Αυτό μπορεί να φαίνεται σαν φαντασία αν δεν ήταν αλήθεια. Αποδεικνύεται ότι σε σκληρές συνθήκες της Σιβηρίας, μπορείτε να πάρετε θερμότητα απευθείας από το έδαφος. Τα πρώτα αντικείμενα από γεωθερμικά συστήματαΗ θέρμανση εμφανίστηκε στην περιοχή Τομσκ πέρυσι, και παρόλο που μπορούν να μειώσουν το κόστος της θερμότητας κατά περίπου τέσσερις φορές σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πηγές, εξακολουθεί να μην υπάρχει μαζική κυκλοφορία "κάτω από το έδαφος". Όμως η τάση είναι αισθητή και, κυρίως, κερδίζει δυναμική. Στην πραγματικότητα, αυτή είναι η πιο προσιτή εναλλακτική πηγή ενέργειας για τη Σιβηρία, όπου οι ηλιακοί συλλέκτες ή οι ανεμογεννήτριες, για παράδειγμα, δεν μπορούν πάντα να δείχνουν την αποτελεσματικότητά τους. Η γεωθερμική ενέργεια, στην πραγματικότητα, βρίσκεται ακριβώς κάτω από τα πόδια μας.

«Το βάθος της κατάψυξης του εδάφους είναι 2–2,5 μέτρα. Η θερμοκρασία του εδάφους κάτω από αυτό το σημάδι παραμένει η ίδια τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι, και κυμαίνεται από συν ένα έως συν πέντε βαθμούς Κελσίου. Δουλειά αντλία θερμότηταςχτισμένο σε αυτό το ακίνητο, - λέει ο μηχανικός ενέργειας του τμήματος εκπαίδευσης της διοίκησης της περιοχής Τομσκ Ρομάν Αλεξέενκο. - Οι σωλήνες σύνδεσης είναι θαμμένοι στο περίγραμμα της γης σε βάθος 2,5 μέτρων, σε απόσταση περίπου ενάμιση μέτρου ο ένας από τον άλλο. Ένα ψυκτικό υγρό - αιθυλενογλυκόλη - κυκλοφορεί στο σύστημα σωλήνων. Το εξωτερικό οριζόντιο κύκλωμα γείωσης επικοινωνεί με τη μονάδα ψύξης, στην οποία κυκλοφορεί το ψυκτικό μέσο - φρέον, ένα αέριο με χαμηλό σημείο βρασμού. Στους συν τρεις βαθμούς Κελσίου, αυτό το αέριο αρχίζει να βράζει και όταν ο συμπιεστής συμπιέζει απότομα το αέριο που βράζει, η θερμοκρασία του τελευταίου αυξάνεται στους συν 50 βαθμούς Κελσίου. Το θερμαινόμενο αέριο αποστέλλεται σε έναν εναλλάκτη θερμότητας στον οποίο κυκλοφορεί συνηθισμένο απεσταγμένο νερό. Το υγρό θερμαίνεται και διαχέει θερμότητα σε όλο το σύστημα θέρμανσης που βρίσκεται στο πάτωμα.

Καθαρή φυσική και όχι θαύματα

Ένα νηπιαγωγείο εξοπλισμένο με σύγχρονο δανικό σύστημα γεωθερμικής θέρμανσης άνοιξε το περασμένο καλοκαίρι στο χωριό Turuntaevo κοντά στο Τομσκ. Σύμφωνα με τον διευθυντή της εταιρείας Tomsk Ecoclimat Τζορτζ Γκράνιν, το ενεργειακά αποδοτικό σύστημα επέτρεψε πολλές φορές να μειώσει την πληρωμή για παροχή θερμότητας. Για οκτώ χρόνια, αυτή η επιχείρηση Tomsk έχει ήδη εξοπλίσει περίπου διακόσια αντικείμενα σε διάφορες περιοχές της Ρωσίας με συστήματα γεωθερμικής θέρμανσης και συνεχίζει να το κάνει στην περιοχή Tomsk. Δεν υπάρχει λοιπόν καμία αμφιβολία στα λόγια του Γκράνιν. Ένα χρόνο πριν από το άνοιγμα ενός νηπιαγωγείου στο Turuntaevo, η Ecoclimat εξόπλισε ένα σύστημα γεωθερμικής θέρμανσης, το οποίο κόστισε 13 εκατομμύρια ρούβλια, ένα άλλο νηπιαγωγείο"Sunny Bunny" στη μικροπεριοχή Tomsk "Green Hills". Μάλιστα, ήταν η πρώτη εμπειρία στο είδος του. Και ήταν αρκετά επιτυχημένος.

Το 2012, κατά τη διάρκεια επίσκεψης στη Δανία, που διοργανώθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος του Euro Info Correspondence Center (περιοχή EICC-Tomsk), η εταιρεία κατάφερε να συμφωνήσει για συνεργασία με τη δανική εταιρεία Danfoss. Και σήμερα, ο δανέζικος εξοπλισμός βοηθά στην εξαγωγή θερμότητας από τα έντερα του Τομσκ και, όπως λένε οι ειδικοί χωρίς πολλή σεμνότητα, αποδεικνύεται αρκετά αποτελεσματικά. Ο κύριος δείκτης της αποτελεσματικότητας είναι η οικονομία. «Το σύστημα θέρμανσης για ένα κτίριο νηπιαγωγείου 250 τετραγωνικών μέτρων στο Turuntayevo κόστισε 1,9 εκατομμύρια ρούβλια», λέει ο Granin. "Και το τέλος θέρμανσης είναι 20-25 χιλιάδες ρούβλια το χρόνο." Το ποσό αυτό είναι ασύγκριτο με αυτό που θα πλήρωνε το νηπιαγωγείο για θέρμανση χρησιμοποιώντας παραδοσιακές πηγές.

Το σύστημα λειτούργησε χωρίς προβλήματα στις συνθήκες του χειμώνα της Σιβηρίας. Έγινε υπολογισμός της συμμόρφωσης του θερμικού εξοπλισμού με τα πρότυπα SanPiN, σύμφωνα με τα οποία πρέπει να διατηρεί θερμοκρασία τουλάχιστον + 19 ° C στο κτίριο του νηπιαγωγείου σε θερμοκρασία εξωτερικού αέρα -40 ° C. Συνολικά, περίπου τέσσερα εκατομμύρια ρούβλια δαπανήθηκαν για την ανάπλαση, την επισκευή και τον επανεξοπλισμό του κτιρίου. Μαζί με την αντλία θερμότητας, το ποσό ήταν λίγο λιγότερο από έξι εκατομμύρια. Χάρη στις αντλίες θερμότητας σήμερα, η θέρμανση του νηπιαγωγείου είναι ένα εντελώς απομονωμένο και ανεξάρτητο σύστημα. Δεν υπάρχουν παραδοσιακές μπαταρίες στο κτίριο τώρα, και ο χώρος θερμαίνεται με το σύστημα «θερμού δαπέδου».

Το νηπιαγωγείο Turuntayevsky είναι μονωμένο, όπως λένε, "από" και "προς" - στο κτίριο είναι εξοπλισμένη πρόσθετη θερμομόνωση: ένα στρώμα μόνωσης 10 cm ισοδύναμο με δύο ή τρία τούβλα τοποθετείται στην κορυφή του υπάρχοντος τοίχου (τρία τούβλα πυκνός). Πίσω από τη μόνωση υπάρχει ένα διάκενο αέρα, ακολουθούμενο από μεταλλική επένδυση. Η οροφή είναι μονωμένη με τον ίδιο τρόπο. Η κύρια προσοχή των κατασκευαστών επικεντρώθηκε στον "θερμό όροφο" - το σύστημα θέρμανσης του κτιρίου. Αποδείχτηκαν πολλά στρώματα: ένα δάπεδο από σκυρόδεμα, ένα στρώμα από αφρώδες πλαστικό πάχους 50 mm, ένα σύστημα σωλήνων στους οποίους κυκλοφορεί ζεστό νερό και λινέλαιο. Αν και η θερμοκρασία του νερού στον εναλλάκτη θερμότητας μπορεί να φτάσει τους +50°C, η μέγιστη θέρμανση της πραγματικής επένδυσης δαπέδου δεν υπερβαίνει τους +30°C. Η πραγματική θερμοκρασία κάθε δωματίου μπορεί να ρυθμιστεί χειροκίνητα - οι αυτόματοι αισθητήρες σάς επιτρέπουν να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία του δαπέδου με τέτοιο τρόπο ώστε η αίθουσα του νηπιαγωγείου να ζεσταίνεται στην απαιτούμενη θερμοκρασία. υγειονομικά πρότυπαβαθμούς.

Η ισχύς της αντλίας στον κήπο Turuntayevsky είναι 40 kW παραγόμενης θερμικής ενέργειας, για την παραγωγή της οποίας η αντλία θερμότητας απαιτεί 10 kW ηλεκτρικής ισχύος. Έτσι, από το 1 kW που καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργειαΗ αντλία θερμότητας παράγει 4 kW θερμότητας. «Φοβηθήκαμε λίγο τον χειμώνα - δεν ξέραμε πώς θα συμπεριφερθούν οι αντλίες θερμότητας. Αλλά ακόμη και σε πολύ κρύοήταν σταθερά ζεστό στο νηπιαγωγείο - από συν 18 έως 23 βαθμούς Κελσίου, - λέει ο διευθυντής του Turuntaevskaya Λύκειο Evgeny Belonogov. - Φυσικά, εδώ αξίζει να ληφθεί υπόψη ότι το ίδιο το κτίριο ήταν καλά μονωμένο. Ο εξοπλισμός είναι ανεπιτήδευτος στη συντήρηση και παρά το γεγονός ότι πρόκειται για μια δυτική εξέλιξη, αποδείχθηκε αρκετά αποτελεσματικός στις δύσκολες συνθήκες της Σιβηρίας».

Ένα ολοκληρωμένο έργο για την ανταλλαγή εμπειριών στον τομέα της διατήρησης των πόρων υλοποιήθηκε από την περιοχή EICC-Tomsk του Εμπορικού και Βιομηχανικού Επιμελητηρίου Τομσκ. Συμμετέχουν μικρομεσαίες επιχειρήσεις που αναπτύσσουν και υλοποιούν τεχνολογίες εξοικονόμησης πόρων. Τον Μάιο του περασμένου έτους, Δανοί ειδικοί επισκέφτηκαν το Τομσκ στο πλαίσιο ενός ρωσοδανικού έργου και το αποτέλεσμα ήταν, όπως λένε, προφανές.

Η καινοτομία έρχεται στο σχολείο

Ένα νέο σχολείο στο χωριό Vershinino, στην περιοχή Tomsk, που χτίστηκε από έναν αγρότη Μιχαήλ Κολπάκοφ, είναι η τρίτη εγκατάσταση στην περιοχή που χρησιμοποιεί τη θερμότητα της γης ως πηγή θερμότητας για θέρμανση και παροχή ζεστού νερού. Το σχολείο είναι επίσης μοναδικό γιατί έχει την υψηλότερη κατηγορία ενεργειακής απόδοσης - "Α". Το σύστημα θέρμανσης σχεδιάστηκε και λανσαρίστηκε από την ίδια εταιρεία Ecoclimat.

«Όταν αποφασίζαμε τι είδους θέρμανση να εγκαταστήσουμε στο σχολείο, είχαμε πολλές επιλογές - ένα λεβητοστάσιο με καύση άνθρακα και αντλίες θερμότητας», λέει ο Μιχαήλ Κολπάκοφ. - Μελετήσαμε την εμπειρία ενός ενεργειακά αποδοτικού νηπιαγωγείου στο Zeleny Gorki και υπολογίσαμε ότι η θέρμανση με τον παλιό τρόπο, με άνθρακα, θα μας κοστίσει περισσότερα από 1,2 εκατομμύρια ρούβλια το χειμώνα και χρειαζόμαστε επίσης ζεστό νερό. Και με τις αντλίες θερμότητας το κόστος θα είναι περίπου 170 χιλιάδες για όλο το χρόνο, μαζί με ζεστό νερό.»

