Teplota pôdy v danej hĺbke. Vykurovanie zo stredu zeme

Teplota vo vnútri Zeme je najčastejšie skôr subjektívnym ukazovateľom, pretože presnú teplotu možno iba zavolať prístupné miesta, napríklad v studni Kola (hĺbka 12 km). Ale toto miesto patrí do vonkajšej časti zemskej kôry.

Teploty rôznych hĺbok Zeme

Ako vedci zistili, každých 100 metrov hlboko do Zeme teplota stúpa o 3 stupne. Tento údaj je konštantný pre všetky kontinenty a časti glóbus. K takémuto zvýšeniu teploty dochádza v hornej časti zemskej kôry, približne prvých 20 kilometrov, potom sa nárast teploty spomalí.

Najväčší nárast bol zaznamenaný v Spojených štátoch, kde teplota stúpla o 150 stupňov na 1000 metrov hlboko do zeme. Najpomalší rast zaznamenala Južná Afrika, teplomer stúpol len o 6 stupňov Celzia.

V hĺbke asi 35-40 kilometrov sa teplota pohybuje okolo 1400 stupňov. Hranica plášťa a vonkajšieho jadra v hĺbke 25 až 3000 km sa ohrieva od 2000 do 3000 stupňov. Vnútorné jadro je vyhrievané na 4000 stupňov. Teplota v samom strede Zeme je podľa najnovších informácií získaných v dôsledku zložitých experimentov asi 6000 stupňov. Slnko sa môže pochváliť rovnakou teplotou na svojom povrchu.

Minimálne a maximálne teploty hlbín Zeme

Pri výpočte minimálnych a maximálnych teplôt vo vnútri Zeme sa neberú do úvahy údaje pásu konštantnej teploty. V tomto pásme je teplota konštantná počas celého roka. Pás sa nachádza v hĺbke 5 metrov (trópy) a až 30 metrov (vysoké zemepisné šírky).

Maximálna teplota bola nameraná a zaznamenaná v hĺbke asi 6000 metrov a dosahovala 274 stupňov Celzia. Minimálna teplota vo vnútri zeme je pevne stanovená hlavne v severných oblastiach našej planéty, kde aj v hĺbke viac ako 100 metrov teplomer ukazuje mínusové teploty.

Odkiaľ teplo pochádza a ako sa distribuuje v útrobách planéty

Teplo vo vnútri Zeme pochádza z niekoľkých zdrojov:

1) Rozpad rádioaktívnych prvkov;

2) Gravitačná diferenciácia hmoty zahrievanej v jadre Zeme;

3) Slapové trenie (dopad Mesiaca na Zem sprevádzaný jeho spomalením).

Toto sú niektoré možnosti výskytu tepla v útrobách zeme, ale otázka úplný zoznam a správnosť už dostupného doteraz otvoreného.

Tepelný tok vychádzajúci z útrob našej planéty sa líši v závislosti od štrukturálnych zón. Rozloženie tepla v mieste, kde sa nachádza oceán, hory alebo roviny, má preto úplne iné ukazovatele.

No, kto by nechcel vykurovať svoj domov zadarmo, najmä v čase krízy, keď sa počíta každý cent.

Témy ako sme sa už dotkli, na rad prišli kontroverzné technológie na vykurovanie domu energiou zeme (Geotermálne vykurovanie).

V hĺbke cca 15 metrov, teplota zeme je asi 10 stupňov Celzia. Každých 33 metrov stúpne teplota o jeden stupeň. Výsledkom je, že na bezplatné vykurovanie domu s rozlohou asi 100 m2 stačí vyvŕtať studňu asi 600 metrov a získať 22 stupňov tepla po celý život!

Teoreticky je systém voľného vykurovania zemskou energiou pomerne jednoduchý. Injektuje sa do studne studená voda, ktorá sa zohreje až na 22 stupňov a podľa fyzikálnych zákonov s malou pomocou čerpadla (400-600 wattov) stúpa cez izolované potrubie do domu.

Nevýhody využívania energie pôdy na vykurovanie súkromného domu:

- Pozrime sa bližšie na finančné náklady na vytvorenie takéhoto vykurovacieho systému. Priemerné náklady na 1 m vŕtania studne sú asi 3 000 rubľov. Celková hĺbka 600 metrov bude stáť 1 800 000 rubľov. A to je len vŕtanie! Bez inštalácie zariadenia na čerpanie a zdvíhanie chladiacej kvapaliny.

