim količinama. U prošlosti je bilo slučajeva pogrešno izračunatih sustava koji su zapravo pregrijavali ili pothlađivali tlo do točke u kojoj više nije postojala temperaturna razlika potrebna za rad sustava.

6. Geotermalni HVAC sustavi rade samo za grijanje.

Činjenica: jednako učinkovito rade za hlađenje i mogu se dizajnirati tako da nema potrebe za dodatnim rezervnim izvorom topline. Dok neki kupci smatraju da je isplativije imati mali rezervni sustav za najhladnija vremena. To znači da će njihova podzemna petlja biti manja, a time i jeftinija.

7. Geotermalni HVAC sustavi ne mogu istovremeno grijati vodu za kućanstvo, vodu u bazenu i grijati kuću.

Činjenica: Sustavi se mogu dizajnirati za obavljanje mnogih funkcija u isto vrijeme.

8. Geotermalni NHC sustavi zagađuju tlo rashladnim sredstvima.

Činjenica: većina sustava koristi samo vodu u šarkama.

9. Geotermalni NWC sustavi koriste puno vode.

Činjenica: Geotermalni sustavi zapravo ne troše vodu. Ako se koristi izmjena temperature Podzemne vode, tada se sva voda vraća u isti vodonosnik. U prošlosti su se doista koristili neki sustavi koji su gubili vodu nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline, no takvi se sustavi danas gotovo ne koriste. Gledajući na problem s komercijalnog stajališta, geotermalni HC sustavi zapravo štede milijune litara vode koja bi isparila u tradicionalnim sustavima.

10. Geotermalna NVC tehnologija nije financijski izvediva bez državnih i regionalnih poreznih poticaja.

Činjenica: Državni i regionalni poticaji obično iznose 30 do 60 posto ukupnih troškova geotermalnog sustava, što često može početnu cijenu spustiti blizu cijene konvencionalne opreme. Standardni HVAC zračni sustavi koštaju otprilike 3000 USD po toni topline ili hladnoće (kuće obično koriste jednu do pet tona). Cijena geotermalnih NVC sustava kreće se od približno 5.000 USD po toni do 8.000-9.000 USD. Međutim, nove metode ugradnje značajno smanjuju troškove, sve do cijena konvencionalnih sustava.

Uštede se mogu postići i popustima na opremu za javnu ili komercijalnu uporabu, ili čak velikim narudžbama za dom (osobito velikih marki kao što su Bosch, Carrier i Trane). Otvorene petlje, korištenjem pumpe i bušotine za ponovno ubrizgavanje, jeftinije su za ugradnju od zatvorenih sustava.

Izvor: energyblog.nationalgeographic.com

Za modeliranje temperaturnih polja i za druge izračune potrebno je znati temperaturu tla na zadanoj dubini.

Temperatura tla na dubini mjeri se pomoću ispušnih termometara za dubinu tla. Riječ je o planskim studijama koje redovito provode meteorološke postaje. Podaci istraživanja služe kao osnova za klimatske atlase i regulatornu dokumentaciju.

Da biste dobili temperaturu tla na određenoj dubini, možete pokušati, na primjer, dvije jednostavne načine. Obje metode temelje se na korištenju referentne literature:

1. Za približno određivanje temperature možete koristiti dokument TsPI-22. „Prijelazi željeznice cjevovodi." Ovdje je, u okviru metodologije za toplinskotehnički proračun cjevovoda, data tablica 1, gdje su za pojedine klimatske regije navedene temperature tla ovisno o dubini mjerenja. U nastavku predstavljam ovu tablicu.

stol 1

1. Tablica temperatura tla na različitim dubinama iz izvora "za pomoć radniku plinske industrije" iz vremena SSSR-a

Normativne dubine smrzavanja za neke gradove:

Dubina smrzavanja tla ovisi o vrsti tla:

Mislim da je najlakša opcija koristiti gore navedene referentne podatke, a zatim interpolirati.

Najpouzdanija opcija za točne izračune korištenjem temperatura tla je korištenje podataka meteoroloških službi. Na temelju meteoroloških usluga rade neki online imenici. Na primjer, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Ovdje je dovoljno odabrati mjesto, vrstu tla i možete dobiti temperaturnu kartu tla ili njegove podatke u tabličnom obliku. U principu je prikladno, ali čini se da je ovaj resurs plaćen.

Ako znate više načina za određivanje temperature tla na određenoj dubini, napišite komentare.

Možda će vas zanimati sljedeći materijal:

Temperatura unutar zemlje najčešće je prilično subjektivan pokazatelj, jer se točna temperatura može nazvati samo na pristupačnim mjestima, na primjer, u bušotini Kola (dubina 12 km). Ali ovo mjesto pripada vanjskom dijelu zemljine kore.

Temperature različitih dubina Zemlje

Kako su znanstvenici otkrili, temperatura raste za 3 stupnja svakih 100 metara duboko u Zemlju. Ova brojka je konstantna za sve kontinente i dijelove globus. Takav porast temperature događa se u gornjem dijelu zemljine kore, otprilike prvih 20 kilometara, zatim se porast temperature usporava.

Najveći porast zabilježen je u Sjedinjenim Državama, gdje je temperatura porasla za 150 stupnjeva na 1000 metara duboko u zemlju. Najsporiji rast zabilježen je u Južnoj Africi, termometar je porastao za samo 6 Celzijevih stupnjeva.

Na dubini od oko 35-40 kilometara temperatura se kreće oko 1400 stupnjeva. Granica plašta i vanjske jezgre na dubini od 25 do 3000 km zagrijava se od 2000 do 3000 stupnjeva. Unutarnja jezgra se zagrijava na 4000 stupnjeva. Temperatura u samom središtu Zemlje, prema posljednjim informacijama dobivenim kao rezultat složenih eksperimenata, iznosi oko 6000 stupnjeva. Sunce se može pohvaliti istom temperaturom na svojoj površini.

Minimalne i maksimalne temperature Zemljinih dubina

Pri izračunu minimalne i maksimalne temperature unutar Zemlje ne uzimaju se u obzir podaci pojasa konstantne temperature. U ovoj zoni temperatura je konstantna tijekom cijele godine. Pojas se nalazi na dubini od 5 metara (tropi) i do 30 metara (visoke geografske širine).

Maksimalna temperatura je izmjerena i zabilježena na dubini od oko 6000 metara i iznosila je 274 stupnja Celzija. Minimalna temperatura unutar zemlje fiksirana je uglavnom u sjevernim područjima našeg planeta, gdje čak i na dubini većoj od 100 metara termometar pokazuje minus temperature.

Odakle dolazi toplina i kako se distribuira u utrobi planeta

Toplina unutar zemlje dolazi iz nekoliko izvora:

1) Raspad radioaktivnih elemenata;

2) Gravitacijska diferencijacija tvari zagrijane u jezgri Zemlje;

3) Trenje plime i oseke (udarac Mjeseca na Zemlju, praćen usporavanjem potonjeg).

Ovo su neke opcije za pojavu topline u utrobi zemlje, ali pitanje kompletan popis te ispravnost već dostupnih otvorenih do sada.

Toplinski tok koji proizlazi iz utrobe našeg planeta varira ovisno o strukturnim zonama. Stoga raspodjela topline na mjestu gdje se nalaze ocean, planine ili ravnice ima potpuno različite pokazatelje.