"Issiqlik nasos tizimlarida erning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanish"

G. Vasilyev, "INSOLAR-INVEST" OAJ ilmiy direktori, texnika fanlari doktori, "INSOLAR-INVEST" OAJ direktorlar kengashi raisi
  Shilkin N.V, muhandis, NIISF (Moskva)

Yoqilg'i-energetika resurslaridan oqilona foydalanish  bugungi kunda global global muammolardan biri bo'lib, uni muvaffaqiyatli hal etish nafaqat dunyo hamjamiyatining yanada rivojlanishi, balki uning atrof-muhitini saqlash uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'ladi. Ushbu muammoni hal qilishning istiqbolli usullaridan biri bu yangi energiya tejaydigan texnologiyalarni qo'llashnoan'anaviy qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanish (NEE)  So'nggi o'n yilliklarda an'anaviy qazib olinadigan yoqilg'ining kamayishi va ularni yoqishning ekologik oqibatlari dunyoning deyarli barcha rivojlangan mamlakatlarida ushbu texnologiyalarga qiziqishning sezilarli darajada oshishiga olib keldi.

An'anaviy hamkasblariga nisbatan ishlatiladigan issiqlik ta'minoti texnologiyalarining afzalliklari nafaqat binolar va inshootlarning hayotini ta'minlash tizimlarida energiya sarfini sezilarli darajada pasayishi bilan, balki ularning ekologik tozaligi, shuningdek sohada yangi imkoniyatlar bilan bog'liq. hayotni qo'llab-quvvatlash tizimlarining avtonomligini oshirish. Ko'rinishidan, yaqin kelajakda bu xususiyatlar issiqlik energiyasi ishlab chiqaradigan uskunalar bozorida raqobatbardosh vaziyatni shakllantirishda hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'ladi.

Rossiya iqtisodiyotida energiya tejaydigan texnologiyalardan foydalanishning mumkin bo'lgan sohalarini tahlil qilish noan'anaviy energiya manbalari, Rossiyada ularni amalga oshirishning eng istiqbolli sohasi binolarning hayotini ta'minlash tizimlari ekanligini ko'rsatadi. Shu bilan birga, zamonaviy texnologiyalarda amaliyotni mahalliy qurilishda joriy etish bo'yicha juda samarali yo'nalish keng tarqalgan ko'rinadi issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimlari (TST)past potentsial issiqlik manbai sifatida er yuzasi qatlamlarining tuproqlaridan foydalanish.

Foydalanishda er isishi issiqlik energiyasining ikki turini ajratish mumkin - yuqori potentsial va past potentsial. Yuqori potentsial issiqlik energiyasining manbai gidrotermal manbalardir - geologik jarayonlar natijasida yuqori haroratgacha isitiladigan issiqlik suvlari, bu ularni binolarni issiqlik bilan ta'minlash uchun ishlatishga imkon beradi. Biroq, Erning yuqori potentsial issiqlik energiyasidan foydalanish ma'lum geologik parametrlarga ega hududlar bilan cheklangan. Rossiyada bu, masalan, Kamchatka, Kavkaz mineral suvlari mintaqasi; Evropada Vengriya, Islandiya va Frantsiyada yuqori darajadagi issiqlik manbalari mavjud.

Yuqori potentsial issiqlik energiyasidan (to'g'ridan-to'g'ri) foydalanishdan farqli o'laroq, yerning past potentsial issiqligidan foydalanish  issiqlik nasoslari yordamida deyarli hamma joyda mumkin. Hozirgi kunda bu eng jadal rivojlanayotgan foydalanish sohalaridan biridir. noan'anaviy qayta tiklanadigan energiya manbalari.

Erning past darajadagi isishi  har xil turdagi bino va inshootlarda ko'p jihatdan foydalanish mumkin: isitish, issiq suv ta'minoti, konditsionerlik (sovutish), qishda isitish yo'llari, muzlarning oldini olish uchun, ochiq stadionlarda isitish maydonchalari va boshqalar. Ingliz tilidagi texnik adabiyotlarda bunday tizimlar "GHP" - "geotermal issiqlik nasoslari" deb nomlanadi, geotermal issiqlik nasoslari.

AQSh va Kanada bilan birgalikda Yerning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanishning asosiy sohalari bo'lgan Markaziy va Shimoliy Evropa mamlakatlarining iqlim xususiyatlari, asosan, isitishga bo'lgan ehtiyojni belgilaydi; yozda ham havo sovishi nisbatan kam uchraydi. Shuning uchun, AQShdan farqli o'laroq, issiqlik nasoslari  Evropa mamlakatlarida ular asosan isitish rejimida ishlaydi. AQShda issiqlik nasoslari  havoni isitish va tashqi havoni sovutish imkonini beradigan shamollatish bilan birgalikda havo isitish tizimlarida ko'proq ishlatiladi. Evropa mamlakatlarida issiqlik nasoslari  odatda suv isitish tizimlarida ishlatiladi. Beri issiqlik nasosining samaradorligi  evaporatator va kondensator o'rtasidagi harorat farqi pasayganda oshadi; ko'pincha binolarni isitish uchun poldan isitish tizimlari ishlatiladi, ularda sovutish suvi nisbatan past haroratda (35-40 ° C) aylanadi.

Ko'pchilik issiqlik nasoslari  Evropada, elektr kompressorlari bilan jihozlangan, erning past darajadagi issiqligidan foydalanish uchun mo'ljallangan.

So'nggi o'n yil ichida, binolarni issiqlik va sovuq bilan ta'minlash uchun Yerning past potentsial issiqligidan foydalanadigan tizimlar soni issiqlik nasoslarisezilarli darajada oshdi. Bunday tizimlarning eng ko'p soni AQShda qo'llaniladi. Bunday tizimlarning ko'pligi Kanada va markaziy va shimoliy Evropa mamlakatlarida: Avstriya, Germaniya, Shvetsiya va Shveytsariyada ishlaydi. Shveytsariya jon boshiga Yerning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanish bo'yicha etakchi hisoblanadi. So'nggi o'n yil ichida Rossiyada ushbu sohaga ixtisoslashgan, eng qiziqlari taqdim etilgan texnologiyalardan foydalangan holda va INSOLAR-INVEST OAJ ishtirokida bir nechta ob'ektlar qurildi.

Moskvada, Nikulino-2 mikrorayonida u aslida birinchi marta qurilgan issiqlik nasosi issiq suv tizimi  ko'p qavatli turar-joy binosi. Ushbu loyiha 1998-2002 yillarda Rossiya Federatsiyasi Mudofaa vazirligi tomonidan Moskva hukumati, Rossiya Sanoat va fan vazirligi, ABOK NP assotsiatsiyasi bilan birgalikda amalga oshirildi. "Moskvadagi energiyani tejashning uzoq muddatli dasturi".

Issiqlik nasosining evaporatatorlari uchun issiqlik energiyasining past potentsial manbai sifatida er yuzasi qatlamlarining tuproq issiqligi, shuningdek chiqariladigan shamollatish havosining isishi ishlatiladi. Issiq suv tayyorlash uchun moslama binoning podvalida joylashgan. U quyidagi asosiy elementlarni o'z ichiga oladi:

• bug 'siqishni issiqlik nasos agregatlari (HPU);
• issiq suvni saqlash uchun idishlar;
• tuproqning past potentsial issiqlik energiyasini to'plash tizimlari va chiqarilgan shamollatish havosining past potentsial issiqligi;
• aylanma nasoslar, asboblar

Kam potentsial tuproq issiqlik yig'ish tizimining asosiy issiqlik almashinuvi elementi binoning perimetri tashqarisida joylashgan vertikal koaksial tipdagi tuproq issiqlik almashinuvchisidir. Ushbu issiqlik almashinuvchilari har birining chuqurligi 32 dan 35 m gacha, uy yaqinida joylashgan 8 ta quduqdir. Issiqlik nasoslaridan foydalanish rejimidan beri erning isishi  va olib tashlangan havoning isishi doimiy bo'lib, issiq suv iste'moli o'zgaruvchan, issiq suv tizimi saqlash idishlari bilan jihozlangan.

Issiqlik nasoslari orqali Erning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanishning dunyo miqyosidagi bahosi ma'lumotlar jadvalda keltirilgan.

1-jadval. Issiqlik nasoslari yordamida Erning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanishning dunyo darajasi

Tuproq past potentsial issiqlik energiyasining manbai sifatida

Kam potentsial issiqlik energiyasining manbai sifatida nisbatan past haroratli yoki er yuzasi (400 m chuqurlik) qatlamlari bo'lgan er osti suvlaridan foydalanish mumkin.. Tuproq massasining issiqlik tarkibi odatda yuqori. Er yuzasi qatlamlari tuproqlarining termal rejimi ikkita asosiy omil - sirtdagi quyosh nurlanish hodisasi va yer osti radiogen issiqlikining ta'siri ostida shakllanadi.. Quyosh nurlanishining intensivligi va tashqi havo haroratining mavsumiy va kunlik o'zgarishlari tuproqning yuqori qatlamlarida harorat o'zgarishiga olib keladi. Tashqi havo harorati kunlik tebranishlar va chuqurlikdagi quyosh nurlanishining chuqurlik darajasi, aniq tuproq va iqlim sharoitiga qarab, bir necha o'nlab santimetrdan bir yarim metrgacha o'zgarib turadi. Tashqi havo harorati mavsumiy tebranishlarining kirib borish chuqurligi va quyosh nurlanishining intensivligi, qoida tariqasida, 15-20 m dan oshmaydi.

Ushbu chuqurlikdan pastda joylashgan tuproq qatlamlarining harorat rejimi ("neytral zona") er osti suvlaridan kelib chiqadigan issiqlik energiyasi ta'sirida shakllanadi va deyarli tashqi iqlim parametrlarining kunlik o'zgarishiga bog'liq emas (1-rasm).

Shakl 1. Tuproq haroratining chuqurlik darajasiga qarab o'zgarishi grafigi

Borayotgan chuqurlik bilan tuproqning harorati geotermal gradiyentga mos ravishda oshadi (har 100 m uchun taxminan 3 daraja). Er osti suvlaridan kelib chiqadigan radiogen issiqlik oqimining kattaligi turli joylarda farq qiladi. Markaziy Evropa uchun bu qiymat 0,05-0,12 Vt / m2 ni tashkil qiladi.

Amaliyot davrida tashqi iqlimning mavsumiy o'zgarishi natijasida, shuningdek issiqlik to'plash tizimidagi operatsion yuklarning ta'siri ostida, past potentsialli tuproq issiqlik yig'ish tizimining (issiqlik yig'ish tizimi) tuproq issiqlik almashtirgichining quvurlari registrining issiqlik ta'sir zonasida joylashgan tuproq massasi odatda takroriy muzlatish va ta'sirga uchraydi. eritish. Bunday holda, tabiiy ravishda, tuproq bo'shlig'ida joylashgan va umumiy holatda suyuqlikda ham, qattiq va gazsimon fazalarda bir vaqtning o'zida joylashgan namlikning yig'ilish holatida o'zgarishlar bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, issiqlik yig'ish tizimining tuproq massasi, qanday holatda bo'lishiga (muzlatilgan yoki erigan) qaramasdan, murakkab uch fazali polidisperse heterojen tizim bo'lib, uning skeletlari turli shakl va o'lchamdagi juda katta miqdordagi qattiq zarrachalar tomonidan hosil bo'ladi va qattiq yoki qattiq bo'lishi mumkin. zarrachalar bir-biriga mahkam bog'langanligiga yoki ular ko'chma fazada bir modda bilan bir-biridan ajralib chiqishiga qarab va mobil. Qattiq zarralar orasidagi bo'shliqlar minerallashgan namlik, gaz, bug 'va muz bilan yoki ikkalasini bir vaqtning o'zida to'ldirishi mumkin. Bunday ko'pkomponentli tizimning issiqlik rejimini tashkil etadigan issiqlik va massa uzatish jarayonlarini modellashtirish juda qiyin vazifadir, chunki bu ularni amalga oshirishning turli mexanizmlarini hisobga olish va matematik tavsiflashni talab qiladi: bitta zarrachada issiqlik o'tkazuvchanligi, bir zarrachadan ikkinchisiga ular bilan aloqa qilganda issiqlik o'tkazuvchanligi, o'rta to'ldirish bo'shliqlarida molekulyar issiqlik o'tkazilishi. zarrachalar orasidagi, g'ovak bo'shlig'idagi bug' va namlikning konvektsiyasi va boshqalar.

Tuproq massasi namligi va uning bo'shliq bo'shliqlaridagi namlik ko'chishining past potentsial issiqlik energiyasining manbai sifatida xususiyatlarini belgilovchi issiqlik jarayonlariga ta'siriga alohida e'tibor qaratish lozim.