Το σύστημα χρειάζεται μόνο ηλεκτρική ενέργεια για να παράγει θερμότητα. Καταναλώνοντας 1 kW ηλεκτρικής ενέργειας, οι αντλίες θερμότητας σε ένα σχολείο παράγουν περίπου 7 kW θερμικής ενέργειας. Επιπλέον, σε αντίθεση με τον άνθρακα και το αέριο, η θερμότητα της γης είναι μια αυτοανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Εγκατάσταση σύγχρονου σύστημα θέρμανσηςΤο σχολείο κόστισε περίπου 10 εκατομμύρια ρούβλια. Για αυτό, στο χώρο του σχολείου ανοίχτηκαν 28 πηγάδια.

«Η αριθμητική εδώ είναι απλή. Υπολογίσαμε ότι η συντήρηση του λέβητα άνθρακα, λαμβάνοντας υπόψη τον μισθό του τροφοδότη και το κόστος των καυσίμων, θα κοστίσει περισσότερα από ένα εκατομμύριο ρούβλια το χρόνο, - σημειώνει ο επικεφαλής του τμήματος εκπαίδευσης Σεργκέι Εφίμοφ. - Όταν χρησιμοποιείτε αντλίες θερμότητας, θα πρέπει να πληρώνετε για όλους τους πόρους περίπου δεκαπέντε χιλιάδες ρούβλια το μήνα. Τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα της χρήσης αντλιών θερμότητας είναι η αποτελεσματικότητά τους και η φιλικότητα προς το περιβάλλον. Το σύστημα παροχής θερμότητας σάς επιτρέπει να ρυθμίζετε την παροχή θερμότητας ανάλογα με τον καιρό έξω, γεγονός που εξαλείφει τη λεγόμενη «υποθέρμανση» ή «υπερθέρμανση» του δωματίου.

Σύμφωνα με προκαταρκτικούς υπολογισμούς, ο ακριβός δανικός εξοπλισμός θα εξοφληθεί σε τέσσερα έως πέντε χρόνια. Η διάρκεια ζωής των αντλιών θερμότητας Danfoss, με τις οποίες συνεργάζεται η Ecoclimat LLC, είναι 50 χρόνια. Λαμβάνοντας πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία του αέρα έξω, ο υπολογιστής καθορίζει πότε θα θερμάνει το σχολείο και πότε είναι δυνατόν να μην το κάνει. Επομένως, το ζήτημα της ημερομηνίας ενεργοποίησης και απενεργοποίησης της θέρμανσης εξαφανίζεται εντελώς. Ανεξάρτητα από τον καιρό, ο έλεγχος του κλίματος θα λειτουργεί πάντα έξω από τα παράθυρα μέσα στο σχολείο για τα παιδιά.

«Όταν ο Έκτακτης και Πληρεξούσιος Πρέσβης του Βασιλείου της Δανίας ήρθε στην πανρωσική συνάντηση πέρυσι και επισκέφτηκε το νηπιαγωγείο μας στο Zeleniye Gorki, εξεπλάγη ευχάριστα που εφαρμόζονται και λειτουργούν στο Tomsk εκείνες οι τεχνολογίες που θεωρούνται καινοτόμες ακόμη και στην Κοπεγχάγη. περιοχή, - λέει ο εμπορικός διευθυντής της Ecoclimat Αλεξάντερ Γκράνιν.

Γενικά, η χρήση τοπικών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε διάφορους τομείς της οικονομίας, εν προκειμένω σε κοινωνική σφαίρα, που περιλαμβάνει σχολεία και νηπιαγωγεία, είναι ένας από τους βασικούς τομείς που υλοποιούνται στην περιοχή στο πλαίσιο του προγράμματος εξοικονόμησης ενέργειας και ενεργειακής απόδοσης. Η ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας υποστηρίζεται ενεργά από τον περιφερειάρχη Σεργκέι Ζβάτσκιν. Και τρεις δημοσιονομικά ιδρύματαμε σύστημα γεωθερμικής θέρμανσης - μόνο τα πρώτα βήματα για την υλοποίηση ενός μεγάλου και πολλά υποσχόμενου έργου.

Το νηπιαγωγείο στο Zelenye Gorki αναγνωρίστηκε ως η καλύτερη ενεργειακά αποδοτική εγκατάσταση στη Ρωσία σε διαγωνισμό στο Skolkovo. Μετά ήρθε το σχολείο Vershininskaya με γεωθερμική θέρμανση, επίσης της υψηλότερης κατηγορίας ενεργειακής απόδοσης. Το επόμενο αντικείμενο, όχι λιγότερο σημαντικό για την περιοχή Τομσκ, είναι ένα νηπιαγωγείο στο Turuntaevo. Φέτος, οι εταιρείες Gazhimstroyinvest και Stroygarant έχουν ήδη ξεκινήσει την κατασκευή παιδικών σταθμών για 80 και 60 παιδιά στα χωριά της περιοχής Tomsk, Kopylovo και Kandinka, αντίστοιχα. Και οι δύο νέες εγκαταστάσεις θα θερμαίνονται με συστήματα γεωθερμικής θέρμανσης - από αντλίες θερμότητας. Συνολικά, φέτος η περιφερειακή διοίκηση σκοπεύει να δαπανήσει σχεδόν 205 εκατομμύρια ρούβλια για την κατασκευή νέων νηπιαγωγείων και την επισκευή υφιστάμενων. Σχεδιάζεται η ανακατασκευή και ο εκ νέου εξοπλισμός του κτιρίου για ένα νηπιαγωγείο στο χωριό Takhtamyshevo. Σε αυτό το κτίριο, η θέρμανση θα πραγματοποιηθεί και με αντλίες θερμότητας, καθώς το σύστημα έχει αποδειχθεί καλά.

Kirill Degtyarev, Ερευνητής, Μόσχα Κρατικό Πανεπιστήμιοτους. M. V. Lomonosov.

Στην πλούσια σε υδρογονάνθρακες χώρα μας, η γεωθερμική ενέργεια είναι ένα είδος εξωτικού πόρου που, στην παρούσα κατάσταση, είναι απίθανο να ανταγωνιστεί το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ωστόσο, αυτή η εναλλακτική μορφή ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν παντού και αρκετά αποτελεσματικά.

Φωτογραφία του Igor Konstantinov.

Αλλαγή της θερμοκρασίας του εδάφους με το βάθος.

Αύξηση θερμοκρασίας ιαματικών νερών και ξηρών πετρωμάτων που τα περιέχουν με βάθος.

Αλλαγή της θερμοκρασίας με το βάθος σε διάφορες περιοχές.

Η έκρηξη του ισλανδικού ηφαιστείου Eyjafjallajökull είναι μια απεικόνιση βίαιων ηφαιστειακών διεργασιών που συμβαίνουν σε ενεργές τεκτονικές και ηφαιστειακές ζώνες με ισχυρή ροή θερμότητας από το εσωτερικό της γης.

Εγκατεστημένες ισχύς γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής ανά χώρες του κόσμου, MW.

Κατανομή γεωθερμικών πόρων στο έδαφος της Ρωσίας. Τα αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, σύμφωνα με τους ειδικούς, είναι αρκετές φορές υψηλότερα από τα ενεργειακά αποθέματα των οργανικών ορυκτών καυσίμων. Σύμφωνα με το Geothermal Energy Society Association.

Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης. Παράγεται στα βάθη και έρχεται στην επιφάνεια της Γης μέσα διαφορετικές μορφέςκαι με διαφορετικές εντάσεις.

Η θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους εξαρτάται κυρίως από εξωτερικούς (εξωγενείς) παράγοντες - ηλιακό φως και θερμοκρασία αέρα. Το καλοκαίρι και την ημέρα, το έδαφος θερμαίνεται σε ορισμένα βάθη και το χειμώνα και τη νύχτα ψύχεται μετά την αλλαγή της θερμοκρασίας του αέρα και με κάποια καθυστέρηση, αυξάνοντας με το βάθος. Η επίδραση των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του αέρα τελειώνει σε βάθη από μερικά έως αρκετές δεκάδες εκατοστά. Οι εποχιακές διακυμάνσεις καταγράφουν βαθύτερα στρώματα εδάφους - έως και δεκάδες μέτρα.

Σε ένα ορισμένο βάθος -από δεκάδες έως εκατοντάδες μέτρα- η θερμοκρασία του εδάφους διατηρείται σταθερή, ίση με τη μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης. Αυτό είναι εύκολο να επαληθευτεί κατεβαίνοντας σε μια αρκετά βαθιά σπηλιά.

Όταν η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα σε μια δεδομένη περιοχή είναι κάτω από το μηδέν, αυτό εκδηλώνεται ως μόνιμος παγετός (πιο συγκεκριμένα, μόνιμος πάγος). Στην Ανατολική Σιβηρία, το πάχος, δηλαδή το πάχος, των παγωμένων εδαφών όλο το χρόνο φτάνει κατά τόπους τα 200-300 m.

Από ένα συγκεκριμένο βάθος (το δικό του για κάθε σημείο του χάρτη), η επίδραση του Ήλιου και της ατμόσφαιρας εξασθενεί τόσο πολύ που οι ενδογενείς (εσωτερικοί) παράγοντες έρχονται πρώτοι και το εσωτερικό της γης θερμαίνεται από το εσωτερικό, έτσι ώστε η θερμοκρασία αρχίζει να άνοδος με βάθος.

Η θέρμανση των βαθιών στρωμάτων της Γης συνδέεται κυρίως με την αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων που βρίσκονται εκεί, αν και άλλες πηγές θερμότητας ονομάζονται επίσης, για παράδειγμα, φυσικοχημικές, τεκτονικές διεργασίες στα βαθιά στρώματα του φλοιού και του μανδύα της γης. Όποια και αν είναι όμως η αιτία, η θερμοκρασία των πετρωμάτων και των σχετικών υγρών και αέριων ουσιών αυξάνεται με το βάθος. Οι ανθρακωρύχοι αντιμετωπίζουν αυτό το φαινόμενο - είναι πάντα ζεστό στα βαθιά ορυχεία. Σε βάθος 1 χλμ., η ζέστη τριάντα βαθμών είναι φυσιολογική και βαθύτερα η θερμοκρασία είναι ακόμη υψηλότερη.

Η ροή θερμότητας του εσωτερικού της γης, φτάνοντας στην επιφάνεια της Γης, είναι μικρή - κατά μέσο όρο, η ισχύς της είναι 0,03-0,05 W / m 2,
ή περίπου 350 Wh/m 2 ετησίως. Στο φόντο της ροής θερμότητας από τον Ήλιο και του αέρα που θερμαίνεται από αυτόν, αυτή είναι μια ανεπαίσθητη τιμή: ο Ήλιος δίνει κάθε τετραγωνικό μέτρο η επιφάνεια της γηςπερίπου 4.000 kWh ετησίως, δηλαδή 10.000 φορές περισσότερο (φυσικά, αυτός είναι ένας μέσος όρος, με τεράστια διαφορά μεταξύ πολικών και ισημερινών γεωγραφικών πλάτη και ανάλογα με άλλους κλιματικούς και καιρικούς παράγοντες).

Η ασήμαντη ροή θερμότητας από τα βάθη προς την επιφάνεια στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη συνδέεται με τη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων και τις ιδιαιτερότητες της γεωλογικής δομής. Υπάρχουν όμως εξαιρέσεις - μέρη όπου η ροή θερμότητας είναι υψηλή. Πρόκειται πρώτα για ζώνες τεκτονικών ρηγμάτων, αυξημένης σεισμικής δραστηριότητας και ηφαιστειότητας, όπου η ενέργεια του εσωτερικού της γης βρίσκει διέξοδο. Τέτοιες ζώνες χαρακτηρίζονται από θερμικές ανωμαλίες της λιθόσφαιρας, εδώ η ροή θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης μπορεί να είναι πολλές φορές και ακόμη και τάξεις μεγέθους πιο ισχυρή από τη "συνηθισμένη". Μια τεράστια ποσότητα θερμότητας φέρεται στην επιφάνεια σε αυτές τις ζώνες από ηφαιστειακές εκρήξεις και θερμές πηγές νερού.

Αυτές οι περιοχές είναι οι πιο ευνοϊκές για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας. Στο έδαφος της Ρωσίας, αυτά είναι, πρώτα απ 'όλα, η Καμτσάτκα, τα νησιά Κουρίλ και ο Καύκασος.

Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας είναι δυνατή σχεδόν παντού, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος είναι ένα πανταχού παρόν φαινόμενο και το καθήκον είναι η «εξαγωγή» θερμότητας από τα έντερα, όπως εξάγονται ορυκτές πρώτες ύλες από εκεί.