- V rôznych regiónoch Rusko má svoje vlastné charakteristiky pôdy. Na niektorých miestach nie je ľahké vyvŕtať studňu v dĺžke 50 metrov. Potrebné sú vystužené plášťové rúry, výstuž hriadeľa atď.

— Izolácia banskej šachty do takejto hĺbky je takmer nemožná. Z toho vyplýva, že voda nebude stúpať s teplotou 22 stupňov.

– Na vyvŕtanie studne s dĺžkou 600 metrov je potrebné povolenie;

- Povedzme, že do domu vstupuje voda ohriata na 22 stupňov. Otázkou je, ako úplne „odstrániť“ všetku energiu Zeme z nosiča? Maximálne pri prechode potrubím v teplom dome klesnite na 15 stupňov. Potrebné je teda výkonné čerpadlo, ktoré vodu z hĺbky 600 metrov poženie desaťkrát viac, aby sa dosiahlo aspoň nejakého účinku. Tu uvádzame spotrebu energie neporovnateľnú s úsporami.

V hĺbke asi 15 metrov je teplota Zeme približne 10 stupňov Celzia

Z toho vyplýva logický záver, že vykurovanie domu energiou zeme nie je ani zďaleka zadarmo, môže si to dovoliť len človek, ktorý ani zďaleka nie je chudobný, ktorý nepotrebuje najmä úspory na vykurovaní. Samozrejme, možno povedať, že takáto technológia bude slúžiť deťom aj vnúčatám stovky rokov, ale to všetko je fantázia.

Idealista povie, že stavia dom stáročia a realista sa vždy spoľahne na investičnú zložku – postavím si to pre seba, ale každú chvíľu predám. Nie je pravda, že deti budú s týmto domom spojené a nebudú ho chcieť predať.

Zemská energia na vykurovanie domácností je účinná v nasledujúcich regiónoch:

Na Kaukaze existujú príklady prevádzky studní s minerálnou vodou, ktorá sama vyteká, s teplotou 45 stupňov, berúc do úvahy hĺbkovú teplotu asi 90 stupňov.

Na Kamčatke sa najviac využívajú geotermálne zdroje s výstupnou teplotou okolo 100 stupňov najlepšia možnosť využitie energie zeme na vykurovanie domu.

Technológia sa vyvíja šialeným tempom. Účinnosť klasických vykurovacích systémov nám rastie pred očami. Vykurovanie domu energiou zeme sa nepochybne predraží.

Video: Geotermálne vykurovanie. Energia Zeme.

Jednou z najlepších, racionálnych metód pri výstavbe kapitálových skleníkov je podzemný termoskleník.
Využitie tejto skutočnosti stálosti zemskej teploty v hĺbke pri stavbe skleníka prináša obrovské úspory nákladov na vykurovanie v chladnom období, uľahčuje starostlivosť, robí mikroklímu stabilnejšou..
Takýto skleník funguje v najťažších mrazoch, umožňuje vám pestovať zeleninu, pestovať kvety po celý rok.
Správne vybavený zakopaný skleník umožňuje pestovať okrem iného aj teplomilné južné plodiny. Neexistujú prakticky žiadne obmedzenia. Citrusové plody a dokonca aj ananás sa môžu v skleníku cítiť skvele.
Aby ale všetko v praxi správne fungovalo, je nevyhnutné riadiť sa rokmi overenými technológiami, ktorými sa podzemné skleníky stavali. Koniec koncov, táto myšlienka nie je nová, dokonca aj za cára v Rusku zasypané skleníky prinášali úrodu ananásu, ktorý podnikaví obchodníci vyvážali do Európy na predaj.
Z nejakého dôvodu výstavba takýchto skleníkov v našej krajine nenašla širokú distribúciu, celkovo sa na ňu jednoducho zabudlo, hoci dizajn je ideálny práve pre naše podnebie.
Pravdepodobne tu zohrala úlohu potreba vykopať hlbokú jamu a vyliať základ. Stavba zakopaného skleníka je dosť drahá, od skleníka pokrytého polyetylénom má ďaleko, no návratnosť skleníka je oveľa väčšia.
Od zahĺbenia do zeme sa celkové vnútorné presvetlenie nestráca, môže sa to zdať zvláštne, no v niektorých prípadoch je saturácia svetla ešte vyššia ako pri klasických skleníkoch.
Nemožno nespomenúť pevnosť a spoľahlivosť konštrukcie, je neporovnateľne pevnejšia ako zvyčajne, ľahšie znáša hurikánové poryvy vetra, dobre odoláva krupobitiu a snehové bloky nebudú prekážkou.