Issiqlik to'plash tizimining tuproq massasi bo'lgan kapillyar gözenekli tizimlarda, gözenek kosmosida namlik mavjudligi, issiqlik tarqalish jarayoniga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Bugungi kunda ushbu ta'sirni to'g'ri hisobga olish muhim qiyinchiliklar bilan bog'liq bo'lib, ular birinchi navbatda tizimning u yoki bu tuzilishida qattiq, suyuq va gazsimon fazalarning tarqalishi tabiati to'g'risida aniq fikrlarning yo'qligi bilan bog'liq. Skeletning zarralari bilan namlik bog'lovchi kuchlarning tabiati, namlanishning turli bosqichlarida namlik bog'lash shakllarining materialga bog'liqligi va g'ovak bo'shlig'ida namlik harakati mexanizmi hali aniqlanmagan.

Agar tuproq massivining qalinligida harorat gradienti mavjud bo'lsa, bug 'molekulalari pastroq harorat potentsiali bo'lgan joylarga o'tadi, lekin shu bilan birga, tortishish kuchlari ta'siri ostida, suyuq fazada aksincha yo'naltirilgan namlik oqimi yuzaga keladi. Bundan tashqari, tuproqning yuqori qatlamlarining haroratiga atmosfera yog'inlari namligi, shuningdek er osti suvlari ta'sir qiladi.

Kam ta'sirli tuproq issiqligini to'plash tizimlarida tuproq massasining harorat rejimi hosil bo'lishi ta'sirida asosiy omillar sek. 2.

Shakl 2. Uning ta'siri ostida tuproqning harorat rejimi shakllanadigan omillar

Erning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanish tizimlari turlari

Zamin issiqlik almashinuvchilari bog'lab turadi issiqlik nasosi uskunalari  tuproq massasi bilan. Tuproqning issiqlik energiyasini «olish» dan tashqari, tuproq massasida issiqlik (yoki sovuq) to'plash uchun tuproq issiqlik almashinuvchilari ham ishlatilishi mumkin.

Umumiy holda, Erning past potentsial issiqlik energiyasidan foydalanish uchun ikkita tizimni ajratish mumkin:

• ochiq tizimlar:  past potentsial issiqlik energiyasining manbai sifatida to'g'ridan-to'g'ri issiqlik nasoslariga etkazib beriladigan er osti suvlari ishlatiladi;
• yopiq tizimlar:  issiqlik almashinuvchilari tuproq massasida joylashgan; Sovutish suvi ularnikidan pastroq harorat bilan aylanib o'tganda, issiqlik tuproqdan olinadi va bug'latgichga o'tadi issiqlik pompasi  (yoki tuproqqa nisbatan harorat ko'tarilgan issiqlik tashuvchisini ishlatganda, uning sovishi).

Ochiq tizimlarning asosiy qismi quduqlar bo'lib, ular suv osti suvlaridan er osti suvlarini olish va suvni o'sha suvli qatlamlarga qaytarish imkonini beradi. Buning uchun odatda juftlashgan quduqlar o'rnatiladi. Bunday tizimning diagrammasi sek. 3.

Shakl 3. Er osti suvlarining past darajadagi issiqlik energiyasidan foydalanishning ochiq tizimining sxemasi

Ochiq tizimlarning afzalligi nisbatan arzon narxda katta miqdordagi issiqlik energiyasini ishlab chiqarish qobiliyatidir. Biroq, quduqlar parvarish qilishni talab qiladi. Bundan tashqari, bunday tizimlardan foydalanish barcha sohalarda mumkin emas. Tuproq va er osti suvlariga qo'yiladigan asosiy talablar:

• suv ta'minotini to'ldirishga imkon beradigan tuproqning etarli darajada suv o'tkazuvchanligi;
• er osti suvlarining yaxshi kimyoviy tarkibi (masalan, temirning kam miqdori), quvurlar va korroziya devorlarida konlar paydo bo'lishi bilan bog'liq muammolardan qoching.

Ochiq tizimlar ko'pincha katta binolarni isitish yoki sovutish uchun ishlatiladi. Dunyodagi eng katta geotermal issiqlik nasos tizimi  past potentsial issiqlik energiyasining manbai sifatida er osti suvlaridan foydalanadi. Ushbu tizim Qo'shma Shtatlar, Luisvil, Kentukki shahrida joylashgan. Tizim mehmonxona-ofis kompleksini issiqlik va sovuq bilan ta'minlash uchun ishlatiladi; Uning quvvati taxminan 10 MVt.

Ba'zan Erning issiqligidan foydalanadigan tizimlar tabiiy va sun'iy ochiq suv havzalarining past potentsial issiqligini ishlatish tizimlarini o'z ichiga oladi. Ushbu yondashuv, xususan, AQShda qabul qilingan. Suv havzalarining past potentsial issiqligini ishlatadigan tizimlar, er osti suvlarining past potentsial issiqligini ishlatadigan tizimlar ham ochiqdir.

O'z navbatida yopiq tizimlar gorizontal va vertikalga bo'linadi.

Landshaft tuproqli issiqlik almashtirgich("zamin issiqlik kollektori" va "gorizontal halqa" atamalari ingliz adabiyotida ham qo'llaniladi) odatda uyning yaqinida sayoz chuqurlikda joylashgan (ammo qishda tuproq muzlash darajasidan past). Landshaft zamin issiqlik almashtirgichlaridan foydalanish mavjud uchastkaning kattaligi bilan cheklangan.

G'arbiy va Markaziy Evropa mamlakatlarida gorizontal er osti issiqlik almashinuvchilari odatda nisbatan mahkam yotqizilgan va bir-biriga ketma-ket yoki parallel ravishda ulangan alohida quvurlardir (4a, 4b-rasm). Hududni tejash uchun issiqlik almashinuvchilarining yaxshilangan turlari ishlab chiqilgan, masalan, gorizontal yoki vertikal ravishda joylashgan spiral shaklidagi issiqlik almashinuvchilari (4e, 4e-rasm). Issiqlik almashtirgichlarning bunday shakli AQShda keng tarqalgan.

Shakl 4. Tuproqning gorizontal issiqlik almashinuvchilari turlari
  a - ketma-ket ulangan quvurlardan issiqlik almashtirgich;
  b - parallel ulangan quvurlardan issiqlik almashtirgich;
  in - xandaqda yotqizilgan gorizontal kollektor;
  g - pastadirli issiqlik almashtirgich;
d - gorizontal holatda joylashgan spiral shaklida issiqlik almashtirgich ("shilimshiq" kollektor deb ataladi);
  e - spiral shaklidagi issiqlik almashtirgich

Agar gorizontal issiqlik almashinuvchisi bo'lgan tizim faqat issiqlik hosil qilish uchun ishlatilsa, uning normal ishlashi faqat quyosh nurlari ta'sirida er yuzidan etarli issiqlik olganda mumkin bo'ladi. Shuning uchun issiqlik almashtirgichlar ustidagi sirt quyosh nurlari ta'sirida bo'lishi kerak.

Vertikal zamin issiqlik almashinuvchilari  ("BHE" belgisi ingliz adabiyotida "quduqning issiqlik almashtiruvchisi" sifatida qabul qilingan), ular "neytral zonadan" pastroqda (er sathidan 10-20 m) joylashgan tuproq massasining past darajadagi issiqlik energiyasidan foydalanishga imkon beradi. Tuproqning vertikal issiqlik almashinuvchilari bo'lgan tizimlar katta maydonlarni talab qilmaydi va sirtdagi quyosh nurlanish hodisasining intensivligiga bog'liq emas. Vertikal zamin issiqlik almashinuvchilari deyarli barcha turdagi geologik muhitda samarali ishlaydi, issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lgan tuproqlardan tashqari, masalan, quruq qum yoki quruq shag'al. Vertikal tuproqli issiqlik almashinuvi tizimlari juda keng tarqalgan.

Vertikal tuproqli issiqlik almashtirgich bilan issiqlik nasosini o'rnatish orqali bitta xonadonli turar joyni isitish va issiq suv ta'minoti sek. 5.

Shakl 5. Bir xonadonli turar joyni vertikal tuproqli issiqlik almashtirgich yordamida issiqlik nasosi yordamida isitish va issiq suv ta'minoti sxemasi.

Sovutish suvi chuqurligi 50 dan 200 m gacha bo'lgan vertikal quduqlarda yotqizilgan quvurlar (ko'pincha polietilen yoki polipropilen) orqali aylanadi Odatda odatda vertikal zamin issiqlik almashinuvchilari ishlatiladi (6-rasm):

• Pastki qismida ulangan ikkita parallel quvurlar bo'lgan U shaklidagi issiqlik almashtirgich. Bunday quvurlarning bir yoki ikki (kamdan-kam uch) juftligi bitta quduqda joylashgan. Bunday sxemaning afzalligi nisbatan past ishlab chiqarish narxidir. Ikki karra U shaklidagi issiqlik almashinuvchilari Evropada eng keng tarqalgan vertikal zamin issiqlik almashinuvchisi hisoblanadi.
• Koaksiyal (konsentrik) issiqlik almashinuvchisi. Eng oddiy koaksiyal issiqlik almashinuvi turli diametrdagi ikkita quvurdan iborat. Kichikroq quvur boshqa trubaning ichida joylashgan. Koaksiyal issiqlik almashinuvchilari yanada murakkab konfiguratsiyalar bo'lishi mumkin.

Shakl 6. Har xil turdagi vertikal tuproqli issiqlik almashtirgichlarning kesishishi

Issiqlik almashinuvi samaradorligini oshirish uchun quduq va quvurlar orasidagi bo'shliq maxsus issiqlik o'tkazuvchan materiallar bilan to'ldiriladi.

Vertikal tuproqli issiqlik almashinuvchilari bo'lgan tizimlar turli o'lchamdagi binolarni issiqlik va sovuq bilan ta'minlash uchun ishlatilishi mumkin. Kichkina bino uchun bitta issiqlik almashtirgich etarli bo'ladi; katta binolar vertikal issiqlik almashtirgichli quduqlarning butun guruhini qurishni talab qilishi mumkin. Dunyodagi eng ko'p quduqlardan AQShning Nyu-Jersi shtatidagi Richard Stockton kolleji isitish va sovutish tizimida foydalaniladi. Ushbu kollejning vertikal er osti issiqlik almashinuvchilari chuqurligi 130 m bo'lgan 400 quduqda joylashgan.Evropada eng ko'p quduqlar (chuqurligi 70 m bo'lgan 154 quduq) Germaniya havo harakatini boshqarish xizmati (Deutsche Flug-sicherung) markaziy apparati issiqlik va sovuq ta'minoti tizimida qo'llaniladi.

Vertikal yopiq tizimlarning alohida holati - bu qurilish inshootlarini tuproq issiqlik almashinuvchisi sifatida ishlatish, masalan, monolit quvurlar bilan poydevor qoziqlari. Tuproq issiqlik almashtirgichining uchta konturi bo'lgan bunday qoziqning kesishishi sek. 7.

Shakl 7. Binoning poydevor qoziqlarida va bunday qoziqlarning kesishmasida monolit tuproq issiqlik almashinuvi sxemasi

Er massasi (erga vertikal issiqlik almashinuvi holatida) va er osti issiqlik almashtirgichlari bo'lgan qurilish inshootlaridan nafaqat manba sifatida, balki issiqlik energiyasining tabiiy akkumulyatori yoki "sovuq", masalan, quyosh nuridan olinadigan issiqlik sifatida ham foydalanish mumkin.

Ochiq yoki yopiq ravishda bir xil ravishda berilishi mumkin bo'lmagan tizimlar mavjud. Masalan, suv bilan to'ldirilgan bir xil chuqurlik (100 dan 450 m gacha) ishlab chiqarish yoki in'ektsiya bo'lishi mumkin. Quduqning diametri odatda 15 sm. Quduqning pastki qismida nasos qo'yiladi, u orqali quduqdan suv issiqlik nasosining bug'lashtiruvchilariga etkazib beriladi. Qaytish suvi suv ustunining yuqori qismiga xuddi shu quduqqa qaytib keladi. Quduq doimiy ravishda er osti suvlari bilan to'ldiriladi va ochiq tizim yopiq quduq kabi ishlaydi. Ingliz adabiyotida ushbu turdagi tizimlar "stand ustun quduqlari tizimi" deb nomlanadi (8-rasm).

Shakl 8. "Turg'un ustun" turidagi quduqning sxemasi

Odatda, ushbu turdagi quduqlar binoni ichimlik suvi bilan ta'minlash uchun ham ishlatiladi.. Biroq, bunday tizim quduqni suv bilan doimiy ravishda to'ldirishni ta'minlaydigan tuproqlarda samarali ishlashi mumkin, bu uning muzlashiga yo'l qo'ymaydi. Agar suv qatlami juda chuqur bo'lsa, tizim normal ishlashi uchun energiya sarfini ko'paytirishni talab qiladigan kuchli nasos kerak bo'ladi. Quduqning katta chuqurligi bunday tizimlarning ancha yuqori narxiga olib keladi, shuning uchun ular kichik binolarni issiqlik va sovuq bilan ta'minlash uchun ishlatilmaydi. Hozir dunyoda AQSh, Germaniya va Evropada bir nechta bunday tizimlar mavjud.