Κατά μέσο όρο, η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος κατά 2,5-3 o C για κάθε 100 m. Ο λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη προς τη διαφορά βάθους μεταξύ τους ονομάζεται γεωθερμική κλίση.

Το αντίστροφο είναι το γεωθερμικό βήμα, ή το διάστημα βάθους στο οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 1 o C.

Όσο υψηλότερη είναι η κλίση και, κατά συνέπεια, όσο χαμηλότερη είναι η βαθμίδα, τόσο πιο κοντά η θερμότητα του βάθους της Γης πλησιάζει την επιφάνεια και τόσο πιο πολλά υποσχόμενη είναι αυτή η περιοχή για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας.

Σε διαφορετικές περιοχές, ανάλογα με τη γεωλογική δομή και άλλες τοπικές και τοπικές συνθήκες, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος μπορεί να ποικίλλει δραματικά. Στην κλίμακα της Γης, οι διακυμάνσεις στις τιμές των γεωθερμικών κλίσεων και των βημάτων φτάνουν τις 25 φορές. Για παράδειγμα, στην πολιτεία του Όρεγκον (ΗΠΑ) η κλίση είναι 150 o C ανά 1 km, και στη Νότια Αφρική - 6 o C ανά 1 km.

Το ερώτημα είναι, ποια είναι η θερμοκρασία σε μεγάλα βάθη - 5, 10 km ή περισσότερο; Εάν η τάση συνεχιστεί, η θερμοκρασία σε βάθος 10 km θα πρέπει να είναι κατά μέσο όρο περίπου 250-300 ° C. Αυτό επιβεβαιώνεται λίγο πολύ από άμεσες παρατηρήσεις σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια, αν και η εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη από μια γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας .

Για παράδειγμα, στο υπερβαθύ πηγάδι Kola που διανοίγεται στην κρυσταλλική ασπίδα της Βαλτικής, η θερμοκρασία αλλάζει με ρυθμό 10 o C / 1 km σε βάθος 3 km και στη συνέχεια η γεωθερμική κλίση γίνεται 2-2,5 φορές μεγαλύτερη. Σε βάθος 7 km καταγράφηκε ήδη θερμοκρασία 120 o C, στα 10 km - 180 o C και στα 12 km - 220 o C.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα πηγάδι στη Βόρεια Κασπία, όπου σε βάθος 500 m καταγράφηκε θερμοκρασία 42 o C, στα 1,5 km - 70 o C, στα 2 km - 80 o C, στα 3 km - 108 o C.

Υποτίθεται ότι η γεωθερμική κλίση μειώνεται ξεκινώντας από ένα βάθος 20-30 km: σε βάθος 100 km, οι εκτιμώμενες θερμοκρασίες είναι περίπου 1300-1500 o C, σε βάθος 400 km - 1600 o C, στη Γη πυρήνα (βάθη άνω των 6000 km) - 4000-5000 o ΜΕ.

Σε βάθη έως 10-12 km, η θερμοκρασία μετράται μέσω γεωτρήσεων. όπου δεν υπάρχουν, προσδιορίζεται από έμμεσα σημάδια με τον ίδιο τρόπο όπως και σε μεγαλύτερα βάθη. Τέτοια έμμεσα σημάδια μπορεί να είναι η φύση της διέλευσης των σεισμικών κυμάτων ή η θερμοκρασία της λάβας που εκρήγνυται.

Ωστόσο, για τους σκοπούς της γεωθερμικής ενέργειας, τα δεδομένα για τις θερμοκρασίες σε βάθη άνω των 10 km δεν παρουσιάζουν ακόμη πρακτικό ενδιαφέρον.

Υπάρχει πολλή ζέστη σε βάθη αρκετών χιλιομέτρων, αλλά πώς να την ανεβάσουμε; Μερικές φορές η ίδια η φύση μας λύνει αυτό το πρόβλημα με τη βοήθεια ενός φυσικού ψυκτικού υγρού - θερμαινόμενων ιαματικών νερών που έρχονται στην επιφάνεια ή βρίσκονται σε βάθος προσβάσιμο σε εμάς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό στα βάθη θερμαίνεται μέχρι την κατάσταση του ατμού.

Δεν υπάρχει αυστηρός ορισμός της έννοιας «ιαματικά νερά». Κατά κανόνα, σημαίνουν ζεστά υπόγεια ύδατα σε υγρή κατάσταση ή σε μορφή ατμού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έρχονται στην επιφάνεια της Γης με θερμοκρασία πάνω από 20 ° C, δηλαδή, κατά κανόνα, υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα.

Ζεστός υπόγεια ύδατα, ατμός, μείγματα ατμού-νερού - αυτή είναι η υδροθερμική ενέργεια. Αντίστοιχα, η ενέργεια που βασίζεται στη χρήση της ονομάζεται υδροθερμική.

Η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη με την παραγωγή θερμότητας απευθείας από ξηρά πετρώματα - πετροθερμική ενέργεια, ειδικά επειδή οι επαρκώς υψηλές θερμοκρασίες, κατά κανόνα, ξεκινούν από βάθη αρκετών χιλιομέτρων.

Στο έδαφος της Ρωσίας, το δυναμικό της πετρελαιοθερμικής ενέργειας είναι εκατό φορές υψηλότερο από αυτό της υδροθερμικής ενέργειας - 3.500 και 35 τρισεκατομμύρια τόνους τυπικού καυσίμου, αντίστοιχα. Αυτό είναι απολύτως φυσικό - η ζεστασιά των βάθη της Γης είναι παντού και τα ιαματικά νερά βρίσκονται τοπικά. Ωστόσο, λόγω προφανών τεχνικών δυσκολιών, τα περισσότερα από τα ιαματικά νερά χρησιμοποιούνται σήμερα για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας.

Νερά με θερμοκρασίες από 20-30 έως 100 o C είναι κατάλληλα για θέρμανση, θερμοκρασίες από 150 o C και πάνω - και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε γεωθερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Γενικά, οι γεωθερμικοί πόροι στο έδαφος της Ρωσίας, όσον αφορά τους τόνους καυσίμου αναφοράς ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα μέτρησης ενέργειας, είναι περίπου 10 φορές υψηλότεροι από τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων.

Θεωρητικά, μόνο η γεωθερμική ενέργεια θα μπορούσε να καλύψει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες της χώρας. Πρακτικά επάνω αυτή τη στιγμήστο μεγαλύτερο μέρος της επικράτειάς της, αυτό δεν είναι εφικτό για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους.

Στον κόσμο, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται συχνότερα με την Ισλανδία - μια χώρα που βρίσκεται στο βόρειο άκρο της Μεσοατλαντικής Κορυφογραμμής, σε μια εξαιρετικά ενεργή τεκτονική και ηφαιστειακή ζώνη. Πιθανώς όλοι θυμούνται την ισχυρή έκρηξη του ηφαιστείου Eyjafjallajökull το 2010.

Χάρη σε αυτή τη γεωλογική ιδιαιτερότητα, η Ισλανδία διαθέτει τεράστια αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των θερμών πηγών που έρχονται στην επιφάνεια της Γης και μάλιστα αναβλύζουν με τη μορφή θερμοπίδακες.

Στην Ισλανδία, περισσότερο από το 60% της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται αυτή τη στιγμή λαμβάνεται από τη Γη. Συμπεριλαμβανομένων των γεωθερμικών πηγών, παρέχεται το 90% της θέρμανσης και το 30% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Προσθέτουμε ότι η υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια στη χώρα παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθμούς, δηλαδή χρησιμοποιώντας επίσης μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, χάρη στην οποία η Ισλανδία μοιάζει με ένα είδος παγκόσμιου περιβαλλοντικού προτύπου.

Η «δαμασμός» της γεωθερμικής ενέργειας τον 20ο αιώνα βοήθησε σημαντικά την Ισλανδία οικονομικούς όρους. Μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα, ήταν μια πολύ φτωχή χώρα, τώρα κατέχει την πρώτη θέση στον κόσμο ως προς την εγκατεστημένη ισχύ και την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας κατά κεφαλήν και βρίσκεται στην πρώτη δεκάδα ως προς την απόλυτη εγκατεστημένη ισχύ γεωθερμικής ενέργειας φυτά. Ωστόσο, ο πληθυσμός του είναι μόνο 300 χιλιάδες άτομα, γεγονός που απλοποιεί το έργο της μετάβασης σε φιλικές προς το περιβάλλον πηγές ενέργειας: η ανάγκη για αυτό είναι γενικά μικρή.

Εκτός από την Ισλανδία, υψηλό μερίδιο γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ισοζύγιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρέχεται από τη Νέα Ζηλανδία και τα νησιωτικά κράτη της Νοτιοανατολικής Ασίας (Φιλιππίνες και Ινδονησία), χώρες Κεντρική Αμερικήκαι την Ανατολική Αφρική, η επικράτεια της οποίας χαρακτηρίζεται επίσης από υψηλή σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα. Για αυτές τις χώρες, στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης και των αναγκών τους, η γεωθερμική ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη.

(Το τέλος ακολουθεί.)

Για τη μοντελοποίηση των πεδίων θερμοκρασίας και για άλλους υπολογισμούς, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη θερμοκρασία του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος.

Η θερμοκρασία του εδάφους στο βάθος μετριέται χρησιμοποιώντας θερμόμετρα εξάτμισης. Πρόκειται για προγραμματισμένες μελέτες που πραγματοποιούνται τακτικά. μετεωρολογικούς σταθμούς. Τα ερευνητικά δεδομένα χρησιμεύουν ως βάση για τους κλιματικούς άτλαντες και την κανονιστική τεκμηρίωση.

Για να αποκτήσετε τη θερμοκρασία του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος, μπορείτε να δοκιμάσετε, για παράδειγμα, δύο απλούς τρόπους. Και οι δύο μέθοδοι βασίζονται στη χρήση βιβλιογραφίας αναφοράς:

1. Για έναν κατά προσέγγιση προσδιορισμό της θερμοκρασίας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το έγγραφο TsPI-22. «Μεταβάσεις σιδηροδρόμωναγωγούς». Εδώ, στα πλαίσια της μεθοδολογίας υπολογισμού θερμικής μηχανικής αγωγών, δίνεται ο Πίνακας 1, όπου για ορισμένες κλιματικές περιοχές δίνονται οι θερμοκρασίες του εδάφους ανάλογα με το βάθος μέτρησης. Παραθέτω αυτόν τον πίνακα παρακάτω.

Τραπέζι 1

1. Πίνακας θερμοκρασιών εδάφους σε διάφορα βάθη από μια πηγή "για να βοηθήσει έναν εργαζόμενο στη βιομηχανία αερίου" από την εποχή της ΕΣΣΔ

Κανονικά βάθη παγετού για ορισμένες πόλεις:

Το βάθος της κατάψυξης του εδάφους εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους:

Νομίζω ότι η πιο εύκολη επιλογή είναι να χρησιμοποιήσετε τα παραπάνω δεδομένα αναφοράς και στη συνέχεια να κάνετε παρεμβολή.

Η πιο αξιόπιστη επιλογή για ακριβείς υπολογισμούς χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία του εδάφους είναι η χρήση δεδομένων από τις μετεωρολογικές υπηρεσίες. Με βάση τις μετεωρολογικές υπηρεσίες, ορισμένοι διαδικτυακοί κατάλογοι λειτουργούν. Για παράδειγμα, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Εδώ αρκεί να διαλέξετε τοποθεσία, τύπος εδάφους και μπορείτε να λάβετε έναν χάρτη θερμοκρασίας του εδάφους ή των δεδομένων του σε μορφή πίνακα. Κατ 'αρχήν, είναι βολικό, αλλά φαίνεται ότι αυτός ο πόρος πληρώνεται.

Εάν γνωρίζετε περισσότερους τρόπους για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος, τότε γράψτε σχόλια.

Μπορεί να σας ενδιαφέρει το παρακάτω υλικό:

θερμοκρασία μέσα στη γη.Ο προσδιορισμός της θερμοκρασίας στα κελύφη της Γης βασίζεται σε διάφορα, συχνά έμμεσα, δεδομένα. Τα πιο αξιόπιστα δεδομένα θερμοκρασίας αναφέρονται στο ανώτερο τμήμα του φλοιού της γης, το οποίο είναι εκτεθειμένο από ορυχεία και γεωτρήσεις σε μέγιστο βάθος 12 km (πηγάδι Kola).