1. Jama

Vytvorenie skleníka začína kopaním základovej jamy. Na využitie tepla zeme na ohrev vnútorného objemu je potrebné skleník dostatočne prehĺbiť. Čím hlbšie sa zem otepľuje.
Teplota sa počas roka vo vzdialenosti 2-2,5 metra od povrchu takmer nemení. V hĺbke 1 m teplota pôdy viac kolíše, ale v zime zostáva jej hodnota kladná, zvyčajne v strednom pásme je teplota 4-10 C, podľa ročného obdobia.
Zakopaný skleník sa postaví za jednu sezónu. To znamená, že v zime už bude môcť fungovať a vytvárať príjmy. Konštrukcia nie je lacná, ale pomocou vynaliezavosti, kompromisných materiálov je možné ušetriť doslova rádovo tým, že vytvoríte akúsi ekonomickú možnosť pre skleník, počnúc základovou jamou.
Napríklad sa zaobísť bez zapojenia stavebných zariadení. Aj keď časovo najnáročnejšiu časť práce - kopanie jamy - je samozrejme lepšie dať bagru. Ručné odstraňovanie takého objemu pôdy je náročné a časovo náročné.
Hĺbka výkopovej jamy by mala byť aspoň dva metre. V takejto hĺbke sa zem začne deliť o svoje teplo a bude fungovať ako akási termoska. Ak je hĺbka menšia, nápad bude v zásade fungovať, ale výrazne menej efektívne. Preto sa odporúča, aby ste nešetrili žiadne úsilie a peniaze na prehĺbenie budúceho skleníka.
Podzemné skleníky môžu mať akúkoľvek dĺžku, ale je lepšie dodržať šírku do 5 metrov, ak je šírka väčšia, potom sa zhoršia kvalitatívne charakteristiky pre vykurovanie a odraz svetla.
Po stranách horizontu je potrebné podzemné skleníky orientovať, ako bežné skleníky a skleníky, z východu na západ, teda tak, aby jedna zo strán smerovala na juh. V tejto polohe budú rastliny prijímať maximálne množstvo slnečnej energie.

2. Steny a strecha

Po obvode jamy sa naleje základ alebo sa položia bloky. Základ slúži ako základ pre steny a rám konštrukcie. Steny sa najlepšie vyrábajú z materiálov s dobrými tepelnoizolačnými vlastnosťami, výbornou možnosťou sú termobloky.

Strešný rám je často vyrobený z dreva, z tyčí impregnovaných antiseptickými prostriedkami. Strešná konštrukcia je zvyčajne rovná štítová. V strede konštrukcie je upevnený hrebeňový nosník, na tento účel sú na podlahu po celej dĺžke skleníka inštalované centrálne podpery.

Hrebeňový nosník a steny sú spojené radom krokiev. Rám môže byť vyrobený bez vysokých podpier. Sú nahradené malými, ktoré sú umiestnené na priečnych nosníkoch spájajúcich protiľahlé strany skleníka - tento dizajn robí vnútorný priestor voľnejšie.

Ako strešnú krytinu je lepšie brať bunkový polykarbonát - populárny moderný materiál. Vzdialenosť medzi krokvami sa pri stavbe prispôsobuje šírke polykarbonátových dosiek. Je vhodné pracovať s materiálom. Povlak sa získa s malým počtom spojov, pretože plechy sa vyrábajú v dĺžkach 12 m.

Sú pripevnené k rámu pomocou samorezných skrutiek, je lepšie ich vybrať s uzáverom vo forme podložky. Aby sa zabránilo prasknutiu plechu, pod každou samoreznou skrutkou je potrebné vyvŕtať vŕtačkou otvor príslušného priemeru. Pomocou skrutkovača alebo bežnej vŕtačky s nástavcom Phillips sa sklenárske práce pohybujú veľmi rýchlo. Aby sa predišlo medzerám, je dobré položiť krokvy pozdĺž vrchu vopred tmelom z mäkkej gumy alebo iného vhodného materiálu a až potom priskrutkovať plechy. Vrchol strechy pozdĺž hrebeňa musí byť položený mäkkou izoláciou a pritlačený nejakým rohom: plastom, plechom alebo iným vhodným materiálom.