Minimal issiqlik energiyasining manbai sifatida minalar va tunnellardagi suvdan foydalanish istiqbolli yo'nalishlardan biri hisoblanadi. Ushbu suvning harorati yil davomida doimiy bo'ladi. Minalar va tunnellardan suv olish oson.

Yer tizimlarining past potentsial issiqlik energiyasining "barqarorligi"

Tuproq issiqlik almashtirgichining ishlashi paytida, isitish mavsumida tuproqning issiqlik almashtirgichi yaqinidagi tuproq harorati pasayganda va yozda tuproq dastlabki haroratgacha qizdirish uchun vaqt topolmaganida vaziyat yuzaga kelishi mumkin - uning harorat potentsiali pasayadi. Keyingi isitish mavsumida energiya iste'moli tuproq haroratining yanada pasayishiga olib keladi va uning harorat potentsiali yanada kamayadi. Tizimlarni loyihalashda u kuch beradi yerning past potentsial issiqligidan foydalanish  bunday tizimlarning barqarorligini ko'rib chiqing. Ko'pincha, energiya manbalari uskunalarning to'lash muddatini qisqartirish uchun juda intensiv ravishda ishlatiladi, bu esa ularning tez eskirishiga olib keladi. Shuning uchun energiya manbalarini uzoq vaqt davomida ishlatishga imkon beradigan energiya ishlab chiqarish darajasini saqlab turish kerak. Uzoq vaqt davomida issiqlik energiyasini ishlab chiqarishning zarur darajasini ushlab turish uchun tizimlarning bunday qobiliyati "barqarorlik" deb nomlanadi. Kam potentsial foydalanish tizimlari uchun er isishi  Barqarorlik to'g'risida quyidagi ta'rif berilgan: “Yerning past potentsial issiqligini ishlatadigan har bir tizim uchun va ushbu tizimning har bir ishlash rejimida energiya ishlab chiqarishning ma'lum maksimal darajasi mavjud; ushbu darajadan past energiya ishlab chiqarish uzoq vaqt (100-300 yil) saqlanishi mumkin. ”

Kutib turing "INSOLAR-INVEST" OAJ Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, isitish mavsumi oxirida tuproq massasidan issiqlik energiyasini iste'mol qilish issiqlik yig'uvchi tizim quvurlari registri yaqinidagi tuproq haroratining pasayishiga olib keladi, bu Rossiyaning aksariyat tuproq-iqlim sharoitida yozgi mavsumda kompensatsiya qilish uchun vaqt topolmaydi va keyingi isitish mavsumi boshlanishida tuproq tark etadi. harorat pasayishi bilan. Keyingi isitish mavsumida issiqlik energiyasini iste'mol qilish tuproq haroratining yanada pasayishiga olib keladi va uchinchi isitish mavsumi boshlanishida uning harorat potentsiali tabiiydan ham farq qiladi. Va hokazo. Shu bilan birga, issiqlik yig'ish tizimining uzoq muddatli ishlashi tuproqning tabiiy harorat rejimiga termal ta'sirining zarflari aniq eksponentdir va ishning beshinchi yiliga kelib tuproq davriylikka yaqin bo'lgan yangi rejimga kiradi, ya'ni ishning beshinchi yilidan boshlab tuproq massasidan issiqlik energiyasini uzoq muddatli iste'mol qiladi. issiqlik yig'ish tizimi haroratning davriy o'zgarishi bilan birga keladi. Shunday qilib, loyihalashda issiqlik pompasi isitish tizimlari  issiqlik yig'ish tizimining uzoq muddatli ishlashi natijasida yuzaga kelgan tuproq massasining harorat pasayishini hisobga olish va TST ishining 5-yilida kutilgan tuproq massasining haroratini hisoblangan parametrlar sifatida ishlatish kerak.

Birlashtirilgan tizimlardaissiqlik va sovuq ta'minot uchun ishlatilganda issiqlik balansi «avtomatik ravishda» \u200b\u200bo'rnatiladi: qishda (issiqlik ta'minoti talab qilinadi), tuproq massasi soviydi, yozda (sovuq ta'minoti talab qilinadi) - tuproq massasini isitish. Er osti suvlarining past darajadagi issiqlik energiyasidan foydalanadigan tizimlarda suvning zaxiralari doimiy ravishda to'ldirilib boriladi, buning natijasida suvning er osti qatlamlari va tuproqning chuqur qatlamlaridan kelib chiqishi kuzatiladi. Shunday qilib, er osti suvlarining issiqlik tarkibi "yuqoridan" (atmosfera havosi isishi tufayli) va "pastdan" (erning isishi tufayli) oshadi; "yuqorida" va "pastda" issiqlik kiritish miqdori suv qatlamining qalinligi va chuqurligiga bog'liq. Issiqlik kirib borishi sababli er osti suvlarining harorati butun mavsum davomida o'zgarmas bo'lib qoladi va ish paytida ozgina o'zgaradi.

Vertikal zamin issiqlik almashinuvchilari bo'lgan tizimlarda vaziyat boshqacha. Issiqlik chiqarilishi bilan tuproq issiqlik almashtirgichi atrofidagi tuproqning harorati pasayadi. Haroratning pasayishiga issiqlik almashtirgichning dizayn xususiyatlari va uning ishlash tartibi ham ta'sir qiladi. Masalan, issiqlik energiyasining yuqori qiymatiga ega tizimlarda (issiqlik almashtirgichning har bir metriga bir necha o'nlab vatt) yoki past issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan tuproqda joylashgan (masalan, quruq qum yoki quruq shag'alda) issiqlik pasayishi ayniqsa sezilarli bo'ladi va olib kelishi mumkin. tuproq issiqlik almashtirgichi atrofidagi tuproqni muzlatish.

Germaniyalik mutaxassislar tuproq massasi haroratini o'lchash ishlarini olib borishdi, unda chuqurligi 50 m bo'lgan vertikal tuproqli issiqlik almashinuvchisi Frankfurt-am Main yaqinida joylashgan. Buning uchun quduqdan 2,5, 5 va 10 m masofada asosiy quduq atrofida bir xil chuqurlikdagi 9 quduq qazilgan. O'nta quduqda haroratni o'lchash uchun har 2 metrda sensorlar o'rnatildi - jami 240 datchik. Shaklda 9-rasmda birinchi isitish mavsumining boshida va oxirida vertikal tuproqli issiqlik almashtirgich atrofida tuproq massasining harorat taqsimoti ko'rsatilgan diagrammalar ko'rsatilgan. Isitish mavsumi oxirida issiqlik almashtirgich atrofidagi tuproq massasining haroratida sezilarli pasayish kuzatildi. Atrofdagi tuproq massividan issiqlik almashinuvchisiga yo'naltirilgan issiqlik oqimi mavjud, bu "issiqlik" tufayli tuproq haroratining pasayishini qisman qoplaydi. Ushbu oqimning kattaligi bu erdagi er osti suvlaridan (80-100 mVt / kv.m) issiqlik oqimining kattaligiga nisbatan ancha yuqori (kvadrat metrga bir necha vatt) deb hisoblanadi.

Shakl 9. Birinchi isitish mavsumining boshida va oxirida vertikal tuproqli issiqlik almashtirgich atrofidagi tuproq massasidagi haroratni taqsimlash diagrammasi.

Taxminan 15-20 yil oldin vertikal issiqlik almashinuvchilari nisbatan keng tarqalishni boshlaganligi sababli, butun dunyoda ushbu turdagi issiqlik almashinuvchilari bo'lgan tizimlarning uzoq (o'nlab yillar) hayoti davomida olingan tajriba ma'lumotlari yo'q. Ushbu tizimlarning barqarorligi, ularning uzoq vaqt davomida ishlashi haqida savol tug'iladi. Erning past darajadagi issiqlik energiyasi qayta tiklanadigan energiya manbaimi? Ushbu manbani «yangilash» davri nima?

Yaratilgan jihozlar bilan jihozlangan Yaroslavl viloyatidagi qishloq maktabida issiqlik nasosi tizimiTuproqning vertikal issiqlik almashtirgichidan foydalanib, ma'lum bir issiqlik yo'qotish o'rtacha qiymati 120-190 Vt / pog 'darajasida edi. m issiqlik moslamasining uzunligi.

1986 yildan beri Shveytsariyada Tsyurix yaqinida vertikal er osti issiqlik almashtirgichlari bo'lgan tizimdan tadqiqotlar olib borildi. Tuproq massivida 105 m chuqurlikdagi vertikal koaksiyal er osti issiqlik almashtirgichi o'rnatilib, bu issiqlik almashtirgich bitta xonadonli turar-joy binosiga o'rnatilgan issiqlik nasos tizimining past potentsial issiqlik energiyasi manbai sifatida ishlatilgan. Tuproqning vertikal issiqlik almashtirgichi har bir metrga taxminan 70 Vt kuchlanishni ta'minladi, bu atrofdagi tuproq massasiga sezilarli issiqlik yukini yaratdi. Issiqlik energiyasining yillik ishlab chiqarilishi 13 MVt soatni tashkil etadi

Asosiy quduqdan 0,5 va 1 m masofada ikkita qo'shimcha quduq qazildi, unda 1,2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 va 105 m chuqurlikda harorat sensori o'rnatildi, shundan so'ng quduqlar to'ldirildi. loy-tsement aralashmasi. Har o'ttiz daqiqada harorat o'lchandi. Tuproq haroratidan tashqari, boshqa parametrlar ham qayd etildi: sovutish suvining tezligi, issiqlik pompasi kompressorining haydovchisiga energiya sarfi, havo harorati va boshqalar.

Birinchi kuzatuv davri 1986 yildan 1991 yilgacha davom etgan. O'lchovlar shuni ko'rsatdiki, tashqi havo va quyosh radiatsiyasining ta'siri tuproq qatlami qatlamida 15 m chuqurlikda kuzatiladi.Bu sathdan pastda tuproqning issiqlik rejimi asosan erning isishi natijasida hosil bo'ladi. Dastlabki 2-3 yil davomida massa harorativertikal issiqlik almashtirgich atrofida keskin pasayish sodir bo'ldi, ammo harorat pasayishi yil sayin pasayib bordi va bir necha yil o'tgach, tizim issiqlik moslamasi atrofidagi tuproq massasining harorati dastlabki darajadan 1-2 ° C past bo'lganda doimiy rejimga keldi.

1996 yil kuzida, tizim ish boshlaganidan o'n yil o'tgach, o'lchovlar qayta tiklandi. Ushbu o'lchovlar tuproqning harorati deyarli o'zgarmaganligini ko'rsatdi. Keyingi yillarda, er osti haroratining ahamiyatsiz tebranishlari yillik isitish yukiga qarab 0,5 daraja C atrofida qayd etildi. Shunday qilib, tizim dastlabki bir necha yillik faoliyatdan so'ng kvazatsionar rejimga o'tdi.

Tajriba ma'lumotlari asosida tuproq massasida sodir bo'ladigan jarayonlarning matematik modellari qurildi, bu tuproq massasi haroratining o'zgarishini uzoq muddatli prognoz qilish imkonini berdi.

Matematik modellashtirish shuni ko'rsatdiki, haroratning yillik pasayishi asta-sekin pasayib boradi va harorat o'zgarishi sharoitida issiqlik almashtirgich atrofidagi tuproq massasi har yili ortib boradi. Amaliyot davrining oxirida regeneratsiya jarayoni boshlanadi: tuproq harorati ko'tarila boshlaydi. Rejeneratsiya jarayonining tabiati issiqlikni "tanlash" jarayonining tabiatiga o'xshashdir: ishning dastlabki yillarida tuproq haroratining keskin ko'tarilishi kuzatiladi, keyingi yillarda harorat ko'tarilish tezligi pasayadi. “Qayta tiklash” davri davomiyligi operatsiya muddatiga bog'liq. Ushbu ikki davr taxminan bir xil. Bunday holda, tuproq issiqlik almashtirgichining ishlash muddati o'ttiz yilni tashkil etdi, shuningdek "regeneratsiya" davri ham o'ttiz yil deb hisoblanadi.

Shunday qilib, erning past darajali issiqligidan foydalanadigan binolarning issiqlik va sovuq ta'minoti tizimlari hamma joyda ishlatilishi mumkin bo'lgan ishonchli energiya manbai hisoblanadi. Ushbu manba etarlicha uzoq vaqt davomida ishlatilishi mumkin va operatsiya oxirida yangilanishi mumkin.