Η αύξηση της θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου ανά μονάδα βάθους ονομάζεται γεωθερμική κλίση,και το βάθος σε μέτρα, κατά το οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 1 0 C - γεωθερμικό βήμα.Η γεωθερμική κλίση και, κατά συνέπεια, το γεωθερμικό βήμα ποικίλλουν από τόπο σε τόπο ανάλογα με τις γεωλογικές συνθήκες, την ενδογενή δραστηριότητα σε διάφορες περιοχές, καθώς και την ετερογενή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων. Παράλληλα, σύμφωνα με τον B. Gutenberg, τα όρια των διακυμάνσεων διαφέρουν πάνω από 25 φορές. Ένα παράδειγμα αυτού είναι δύο έντονα διαφορετικές κλίσεις: 1) 150 o ανά 1 km στο Όρεγκον (ΗΠΑ), 2) 6 o ανά 1 km που καταγράφονται στη Νότια Αφρική. Σύμφωνα με αυτές τις γεωθερμικές κλίσεις, το γεωθερμικό βήμα αλλάζει επίσης από 6,67 m στην πρώτη περίπτωση σε 167 m στη δεύτερη. Οι πιο συνηθισμένες διακυμάνσεις στην κλίση είναι εντός 20-50 o , και το γεωθερμικό βήμα είναι 15-45 m. Η μέση γεωθερμική κλίση έχει ληφθεί εδώ και πολύ καιρό στους 30 o C ανά 1 km.

Σύμφωνα με τον VN Zharkov, η γεωθερμική κλίση κοντά στην επιφάνεια της Γης υπολογίζεται στους 20 o C ανά 1 km. Με βάση αυτές τις δύο τιμές της γεωθερμικής κλίσης και της αναλλοίωσής της βαθιά μέσα στη Γη, τότε σε βάθος 100 km θα έπρεπε να υπήρχε θερμοκρασία 3000 ή 2000 o C. Ωστόσο, αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα πραγματικά δεδομένα. Σε αυτά τα βάθη προέρχονται περιοδικά οι θάλαμοι μάγματος, από τους οποίους η λάβα χύνεται στην επιφάνεια, έχοντας μέγιστη θερμοκρασία 1200-1250 ο. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό το είδος «θερμομέτρου», αρκετοί συγγραφείς (V. A. Lyubimov, V. A. Magnitsky) πιστεύουν ότι σε βάθος 100 km η θερμοκρασία δεν μπορεί να υπερβαίνει τους 1300-1500 o C.

Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, τα πετρώματα του μανδύα θα λιώνονταν πλήρως, γεγονός που έρχεται σε αντίθεση με την ελεύθερη διέλευση των εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων. Έτσι, η μέση γεωθερμική κλίση μπορεί να εντοπιστεί μόνο σε κάποιο σχετικά μικρό βάθος από την επιφάνεια (20-30 km), και στη συνέχεια θα πρέπει να μειωθεί. Αλλά και σε αυτή την περίπτωση, στο ίδιο μέρος, η αλλαγή της θερμοκρασίας με το βάθος δεν είναι ομοιόμορφη. Αυτό μπορεί να φανεί στο παράδειγμα της αλλαγής θερμοκρασίας με το βάθος κατά μήκος του φρέατος Kola που βρίσκεται μέσα στη σταθερή κρυσταλλική ασπίδα της πλατφόρμας. Κατά την τοποθέτηση αυτού του φρέατος, αναμενόταν μια γεωθερμική κλίση 10 o ανά 1 km και, ως εκ τούτου, στο βάθος σχεδιασμού (15 km) αναμενόταν θερμοκρασία της τάξης των 150 o C. Ωστόσο, μια τέτοια κλίση ήταν μόνο μέχρι ένα βάθος 3 km, και στη συνέχεια άρχισε να αυξάνεται κατά 1,5 -2,0 φορές. Σε βάθος 7 km η θερμοκρασία ήταν 120 o C, στα 10 km -180 o C, στα 12 km -220 o C. Υποτίθεται ότι στο βάθος σχεδιασμού η θερμοκρασία θα είναι κοντά στους 280 o C. Περιοχή Κασπίας, στην περιοχή του πιο ενεργού ενδογενούς καθεστώτος. Σε αυτό, σε βάθος 500 m, η θερμοκρασία αποδείχθηκε ότι ήταν 42,2 o C, στα 1500 m - 69,9 o C, στα 2000 m - 80,4 o C, στα 3000 m - 108,3 o C.

Ποια είναι η θερμοκρασία στις βαθύτερες ζώνες του μανδύα και του πυρήνα της Γης; Λίγο πολύ αξιόπιστα δεδομένα έχουν ληφθεί για τη θερμοκρασία της βάσης του στρώματος Β στον άνω μανδύα (βλ. Εικ. 1.6). Σύμφωνα με τον V. N. Zharkov, «λεπτομερείς μελέτες του διαγράμματος φάσεων του Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 κατέστησαν δυνατό τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας αναφοράς σε βάθος που αντιστοιχεί στην πρώτη ζώνη μεταβάσεων φάσης (400 km)» (δηλ. μετάβαση της ολιβίνης σε σπινέλιο). Η θερμοκρασία εδώ ως αποτέλεσμα αυτών των μελετών είναι περίπου 1600 50 o C.

Το ζήτημα της κατανομής των θερμοκρασιών στον μανδύα κάτω από το στρώμα Β και στον πυρήνα της Γης δεν έχει ακόμη επιλυθεί και ως εκ τούτου διατυπώνονται διάφορες απόψεις. Μπορούμε μόνο να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος με σημαντική μείωση της γεωθερμικής κλίσης και αύξηση της γεωθερμικής βαθμίδας. Υποτίθεται ότι η θερμοκρασία στον πυρήνα της Γης κυμαίνεται μεταξύ 4000-5000 o C.

Μέση τιμή χημική σύνθεσηΓη. Για να κριθεί η χημική σύσταση της Γης, χρησιμοποιούνται δεδομένα για μετεωρίτες, που είναι τα πιο πιθανά δείγματα πρωτοπλανητικού υλικού από το οποίο σχηματίστηκαν οι επίγειοι πλανήτες και οι αστεροειδείς. Μέχρι σήμερα, πολλοί μετεωρίτες που έχουν πέσει στη Γη σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και σε διαφορετικά μέρη έχουν μελετηθεί καλά. Σύμφωνα με τη σύνθεση, διακρίνονται τρεις τύποι μετεωριτών: 1) σίδερο,που αποτελείται κυρίως από νικέλιο σίδηρο (90-91% Fe), με μικρή ανάμειξη φωσφόρου και κοβαλτίου. 2) σιδερένιο-πέτρα(σιδερολίτες), που αποτελούνται από σίδηρο και πυριτικά ορυκτά. 3) πέτρα,ή αερόλιθοι,που αποτελείται κυρίως από σιδηρούχο-μαγνησιακά πυριτικά και εγκλείσματα νικελίου σιδήρου.

Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι λίθινοι μετεωρίτες - περίπου το 92,7% όλων των ευρημάτων, ο πετρώδης σίδηρος το 1,3% και ο σίδηρος το 5,6%. Οι πέτρινοι μετεωρίτες χωρίζονται σε δύο ομάδες: α) χονδρίτες με μικρούς στρογγυλεμένους κόκκους - χόνδρους (90%). β) αχονδρίτες που δεν περιέχουν χόνδρους. Η σύνθεση των πέτρινων μετεωριτών είναι παρόμοια με αυτή των υπερμαφικών πυριγενών πετρωμάτων. Σύμφωνα με τον M. Bott, περιέχουν περίπου 12% φάση σιδήρου-νικελίου.

Με βάση την ανάλυση της σύστασης διαφόρων μετεωριτών, καθώς και τα ληφθέντα πειραματικά γεωχημικά και γεωφυσικά δεδομένα, ένας αριθμός ερευνητών δίνει μια σύγχρονη εκτίμηση της ακαθάριστης στοιχειακής σύνθεσης της Γης, που παρουσιάζεται στον Πίνακα. 1.3.

Όπως φαίνεται από τα στοιχεία του πίνακα, η αυξημένη κατανομή αναφέρεται στα τέσσερα πιο σημαντικά στοιχεία - Ο, Fe, Si, Mg, που αποτελούν πάνω από 91%. Η ομάδα των λιγότερο κοινών στοιχείων περιλαμβάνει Ni, S, Ca, A1. Άλλα στοιχεία περιοδικό σύστημαΟ Mendeleev σε παγκόσμια κλίμακα όσον αφορά τη γενική κατανομή είναι δευτερεύουσας σημασίας. Εάν συγκρίνουμε τα δεδομένα με τη σύνθεση του φλοιού της γης, μπορούμε να δούμε ξεκάθαρα μια σημαντική διαφορά που συνίσταται σε απότομη μείωση των O, Al, Si και σημαντική αύξηση σε Fe, Mg και την εμφάνιση S και Ni σε αξιοσημείωτες ποσότητες. .

Το σχήμα της γης ονομάζεται γεωειδές.Η βαθιά δομή της Γης κρίνεται από διαμήκη και εγκάρσια σεισμικά κύματα, τα οποία, διαδίδοντας στο εσωτερικό της Γης, βιώνουν διάθλαση, ανάκλαση και εξασθένηση, γεγονός που υποδηλώνει τη διαστρωμάτωση της Γης. Υπάρχουν τρεις βασικοί τομείς:

Φλοιός της γης;

μανδύας: πάνω σε βάθος 900 km, χαμηλότερο σε βάθος 2900 km.

ο πυρήνας της Γης είναι εξωτερικός σε βάθος 5120 km, εσωτερικός σε βάθος 6371 km.

Η εσωτερική θερμότητα της Γης σχετίζεται με τη διάσπαση ραδιενεργών στοιχείων - ουράνιο, θόριο, κάλιο, ρουβίδιο κ.λπ. Η μέση τιμή της ροής θερμότητας είναι 1,4-1,5 μkal / cm 2. s.

1. Ποιο είναι το σχήμα και το μέγεθος της Γης;

2. Ποιες είναι οι μέθοδοι μελέτης της εσωτερικής δομής της Γης;

3. Ποια είναι η εσωτερική δομή της Γης;

4. Ποια σεισμικά τμήματα πρώτης τάξης διακρίνονται ξεκάθαρα κατά την ανάλυση της δομής της Γης;

5. Ποια είναι τα όρια των τμημάτων Mohorovic και Gutenberg;

6. Ποια είναι η μέση πυκνότητα της Γης και πώς αλλάζει στο όριο μεταξύ μανδύα και πυρήνα;

7. Πώς αλλάζει η ροή θερμότητας σε διάφορες ζώνες; Πώς γίνεται κατανοητή η αλλαγή στη γεωθερμική κλίση και στο γεωθερμικό βήμα;

8. Ποια δεδομένα χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της μέσης χημικής σύστασης της Γης;

Βιβλιογραφία

• Voytkevich G.V.Βασικές αρχές της θεωρίας της προέλευσης της Γης. Μ., 1988.

• Zharkov V.N.Εσωτερική δομή της Γης και των πλανητών. Μ., 1978.

• Magnitsky V.A.Εσωτερική δομή και φυσική της Γης. Μ., 1965.

• Δοκίμιασυγκριτική πλανητολογία. Μ., 1981.

• Η Ringwood A.E.Σύνθεση και προέλευση της Γης. Μ., 1981.

"Χρήση θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού της γης σε συστήματα αντλιών θερμότητας"

Vasiliev G.P., Επιστημονικός Διευθυντής OJSC INSOLAR-INVEST, Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Πρόεδρος του Διοικητικού Συμβουλίου της OJSC INSOLAR-INVEST
N. V. Shilkin, μηχανικός, NIISF (Μόσχα)

Ορθολογική χρήση καυσίμων και ενεργειακών πόρωνΣήμερα είναι ένα από τα παγκόσμια παγκόσμια προβλήματα, η επιτυχής επίλυση του οποίου, προφανώς, θα έχει καθοριστική σημασία όχι μόνο για την περαιτέρω ανάπτυξη της παγκόσμιας κοινότητας, αλλά και για τη διατήρηση του οικοτόπου της. Ένας από τους πολλά υποσχόμενους τρόπους επίλυσης αυτού του προβλήματος είναι εφαρμογή νέων τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειαςχρήση μη παραδοσιακών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (NRES)Η εξάντληση των παραδοσιακών ορυκτών καυσίμων και οι περιβαλλοντικές συνέπειες της καύσης τους έχουν οδηγήσει σε σημαντική αύξηση του ενδιαφέροντος για αυτές τις τεχνολογίες σε όλες σχεδόν τις χώρες τις τελευταίες δεκαετίες. ανεπτυγμένες χώρεςειρήνη.