Pre dobrú tepelnú izoláciu sa strecha niekedy vyrába s dvojitou vrstvou polykarbonátu. Priehľadnosť je síce znížená asi o 10%, ale to je prekryté výbornými tepelnoizolačnými vlastnosťami. Treba poznamenať, že sneh na takejto streche sa neroztopí. Sklon preto musí byť v dostatočnom uhle, aspoň 30 stupňov, aby sa na streche nehromadil sneh. Okrem toho je nainštalovaný elektrický vibrátor na natriasanie, ktorý ušetrí strechu v prípade, že sa stále hromadí sneh.

Dvojité zasklenie sa vykonáva dvoma spôsobmi:

Medzi dva listy je vložený špeciálny profil, listy sú pripevnené k rámu zhora;

Najprv sa spodná vrstva zasklenia pripevní na rám zvnútra, na spodnú stranu krokiev. Strecha je pokrytá druhou vrstvou, ako obvykle, zhora.

Po dokončení práce je žiaduce lepiť všetky spoje páskou. Hotová strecha vyzerá veľmi efektne: bez zbytočných spojov, hladká, bez výrazných častí.

3. Otepľovanie a zahrievanie

Izolácia steny sa vykonáva nasledovne. Najprv musíte opatrne natrieť všetky spoje a švy steny roztokom, tu môžete tiež použiť montážna pena. vnútorná strana Steny sú pokryté tepelnou izolačnou fóliou.

V chladných častiach krajiny je dobré použiť hrubú fóliu, ktorá pokryje stenu dvojitou vrstvou.

Teplota hlboko v pôde skleníka je nad nulou, no chladnejšia ako teplota vzduchu potrebná na rast rastlín. Vrchná vrstva je ohrievaná slnečnými lúčmi a vzduchom skleníka, no napriek tomu pôda teplo odoberá, preto v podzemných skleníkoch často využívajú technológiu „teplých podláh“: vykurovacie teleso – elektrický kábel – je chránené tzv. kovová mriežka alebo poliata betónom.

V druhom prípade sa pôda pre postele naleje cez betón alebo sa zeleň pestuje v kvetináčoch a kvetináčoch.

Použitie podlahového vykurovania môže byť dostatočné na vykurovanie celého skleníka, ak je dostatok energie. Ale pre rastliny je efektívnejšie a pohodlnejšie používať kombinované vykurovanie: podlahové kúrenie + ohrev vzduchu. Pre dobrý rast potrebujú teplotu vzduchu 25-35 stupňov pri teplote zeme asi 25 °C.

ZÁVER

Samozrejme, výstavba zakopaného skleníka bude stáť viac a bude potrebné viac úsilia ako pri výstavbe podobného skleníka konvenčného dizajnu. Finančné prostriedky investované do skleníka sú však časom opodstatnené.

Po prvé, šetrí energiu na vykurovanie. Bez ohľadu na to, ako sa zahrieva zimný čas obyčajný prízemný skleník, vždy to bude drahšie a náročnejšie ako podobný spôsob vykurovania v podzemnom skleníku. Po druhé, úspora osvetlenia. Fóliová tepelná izolácia stien, odrážajúca svetlo, zdvojnásobuje osvetlenie. Mikroklíma v hlbokom skleníku v zime bude pre rastliny priaznivejšia, čo určite ovplyvní úrodu. Sadenice sa ľahko zakorenia, budú sa cítiť skvele jemné rastliny. Takýto skleník zaručuje stabilnú, vysoký výnos akákoľvek rastlina po celý rok.

Teplota pôdy sa neustále mení s hĺbkou a časom. Závisí to od mnohých faktorov, z ktorých mnohé je ťažké zohľadniť. Medzi posledné patria napríklad: charakter vegetácie, vystavenie svahu svetovým stranám, zatienenie, snehová pokrývka, charakter samotných pôd, prítomnosť nadpermafrostových vôd atď. stabilné a rozhodujúce vplyv tu zostáva s teplotou vzduchu.