Adabiyot

1. Rybach L. Evropada va butun dunyoda geotermal issiqlik nasoslarining (GHP) holati va istiqbollari; IGlarning barqarorligi jihatlari. Xalqaro geotermal issiqlik nasoslari kursi, 2002 yil

2. Vasilev G.P., Krundyshev N.S. Yaroslavl viloyatidagi energiya tejaydigan qishloq maktabi. № 5, 2002 yil

3. Sanner B. Issiqlik nasoslari uchun issiqlik manbalari (tasnifi, xususiyatlari, afzalliklari). 2002 yil

4. Rybach L. Evropada va butun dunyoda geotermal issiqlik nasoslarining (GHP) holati va istiqbollari; IGlarning barqarorligi jihatlari. Xalqaro geotermal issiqlik nasoslari kursi, 2002 yil

5. ORKUSTOFNUN ishchi guruhi, Islandiya (2001): geotermal energiyani barqaror ishlab chiqarish - taklif etilgan ta'rif. IGA News no. 43, 2001 yil yanvar-mart, 1-2

6. Rybach L., Sanner B. Erdan ishlaydigan issiqlik nasos tizimlari - Evropa tajribasi. GeoHeat - Markaz Bull. 2000 yil 21/1

7. Sovuq iqlim sharoitida turar-joy issiqlik nasoslari yordamida energiya tejash. Maxi risolasi 08. CADDET, 1997 yil

8. Atkinson Schaefer L. Yagona bosimni yutish issiqlik nasosining tahlili. Akademik fakultetga taqdim etilgan dissertatsiya. Jorjiya texnologiya instituti, 2000 yil

9. Morley T. Qaytilgan issiqlik dvigateli binolarni isitish vositasi sifatida, Muhandis 133: 1922

10. Fearon J. Issiqlik pompasi, sovutish va konditsionerlikning tarixi va rivojlanishi. 1978 yil

11. Vasiliev G.P. Issiqlik nasosli isitish tizimlari bo'lgan energiya tejaydigan binolar. "Uy-joy kommunal xizmatlari" jurnali, 2002 yil 12-son

12. Ikkilamchi energiya manbalari va noan'anaviy qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalangan holda issiqlik nasoslaridan foydalanish bo'yicha ko'rsatma. Moskomarxitektura. "NIAC" davlat unitar korxonasi, 2001 yil

13. Moskvadagi energiya tejaydigan turar joy binosi. ABOK № 4, 1999 yil

14. Vasiliev G.P. Nikulino-2 mikrorayonidagi energiya tejaydigan eksperimental turar-joy binosi. ABOK № 4, 2002 yil

Kirill Degtyarev, Moskva davlat universiteti tadqiqotchisi M.V. Lomonosov.

Uglevodorodlarga boy bo'lgan bizning mamlakatimizda geotermal energiya ekzotik resurs bo'lib, hozirgi sharoitda u neft va gaz bilan raqobatlasha olmaydi. Shunga qaramay, energiyaning ushbu alternativ shakli deyarli hamma joyda va juda samarali ishlatilishi mumkin.

Surat Igor Konstantinov.

Tuproq haroratining chuqurlik bilan o'zgarishi.

Termal suvlarning ko'tarilishi va chuqurlik bilan o'rab turgan quruq jinslar.

Harorat turli mintaqalarda chuqurlik bilan o'zgarib turadi.

Eyyafyatlayokudl Islandiya vulqonining otilishi - faol tektonik va vulqon zonalarida er osti suvlaridan kuchli issiqlik oqimi bilan sodir bo'layotgan zo'ravon vulqon jarayonlari.

Dunyo mamlakatlaridagi geotermal elektr stantsiyalarining o'rnatilgan quvvati, MVt.

Rossiyada geotermal manbalarni taqsimlash. Mutaxassislarning fikriga ko'ra, geotermal energiyaning zaxiralari organik qazilma yoqilg'ilarning energiya zaxiralaridan bir necha baravar yuqori. "Geotermal Energiya Jamiyati" uyushmasi ma'lumotlariga ko'ra.

Geotermal energiya erning ichki qismidagi issiqlikdir. U chuqurlikda ishlab chiqariladi va er yuzasiga turli shakllarda va har xil intensivlik bilan kiradi.

Tuproqning yuqori qatlamlarining harorati asosan tashqi (ekzogen) omillarga - quyosh nurlari va havo haroratiga bog'liq. Yozda va kunduzda tuproq ma'lum bir chuqurlikgacha qiziydi, qishda va kechasi havo harorati o'zgargandan keyin soviydi va biroz ortib, chuqurligi oshib boradi. Kundalik tebranishlarning ta'siri birliklardan bir necha o'n santimetrgacha chuqurlikda tugaydi. Mavsumiy tebranishlar tuproqning chuqur qatlamlarini ushlaydi - o'nlab metrgacha.

Muayyan chuqurlikda - o'nlab metrlardan yuzlab metrgacha - tuproq harorati doimiy ravishda saqlanib turadi, bu er yuzasidagi o'rtacha yillik havo haroratiga tengdir. Buni juda chuqur g'orga tushish orqali aniqlash oson.

Muayyan hududda o'rtacha yillik havo harorati noldan past bo'lganda, bu abadiy sovuq (aniqrog'i, ko'p yillik) sifatida namoyon bo'ladi. Sharqiy Sibirda yil davomida muzlatilgan tuproqlarning qalinligi, ya'ni qalinligi ba'zi joylarda 200-300 m ga etadi.

Muayyan chuqurlikdan (xaritadagi har bir nuqta uchun o'ziga xos), Quyosh va atmosferaning ta'siri shunchalik zaiflashadi, birinchi navbatda endogen (ichki) omillar paydo bo'ladi va erning ichki qismi qiziydi, shunda harorat chuqurlasha boshlaydi.

Erning chuqur qatlamlarini isitish asosan u erda joylashgan radioaktiv elementlarning parchalanishi bilan bog'liq, ammo boshqa issiqlik manbalari, masalan, er qobig'i va mantiyasining chuqur qatlamlaridagi fizik-kimyoviy, tektonik jarayonlar ham deyiladi. Qanday bo'lmasin, tog 'jinslari va ular bilan bog'liq suyuq va gazsimon moddalar harorati chuqurlik oshib boraveradi. Konchilar ushbu hodisaga duch kelishmoqda - chuqur konlarda u doimo issiq bo'ladi. 1 km chuqurlikda o'ttiz daraja issiqlik normal bo'ladi va chuqurroq harorat yanada yuqori bo'ladi.

Yerning ichki qismiga issiqlik oqimi juda kam - o'rtacha, uning kuchi 0,03-0,05 Vt / m 2,
yoki yiliga taxminan 350 Vt / m 2. Quyoshdan kelib chiqadigan issiqlik oqimi va u tomonidan isitiladigan havo fonida bu aqlga sig'maydigan narsa: Quyosh Yer yuzasining har kvadrat metriga yiliga 4000 kVt / soat beradi, ya'ni 10 000 baravar ko'p (albatta, bu o'rtacha, qutb va ekvatorial kengliklar o'rtasida juda katta tarqalish bilan. va boshqa iqlim va ob-havo omillariga bog'liq).

Sayyoramizning ko'p qismida issiqlik oqimining ichaklardan sirtga ahamiyatsizligi jinslarning past issiqlik o'tkazuvchanligi va geologik tuzilish xususiyatlari bilan bog'liq. Ammo istisnolar mavjud - issiqlik oqimi katta bo'lgan joylar. Birinchidan, bu tektonik yoriqlar zonasi, seysmik faollik va vulqonizm, bu erda erning ichki energiyasi chiqib ketadi. Bunday zonalar litosferaning termal anomaliyalari bilan ajralib turadi, bu erda er yuzasiga keladigan issiqlik oqimi "odatdagidan" bir necha baravar ko'p yoki hatto kattalik buyurtmalariga teng bo'lishi mumkin. Ushbu zonalar yuzasida katta miqdordagi issiqlik vulqon otilishi va issiq suv buloqlari orqali amalga oshiriladi.

Aynan shu sohalar geotermal energiyani rivojlantirish uchun eng qulaydir. Rossiya hududida bu, birinchi navbatda, Kamchatka, Kuril orollari va Kavkaz.

Shu bilan birga, geotermal energiyaning rivojlanishi deyarli hamma joyda mumkin, chunki harorat oshishi universal hodisa bo'lib, vazifa mineral xom ashyoni u erdan qazib olish singari ichaklardan issiqlikni olishdir.

O'rtacha har 100 m uchun chuqurlikdagi harorat 2,5-3 ° S ga ko'tariladi, turli chuqurliklarda yotgan ikki nuqta orasidagi harorat farqining ular orasidagi chuqurlik farqiga nisbati geotermal gradyan deyiladi.

O'zaro javob - bu geotermal bosqich yoki chuqurlikning intervalidir, bunda harorat 1 C atrofida ko'tariladi.

Gradient qanchalik baland bo'lsa va shunga mos ravishda, qadam qanchalik past bo'lsa, erning chuqurlikdagi issiqlik yuzasiga yaqinlashadi va bu hudud geotermal energiyani rivojlantirish uchun istiqbolli bo'ladi.

Turli sohalarda, geologik tuzilishiga va boshqa mintaqaviy va mahalliy sharoitlarga qarab, chuqurlik bilan harorat ko'tarilishi keskin o'zgarishi mumkin. Yer shkalasi bo'yicha geotermal gradyanlar va qadamlar qiymatlarining tebranishlari 25 martaga etadi. Masalan, Oregonda (AQSh) gradient 1 km uchun 150 ° C, Janubiy Afrikada - 1 km uchun 6 ° C.

Savol shuki, katta chuqurlikdagi harorat qanday - 5, 10 km va undan ko'proq? Ushbu tendentsiyani saqlab turishda, 10 km chuqurlikdagi harorat o'rtacha 250-300 ° S atrofida bo'lishi kerak, bu superdep quduqlarida to'g'ridan-to'g'ri kuzatuvlar bilan tasdiqlangan, ammo rasm haroratning chiziqli o'sishiga qaraganda ancha murakkabroq.

Masalan, Boltiq kristalli qalqonida burg'ilangan Kola superdepsi qudug'ida 3 km chuqurlikdagi harorat 10 ° C / 1 km tezlikda o'zgaradi va shundan so'ng geotermal gradyan 2-2,5 baravar yuqori bo'ladi. 7 km chuqurlikda allaqachon 120 ° C, 10 km da - 180 ° C va 12 km da - 220 ° C harorat qayd etilgan.

Shimoliy Kaspiy mintaqasida quduq yotqizilgan bo'lib, u erda 500 m chuqurlikda harorat 42 o S, 1,5 km - 70 o S, 2 km - 80 o S da, 3 km - 108 o S da.

Taxmin qilinishicha, geotermal gradient 20-30 km chuqurlikdan boshlanadi: 100 km chuqurlikda, kutilayotgan harorat 1300-1500 o S atrofida, 400 km chuqurlikda - 1600 o S, Yer yadrosida (6000 km dan yuqori) - 4000-5000 o C

10-12 km gacha chuqurlikda harorat burg'ulash quduqlari orqali o'lchanadi; ular mavjud bo'lmagan joyda, bilvosita xususiyatlar bilan aniqlanadi, xuddi shu chuqurliklarda. Bunday bilvosita belgilar seysmik to'lqinlar o'tishining tabiati yoki quyilayotgan lavaning harorati bo'lishi mumkin.

Biroq, geotermal energiya maqsadlari uchun, 10 km dan oshiq chuqurlikdagi harorat to'g'risidagi ma'lumotlar amaliy ahamiyatga ega emas.

Bir necha kilometr chuqurlikda juda ko'p issiqlik bor, lekin uni qanday ko'tarish kerak? Ba'zan tabiatning o'zi biz uchun bu muammoni tabiiy sovutish suvi yordamida - yuzaga chiqadigan yoki biz uchun qulay bo'lgan chuqurlikda yotadigan isitiladigan termal suv yordamida hal qiladi. Ba'zi hollarda, chuqurlikdagi suv bug 'holatiga qadar isitiladi.

"Termal suvlar" atamasining aniq ta'rifi yo'q. Qoida tariqasida, ular issiq er osti suvlarini suyuq holatda yoki bug 'shaklida, shu jumladan, er yuzasiga 20 ° C dan yuqori haroratga, ya'ni, havo haroratidan yuqori bo'lgan suvlarni anglatadi.

Er osti suvlari, bug ', bug'-suv aralashmalarining isishi gidrotermal energiya hisoblanadi. Shunga ko'ra, uni ishlatishga asoslangan energiya gidrotermal deb ataladi.

Vaziyat to'g'ridan-to'g'ri quruq jinslardan issiqlik energiyasini ishlab chiqarish bilan yanada murakkablashadi - ayniqsa, etarlicha yuqori haroratlar, odatda, bir necha kilometr chuqurlikdan boshlanganligi sababli, issiqlik energiyasi.