Τα πλεονεκτήματα των τεχνολογιών παροχής θερμότητας που χρησιμοποιούν σε σύγκριση με τις παραδοσιακές αντίστοιχές τους συνδέονται όχι μόνο με σημαντικές μειώσεις του ενεργειακού κόστους στα συστήματα υποστήριξης ζωής κτιρίων και κατασκευών, αλλά και με τη φιλικότητα προς το περιβάλλον, καθώς και με νέες ευκαιρίες στον τομέα της αύξηση του βαθμού αυτονομίας των συστημάτων υποστήριξης ζωής. Προφανώς, στο εγγύς μέλλον, αυτές οι ιδιότητες θα είναι καθοριστικής σημασίας για τη διαμόρφωση μιας ανταγωνιστικής κατάστασης στην αγορά εξοπλισμού παραγωγής θερμότητας.

Ανάλυση πιθανών τομέων εφαρμογής στη ρωσική οικονομία της χρήσης τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας μη παραδοσιακές πηγές ενέργειας, δείχνει ότι στη Ρωσία ο πιο πολλά υποσχόμενος τομέας για την εφαρμογή τους είναι τα συστήματα υποστήριξης ζωής των κτιρίων. Ταυτόχρονα, η ευρεία χρήση του συστήματα παροχής θερμότητας αντλιών θερμότητας (TST), χρησιμοποιώντας το έδαφος των επιφανειακών στρωμάτων της Γης ως μια πανταχού διαθέσιμη πηγή θερμότητας χαμηλού δυναμικού.

Χρησιμοποιώντας θερμότητα της γηςΥπάρχουν δύο τύποι θερμικής ενέργειας - υψηλού δυναμικού και χαμηλού δυναμικού. Η πηγή θερμικής ενέργειας υψηλού δυναμικού είναι οι υδροθερμικοί πόροι - ιαματικά νερά που θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία ως αποτέλεσμα γεωλογικών διεργασιών, γεγονός που τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται για την παροχή θερμότητας σε κτίρια. Ωστόσο, η χρήση της υψηλής δυναμικής θερμότητας της Γης περιορίζεται σε περιοχές με ορισμένες γεωλογικές παραμέτρους. Στη Ρωσία, αυτή είναι, για παράδειγμα, η Καμτσάτκα, η περιοχή των μεταλλικών νερών του Καυκάσου. στην Ευρώπη, υπάρχουν πηγές θερμότητας υψηλού δυναμικού στην Ουγγαρία, την Ισλανδία και τη Γαλλία.

Σε αντίθεση με την «άμεση» χρήση θερμότητας υψηλού δυναμικού (υδροθερμικοί πόροι), χρήση χαμηλής ποιότητας θερμότητας της Γηςμέσω αντλιών θερμότητας είναι δυνατή σχεδόν παντού. Αυτή τη στιγμή είναι ένας από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους τομείς χρήσης μη παραδοσιακές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Θερμότητα χαμηλού δυναμικού της Γηςμπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τύπους κτιρίων και κατασκευών με πολλούς τρόπους: για θέρμανση, παροχή ζεστού νερού, κλιματισμό (ψύξη), μονοπάτια θέρμανσης τη χειμερινή περίοδο, για αποφυγή παγοποίησης, θέρμανση γηπέδων σε υπαίθρια στάδια κ.λπ. γλωσσική τεχνική βιβλιογραφία, τέτοια συστήματα χαρακτηρίζονται ως "GHP" - "γεωθερμικές αντλίες θερμότητας", γεωθερμικές αντλίες θερμότητας.

Τα κλιματικά χαρακτηριστικά των χωρών της Κεντρικής και Βόρειας Ευρώπης, οι οποίες, μαζί με τις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά, είναι οι κύριες περιοχές για τη χρήση χαμηλής θερμότητας της Γης, καθορίζουν κυρίως την ανάγκη για θέρμανση. Η ψύξη του αέρα, ακόμη και το καλοκαίρι, απαιτείται σχετικά σπάνια. Επομένως, σε αντίθεση με τις Ηνωμένες Πολιτείες, ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣστις ευρωπαϊκές χώρες λειτουργούν κυρίως σε λειτουργία θέρμανσης. ΣΤΙΣ ΗΠΑ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣχρησιμοποιούνται συχνότερα σε συστήματα θέρμανσης αέρα σε συνδυασμό με εξαερισμό, ο οποίος επιτρέπει τόσο τη θέρμανση όσο και την ψύξη του εξωτερικού αέρα. Σε ευρωπαϊκές χώρες ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣχρησιμοποιείται συνήθως σε συστήματα θέρμανσης νερού. Επειδή η απόδοση της αντλίας θερμότηταςαυξάνεται με τη μείωση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του εξατμιστή και του συμπυκνωτή, τα συστήματα θέρμανσης δαπέδου χρησιμοποιούνται συχνά για τη θέρμανση κτιρίων, στα οποία κυκλοφορεί ένα ψυκτικό σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας (35–40 °C).

Η πλειοψηφία ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣστην Ευρώπη, που έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούν τη χαμηλής ποιότητας θερμότητα της Γης, είναι εξοπλισμένα με ηλεκτροκίνητους συμπιεστές.

Τα τελευταία δέκα χρόνια, ο αριθμός των συστημάτων που χρησιμοποιούν τη χαμηλής ποιότητας θερμότητα της Γης για την παροχή θερμότητας και ψύξης των κτιρίων μέσω ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ, αυξήθηκε σημαντικά. Ο μεγαλύτερος αριθμός τέτοιων συστημάτων χρησιμοποιείται στις ΗΠΑ. Ένας μεγάλος αριθμός τέτοιων συστημάτων λειτουργεί στον Καναδά και στις χώρες της κεντρικής και βόρειας Ευρώπης: Αυστρία, Γερμανία, Σουηδία και Ελβετία. Η Ελβετία πρωτοστατεί στη χρήση χαμηλής ποιότητας θερμικής ενέργειας της Γης κατά κεφαλήν. Στη Ρωσία, τα τελευταία δέκα χρόνια, χρησιμοποιώντας τεχνολογία και με τη συμμετοχή της INSOLAR-INVEST OJSC, που ειδικεύεται σε αυτόν τον τομέα, έχουν κατασκευαστεί μόνο μερικά αντικείμενα, τα πιο ενδιαφέροντα από τα οποία παρουσιάζονται στο.

Στη Μόσχα, στη μικροπεριοχή Nikulino-2, μάλιστα, για πρώτη φορά, α σύστημα αντλίας θερμότητας ζεστού νερούπολυώροφο κτίριο κατοικιών. Το έργο αυτό υλοποιήθηκε το 1998-2002 από το Υπουργείο Άμυνας της Ρωσικής Ομοσπονδίας από κοινού με την κυβέρνηση της Μόσχας, το Υπουργείο Βιομηχανίας και Επιστήμης της Ρωσίας, τον Σύνδεσμο NP ABOK και στο πλαίσιο του "Μακροπρόθεσμο πρόγραμμα εξοικονόμησης ενέργειας στη Μόσχα".

Ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού για τους εξατμιστές των αντλιών θερμότητας, χρησιμοποιείται η θερμότητα του εδάφους των επιφανειακών στρωμάτων της Γης, καθώς και η θερμότητα του αφαιρούμενου αέρα εξαερισμού. Η μονάδα παρασκευής ζεστού νερού βρίσκεται στο υπόγειο του κτιρίου. Περιλαμβάνει τα ακόλουθα κύρια στοιχεία:

• εγκαταστάσεις αντλιών θερμότητας συμπίεσης ατμών (HPU).
• δεξαμενές αποθήκευσης ζεστού νερού?
• συστήματα συλλογής θερμικής ενέργειας χαμηλής ποιότητας του εδάφους και χαμηλής ποιότητας θερμότητας του αφαιρεμένου αέρα εξαερισμού.
• αντλίες κυκλοφορίας, όργανα

Το κύριο στοιχείο ανταλλαγής θερμότητας του συστήματος για τη συλλογή χαμηλής ποιότητας θερμότητας εδάφους είναι κάθετοι ομοαξονικοί εναλλάκτες θερμότητας εδάφους που βρίσκονται έξω κατά μήκος της περιμέτρου του κτιρίου. Αυτοί οι εναλλάκτες θερμότητας είναι 8 φρεάτια με βάθος 32 έως 35 m το καθένα, τοποθετημένα κοντά στο σπίτι. Από τον τρόπο λειτουργίας των αντλιών θερμότητας που χρησιμοποιούν τη ζεστασιά της γηςκαι η θερμότητα του αέρα που αφαιρείται είναι σταθερή, ενώ η κατανάλωση ζεστού νερού είναι μεταβλητή, το σύστημα παροχής ζεστού νερού είναι εξοπλισμένο με δεξαμενές αποθήκευσης.

Τα δεδομένα που εκτιμούν το παγκόσμιο επίπεδο χρήσης της θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού της Γης μέσω αντλιών θερμότητας δίνονται στον πίνακα.

Πίνακας 1. Παγκόσμιο επίπεδο χρήσης της θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού της Γης μέσω αντλιών θερμότητας

Το έδαφος ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού

Ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού, μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπόγεια ύδατα με σχετικά χαμηλή θερμοκρασία ή έδαφος των επιφανειακών (έως 400 m βάθος) στρωμάτων της Γης.. Η θερμική περιεκτικότητα της εδαφικής μάζας είναι γενικά υψηλότερη. Το θερμικό καθεστώς του εδάφους των επιφανειακών στρωμάτων της Γης διαμορφώνεται υπό την επίδραση δύο κύριων παραγόντων - της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια και της ροής ραδιογενούς θερμότητας από το εσωτερικό της γης. Οι εποχικές και καθημερινές αλλαγές στην ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και της εξωτερικής θερμοκρασίας προκαλούν διακυμάνσεις στη θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους. Το βάθος διείσδυσης των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα και η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, ανάλογα με τις ιδιαίτερες εδαφολογικές και κλιματικές συνθήκες, κυμαίνεται από αρκετές δεκάδες εκατοστά έως ενάμισι μέτρο. Το βάθος διείσδυσης των εποχιακών διακυμάνσεων στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα και η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας δεν υπερβαίνει, κατά κανόνα, τα 15-20 m.

Το καθεστώς θερμοκρασίας των στρωμάτων του εδάφους που βρίσκονται κάτω από αυτό το βάθος ("ουδέτερη ζώνη") σχηματίζεται υπό την επίδραση της θερμικής ενέργειας που προέρχεται από τα έγκατα της Γης και πρακτικά δεν εξαρτάται από τις εποχιακές, και ακόμη περισσότερο τις καθημερινές αλλαγές στις εξωτερικές κλιματικές παραμέτρους ( Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Γράφημα μεταβολών της θερμοκρασίας του εδάφους ανάλογα με το βάθος

Με την αύξηση του βάθους, η θερμοκρασία του εδάφους αυξάνεται ανάλογα με τη γεωθερμική κλίση (περίπου 3 βαθμοί C για κάθε 100 m). Το μέγεθος της ροής της ραδιογενούς θερμότητας που προέρχεται από τα έγκατα της γης ποικίλλει για διαφορετικές τοποθεσίες. Για Κεντρική Ευρώπηαυτή η τιμή είναι 0,05–0,12 W/m2.