Teplota pôdy v rôznych hĺbkach a v rôznych obdobiach roka možno získať priamym meraním v termálnych vrtoch, ktoré sú položené v procese prieskumu. Táto metóda si však vyžaduje dlhodobé pozorovania a značné výdavky, čo nie je vždy opodstatnené. Údaje získané z jedného alebo dvoch vrtov sú rozložené na veľké plochy a dĺžky, čo značne skresľuje realitu, takže vypočítané údaje o teplote zeme sa v mnohých prípadoch ukážu ako spoľahlivejšie.

Teplota pôdy permafrostu v akejkoľvek hĺbke (do 10 m od povrchu) a pre akékoľvek obdobie roka možno určiť podľa vzorca:

tr = mt°, (3,7)

kde z je hĺbka nameraná z VGM, m;

tr je teplota pôdy v hĺbke z, st.

τr – čas rovnajúci sa roku (8760 h);

τ je čas počítaný dopredu (do 1. januára) od okamihu začiatku jesenného zamrznutia pôdy do okamihu, v ktorom sa meria teplota, v hodinách;

exp x je exponent (exponenciálna funkcia exp je prevzatá z tabuliek);

m - koeficient v závislosti od obdobia roka (za obdobie október - máj m = 1,5-0,05z, a za obdobie jún - september m = 1)

Najviac nízka teplota v danej hĺbke bude vtedy, keď sa kosínus vo vzorci (3.7) rovná -1, t.j. minimálna teplota pôdy za rok v danej hĺbke bude

tr min = (1,5-0,05z) t°, (3,8)

Maximálna teplota pôdy v hĺbke z bude vtedy, keď kosínus nadobudne hodnotu rovnajúcu sa jednej, t.j.

tr max = t°, (3,9)

Vo všetkých troch vzorcoch by sa hodnota objemovej tepelnej kapacity C m mala vypočítať pre teplotu pôdy t ° pomocou vzorca (3.10).

С 1 m = 1/W, (3,10)

Teplota pôdy vo vrstve sezónneho rozmrazovania možno určiť aj výpočtom, berúc do úvahy, že zmena teploty v tejto vrstve je pomerne presne aproximovaná lineárna závislosť s nasledujúcimi teplotnými gradientmi (tabuľka 3.1).

Po výpočte podľa jedného zo vzorcov (3.8) - (3.9) je teplota pôdy na úrovni VGM, t.j. zadaním Z=0 do vzorcov potom pomocou tabuľky 3.1 určíme teplotu pôdy v danej hĺbke v sezónnej vrstve rozmrazovania. V najviac horné vrstvy pôde, do cca 1 m od povrchu je charakter teplotných výkyvov veľmi zložitý.

Tabuľka 3.1

Teplotný gradient vo vrstve sezónneho topenia v hĺbke pod 1 m od povrchu zeme

Poznámka. Znamienko gradientu je zobrazené smerom k povrchu.

Ak chcete získať vypočítanú teplotu pôdy v metrovej vrstve z povrchu, môžete postupovať nasledovne. Vypočítajte teplotu v hĺbke 1 m a teplotu denného povrchu pôdy a potom interpoláciou z týchto dvoch hodnôt určte teplotu v danej hĺbke.

Teplota na povrchu pôdy t p v chladnom období sa môže rovnať teplote vzduchu. V letné obdobie:

t p \u003d 2 + 1,15 t in, (3.11)

kde t p je povrchová teplota v stupňoch.

t in - teplota vzduchu v st.

Teplota pôdy s nesútokom permafrostu sa počíta inak ako pri zlučovaní. V praxi môžeme predpokladať, že teplota na úrovni WGM bude počas celého roka 0°C. Vypočítanú teplotu permafrostovej pôdy v danej hĺbke je možné určiť interpoláciou za predpokladu, že sa mení v hĺbke podľa lineárneho zákona od t° v hĺbke 10 m do 0°C v hĺbke VGM. Teplotu v rozmrazenej vrstve h t možno merať od 0,5 do 1,5 °C.