Rossiyada yoqilg'i energiyasining potentsiali gidrotermal energiyadan yuz baravar yuqori - mos ravishda 3500 va 35 trln. Tonna yoqilg'i. Bu tabiiy holat - Yerning chuqurlikdagi isishi hamma joyda va termal suvlar mahalliy darajada aniqlanadi. Biroq, aniq texnik qiyinchiliklar tufayli, issiqlik suvlari hozirgi paytda issiqlik va elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

20-30-100 ° C gacha bo'lgan suv isitish uchun, 150 ° C va undan yuqori harorat - va geotermal elektr stantsiyalarida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun javob beradi.

Umuman olganda, Rossiyada tonna standart yoqilg'i yoki boshqa energiya blokiga nisbatan geotermal resurslar qazib olinadigan yoqilg'ining zaxiralariga qaraganda qariyb 10 baravar yuqori.

Nazariy jihatdan, faqat geotermal energiya tufayli mamlakatning energiya ehtiyojlarini to'liq qondirish mumkin edi. Amalda, hozirgi paytda, uning ko'pgina hududlarida texnik va iqtisodiy sabablarga ko'ra bu mumkin emas.

Dunyoda geotermal energiyadan foydalanish asosan Atlantika tizmasining shimoliy uchida, juda faol tektonik va vulqon zonasida joylashgan Islandiya bilan bog'liq. Ehtimol, hamma 2010 yilda Eyjafjallajökull vulqonining kuchli otilishini eslashadi.

Aynan ushbu geologik o'ziga xoslik tufayli Islandiyada geotermal energiyaning ulkan zaxiralari, shu jumladan issiq buloqlar er yuzasiga etib boradi va hatto geyzerlar shaklida otilib chiqadi.

Islandiyada hozirgi vaqtda iste'mol qilinadigan barcha energiyaning 60% dan ko'prog'i Yerdan olinadi. Jumladan, geotermal manbalar hisobiga isitishning 90 foizi va elektr energiyasining 30 foizi ta'minlanadi. Qolaversa, mamlakatda qolgan elektr energiyasi gidroelektrostantsiyalarda ishlab chiqariladi, ya'ni qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanib, Islandiyani global ekologik standartga o'xshaydi.

20-asrda geotermal energiyani "qabul qilish" Islandiyaga iqtisodiy jihatdan yordam berdi. O'tgan asrning o'rtalariga qadar u juda kambag'al mamlakat edi, hozirda u o'rnatilgan quvvat va aholi jon boshiga geotermal energiya ishlab chiqarish bo'yicha dunyoda birinchi o'rinda turadi va geotermal elektr stantsiyalarining o'rnatilgan quvvatining mutlaq qiymati bo'yicha birinchi o'ntalikka kiradi. Biroq, uning aholisi atigi 300 ming kishini tashkil etadi, bu ekologik toza energiya manbalariga o'tish vazifasini soddalashtiradi: unga bo'lgan ehtiyoj odatda unchalik katta emas.

Islandiyadan tashqari, elektr energiyasini ishlab chiqarish umumiy balansida geotermal energiyaning yuqori ulushi Yangi Zelandiya va Janubi-Sharqiy Osiyoning orol davlatlarida (Filippin va Indoneziyada), Markaziy Amerika va Sharqiy Afrikada ta'minlanadi, ularning hududlari yuqori seysmik va vulqonlar bilan xarakterlanadi. Ushbu mamlakatlar uchun hozirgi rivojlanish darajasi va ehtiyojlari bilan geotermal energiya ijtimoiy-iqtisodiy rivojlanishga katta hissa qo'shadi.

(Tugashi quyidagi.)

Eng katta qiyinchilik bu patogen mikrofloradan saqlanishdir. Va to'yingan va iliq muhitda buni qilish qiyin. Hatto eng yaxshi yerto'lalarda ham mog'or bor. Shuning uchun bizga muntazam ravishda ishlatiladigan quvurlarni devorlardan yig'ilib qolgan har qanday tuynukdan tozalash tizimi kerak. Va buni 3 metrli yotqizish bilan amalga oshirish juda oddiy emas. Avvalo, mexanik usul aqlga keladi - cho'tka. Baca qanday tozalash kerak. Suyuq kimyo turidan foydalanish. Yoki gaz. Agar siz fosgenni quvur orqali pompalasangiz, unda hamma narsa nobud bo'ladi va bir necha oy davomida bu etarli bo'lishi mumkin. Ammo har qanday gaz kimyoga kiradi. trubadagi namlik bilan reaktsiya va shunga mos ravishda unda joylashadi, bu uni uzoq vaqt havo qiladi. Uzoq vaqt davomida havoga chiqish patogenlarni tiklashga olib keladi. Bu erda sizga zamonaviy tozalash vositalarini biladigan malakali yondashuv kerak.

  Umuman olganda, men har bir so'z ostida imzo qo'yaman! (Men bu erda nima zavqlanishni bilmayman).

Ushbu tizimda men hal qilinishi kerak bo'lgan bir nechta muammolarni ko'rmoqdaman:

1. Berilgan issiqlik almashtirgichning uzunligi uni samarali ishlatish uchun etarli bo'ladimi (ba'zi effekt zarur bo'ladi, ammo qaysi biri aniq emas)
  2. Kondensatsiya. Qishda, bu bo'lmaydi, chunki sovuq havo quvur orqali yuboriladi. Kondensat trubaning tashqi tomondan - erga tushadi (u issiqroq). Ammo yozda ... Muammo kondensatni 3 m chuqurlikdan qanday chiqarish kerakligi - men allaqachon kondensat yig'ish uchun kondensat olish joyining yon tomoniga muhrlangan yaxshi stakan yasashni o'ylaganman. Vaqti-vaqti bilan kondensatni chiqarib yuboradigan nasosni o'rnatish uchun ...
  3. Kanalizatsiya quvurlari (plastmassa) zich joylashgan deb taxmin qilinadi. Agar shunday bo'lsa, unda uning atrofidagi er osti suvlari ichkariga kirmasligi va havoning namligiga ta'sir qilmasligi kerak. Shuning uchun, namlik (podvalda bo'lgani kabi) u erda bo'lmaydi deb o'ylayman. Hech bo'lmaganda qishda. Menimcha, podval yomon shamollatish tufayli ho'l. Kalıp, quyosh nuri va shashka yoqmaydi (quvurda qoralama bo'ladi). Va endi savol tug'iladi: er osti kanalizatsiya quvurlari Qanchalik tor? Ular men uchun necha yoshdalar? Haqiqat shundaki, ushbu loyiha bir-biriga mos keladi - xandaq kanalizatsiya uchun qazish (u 1-1,2 m chuqurlikda bo'ladi), so'ngra izolyatsiya (polistirol ko'pik) va undan ishonchli tarzda er batareyasi). Bu shuni anglatadiki, depressurizatsiya paytida bu tizimni tuzatib bo'lmaydi - men uni qazib ololmayman - men shunchaki erga joylashtirdim va u ham shunday.
4. Quvurlarni tozalash. Men pastki nuqtada tekshiruvni yaxshi qilaman deb o'yladim. Endi bu sababga ko'ra "sezgi" kamroq - er osti suvlari - u toshib ketishi va nol tuyg'usi paydo bo'lishi mumkin. Quduqsiz variantlar ko'p emas:
   a. tuzatishlar har ikki tomondan (har 110 mm quvur uchun) amalga oshiriladi, ular sirtga kiradi, quvurga zanglamaydigan simi tortiladi. Tozalash uchun biz unga kvach yopishtiramiz. Minuslar - bir guruh quvurlar sirtga kiradi, bu batareyaning harorati va gidrodinamik ishlashiga ta'sir qiladi.
  b. vaqti-vaqti bilan suvni oqartiruvchi suv bilan to'kib tashlang (masalan, boshqa dezinfektsiyalash vositasi), quvurlarning boshqa uchidagi kondensatsiya qudug'idan suv quyib oling. Keyin, quvurlarni havo bilan quriting (ehtimol bir xil rejimda - uydan tashqariga, garchi men bu fikrni yoqtirmasam ham).
  5. Hech qanday qolip (qoralama) bo'lmaydi. ammo ichimlikda yashaydigan boshqa mikroorganizmlar - juda ko'p. Qishki rejimga umid bor - sovuq, quruq havo yaxshi dezinfektsiyalanadi. Himoya qilish varianti batareyaning kirish qismidagi filtrdir. Yoki ultrabinafsha (qimmat)
  6. Bunday dizayndagi havo haydash qanchalik qiyin?
   Kirish filtri (nozik mash)
   - 90 darajaga pastga aylantiring
   -\u003e 4m 200mm quvur pastga
   -\u003e oqimni 4 110 mm quvurlarga bo'lish
   -\u003e gorizontal ravishda 10 metr
   - 90 darajaga pastga aylantiring
   -\u003e 1 metr pastga
   -\u003e 90 daraja aylanish
   -\u003e gorizontal ravishda 10 metr
   -\u003e 200 mm quvurda yig'iladigan oqim
   -\u003e 2 metr yuqoriga
   - 90 darajaga buriling (uyga)
   -\u003e filtr qog'ozi yoki mato cho'ntagi
   -\u003e fanat

Bizda 25 m quvur, 90 daraja 6 burilish (burilish yumshoqroq bo'lishi mumkin - 2x45), 2 filtr. Menga soatiga 300-400 m3 kerak. Tezligi ~ 4m / s

Ta'rif:

Yuqori potentsial geotermal issiqlik (gidrotermal manbalar) dan "to'g'ridan-to'g'ri" foydalanishdan farqli o'laroq, er osti qatlamlaridan tuproqni geotermal issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimlari (GSTS) uchun past potentsial issiqlik energiyasi manbai sifatida foydalanish deyarli hamma joyda mumkin. Hozirgi kunda dunyoda bu an'anaviy bo'lmagan qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanish uchun eng jadal rivojlanayotgan sohalardan biri.

Geotermal issiqlik nasosining isitish tizimlari va ulardan Rossiyaning iqlim sharoitida foydalanish samaradorligi

Vasilev G.P., "INSOLAR-INVEST" OAJ ilmiy direktori

Yuqori potentsial geotermal issiqlik (gidrotermal manbalar) dan "to'g'ridan-to'g'ri" foydalanishdan farqli o'laroq, er osti qatlamlaridan tuproqni geotermal issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimlari (GSTS) uchun past potentsial issiqlik energiyasi manbai sifatida foydalanish deyarli hamma joyda mumkin. Hozirgi kunda dunyoda bu an'anaviy bo'lmagan qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanish uchun eng jadal rivojlanayotgan sohalardan biri.

Er yuzasi qatlamlarining tuproqlari aslida cheksiz quvvatning issiqlik akkumulyatoridir. Tuproqning termik rejimi ikkita asosiy omil - quyosh nurlari yuzidagi hodisa va er osti suvlaridan radiogen issiqlikning ta'siri ostida shakllanadi. Quyosh nurlanishining intensivligi va tashqi havo haroratining mavsumiy va kunlik o'zgarishlari tuproqning yuqori qatlamlarida harorat o'zgarishiga olib keladi. Tashqi havo harorati kunlik tebranishlar va chuqurlikdagi quyosh nurlanishining chuqurlik darajasi, aniq tuproq va iqlim sharoitiga qarab, bir necha o'nlab santimetrdan bir yarim metrgacha o'zgarib turadi. Tashqi havo haroratining mavsumiy tebranishlari va voqea sodir bo'lgan quyosh nurlanishining chuqurlik darajasi, qoida tariqasida, 15-20 m dan oshmaydi.

Ushbu chuqurlikdan pastda joylashgan tuproq qatlamlarining issiqlik rejimi ("neytral zona") er osti suvlaridan kelib chiqadigan issiqlik energiyasi ta'siri ostida shakllanadi va deyarli tashqi iqlim parametrlarining kunlik o'zgarishiga bog'liq emas (1-rasm). Borayotgan chuqurlik bilan tuproqning harorati geotermal gradyanga qarab ham oshadi (har 100 m uchun taxminan 3 ° C). Er osti suvlaridan kelib chiqadigan radiogen issiqlik oqimining kattaligi turli joylarda farq qiladi. Qoida tariqasida, bu qiymat 0,05-0,12 Vt / m 2 ni tashkil qiladi.