Κατά τη διάρκεια της περιόδου λειτουργίας, η μάζα εδάφους που βρίσκεται εντός της ζώνης θερμικής επιρροής του μητρώου σωλήνων του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους του συστήματος συλλογής θερμότητας εδάφους χαμηλής ποιότητας (σύστημα συλλογής θερμότητας), λόγω εποχιακών αλλαγών στις παραμέτρους του το εξωτερικό κλίμα, καθώς και υπό την επίδραση λειτουργικών φορτίων στο σύστημα συλλογής θερμότητας, κατά κανόνα, υπόκειται σε επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη. Ταυτόχρονα, όπως είναι φυσικό, υπάρχει μια αλλαγή κατάσταση συνάθροισηςυγρασία που περιέχεται στους πόρους του εδάφους και εντοπίζεται στη γενική περίπτωση τόσο στην υγρή όσο και στη στερεή και την αέρια φάση ταυτόχρονα. Με άλλα λόγια, ο εδαφικός όγκος του συστήματος συλλογής θερμότητας, ανεξάρτητα από την κατάσταση που βρίσκεται (κατεψυγμένο ή αποψυγμένο), είναι ένα σύνθετο τριφασικό πολυδιεσπαρμένο ετερογενές σύστημα, ο σκελετός του οποίου σχηματίζεται από έναν τεράστιο αριθμό στερεών σωματιδίων διάφορα σχήματα και μεγέθη και μπορεί να είναι τόσο άκαμπτα όσο και κινητά, ανάλογα με το αν τα σωματίδια είναι σταθερά συνδεδεμένα μεταξύ τους ή εάν διαχωρίζονται μεταξύ τους από μια ουσία στην κινητή φάση. Τα διάκενα μεταξύ στερεών σωματιδίων μπορούν να γεμίσουν με ανοργανοποιημένη υγρασία, αέριο, ατμό και πάγο ή και τα δύο. Η μοντελοποίηση των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας που σχηματίζουν το θερμικό καθεστώς ενός τέτοιου συστήματος πολλαπλών συστατικών είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο έργο, καθώς απαιτεί τη συνεκτίμηση και τη μαθηματική περιγραφή διαφόρων μηχανισμών για την εφαρμογή τους: αγωγιμότητα θερμότητας σε ένα μεμονωμένο σωματίδιο, μεταφορά θερμότητας από το ένα σωματίδιο στο άλλο κατά την επαφή τους, μοριακή αγωγιμότητα θερμότητας σε ένα μέσο πλήρωσης κενών μεταξύ των σωματιδίων, μεταφορά ατμού και υγρασίας που περιέχονται στον χώρο των πόρων και πολλά άλλα.

Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην επίδραση της υγρασίας της μάζας του εδάφους και της μετανάστευσης υγρασίας στο χώρο πόρων του στις θερμικές διεργασίες που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά του εδάφους ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού.

Στα τριχοειδή-πορώδη συστήματα, που είναι η εδαφική μάζα του συστήματος συλλογής θερμότητας, η παρουσία υγρασίας στο χώρο των πόρων έχει σημαντική επίδραση στη διαδικασία κατανομής της θερμότητας. Η σωστή καταγραφή αυτής της επιρροής σήμερα συνδέεται με σημαντικές δυσκολίες, οι οποίες συνδέονται κυρίως με την έλλειψη σαφών ιδεών σχετικά με τη φύση της κατανομής στερεών, υγρών και αερίων φάσεων υγρασίας σε μια συγκεκριμένη δομή του συστήματος. Η φύση των δυνάμεων της σύνδεσης υγρασίας με τα σκελετικά σωματίδια, η εξάρτηση των μορφών σύνδεσης υγρασίας με το υλικό σε διάφορα στάδια ύγρανσης και ο μηχανισμός κίνησης της υγρασίας στον χώρο των πόρων δεν έχουν ακόμη διευκρινιστεί.

Εάν υπάρχει μια διαβάθμιση θερμοκρασίας στο πάχος της μάζας του εδάφους, τα μόρια ατμού μετακινούνται σε μέρη με χαμηλότερο δυναμικό θερμοκρασίας, αλλά ταυτόχρονα, υπό τη δράση βαρυτικών δυνάμεων, εμφανίζεται μια αντίθετα κατευθυνόμενη ροή υγρασίας στην υγρή φάση. . Επιπλέον, η υγρασία επηρεάζει το καθεστώς θερμοκρασίας των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους. κατακρήμνισηκαθώς και τα υπόγεια ύδατα.

Οι κύριοι παράγοντες υπό την επίδραση των οποίων σχηματίζονται καθεστώς θερμοκρασίαςΤα συστήματα συλλογής μάζας εδάφους για θερμότητα εδάφους χαμηλού δυναμικού φαίνονται στο σχ. 2.

Ρύζι. 2. Παράγοντες υπό την επίδραση των οποίων διαμορφώνεται το καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους

Τύποι συστημάτων για τη χρήση της χαμηλής δυναμικής θερμικής ενέργειας της Γης

Συνδέονται οι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους εξοπλισμός αντλίας θερμότηταςμε εδαφική μάζα. Εκτός από την «εξαγωγή» της θερμότητας της Γης, οι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη συσσώρευση θερμότητας (ή κρύου) στο έδαφος.

Στη γενική περίπτωση, διακρίνονται δύο τύποι συστημάτων για τη χρήση της θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού της Γης:

• ανοιχτά συστήματα:Ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού, χρησιμοποιείται υπόγειο νερό, το οποίο τροφοδοτείται απευθείας στις αντλίες θερμότητας.
• κλειστά συστήματα:Οι εναλλάκτες θερμότητας βρίσκονται στον ορεινό όγκο του εδάφους. όταν ένα ψυκτικό κυκλοφορεί μέσα τους με θερμοκρασία χαμηλότερη σε σχέση με το έδαφος, η θερμική ενέργεια «επιλέγεται» από το έδαφος και μεταφέρεται στον εξατμιστή αντλία θερμότητας(ή, όταν χρησιμοποιείτε ψυκτικό υγρό με αυξημένη θερμοκρασία σε σχέση με το έδαφος, την ψύξη του).

Το κύριο μέρος των ανοιχτών συστημάτων είναι τα φρεάτια, τα οποία επιτρέπουν την εξαγωγή υπόγειων υδάτων από τους υδροφόρους ορίζοντες του εδάφους και την επιστροφή του νερού πίσω στους ίδιους υδροφόρους ορίζοντες. Συνήθως οργανώνονται ζευγαρωμένα φρεάτια για αυτό. Ένα διάγραμμα ενός τέτοιου συστήματος φαίνεται στο σχ. 3.

Ρύζι. 3. Σχέδιο ανοιχτού συστήματος χρήσης χαμηλής δυναμικής θερμικής ενέργειας υπόγειων υδάτων

Το πλεονέκτημα των ανοιχτών συστημάτων είναι η δυνατότητα απόκτησης μεγάλης ποσότητας θερμικής ενέργειας με σχετικά χαμηλό κόστος. Ωστόσο, τα φρεάτια απαιτούν συντήρηση. Επιπλέον, η χρήση τέτοιων συστημάτων δεν είναι δυνατή σε όλους τους τομείς. Οι βασικές απαιτήσεις για το έδαφος και τα υπόγεια ύδατα είναι οι εξής:

• επαρκής διαπερατότητα του εδάφους, επιτρέποντας την αναπλήρωση των αποθεμάτων νερού.
• καλή χημεία των υπόγειων υδάτων (π.χ. χαμηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο) για την αποφυγή προβλημάτων αλάτων και διάβρωσης των σωλήνων.

Τα ανοιχτά συστήματα χρησιμοποιούνται συχνότερα για θέρμανση ή ψύξη μεγάλων κτιρίων. Το μεγαλύτερο σύστημα γεωθερμικής αντλίας θερμότητας στον κόσμοχρησιμοποιεί τα υπόγεια ύδατα ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού. Αυτό το σύστημα βρίσκεται στις ΗΠΑ στο Λούισβιλ του Κεντάκι. Το σύστημα χρησιμοποιείται για την παροχή θερμότητας και ψύξης ενός συγκροτήματος ξενοδοχείου-γραφείων. η ισχύς του είναι περίπου 10 MW.

Μερικές φορές τα συστήματα που χρησιμοποιούν τη θερμότητα της Γης περιλαμβάνουν συστήματα για τη χρήση χαμηλής ποιότητας θερμότητας από ανοιχτά υδάτινα σώματα, φυσικά και τεχνητά. Αυτή η προσέγγιση υιοθετείται, ιδίως, στις Ηνωμένες Πολιτείες. Τα συστήματα που χρησιμοποιούν χαμηλής ποιότητας θερμότητα από ταμιευτήρες ταξινομούνται ως ανοιχτά, όπως και τα συστήματα που χρησιμοποιούν θερμότητα χαμηλής ποιότητας από υπόγεια ύδατα.

Τα κλειστά συστήματα, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε οριζόντια και κάθετα.

Οριζόντιος εναλλάκτης θερμότητας εδάφους(στην αγγλική βιβλιογραφία, χρησιμοποιούνται επίσης οι όροι «συλλέκτης θερμότητας εδάφους» και «οριζόντιος βρόχος») συνήθως τοποθετείται κοντά στο σπίτι σε μικρό βάθος (αλλά κάτω από το επίπεδο παγώματος του εδάφους το χειμώνα). Η χρήση οριζόντιων εναλλακτών θερμότητας εδάφους περιορίζεται από το μέγεθος της διαθέσιμης τοποθεσίας.

Στις χώρες της Δυτικής και Κεντρικής Ευρώπης, οι οριζόντιοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους είναι συνήθως χωριστοί σωλήνες που τοποθετούνται σχετικά σφιχτά και συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά ή παράλληλα (Εικ. 4α, 4β). Για την εξοικονόμηση της περιοχής του χώρου, έχουν αναπτυχθεί βελτιωμένοι τύποι εναλλάκτη θερμότητας, για παράδειγμα, εναλλάκτες θερμότητας με τη μορφή σπειροειδούς σχήματος, που βρίσκονται οριζόντια ή κάθετα (Εικ. 4e, 4f). Αυτή η μορφή εναλλάκτη θερμότητας είναι κοινή στις ΗΠΑ.

Ρύζι. 4. Τύποι οριζόντιων εναλλακτών θερμότητας εδάφους
α - εναλλάκτης θερμότητας σωλήνων που συνδέονται σε σειρά.
β - εναλλάκτης θερμότητας από παράλληλους σωλήνες.
γ - ένας οριζόντιος συλλέκτης τοποθετημένος σε μια τάφρο.
d - εναλλάκτης θερμότητας με τη μορφή βρόχου.
e - ένας εναλλάκτης θερμότητας με τη μορφή σπείρας που βρίσκεται οριζόντια (ο λεγόμενος "slinky" συλλέκτης.
e - ένας εναλλάκτης θερμότητας με τη μορφή σπείρας που βρίσκεται κάθετα

Εάν ένα σύστημα με οριζόντιους εναλλάκτες θερμότητας χρησιμοποιείται μόνο για την παραγωγή θερμότητας, η κανονική του λειτουργία είναι δυνατή μόνο εάν υπάρχει επαρκής εισροή θερμότητας από την επιφάνεια της γης λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας. Για το λόγο αυτό, η επιφάνεια πάνω από τους εναλλάκτες θερμότητας πρέπει να είναι εκτεθειμένη στο ηλιακό φως.

Κάθετοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους(στην αγγλική βιβλιογραφία, ο χαρακτηρισμός "BHE" - "γεώτρηση εναλλάκτης θερμότητας" είναι αποδεκτός) επιτρέπουν τη χρήση χαμηλής δυναμικής θερμικής ενέργειας της εδαφικής μάζας που βρίσκεται κάτω από την "ουδέτερη ζώνη" (10–20 m από το επίπεδο του εδάφους). Τα συστήματα με κάθετους εναλλάκτες θερμότητας εδάφους δεν απαιτούν μεγάλες επιφάνειες και δεν εξαρτώνται από την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που πέφτει στην επιφάνεια. Οι κάθετοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους λειτουργούν αποτελεσματικά σχεδόν σε όλους τους τύπους γεωλογικών περιβαλλόντων, με εξαίρεση τα εδάφη με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, όπως η ξηρή άμμος ή το ξηρό χαλίκι. Τα συστήματα με κάθετους εναλλάκτες θερμότητας εδάφους είναι πολύ διαδεδομένα.

Το σχέδιο θέρμανσης και παροχής ζεστού νερού ενός κτιρίου κατοικιών μονοκατοικίας μέσω μονάδας αντλίας θερμότητας με κατακόρυφο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους φαίνεται στο σχ. 5.