V sezónnej mrazivej vrstve h p možno teplotu pôdy vypočítať rovnakým spôsobom ako pri sezónnej rozmŕzajúcej vrstve splývajúcej zóny permafrostu, t.j. vo vrstve h p - 1 m pozdĺž teplotného gradientu (tabuľka 3.1), pričom teplota v hĺbke h p sa rovná 0 ° C v chladnom období a 1 ° C v lete. V hornej metrovej vrstve pôdy sa teplota zisťuje interpoláciou medzi teplotou v hĺbke 1 m a teplotou na povrchu.

Vo vertikálnych kolektoroch sa energia odoberá zo zeme pomocou geotermálnych zemných sond. Toto uzavreté systémy s vrtmi s priemerom 145-150mm a hĺbkou 50 až 150m, cez ktoré sú uložené potrubia. Na konci potrubia je inštalované spätné U koleno. Zvyčajne sa inštalácia vykonáva jednoslučkovou sondou s 2 x d40 rúrkami (švédsky systém) alebo dvojslučkovou sondou so 4 x d32 rúrkami. Dvojslučkové sondy by mali dosiahnuť o 10-15% viac tepla. Pre studne hlbšie ako 150 m by sa mali použiť rúry 4xd40 (na zníženie tlakovej straty).

V súčasnosti má väčšina vrtov na získavanie tepla zo zeme hĺbku 150 m. Vo väčších hĺbkach sa dá získať viac tepla, ale náklady na takéto vrty budú veľmi vysoké. Preto je dôležité vopred vypočítať náklady na inštaláciu vertikálneho kolektora v porovnaní s predpokladanými úsporami v budúcnosti. V prípade inštalácie aktívneho-pasívneho chladiaceho systému sa hlbšie vrty nerobia z dôvodu najvyššia teplota v pôde a pri nižšom potenciáli v čase prenosu tepla z roztoku životné prostredie. V systéme cirkuluje nemrznúca zmes (alkohol, glycerín, glykol) zriedená vodou na požadovanú nemrznúcu konzistenciu. V tepelnom čerpadle odovzdáva teplo odobraté zo zeme do chladiva. Teplota Zeme v hĺbke 20 m je približne 10°C a každých 30m stúpa o 1°C. Nie je ovplyvnený klimatickými podmienkami, a preto sa môžete spoľahnúť na kvalitný odber energie v zime aj v lete. Treba dodať, že teplota v zemi je na začiatku sezóny (september – október) mierne odlišná od teploty na konci sezóny (marec – apríl). Preto pri výpočte hĺbky vertikálnych kolektorov je potrebné brať do úvahy dĺžku vykurovacej sezóny na mieste inštalácie.

Pri odbere tepla geotermálnymi vertikálnymi sondami sú veľmi dôležité správne výpočty a návrh kolektorov. Na vykonanie kompetentných výpočtov je potrebné vedieť, či je možné vŕtať na mieste inštalácie do požadovanej hĺbky.

Pre tepelné čerpadlo s výkonom 10kW je potrebných približne 120-180 m studní. Studne by mali byť umiestnené vo vzdialenosti najmenej 8 m od seba. Počet a hĺbka studní závisí od geologických podmienok, prítomnosti podzemnej vody, schopnosti pôdy zadržiavať teplo a technológie vŕtania. Pri vŕtaní viacerých vrtov sa celková požadovaná dĺžka vrtu vydelí počtom vrtov.

Výhodou vertikálneho kolektora oproti horizontálnemu je menšia úžitková plocha, stabilnejší zdroj tepla a nezávislosť zdroja tepla od počasia. Nevýhodou vertikálnych kolektorov je vysoká cena výkop a postupné ochladzovanie zeme v blízkosti kolektora (vyžadujú sa kompetentné výpočty požadovaný výkon pri navrhovaní).

Výpočet požadovanej hĺbky studne

Informácie požadované pre predbežná kalkulácia hĺbka a počet vrtov:

Výkon tepelného čerpadla

Vybraný typ vykurovania - "teplé podlahy", radiátory, kombinované

Odhadovaný počet hodín prevádzky tepelného čerpadla za rok, pokrývajúci potrebu energie

Miesto inštalácie

Využitie geotermálneho vrtu - kúrenie, ohrev TÚV, sezónny ohrev bazéna, celoročný ohrev bazéna

Využitie funkcie pasívneho (aktívneho) chladenia v objekte

Celková ročná spotreba tepla na vykurovanie (MWh)