1-rasm

GTST ishlashi paytida, tashqi iqlimning mavsumiy o'zgarishi natijasida, shuningdek issiqlik yig'ish tizimidagi operatsion yuklarning ta'siri ostida, past potentsialli tuproq issiqlik yig'ish tizimining (issiqlik yig'ish tizimi) tuproq issiqlik almashtirgichining quvurlari registridagi issiqlik ta'sir zonasida joylashgan tuproq massasi odatda takroriy muzlatish va ta'sirga uchraydi. eritish. Bunday holda, tabiiy ravishda, tuproq bo'shlig'ida joylashgan va umumiy holatda suyuqlikda ham, qattiq va gazsimon fazalarda bir vaqtning o'zida joylashgan namlikning yig'ilish holatida o'zgarishlar bo'ladi. Bundan tashqari, issiqlik to'plash tizimining tuproq massasi bo'lgan kapillyar gözenekli tizimlarda, g'ovak bo'shlig'ida namlik mavjudligi issiqlik tarqalish jarayoniga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Bugungi kunda ushbu ta'sirni to'g'ri hisobga olish muhim qiyinchiliklarga duch keladi, bu, birinchi navbatda, tizimning u yoki bu tuzilishida qattiq, suyuq va gazsimon fazalarning tarqalishi tabiati to'g'risida aniq fikrlarning yo'qligi bilan bog'liq. Tuproq massasi qalinligida harorat gradienti mavjud bo'lsa, suv bug'ining molekulalari pastroq harorat potentsiali bo'lgan joylarga o'tadi, lekin shu bilan birga, tortishish kuchlari ta'siri ostida suyuq fazada aksincha yo'naltirilgan namlik oqimi yuzaga keladi. Bundan tashqari, tuproqning yuqori qatlamlarining haroratiga atmosfera yog'inlari namligi, shuningdek er osti suvlari ta'sir qiladi.

Shunga o'xshash jarayonlarni tavsiflovchi matematik modellarning "informatsion noaniqlik" yoki boshqacha qilib aytganda, atrof-muhit tizimiga (atmosfera va tuproq massasi) ta'siri to'g'risida ishonchli ma'lumot yo'qligi. issiqlik yig'ish tizimining tuproq issiqlik almashinuvchisining issiqlik ta'sir zonasidan tashqarida) va ularning yaqinlashuvining o'ta murakkabligi. Darhaqiqat, agar tashqi iqlim tizimiga ta'sirini taxminiylashtirish murakkab bo'lsa ham, "kompyuter vaqti" va mavjud modellardan (masalan, "odatdagi iqlim yili") foydalanishda muayyan xarajatlar bilan amalga oshirilsa, u holda modelda atmosfera ta'sirini hisobga olish muammosi paydo bo'ladi. ta'sirlar (shudring, tuman, yomg'ir, qor va boshqalar), shuningdek, ostki va atrofdagi tuproq qatlamlarining issiqlik yig'ish tizimining tuproq massasiga termal ta'sirning yaqinligi bugungi kunda deyarli erimaydi va mumkin alohida tadqiqotlar mavzusini Twist. Shunday qilib, masalan, er osti suvlarini filtrlash oqimlarining shakllanish jarayonlari, ularning tezligi rejimi, shuningdek, tuproq issiqlik almashtirgichining issiqlik ta'sir zonasi ostidagi tuproq qatlamlarining issiqlik va namlik holati to'g'risida ishonchli ma'lumot olishning iloji yo'qligi, past potentsialli issiqlik yig'ish tizimining issiqlik rejimining to'g'ri matematik modelini yaratish vazifasini sezilarli darajada murakkablashtiradi. tuproq.

GTSTni loyihalashda yuzaga keladigan tavsiflangan qiyinchiliklarni engib o'tish uchun tuproqda issiqlik yig'ish tizimlarining termik rejimini matematik modellashtirish usulini va amalda sinab ko'rilgan usulni va tuproq massasi massasi massasining massiv qatoridagi tuproqning g'ovak bo'shlig'ida namlikning fazaviy o'tishini hisobga olish usulini tavsiya etish mumkin.

Metodning mohiyati matematik modelni qurishda ikkita vazifa o'rtasidagi farqni hisobga olishdan iborat: tuproqning tabiiy holatidagi issiqlik rejimini (issiqlik yig'ish tizimining tuproq issiqlik almashtiruvchisining ta'sirisiz) tavsiflovchi "asosiy" muammo va tuproq massasining issiqlik rejimini issiqlik manbalari (manbalari) bilan tavsiflaydigan echimini topish. Natijada, usul ma'lum bir yangi funktsiyani, ya'ni issiqlik moslamalarini tuproqning tabiiy termal rejimiga ta'sir qilish funktsiyasini va tuproqning tabiiy holatdagi massasi bilan drenajlar (issiqlik manbalari) bilan tuproq massasi o'rtasidagi tenglikni - issiqlik to'plash tizimining zamin issiqlik almashinuvchisi bilan bog'liq bo'lgan echimini topishga imkon beradi. Ushbu usuldan foydalanish past potentsial tuproqli issiqlik yig'ish tizimlarining termik rejimining matematik modellarini yaratishda nafaqat issiqlik yig'ish tizimiga tashqi ta'sirlarning yaqinlashishi bilan bog'liq qiyinchiliklarni bartaraf etish, balki modellarda ob-havo stantsiyalari tomonidan eksperimental ravishda olingan tuproqning tabiiy issiqlik rejimi to'g'risidagi ma'lumotlardan foydalanish imkonini berdi. Bu sizga omillarning butun kompleksini qisman hisobga olishga imkon beradi (masalan, er osti suvlarining mavjudligi, ularning tezligi va termal rejimlari, tuproq qatlamlarining tuzilishi va joylashishi, Yerning "termal" fonini, yog'ingarchilikni, g'ovak kosmosida namlikning fazaviy o'zgarishini va boshqalarni). Issiqlik yig'ish tizimining termal rejimini shakllantirish va muammoni qat'iy bayon qilishda birgalikda hisobga olish deyarli mumkin emas.

Tuproq massasining g'ovak bo'shlig'ida namlikning fazaviy o'tishining GTF-larini hisobga olish usuli yangi "ekvivalent" tuproqning issiqlik o'tkazuvchanligi kontseptsiyasiga asoslangan bo'lib, u tuproq issiqlik almashtirgichi quvurlari atrofida muzlatilgan tuproq silindrining termik rejimi muammosini yaqin harorat maydoni va bir xil chegaraga ega bo'lgan "ekvivalent" kvazistatsion muammoga almashtirish orqali aniqlanadi. sharoitlarga ega, ammo boshqa "ekvivalent" issiqlik o'tkazuvchanligi bilan.

Binolarni geotermal issiqlik ta'minoti tizimlarini loyihalashda hal qilinishi kerak bo'lgan eng muhim vazifa qurilish maydonining iqlimining energiya potentsialini batafsil baholash va shu asosda GTSTning u yoki bu sxemasini qo'llashning samaradorligi va maqsadga muvofiqligi to'g'risida xulosa chiqarishdir. Amaldagi me'yoriy hujjatlarda keltirilgan iqlim parametrlarining hisoblangan qiymati tashqi iqlim, uning oylar bo'yicha o'zgaruvchanligi to'g'risida to'liq ma'lumot bermaydi, shuningdek yilning ma'lum davrlarida - isitish mavsumi, haddan tashqari qizib ketish davri va hokazo. Shuning uchun, geotermal issiqlikning harorat potentsiali to'g'risida qaror qabul qilganda, uning imkoniyatlarini baholang. past tabiiy potentsial issiqlikni boshqa tabiiy manbalari bilan birlashtirish, ularning yillik tsiklda (manbalar) harorat darajasini baholashda yanada to'liq iqlim omillarini jalb qilish zarur. ma'lumotlar, masalan, SSSRning iqlim bo'yicha qo'llanmasida keltirilgan (L. Gidrometioiozdat. 1–34 son).

Bizning iqlimimiz bo'yicha bunday ma'lumotlar orasida birinchi navbatda ajratib ko'rsatish kerak:

- har xil chuqurlikdagi tuproqning o'rtacha oylik harorati to'g'risidagi ma'lumotlar;

- turli xil yo'naltirilgan sirtlarga quyosh nurlari kelishi to'g'risida ma'lumotlar.

Jadvalda. 1–5-rasmlarda Rossiyaning ba'zi shaharlari uchun har xil chuqurlikdagi o'rtacha oylik tuproq harorati to'g'risida ma'lumotlar keltirilgan. Jadvalda. 1-rasmda Rossiya Federatsiyasining 23 shahrida 1,6 m chuqurlikda tuproqning o'rtacha oylik harorati ko'rsatilgan, bu tuproqning harorat potentsiali va gorizontal er osti issiqlik almashtirgichlarini ishlab chiqarishni mexanizatsiyalash imkoniyatlari nuqtai nazaridan eng oqilona ko'rinadi.

1-jadval Rossiyaning ba'zi shaharlari uchun oylik o'rtacha harorat 1,6 m chuqurlikda

Shahar Men II III IV V VI VII VIII IX X Xi XII Arxangelsk 4,0 3,5 3,1 2,7 2,5 3,0 4,5 6,0 7,1 7,0 6,1 4,9 Astraxan 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    Amurda 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 Perm 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-    Kamchatskiy 2,6 1,9 1,5 1,1 1,2 3,4 6,7 9,1 9,6 8,3 5,6 3,8 Don-Rostov 8,0 6,6 5,9 6,8 9,9 12,9 15,5 17,3 17,5 15,8 13,0 10,0 Salekard 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 Turuxansk 0,9 0,5 0,2 0 0 0,1 1,6 6,2 6,4 4,5 2,8 1,8 Sayohat -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 Xabarovsk 0,3 -1,8 -2,3 -1,1 -0,4 2,5 9,5 13,3 13,5 10,9 6,7 3,0 Yakutsk -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

2-jadval Stavropolda tuproq harorati (tuproq - chernozem)

Chuqurligi, m Men 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

3-jadval    Yakutskdagi tuproq harorati    (gumus bilan aralashgan ipak-qumli tuproq

Chuqurligi, m Men 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

4-jadval Pskovdagi tuproq harorati (pastki, qumloq tuproq, er osti - loy)

Chuqurligi, m Men 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

5-jadval Vladivostokdagi tuproq harorati (jigarrang tosh, bo'sh tuproq)

Chuqurligi, m Men 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

Jadvallarda keltirilgan tuproq haroratining tabiiy holati 3,2 m gacha bo'lgan chuqurlikda (ya'ni, GTST uchun "ishlaydigan" tuproq qatlamida gorizontal joylashtirilgan tuproq almashinuvi) tuproqning past potentsial issiqlik manbai sifatida foydalanish mumkinligini aniq ko'rsatib turibdi. Xuddi shu chuqurlikda joylashgan Rossiyada qatlamlarning haroratidagi o'zgarishlarning nisbatan kichik oralig'i aniq. Masalan, Stavropol shahrida er osti sathidan 3,2 m chuqurlikda tuproqning minimal harorati 7,4 ° S, Yakutsk shahrida esa (-4,4 ° S); mos ravishda, ma'lum bir chuqurlikda tuproq harorati oralig'i 11,8 darajani tashkil qiladi. Bu haqiqat deyarli butun Rossiyada ishlash uchun mos keladigan etarlicha birlashtirilgan issiqlik nasos uskunalarini yaratishga umid qilishimizga imkon beradi.

Jadvallardan ko'rinib turibdiki, tuproqning tabiiy harorat rejimining o'ziga xos xususiyati, minimal havo harorati kelgan vaqtga nisbatan tuproqning minimal haroratining kechikishi. Minimal tashqi havo harorati yanvarda hamma joyda kuzatiladi, Stavropolda 1,6 m chuqurlikda tuproqdagi minimal harorat mart oyida, Yakutskda martda, Sochida martda, Vladivostokda aprelda kuzatiladi. . Shunday qilib, tuproqda minimal harorat paydo bo'lishi bilan, issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimidagi yuk kamayadi (binoning issiqlik yo'qolishi). Ushbu moment GTST ning o'rnatilgan quvvatini pasaytirish uchun jiddiy imkoniyatlarni ochadi (kapital xarajatlarini tejash) va loyihalashda e'tiborga olish kerak.

Rossiyaning iqlim sharoitida geotermal issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimlaridan foydalanish samaradorligini baholash uchun Rossiya Federatsiyasining hududini issiqlik bilan ta'minlash maqsadida past potentsial geotermal issiqlikni ishlatish samaradorligiga qarab amalga oshirildi. Rayonlashtirish Rossiya Federatsiyasining turli mintaqalarining iqlim sharoitida GTST ish sharoitlarini taqlid qilish uchun o'tkazilgan raqamli tajribalar natijalari asosida amalga oshirildi. Geotermal issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimi bilan jihozlangan, isitiladigan maydoni 200 m 2 bo'lgan gipotetik ikki qavatli yozgi uyning misolida ko'plab tajribalar o'tkazildi. Ko'rib chiqilayotgan uyning tashqi qoplamali tuzilmalari issiqlik o'tkazuvchanligining quyidagi pasayishiga ega:

- tashqi devorlar - 3,2 m 2 h ° C / Vt;

- deraza va eshiklar - 0,6 m 2 h ° C / Vt;

- qoplamalar va shiftlar - 4,2 m 2 h ° C / Vt.