Ρύζι. 5. Σχέδιο θέρμανσης και παροχής ζεστού νερού μονοκατοικίας πολυκατοικίας μέσω μονάδας αντλίας θερμότητας με κατακόρυφο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους

Το ψυκτικό κυκλοφορεί μέσω σωλήνων (συνήθως από πολυαιθυλένιο ή πολυπροπυλένιο) που τοποθετούνται σε κάθετα φρεάτια βάθους από 50 έως 200 m. Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο τύποι κάθετων εναλλακτών θερμότητας εδάφους (Εικ. 6):

• Εναλλάκτης θερμότητας σχήματος U, που είναι δύο παράλληλοι σωλήνες που συνδέονται στο κάτω μέρος. Ένα ή δύο (σπάνια τρία) ζεύγη τέτοιων σωλήνων βρίσκονται σε ένα φρεάτιο. Το πλεονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι το σχετικά χαμηλό κόστος κατασκευής. Οι διπλοί εναλλάκτες θερμότητας σε σχήμα U είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος κατακόρυφων εναλλάκτη θερμότητας εδάφους στην Ευρώπη.
• Ομοαξονικός (ομόκεντρος) εναλλάκτης θερμότητας. Ο απλούστερος ομοαξονικός εναλλάκτης θερμότητας αποτελείται από δύο σωλήνες διαφορετικής διαμέτρου. Ένας σωλήνας μικρότερης διαμέτρου τοποθετείται μέσα σε άλλο σωλήνα. Οι ομοαξονικοί εναλλάκτες θερμότητας μπορούν να έχουν πιο σύνθετες διαμορφώσεις.

Ρύζι. 6. Ενότητα διάφοροι τύποικάθετοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους

Για να αυξηθεί η απόδοση των εναλλάκτη θερμότητας, ο χώρος μεταξύ των τοιχωμάτων του φρεατίου και των σωλήνων γεμίζεται με ειδικά θερμοαγώγιμα υλικά.

Συστήματα με κατακόρυφους εναλλάκτες θερμότητας εδάφους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θέρμανση και την ψύξη κτιρίων διαφόρων μεγεθών. Για ένα μικρό κτίριο, ένας εναλλάκτης θερμότητας είναι αρκετός. για μεγάλα κτίρια, μπορεί να απαιτείται μια ολόκληρη ομάδα φρεατίων με κάθετους εναλλάκτες θερμότητας. Ο μεγαλύτερος αριθμός γεωτρήσεων στον κόσμο χρησιμοποιείται στο σύστημα θέρμανσης και ψύξης του κολεγίου Richard Stockton στην πολιτεία του Νιου Τζέρσεϊ των ΗΠΑ. Οι κάθετοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους αυτού του κολεγίου βρίσκονται σε 400 φρεάτια βάθους 130 m. Στην Ευρώπη, ο μεγαλύτερος αριθμός φρεατίων (154 πηγάδια βάθους 70 m) χρησιμοποιείται στο σύστημα θέρμανσης και ψύξης του κεντρικού γραφείου του γερμανικού Ελέγχου Εναέριας Κυκλοφορίας Υπηρεσία (“Deutsche Flug-sicherung”).

Μια ειδική περίπτωση κατακόρυφων κλειστών συστημάτων είναι η χρήση κτιριακών κατασκευών ως εναλλάκτες θερμότητας εδάφους, για παράδειγμα, πασσάλων θεμελίωσης με ενσωματωμένους αγωγούς. Το τμήμα ενός τέτοιου σωρού με τρία περιγράμματα ενός εναλλάκτη θερμότητας εδάφους φαίνεται στο σχ. 7.

Ρύζι. 7. Σχέδιο επίγειων εναλλακτών θερμότητας που είναι ενσωματωμένοι στους πασσάλους θεμελίωσης του κτιρίου και η διατομή ενός τέτοιου σωρού

Η μάζα εδάφους (στην περίπτωση των κατακόρυφων εναλλάκτες θερμότητας εδάφους) και οι κτιριακές κατασκευές με εναλλάκτες θερμότητας εδάφους μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο ως πηγή, αλλά και ως φυσικός συσσωρευτής θερμικής ενέργειας ή "ψυχρού", για παράδειγμα, θερμότητας ηλιακής ακτινοβολίας.

Υπάρχουν συστήματα που δεν μπορούν ξεκάθαρα να ταξινομηθούν ως ανοιχτά ή κλειστά. Για παράδειγμα, το ίδιο βαθύ πηγάδι (από 100 έως 450 μέτρα βάθος) γεμάτο με νερό μπορεί να είναι και παραγωγή και έγχυση. Η διάμετρος του φρεατίου είναι συνήθως 15 εκ. Στο κάτω μέρος του φρεατίου τοποθετείται μια αντλία, μέσω της οποίας τροφοδοτείται νερό από το φρεάτιο στους εξατμιστές της αντλίας θερμότητας. Το νερό επιστροφής επιστρέφει στην κορυφή της στήλης νερού στο ίδιο πηγάδι. Υπάρχει συνεχής επαναφόρτιση του πηγαδιού με υπόγεια νερά και το ανοιχτό σύστημα λειτουργεί σαν κλειστό. Τα συστήματα αυτού του τύπου στην αγγλική βιβλιογραφία ονομάζονται «standing column well system» (Εικ. 8).

Ρύζι. 8. Σχήμα τύπου πηγαδιού «πηγάδι όρθιας στήλης»

Συνήθως, πηγάδια αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται επίσης για την τροφοδοσία του κτιρίου με πόσιμο νερό.. Ωστόσο, ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά μόνο σε εδάφη που παρέχουν σταθερή παροχή νερού στο πηγάδι, γεγονός που το εμποδίζει να παγώσει. Εάν ο υδροφόρος ορίζοντας είναι πολύ βαθύς, θα χρειαστεί μια ισχυρή αντλία για την κανονική λειτουργία του συστήματος, που απαιτεί αυξημένο ενεργειακό κόστος. Το μεγάλο βάθος του φρέατος προκαλεί ένα μάλλον υψηλό κόστος τέτοιων συστημάτων, επομένως δεν χρησιμοποιούνται για την παροχή θερμότητας και ψύξης μικρών κτιρίων. Τώρα υπάρχουν πολλά τέτοια συστήματα στον κόσμο στις ΗΠΑ, τη Γερμανία και την Ευρώπη.

Ένας από τους πολλά υποσχόμενους τομείς είναι η χρήση του νερού από ορυχεία και σήραγγες ως πηγή χαμηλής ποιότητας θερμικής ενέργειας. Η θερμοκρασία αυτού του νερού είναι σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Το νερό από ορυχεία και σήραγγες είναι άμεσα διαθέσιμο.

«Αειφορία» συστημάτων χρήσης χαμηλής θερμότητας της Γης

Κατά τη λειτουργία του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους, μπορεί να προκύψει μια κατάσταση όταν κατά τη διάρκεια της περιόδου θέρμανσης η θερμοκρασία του εδάφους κοντά στον εναλλάκτη θερμότητας εδάφους μειώνεται και το καλοκαίρι το έδαφος δεν έχει χρόνο να ζεσταθεί στην αρχική θερμοκρασία - τη θερμοκρασία του το δυναμικό μειώνεται. Η κατανάλωση ενέργειας κατά την επόμενη περίοδο θέρμανσης προκαλεί ακόμη μεγαλύτερη μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους και το δυναμικό θερμοκρασίας του μειώνεται περαιτέρω. Αυτό αναγκάζει το σχεδιασμό του συστήματος χρήση χαμηλής ποιότητας θερμότητας της Γηςεξετάστε το πρόβλημα της «σταθερότητας» (αειφορίας) τέτοιων συστημάτων. Συχνά, οι ενεργειακοί πόροι χρησιμοποιούνται πολύ εντατικά για τη μείωση της περιόδου απόσβεσης του εξοπλισμού, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στην ταχεία εξάντλησή του. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα τέτοιο επίπεδο παραγωγής ενέργειας που θα επέτρεπε την εκμετάλλευση της πηγής ενεργειακών πόρων. πολύς καιρός. Αυτή η ικανότητα των συστημάτων να διατηρούν το απαιτούμενο επίπεδο παραγωγής θερμότητας για μεγάλο χρονικό διάστημα ονομάζεται «αειφορία». Για συστήματα που χρησιμοποιούν χαμηλό δυναμικό θερμότητα της γηςδίνεται ο ακόλουθος ορισμός της σταθερότητας: «Για κάθε σύστημα χρήσης της θερμότητας χαμηλού δυναμικού της Γης και για κάθε τρόπο λειτουργίας αυτού του συστήματος, υπάρχει κάποια μέγιστο επίπεδοπαραγωγή ενέργειας· Η παραγωγή ενέργειας κάτω από αυτό το επίπεδο μπορεί να διατηρηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα (100–300 χρόνια).

Που πραγματοποιήθηκε στο OJSC INSOLAR-INVESTμελέτες έχουν δείξει ότι η κατανάλωση θερμικής ενέργειας από τη μάζα του εδάφους μέχρι το τέλος της περιόδου θέρμανσης προκαλεί μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους κοντά στο μητρώο των σωλήνων του συστήματος συλλογής θερμότητας, η οποία, υπό τις εδαφικές και κλιματικές συνθήκες του μεγαλύτερου μέρους της επικράτειας της Ρωσίας, δεν έχει χρόνο να αντισταθμίσει τη θερινή περίοδο και μέχρι την αρχή της επόμενης περιόδου θέρμανσης, το έδαφος βγαίνει με δυναμικό χαμηλής θερμοκρασίας. Η κατανάλωση θερμικής ενέργειας κατά την επόμενη περίοδο θέρμανσης προκαλεί περαιτέρω μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους και με την έναρξη της τρίτης περιόδου θέρμανσης, το δυναμικό θερμοκρασίας του διαφέρει ακόμη περισσότερο από το φυσικό. Και ούτω καθεξής. Ωστόσο, τα περιβλήματα της θερμικής επιρροής της μακροχρόνιας λειτουργίας του συστήματος συλλογής θερμότητας στο φυσικό καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους έχουν έντονο εκθετικό χαρακτήρα και μέχρι το πέμπτο έτος λειτουργίας, το έδαφος εισέρχεται σε ένα νέο καθεστώς σχεδόν περιοδικό, Δηλαδή, ξεκινώντας από τον πέμπτο χρόνο λειτουργίας, η μακροχρόνια κατανάλωση θερμικής ενέργειας από την εδαφική μάζα του συστήματος συλλογής θερμότητας συνοδεύεται από περιοδικές μεταβολές της θερμοκρασίας του. Έτσι, κατά το σχεδιασμό συστήματα θέρμανσης αντλιών θερμότηταςφαίνεται απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η πτώση των θερμοκρασιών του εδαφικού ορεινού όγκου, που προκαλείται από τη μακροχρόνια λειτουργία του συστήματος συλλογής θερμότητας, και να χρησιμοποιηθούν οι θερμοκρασίες του εδαφικού ορεινού όγκου που αναμένονται για το 5ο έτος λειτουργίας του TST ως παραμέτρους σχεδιασμού. .

Σε συνδυασμένα συστήματα, που χρησιμοποιείται τόσο για παροχή θερμότητας όσο και για κρύο, η ισορροπία θερμότητας ρυθμίζεται "αυτόματα": το χειμώνα (απαιτείται παροχή θερμότητας), η μάζα του εδάφους ψύχεται, το καλοκαίρι (απαιτείται παροχή κρύου), η μάζα του εδάφους θερμαίνεται. Σε συστήματα που χρησιμοποιούν χαμηλής ποιότητας θερμότητα υπόγειων υδάτων, υπάρχει συνεχής αναπλήρωση των αποθεμάτων νερού λόγω της διαρροής νερού από την επιφάνεια και του νερού που προέρχεται από τα βαθύτερα στρώματα του εδάφους. Έτσι, η περιεκτικότητα σε θερμότητα των υπόγειων υδάτων αυξάνεται τόσο «από πάνω» (λόγω της θερμότητας του ατμοσφαιρικού αέρα) όσο και «από κάτω» (λόγω της θερμότητας της Γης). η τιμή του κέρδους θερμότητας "από πάνω" και "από κάτω" εξαρτάται από το πάχος και το βάθος του υδροφόρου ορίζοντα. Λόγω αυτών των μεταφορών θερμότητας, η θερμοκρασία των υπόγειων υδάτων παραμένει σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια της σεζόν και αλλάζει ελάχιστα κατά τη λειτουργία.