Raqamli tajribalarni o'tkazishda quyidagilar hisobga olindi:

- geotermal energiya iste'moli zichligi past bo'lgan tuproq issiqligini yig'ish tizimi;

- diametri 0,05 m va uzunligi 400 m bo'lgan polietilen quvurlardan issiqlik yig'ishning gorizontal tizimi;

- geotermal energiya iste'moli zichligi yuqori bo'lgan tuproq issiqligini yig'ish tizimi;

- diametri 0,16 m va uzunligi 40 m bo'lgan bitta termal quduqdan issiqlik yig'ishning vertikal tizimi.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, isitish mavsumi oxirida tuproq massasidan issiqlik energiyasini iste'mol qilish issiqlik yig'ish quvurlari registri yaqinidagi tuproq haroratining pasayishiga olib keladi, bu Rossiya Federatsiyasining ko'pchilik tuproq-iqlim sharoitida yozgi mavsumda kompensatsiya qilish uchun vaqt topolmaydi va keyingi isitish mavsumi boshlanishiga qadar tuproq. harorat pasayishi bilan birga chiqadi. Keyingi isitish mavsumida issiqlik energiyasini iste'mol qilish tuproq haroratining yanada pasayishiga olib keladi va uchinchi isitish mavsumi boshlanishida uning harorat potentsiali tabiiydan ham farq qiladi. Va hokazo ... Biroq, issiqlik yig'ish tizimining uzoq muddatli ishlashi tuproqning tabiiy harorat rejimiga ta'sir ko'rsatadigan zarflar aniq eksponent xususiyatiga ega va ishning beshinchi yiliga kelib tuproq yangi rejimga o'tadi, davriylikka yaqin, ya'ni beshinchi yildan boshlab. issiqlik, issiqlik to'plash tizimining tuproq massasidan issiqlik energiyasini uzoq muddatli iste'mol qilish uning haroratining davriy o'zgarishi bilan birga keladi. Shunday qilib, Rossiya Federatsiyasining hududini rayonlashtirishda issiqlik to'plash tizimining uzoq muddatli ishlashi natijasida yuzaga kelgan tuproq massasining harorat pasayishini hisobga olish va GTS ning 5-yil ishlashida kutilgan tuproq harorati tuproq massasi haroratining hisoblangan parametrlari sifatida foydalanish kerak edi. Ushbu holatni hisobga olgan holda, Rossiya Federatsiyasi hududini IGdan foydalanish samaradorligiga ko'ra rayonlashtirishda, 5 yillik faoliyat uchun o'rtacha K p tr issiqlik koeffitsienti geotermal issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimining samaradorligi mezoni sifatida tanlangan, bu esa issiqxona gazlari tomonidan ishlab chiqarilgan foydali issiqlik energiyasining sarflanadigan energiyaga nisbati hisoblanadi. uning qo'zg'atuvchisi va ideal Carnot termodinamik aylanishi uchun quyidagicha belgilangan:

To mp \u003d T o / (T o - T u), (1)

bu erda T o - isitish yoki issiqlik ta'minoti tizimiga chiqariladigan issiqlikning harorat potentsiali, K;

T va - issiqlik manbasining harorat potentsiali, K.

Issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimining aylanish koeffitsienti K tr iste'molchining issiqlik ta'minoti tizimida ishlatiladigan issiqlikning gazni issiqlik bilan ishlov berish moslamasining ishlashiga sarflangan energiyaga nisbati va T o va T haroratda olingan issiqlik energiyasining miqdoriga va gazning issiqlik nasosi tizimiga sarflangan energiya miqdoriga teng keladi. . Haqiqiy transformatsiya koeffitsienti (1) formulada tavsiflangan idealdan farq qiladi, bu koeffitsientning qiymati bilan, HSTCning termodinamik mukammalligi darajasi va tsiklni amalga oshirish jarayonida qaytarib bo'lmaydigan energiya yo'qotishlari hisobga olinadi.

Ko'p sonli tajribalar INSOLAR-INVEST OAJda yaratilgan dastur yordamida amalga oshirildi, u qurilish maydonining iqlim sharoitiga, binoning issiqlik o'tkazuvchanlik xususiyatlariga, issiqlik nasos uskunalarining, aylanma nasoslarning, isitish tizimining isitish moslamalarining ishchi xususiyatlariga, shuningdek ularning rejimlariga qarab issiqlik yig'ish tizimining maqbul parametrlarini aniqlaydi. operatsiya. Dastur ilgari tavsiflangan tuproqning tabiiy termal rejimi to'g'risida eksperimental ravishda olingan ma'lumotlardan foydalangan holda modellarning informatsion noaniqligi va tashqi ta'sirlarning yaqinlashishi bilan bog'liq qiyinchiliklarni bartaraf etgan past potentsial tuproq issiqligini to'plash tizimlarining termal rejimini matematik modellarini qurish uchun ilgari tasvirlangan usulga asoslanadi. omillarning butun majmuasi (masalan, er osti suvlarining mavjudligi, ularning tezligi va issiqlik rejimi, tuzilishi va joylashishi) tuproq qatlamlari, Erning "termal" fonini, atmosfera yog'inlari, bo'shliqdagi namlikning fazaviy o'zgarishi va boshqalar), bu issiqlik yig'ish tizimining termal rejimini shakllanishiga sezilarli ta'sir qiladi va muammoni qat'iy hal qilishda birgalikda hisobga olish bugungi kunda deyarli imkonsizdir. "Asosiy" muammoni hal qilish uchun biz SSSR iqlim ma'lumotlari ma'lumotlarini ishlatdik (L. Gidrometioiozdat. 1–34 son).

Dastur sizga ma'lum bir bino va qurilish maydoni uchun GTST konfiguratsiyasini ko'p parametrli optimallashtirish muammosini hal qilishga imkon beradi. Shu bilan birga, optimallashtirish vazifasining ob'ektiv funktsiyasi GTSning ishlashi uchun minimal yillik energiya xarajatlari bo'lib, optimallashtirish mezonlari tuproq issiqlik almashtirgichining quvurlari radiusi, uning (issiqlik almashinuvchisi) uzunligi va chuqurligi.

Qurilishni issiqlik bilan ta'minlash uchun past potentsial geotermal issiqlikdan foydalanish samaradorligi bo'yicha raqamli tajribalar va Rossiya hududini rayonlashtirish natijalari grafik shaklda keltirilgan. 2–9.

Shaklda 2-rasmda gorizontal issiqlik yig'ish tizimiga ega geotermal issiqlik nasosining issiqlik ta'minoti tizimlarining transformatsiya koeffitsientining qiymatlari va izolinalari ko'rsatilgan va sek. 3 - vertikal issiqlik yig'ish tizimlari bilan GTST uchun. Raqamlardan ko'rinib turibdiki, g r gorizontal issiqlik yig'ish tizimlari uchun K r mp 4.24 va vertikal uchun 4,14 ning maksimal qiymatlari, Rossiyaning janubida esa minimal qiymatlar, Uelendagi shimolda 2.87 va 2.73. Markaziy Rossiya uchun K p tr qiymatlari gorizontal issiqlik yig'ish tizimlari uchun 3.4-3.6 oralig'ida va vertikal tizimlar uchun 3.2-3.4 oralig'ida. Uzoq Sharq mintaqalari va yonilg'i ta'minoti an'anaviy ravishda qiyin bo'lgan hududlar uchun K p tr (3.2-3.5) yuqori darajadagi ko'rsatkichlari o'zlarini o'ziga jalb qiladi. Ko'rinishidan, Uzoq Sharq GTSTni ustuvor amalga oshiradigan mintaqadir.

Shaklda 4-rasmda "gorizontal" GTST + PD (tepalikka yaqinroq) haydovchi uchun yillik yillik energiya sarfining qiymatlari va izolyatsiyalari, shu jumladan isitish, shamollatish va issiq suv ta'minoti uchun ishlatiladigan energiya miqdori, isitiladigan maydonning 1 m 2 ga qisqartirilganligi va rasmda ko'rsatilgan. 5 - vertikal issiqlik yig'ish tizimlari bilan GTST uchun. Raqamlardan ko'rinib turibdiki, gorizontal gaz turbinali elektr stantsiyasini boshqarish uchun yillik energiya iste'moli binoning isitiladigan maydonining 1 m 2 ga kamayadi, Rossiyaning janubidagi 28,8 kVt / s dan (yil m 2) 241 kVt soatgacha (yil m 2) o'zgarib turadi. Yakutskda va vertikal GTST uchun, janubda 28,7 kVt / soat (yil m 2) dan va Yakutskda 248 kVt / soatgacha (yil m 2). Agar ushbu aholi punktining qiymati K p tr qiymatiga ega GTSni haydab, ma'lum bir mintaqa uchun raqamlarda ko'rsatilgan yillik energiya iste'moli qiymatini 1 ga kamaytirsak, GTS tomonidan yiliga 1 m 2 isitiladigan maydon bilan tejalgan energiya miqdorini olamiz. Masalan, Moskva uchun vertikal GTST uchun bu qiymat yiliga 1 m 2 dan 189,2 kVt soatni tashkil qiladi. Taqqoslash uchun biz energiya tejash bo'yicha MGSN 2.01–99 Moskva standartlarida belgilangan kam qavatli binolar uchun 130 darajadagi va ko'p qavatli binolar uchun 95 kVt / soat (yil m 2) bo'yicha aniq energiya iste'moli qiymatlarini keltiramiz. Shu bilan birga, MGSN 2.01–99 tomonidan standartlashtirilgan energiya iste'moli faqat isitish va shamollatish uchun sarflanadigan xarajatlarni o'z ichiga oladi, bizning holatlarimizda energiya xarajatlari issiq suv ta'minoti uchun sarflanadigan xarajatlarni o'z ichiga oladi. Gap shundaki, amaldagi standartlarda mavjud bo'lgan binoning ekspluatatsiyasi uchun energiya sarfini baholashga bo'lgan yondashuv binolarni isitish va shamollatish uchun energiya xarajatlarini va issiq suv ta'minoti uchun energiya xarajatlarini alohida maqolalarda taqsimlaydi. Shu bilan birga, issiq suv ta'minoti uchun energiya xarajatlari standartlashtirilmagan. Bunday yondashuv to'g'ri emas, chunki issiq suv ta'minoti uchun energiya xarajatlari ko'pincha isitish va shamollatish uchun sarflanadigan energiya xarajatlari bilan mutanosibdir.

Shaklda 6-rasmda birlikning fraktsiyalarida tepalikning issiqlik kuchi (PD) va gorizontal GTS ning o'rnatilgan elektr quvvatining ratsional nisbati va qiymatlari ko'rsatilgan. 7 - vertikal issiqlik yig'ish tizimlari bilan GTST uchun. GTST + PD haydovchisiga eng kam yillik energiya iste'moli (PDdan tashqari) tepalikning issiqlik quvvatiga yaqinroq va o'rnatilgan elektr quvvatining (PD tashqari) oqilona nisbati mezoni bo'ldi. Raqamlardan ko'rinib turibdiki, termal PD va elektr gaz turbinasi (gazsiz) imkoniyatlarining oqilona nisbati Rossiyaning janubida gorizontal gaz turbinasi uchun 2,88 va Yakutskdagi vertikal tizimlar uchun 2,92 gacha o'zgarib turadi. Rossiya Federatsiyasi hududining markaziy qismida GTST + PD ning yaqin va o'rnatilgan elektr quvvatining issiqlik quvvatining ratsional nisbati gorizontal va vertikal GTST uchun 1.1-1.3 oralig'ida. Ushbu nuqtada siz batafsilroq to'xtashingiz kerak. Haqiqat shundaki, masalan, Rossiyaning Markaziy chizig'idagi elektr isitgichni almashtirishda, biz aslida isitiladigan binoda o'rnatilgan elektr jihozlarining quvvatini 35-40% ga kamaytirishimiz va shunga mos ravishda RAO UES tomonidan talab qilingan elektr energiyasini kamaytirishimiz mumkin, bu bugungi kunda "xarajat qiladi". "Taxminan 50 ming rubl. uyda o'rnatilgan 1 kVt elektr energiyasiga. Shunday qilib, masalan, 15 kVt ga teng bo'lgan eng sovuq besh kunlik davrda issiqlik yo'qotilishi bilan yozgi uy uchun biz o'rnatilgan 6 kVt elektr energiyasini va shunga mos ravishda 300 ming rublni tejaymiz. ≈ 11,5 ming AQSh dollari. Ushbu ko'rsatkich deyarli bunday issiqlik quvvatining GTST narxiga teng.

Shunday qilib, agar binoni markazlashtirilgan elektr ta'minotiga ulash bilan bog'liq barcha xarajatlar to'g'ri hisobga olinsa, elektr energiyasining amaldagi tariflari va Rossiya Federatsiyasining Markaziy zonasida markazlashtirilgan elektr ta'minoti tarmoqlariga ulanish bilan, hatto bir martalik GTTS xarajatlari uchun ham, bu elektr isitishdan ko'ra foydaliroq bo'lib chiqadi, 60 haqida gapirmasa ham bo'ladi. % energiya tejash.

Shaklda 8-rasmda yil davomida hosil bo'lgan issiqlik energiyasining o'ziga xos tortishish qiymatlari va konturlari gorizontal GTST + PD tizimining umumiy yillik energiya iste'molidagi foizda ko'rsatilgan va sek. 9 - vertikal issiqlik yig'ish tizimlari bilan GTST uchun. Raqamlardan ko'rinib turibdiki, yil davomida ishlab chiqarilgan issiqlik energiyasining ulushi eng yuqori (PD) ga yaqin, tizimning yillik energiya iste'moli tarkibida GTST + PD gorizontal ravishda Rossiya janubidagi 0% dan Yakutsk va Tur shahrida 38-40% gacha o'zgarib turadi. vertikal GTST + PD uchun mos ravishda janubda 0% dan va Yakutsk shahrida 48,5% gacha. Rossiyaning markaziy qismida vertikal va gorizontal GTSTlar uchun bu ko'rsatkichlar 5-7% ni tashkil qiladi. Bular kichik energiya xarajatlari va shuning uchun siz yaqinroq cho'qqini tanlashda ehtiyot bo'lishingiz kerak. Ikkala kVt quvvatga ega bo'lgan kapital qo'yilmalar va avtomatlashtirish nuqtai nazaridan eng oqilona elektr o'tkazgichlardir. Pelletli qozonlardan foydalanish diqqatga sazovordir.

Xulosa qilib aytganda, men juda muhim bir masalaga to'xtalmoqchiman: binolarni termal himoya qilishning oqilona darajasini tanlash muammosi. Ushbu muammo bugungi kunda juda jiddiy vazifani anglatadi, uning echimi bizning iqlimimiz xususiyatlari va qo'llaniladigan muhandislik uskunalarining xususiyatlari, markazlashtirilgan tarmoqlar infratuzilmasi, shuningdek, bizning ko'z oldimizda tom ma'noda yomonlashayotgan shaharlardagi ekologik vaziyatni hisobga olgan holda jiddiy raqamli tahlilni talab qiladi. Ko'rinib turibdiki, bugungi kunda bino konvertiga iqlim va energiya ta'minoti tizimi, kommunal xizmatlarni va boshqalarni hisobga olmagan holda bino konvertiga qo'yiladigan har qanday talablarni shakllantirish allaqachon noto'g'ri bo'lib, natijada yaqin kelajakda issiqlik himoyasining oqilona darajasini tanlash muammosini hal qilish mumkin bo'ladi. Bino kompleksi + energiya ta'minoti tizimi + iqlim + atrof-muhitni yagona energiya-energiya tizimi sifatida ko'rib chiqishga asoslanib, ushbu yondashuv bilan ichki bozorda GTST ning raqobatdosh ustunliklarini baholash juda qiyin mb.

Adabiyot

1. Sanner B. Issiqlik nasoslari uchun erning issiqlik manbalari (tasnifi, xususiyatlari, afzalliklari). Geotermal issiqlik nasoslari bo'yicha kurs, 2002 yil.

2. Vasilev G. P. Binolarni termal himoya qilishning iqtisodiy jihatdan mumkin bo'lgan darajasi // Energiyani tejash. - 2002. - № 5.

3. Vasilev G. P. Yer yuzasi qatlamlarining past potentsial issiqlik energiyasidan foydalangan holda bino va inshootlarni issiqlik va sovuq bilan ta'minlash: Monografiya. "Chegara" nashriyoti. - M.: Red Star, 2006 yil.

Er ichidagi harorat.  Er qobig'idagi haroratni aniqlash har xil, ko'pincha bilvosita ma'lumotlarga asoslanadi. Eng ishonchli harorat ma'lumotlari er qobig'ining yuqori qismida joylashgan bo'lib, u minalar va quduqlar tomonidan maksimal 12 km chuqurlikka (Kola qudug'i) tushadi.

Haroratning birligi uchun Selsiy darajasida harorat ko'tarilishi deyiladi geotermal gradyan  harorat esa 1 0 S ga ko'tarilgan metrdagi chuqurlik - geotermal bosqich.  Geotermal gradient va shunga mos ravishda geotermal bosqich geologik sharoitlarga, turli hududlardagi endogen faolligiga, shuningdek jinslarning heterojen issiqlik o'tkazuvchanligiga qarab har xil bo'ladi. Bundan tashqari, B. Gutenbergning so'zlariga ko'ra, dalgalanmalar chegarasi 25 martadan ko'proq farq qiladi. Bunga ikkita keskin farq qiluvchi gradientlar misol bo'la oladi: 1) Oregon shtatida (AQSh) 1 km uchun 150 o, Janubiy Afrikada ro'yxatga olingan 1 km uchun 6 o. Ushbu geotermal gradyanlarga mos ravishda, geotermal bosqich birinchi holatda 6,67 m dan ikkinchisida 167 m gacha o'zgaradi. Eng keng tarqalgan gradient tebranishlari 20-50 o oralig'ida, geotermal bosqich - 15-45 m.Ortacha geotermal gradiyent uzoq vaqt davomida 1 km uchun 30 o C darajasida qabul qilingan.

V.N.Jarkovning so'zlariga ko'ra, Yer yuzasiga yaqin geotermal gradyan 1 km uchun 20 o C atrofida deb hisoblanadi. Agar biz geotermal gradientning ushbu ikki qiymatidan va uning ichki o'zgarmasligidan kelib chiqsak, unda 100 km chuqurlikda 3000 yoki 2000 o C harorat bo'lishi kerak edi, ammo bu haqiqiy ma'lumotlarga ziddir. Aynan shu chuqurliklarda vaqti-vaqti bilan magma kameralari vujudga keladi, va ular lava yuzasiga oqib tushadi, maksimal harorat 1200-1250 o. Ushbu "termometr" ni hisobga olgan holda, bir qator mualliflar (V. A. Lyubimov, V. A. Magnitskiy) 100 km chuqurlikda harorat 1300-1500 o C dan oshmasligi mumkin deb hisoblashadi.

Yuqori haroratlarda mantiya jinslari butunlay eriydi, bu ko'ndalang seysmik to'lqinlarning erkin o'tishiga zid keladi. Shunday qilib, o'rtacha geotermal gradyanni faqat erdan (20-30 km) nisbatan ozgina chuqurlikda kuzatish mumkin, shundan keyin u pasayishi kerak. Ammo bu holatda ham, xuddi shu joyda, chuqurlik bilan harorat o'zgarishi notekis. Buni platformaning barqaror kristalli qalqoni ichida joylashgan Kola qudug'i bo'ylab chuqurlikdagi harorat o'zgarishi misolida ko'rish mumkin. Ushbu quduqni yotqizishda 1 km uchun 10 o geotermal gradient hisoblab chiqilgan va shuning uchun dizayn chuqurligida (15 km) taxminan 150 o C harorat kutilgan edi, ammo bunday gradient bor-yo'g'i 3 km chuqurlikda edi va keyin u 1,5 ga oshdi. -2,0 marta. 7 km chuqurlikda harorat 120 o C da, 10 km -180 o C da, 12 km -220 o C da taxmin qilinganki, loyihalash chuqurligida harorat 280 o C ga yaqin bo'ladi. Ikkinchi misol - Shimolda joylashgan quduq haqida ma'lumot. Kaspiy bo'yidagi mintaqalar, yanada faol endogen rejim hududida. Unda 500 m chuqurlikda harorat 42,2 o C, 1500 m-69,9 o C, 2000 m-80,4 o C, 3000 m - 108,3 o C gacha bo'lgan.

Mantiya va Yer yadrosining chuqur zonalarida harorat qanday? Yuqori mantiyada qatlam poydevori harorati to'g'risida ko'proq yoki kamroq ishonchli ma'lumotlar olindi (1.6-rasmga qarang). V. N. Jarkovning so'zlariga ko'ra, "Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 fazaviy diagrammasini batafsil o'rganish fazaviy o'tishning birinchi zonasiga (400 km) to'g'ri keladigan chuqurlikda mos yozuvlar haroratini aniqlashga imkon berdi" (ya'ni, olivinning shpinelga o'tishi). Ushbu tadqiqotlar natijasida harorat bu erda 1600 50 o C atrofida.

B qatlami va Er yadrosi ostidagi mantiyada harorat taqsimoti masalasi haligacha hal qilinmagan va shuning uchun turli xil fikrlar bildirilgan. Biz haroratning chuqurlashishi bilan geotermal gradientning pasayishi va geotermal bosqichning oshishi bilan taxmin qilishimiz mumkin. Yer yadrosidagi harorat 4000-5000 o C atrofida bo'ladi, deylik.

Erning o'rtacha kimyoviy tarkibi. Erning kimyoviy tarkibini aniqlash uchun protetoplastik materiallarning eng katta namunalari bo'lgan meteoritlar to'g'risidagi ma'lumotlar ishlatiladi, ular orqali er sayyoralari va asteroidlar hosil bo'lgan. Bugungi kunga qadar turli vaqtlarda va turli joylarda Yerga tushgan ko'plab meteoritlar yaxshi o'rganilgan. Meteoritlarning uch turi tarkibi bilan ajralib turadi: 1) temir asosan nikel temirdan (90-91% Fe), ozgina fosfor va kobalt aralashmasi bilan; 2) temir toshlar  temir va silikat minerallaridan tashkil topgan (siderolitlar); 3) tosh  yoki aerolitlar  asosan temir-magniyli silikatlar va nikel temirning qo'shilishidan iborat.

Tosh meteoritlari eng keng tarqalgan - barcha topilmalarning 92,7%, temir toshlar 1,3% va temir 5,6%. Tosh meteoritlari ikki guruhga bo'linadi: a) mayda yumaloq donali kondritlar - kondralar (90%); b) xondresi bo'lmagan achondrit. Meteoritlarning tarkibi ultrabazik magmatik jinslarga yaqin. M.Bottning so'zlariga ko'ra, ular tarkibida temir nikel fazasining 12 foizi bor.

Turli meteoritlar tarkibini, shuningdek olingan tajribaviy geokimyoviy va geofizik ma'lumotlarni tahlil qilish asosida bir qator tadqiqotchilar Jadvalda keltirilgan Yerning yalpi elementar tarkibiga zamonaviy baho berishadi. 1.3.

Jadvaldan ko'rinib turibdiki, ortib boruvchi taqsimlash 91% dan yuqori bo'lgan to'rtta eng muhim elementlarga tegishli - O, Fe, Si, Mg. Kamroq tarqalgan elementlar guruhiga Ni, S, Ca, A1 kiradi. Davriy jadvalning global miqyosda umumiy taqsimlanishi uchun qolgan elementlar ikkinchi darajali ahamiyatga ega. Agar biz ma'lumotlarni er qobig'ining tarkibi bilan taqqoslasak, O, A1, Si ning keskin pasayishi va Fe, Mg ning sezilarli darajada ko'payishi va sezilarli darajada S va Ni paydo bo'lishidan iborat sezilarli farqni aniq ko'rishimiz mumkin.

Erning shakliga geoid deyiladi.  Erning chuqur tuzilishi, uzunlamasına va ko'ndalang seysmik to'lqinlar bilan baholanadi, ular Yerning ichida tarqalib, refraktsiya, ko'zgu va pasayishni boshdan kechiradi, bu esa Erning tabaqalanishini ko'rsatadi. Uch asosiy yo'nalish mavjud:

yer qobig'i;

mantiya: 900 km chuqurlikka, 2900 km chuqurlikka;

yerning yadrosi tashqi tomonga 5120 km chuqurlikda, ichki qismida esa 6371 km chuqurlikda joylashgan.

Yerning ichki isishi radioaktiv elementlarning - uran, toriy, kaliy, rubidiy va boshqalar parchalanishi bilan bog'liq. O'rtacha issiqlik oqimi 1,4-1,5 mkkal / sm 2. s.

1. Erning shakli va o'lchamlari qanday?

2. Yerning ichki tuzilishini o'rganish usullari qanday?

3. Erning ichki tuzilishi nima?

4. Erning tuzilishini tahlil qilishda birinchi tartibdagi qanday seysmik bo'limlar aniq ajralib turadi?

5. Moxorovichich va Gutenbergning bo'limlari qanday chegaralarga mos keladi?

6. Erning o'rtacha zichligi nima va u mantiya va yadro chegarasida qanday o'zgaradi?

7. Turli zonalarda issiqlik oqimi qanday o'zgaradi? Geotermal gradient va geotermal bosqichning o'zgarishi qanday tushuniladi?

8. Erning o'rtacha kimyoviy tarkibini aniqlash uchun qanday ma'lumotlar qo'llaniladi?

Adabiyot

• Voitkevich G.V.  Yerning paydo bo'lishi nazariyasi asoslari. M., 1988 yil.

• Jarkov V.N.  Yer va sayyoralarning ichki tuzilishi. M., 1978 yil.

• Magnitskiy V.A.  Yerning ichki tuzilishi va fizikasi. M., 1965 yil.

• Insholar  qiyosiy planetologiya. M., 1981 yil.

• Ringwood A.E.  Yerning tarkibi va kelib chiqishi. M., 1981 yil.