Σε συστήματα με κατακόρυφους εναλλάκτες θερμότητας εδάφους, η κατάσταση είναι διαφορετική.Όταν αφαιρείται η θερμότητα, η θερμοκρασία του εδάφους γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας εδάφους μειώνεται. Η μείωση της θερμοκρασίας επηρεάζεται τόσο από τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του εναλλάκτη θερμότητας όσο και από τον τρόπο λειτουργίας του. Για παράδειγμα, σε συστήματα με υψηλές τιμές απαγωγής θερμότητας (αρκετές δεκάδες watt ανά μέτρο μήκους εναλλάκτη θερμότητας) ή σε συστήματα με εναλλάκτη θερμότητας εδάφους που βρίσκεται σε έδαφος με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (για παράδειγμα, σε ξηρή άμμο ή ξηρό χαλίκι) , η μείωση της θερμοκρασίας θα είναι ιδιαίτερα αισθητή και μπορεί να οδηγήσει σε πάγωμα της μάζας του εδάφους γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας εδάφους.

Γερμανοί ειδικοί μέτρησαν τη θερμοκρασία του ορεινού όγκου του εδάφους, στον οποίο είναι τοποθετημένος ένας κατακόρυφος εναλλάκτης θερμότητας εδάφους με βάθος 50 m, που βρίσκεται κοντά στη Φρανκφούρτη του Μάιν. Για αυτό, 9 πηγάδια του ίδιου βάθους έγιναν γεώτρηση γύρω από το κύριο πηγάδι σε απόσταση 2,5, 5 και 10 m. Και στα δέκα φρεάτια, τοποθετήθηκαν αισθητήρες θερμοκρασίας κάθε 2 m - συνολικά 240 αισθητήρες. Στο σχ. Το σχήμα 9 δείχνει διαγράμματα που δείχνουν την κατανομή θερμοκρασίας στη μάζα του εδάφους γύρω από τον κατακόρυφο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους στην αρχή και στο τέλος της πρώτης περιόδου θέρμανσης. Στο τέλος της περιόδου θέρμανσης, είναι σαφώς ορατή μια μείωση της θερμοκρασίας της μάζας του εδάφους γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας. Υπάρχει μια ροή θερμότητας που κατευθύνεται στον εναλλάκτη θερμότητας από τη γύρω μάζα του εδάφους, η οποία αντισταθμίζει εν μέρει τη μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους που προκαλείται από την «επιλογή» θερμότητας. Το μέγεθος αυτής της ροής σε σύγκριση με το μέγεθος της ροής θερμότητας από το εσωτερικό της γης σε μια δεδομένη περιοχή (80–100 mW/τ.μ.) εκτιμάται αρκετά υψηλό (πολλά watt ανά τετραγωνικό μέτρο).

Ρύζι. Εικ. 9. Σχέδια κατανομής θερμοκρασίας στη μάζα του εδάφους γύρω από τον κατακόρυφο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους στην αρχή και στο τέλος της πρώτης περιόδου θέρμανσης

Δεδομένου ότι οι κάθετοι εναλλάκτες θερμότητας άρχισαν να γίνονται σχετικά διαδεδομένοι πριν από περίπου 15-20 χρόνια, υπάρχει έλλειψη πειραματικών δεδομένων σε όλο τον κόσμο που λαμβάνονται κατά τη διάρκεια μακροχρόνιων (αρκετών δεκάδων) περιόδων λειτουργίας συστημάτων με εναλλάκτες θερμότητας αυτού του τύπου. Τίθεται το ερώτημα για τη σταθερότητα αυτών των συστημάτων, για την αξιοπιστία τους για μεγάλες περιόδους λειτουργίας. Είναι η χαμηλού δυναμικού θερμότητα της Γης ανανεώσιμη πηγή ενέργειας; Ποια είναι η περίοδος «ανανέωσης» αυτής της πηγής;

Όταν λειτουργεί αγροτικό σχολείο σε Περιοχή Γιαροσλάβλεξοπλισμένο σύστημα αντλίας θερμότητας, χρησιμοποιώντας έναν κατακόρυφο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους, οι μέσες τιμές ειδικής αφαίρεσης θερμότητας ήταν στα επίπεδα 120–190 W/rm. m μήκος του εναλλάκτη θερμότητας.

Από το 1986, διεξάγεται έρευνα στην Ελβετία κοντά στη Ζυρίχη σε ένα σύστημα με κάθετους εναλλάκτες θερμότητας εδάφους. Ένας κατακόρυφος εναλλάκτης θερμότητας εδάφους ομοαξονικού τύπου με βάθος 105 m τοποθετήθηκε στην οροσειρά του εδάφους. Αυτός ο εναλλάκτης θερμότητας χρησιμοποιήθηκε ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλής ποιότητας για ένα σύστημα αντλίας θερμότητας εγκατεστημένο σε μονοκατοικία κατοικιών. Ο κατακόρυφος εναλλάκτης θερμότητας εδάφους παρείχε μέγιστη ισχύ περίπου 70 watt ανά μέτρο μήκους, γεγονός που δημιούργησε σημαντικό θερμικό φορτίο στη γύρω μάζα εδάφους. Η ετήσια παραγωγή θερμικής ενέργειας είναι περίπου 13 MWh

Σε απόσταση 0,5 και 1 m από το κύριο πηγάδι, πραγματοποιήθηκαν δύο επιπλέον φρεάτια, στα οποία τοποθετήθηκαν αισθητήρες θερμοκρασίας σε βάθος 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 και 105 m. μετά την οποία τα φρεάτια γεμίστηκαν μίγμα αργίλου-τσιμέντου. Η θερμοκρασία μετρήθηκε κάθε τριάντα λεπτά. Εκτός από τη θερμοκρασία εδάφους, καταγράφηκαν και άλλες παράμετροι: η ταχύτητα του ψυκτικού υγρού, η κατανάλωση ενέργειας του κινητήρα του συμπιεστή της αντλίας θερμότητας, η θερμοκρασία του αέρα κ.λπ.

Η πρώτη περίοδος παρατήρησης διήρκεσε από το 1986 έως το 1991. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η επίδραση της θερμότητας του εξωτερικού αέρα και της ηλιακής ακτινοβολίας σημειώνεται στο επιφανειακό στρώμα του εδάφους σε βάθος έως και 15 μ. Κάτω από αυτό το επίπεδο, το θερμικό καθεστώς του εδάφους διαμορφώνεται κυρίως λόγω της θερμότητα του εσωτερικού της γης. Κατά τα πρώτα 2-3 χρόνια λειτουργίας θερμοκρασία μάζας εδάφους, γύρω από τον κατακόρυφο εναλλάκτη θερμότητας, έπεσε απότομα, αλλά κάθε χρόνο η μείωση της θερμοκρασίας μειώθηκε και μετά από λίγα χρόνια το σύστημα έφτασε σε ένα καθεστώς σχεδόν σταθερό, όταν η θερμοκρασία της μάζας του εδάφους γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας έγινε χαμηλότερη από την αρχική κατά 1–2 °C.

Το φθινόπωρο του 1996, δέκα χρόνια μετά την έναρξη λειτουργίας του συστήματος, επαναλήφθηκαν οι μετρήσεις. Αυτές οι μετρήσεις έδειξαν ότι η θερμοκρασία του εδάφους δεν άλλαξε σημαντικά. Τα επόμενα χρόνια, καταγράφηκαν μικρές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του εδάφους εντός 0,5 βαθμών C, ανάλογα με το ετήσιο θερμαντικό φορτίο. Έτσι, το σύστημα μπήκε σε ένα οιονεί στάσιμο καθεστώς μετά τα πρώτα χρόνια λειτουργίας.

Με βάση τα πειραματικά δεδομένα, κατασκευάστηκαν μαθηματικά μοντέλα των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον εδαφικό όγκο, τα οποία κατέστησαν δυνατή τη μακροπρόθεσμη πρόβλεψη των αλλαγών στη θερμοκρασία του εδαφικού όγκου.

Η μαθηματική μοντελοποίηση έχει δείξει ότι η ετήσια μείωση της θερμοκρασίας θα μειωθεί σταδιακά και ο όγκος της μάζας του εδάφους γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας, που υπόκειται σε μείωση της θερμοκρασίας, θα αυξάνεται κάθε χρόνο. Στο τέλος της περιόδου λειτουργίας ξεκινά η διαδικασία αναγέννησης: η θερμοκρασία του εδάφους αρχίζει να αυξάνεται. Η φύση της διαδικασίας αναγέννησης είναι παρόμοια με τη φύση της διαδικασίας "επιλογής" θερμότητας: τα πρώτα χρόνια λειτουργίας, εμφανίζεται μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους και τα επόμενα χρόνια, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας μειώνεται. Η διάρκεια της περιόδου «αναγέννησης» εξαρτάται από τη διάρκεια της περιόδου λειτουργίας. Αυτές οι δύο περίοδοι είναι περίπου ίδιες. Στην περίπτωση αυτή, η περίοδος λειτουργίας του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους ήταν τριάντα χρόνια και η περίοδος «αναγέννησης» υπολογίζεται επίσης σε τριάντα χρόνια.

Έτσι, τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης των κτιρίων, χρησιμοποιώντας τη χαμηλής ποιότητας θερμότητα της Γης, αποτελούν μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί παντού. Αυτή η πηγή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα και μπορεί να ανανεωθεί στο τέλος της περιόδου λειτουργίας.

Βιβλιογραφία

1. Rybach L. Κατάσταση και προοπτικές των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας (GHP) στην Ευρώπη και παγκοσμίως. πτυχές βιωσιμότητας των GHP. Διεθνές μάθημα γεωθερμικών αντλιών θερμότητας, 2002

2. Vasiliev G.P., Krundyshev N.S. Ενεργειακά αποδοτικό αγροτικό σχολείο στην περιοχή Yaroslavl. ABOK №5, 2002

3. Sanner B. Πηγές θερμότητας εδάφους για αντλίες θερμότητας (ταξινόμηση, χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα). 2002

4. Rybach L. Κατάσταση και προοπτικές των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας (GHP) στην Ευρώπη και παγκοσμίως. πτυχές βιωσιμότητας των GHP. Διεθνές μάθημα γεωθερμικών αντλιών θερμότητας, 2002

5. Ομάδα Εργασίας ORKUSTOFNUN, Ισλανδία (2001): Βιώσιμη παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας – προτεινόμενος ορισμός. IGA News αρ. 43, Ιανουάριος-Μάρτιος 2001, 1-2

6. Rybach L., Sanner B. Συστήματα αντλιών θερμότητας εδάφους – η ευρωπαϊκή εμπειρία. GeoHeat Center Bull. 21/1, 2000

7. Εξοικονόμηση ενέργειας με οικιακές αντλίες θερμότητας σε ψυχρά κλίματα. Μπροσούρα Maxi 08. CADDET, 1997

8. Atkinson Schaefer L. Ανάλυση αντλίας θερμότητας με απορρόφηση απλής πίεσης. Διατριβή που παρουσιάστηκε στην Ακαδημαϊκή Σχολή. Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας, 2000

9. Morley T. Η αντίστροφη θερμική μηχανή ως μέσο θέρμανσης κτιρίων, The Engineer 133: 1922

10. Fearon J. Η ιστορία και η ανάπτυξη της αντλίας θερμότητας, ψύξης και κλιματισμού. 1978

11. Βασίλιεφ Γ.Π. Ενεργειακά αποδοτικά κτίρια με συστήματα παροχής θερμότητας αντλιών θερμότητας. Περιοδικό ZhKH, Νο. 12, 2002

12. Οδηγίες για τη χρήση αντλιών θερμότητας που χρησιμοποιούν δευτερογενείς ενεργειακούς πόρους και μη παραδοσιακές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Moskomarchitectura. Κρατική Ενιαία Επιχείρηση "NIAC", 2001

13. Ενεργειακά αποδοτικό κτίριο κατοικιών στη Μόσχα. ABOK №4, 1999

14. Βασίλιεφ Γ.Π. Ενεργειακά αποδοτικό πειραματικό κτίριο κατοικιών στη μικροπεριφέρεια Nikulino-2. ABOK №4, 2002