Помощь проекту: под землёй такие высокие температуры, и как это связано с картошкой?Перевод: Мария КоршуноваРедактура. Главная» Новости» Глобальное замерзание земли 2024.
Кольская сверхглубокая
Если верить американским исследователям из Агентства по защите окружающей среды (U.S. Environmental Protection Agency (EPA), то за столетие (с 1913 года) средняя температура на Земле поднялась на половину градуса Цельсия. Непосредственно измерять температуры на любых глубинах Земли мы пока не имеем возможности. Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли. Судя по полученным под руководством Брюса Баффета (Bruce Buffett) данным, глобальное магнитное поле Земли на этой глубине примерно в 50 раз мощнее, чем у поверхности. Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины.
Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров?
| Какая температура в центре Земли? | В таблице переведены средние значения температуры грунта по месяцам по данным вытяжных термометров на глубине 0,4 0,8, 1,6 метра в крупных городах РФ и СНГ. |
| Температурные показатели планеты Земля | Смотрите видео онлайн «Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров?» на канале «Инженер Андрей» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 18 декабря 2022 года в 16:09, длительностью 00:03:29, на видеохостинге RUTUBE. |
| Температура Земли: исторические наблюдения, показатели | Ученые обнаружили скрытую экосистему под самой сухой и жаркой пустыней Земли на глубине четыре метра. |
Пластовая температура
В тепловом насосе отдает тепло, отобранное у земли, хладагенту. На нее не оказывают влияние климатические условия, и поэтому можно рассчитывать на качественный отбор энергии и зимой и летом. Нужно добавить, что температура в земле немного отличается в начале сезона сентябрь-октябрь от температуре в конце сезона март-апрель. Поэтому необходимо учитывать при расчете глубины вертикальных коллекторов длину отопительного сезона в месте инсталляции. При отборе тепла с помощью геотермальных вертикальных зондов очень важным являются правильные расчеты и конструкция коллекторов. Для проведения грамотных расчетов необходимо знать, возможно ли бурение в месте инсталляции до желаемой глубины. Для теплового насоса мощностью 10kW необходимо примерно 120-180 m скважины. Скважины должна быть размещены минимум 8м друг от друга.
Количество и глубина скважин зависит от геологических условий, наличие подземных вод, способности почвы удерживать тепло и технологии бурения. При бурении нескольких скважин общая желаемая длина скважины разделится на количество скважин. Преимуществом вертикального коллектора перед горизонтальным является меньший участок земли для использования, более стабильный источник тепла, и независимость источника тепла на погодных условиях. Минусом вертикальных коллекторов являются высокие затраты на земляные работы и постепенное охлаждение земли возле коллектора необходимы грамотные расчеты необходимой мощности при проектировании. Финские инженеры планируют использовать естественное тепло земных недр для обогрева зданий. И если эксперимент будет успешным, то подобные теплоцентрали можно возводить повсеместно, например, в Ленинградской области. Вопрос в том, насколько это выгодно.
Использование энергии Земли - идея не новая. Так, например, еще в 1904 году итальянский князь Пьеро Джинори Конти зажег четыре электролампочки, поместив турбинку с электрогенератором вблизи природного выхода разогретого пара из земли, в регионе Лардерелло Тоскана. Спустя девять лет, в 1913 году, там же была запущена первая коммерческая геотермальная станция мощностью 250 киловатт. Станция использовала самый выгодный, но, к сожалению, редко встречающийся ресурс — сухой перегретый пар, который можно встретить лишь в недрах вулканических массивов. Но, на самом деле, жар Земли можно найти не только близ огнедышащих гор. Он есть повсеместно, под нашими ногами. Недра планеты раскалены до нескольких тысяч градусов.
Ученые до сих пор не выяснили, вследствие каких процессов наша планета в течение нескольких миллиардов лет хранит в себе гигантское количество тепла, и невозможно оценить, на сколько миллиардов лет его хватит.
Всё вместе создаёт картину, которую обозначили как "подземное изменение климата". По усреднённым примерным оценкам, земля под разными городами по всему миру каждые 10 лет нагревается на 0,1—2,5 градуса Цельсия на глубине до ста метров. Но больше всего климатологам в этом не нравится то, что из-за нагрева почва деформируется, она размягчается. А меж тем, как пишут учёные, ни одна городская инфраструктура в мире не проектировалась с учётом этого фактора. Поэтому исследователи попытались оценить риски для зданий, мостов и всего прочего, стоящего на понемногу подогреваемой земле. Учёные собрали все имеющиеся данные о температуре грунта под этим районом и сделали компьютерное моделирование, чтобы проследить, как шло "подземное глобальное потепление" с 1951 года когда в Чикаго было достроено метро и как оно, по всей видимости, будет развиваться до 2051 года. Сравнивали температуру земли на глубине 10, 17 и 23 метра.
И вот что получилось.
Гуфельда 2013 , которая рассматривает «формирование структуры границ в литосфере на основе процессов взаимодействия восходящих потоков водорода и гелия с твердой фазой, приводящих к образованию газовой пористости и цепочек пор, связанных трещинами. За счет действия P-T параметров и барьерного эффекта в среде характерны деструкция и развитая трещиноватость. В литосфере и верхней мантии происходят эффекты аморфизации структуры, приводящей к увеличению пористости и диффузии комплексов типа C-H и O-H, допускается возможность горизонтальной миграции водорода и водородных комплексов на большие расстояния по зонам барьерного эффекта. Причем одной из таких зон может быть граница Мохо». Последняя граница Мохо в нашем понимании выступает не только как глобальная в масштабах планеты реологическая граница раздела квазихрупких земная кора и квазипластичных верхняя мантия сред, но и как граница распространения фронта барьерного эффекта аморфизации структуры среды, обеспечивающей реализацию механизма внутриочаговой мобилизации, то есть «первичной миграции» в терминах органического учения мантийных С-Н-N-О-S систем и других элементов включая металлы - компонентов глубинных УВ-систем в верхней мантии и формирование скоплений первичной протонефти. Как заключает И.
Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки - в глубоких шахтах всегда жарко. На глубине 1 км тридцатиградусная жара - нормальное явление, а глубже температура ещё выше. Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения - места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного». Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.
Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ. В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной - явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё. В среднем температура с глубиной растёт на 2,5-3 о С на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом. Обратная величина - геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1 о С. Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики. В разных районах , в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий , скорость роста температуры с глубиной может резко различаться.
В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Вопрос, какова температура на больших глубинах - 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250-300 о С. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120 о С, на 10 км - 180 o С, а на 12 км - 220 o С. Другой пример - скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42 o С, на 1,5 км - 70 o С, на 2 км - 80 o С, на 3 км - 108 o С. Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20-30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300-1500 o С, на глубине 400 км - 1600 o С, в ядре Земли глубины более 6000 км - 4000-5000 o С. Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сей-смических волн или температура изливающейся лавы.
Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса. На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять? Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя - нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине. В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара. Строгого определения понятия «термальные воды» нет. Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20 о С, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха. Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей - это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.
Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород - петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров. На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, - соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно - тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально. Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды. Воды температурой от 20-30 до 100 о С пригодны для отопления, температурой от 150 о С и выше - и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях. В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива. Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям.
В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией - страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне. Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций. Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики. Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии Филиппины и Индонезия , странах Центральной Америки и Восточной Африки , территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие. Окончание следует.
Один из самых лучших, рациональных приемов в возведении капитальных теплиц - подземная теплица-термос. Использование этого факта постоянства температуры земли на глубине, в устройстве теплицы дает колоссальную экономию расходов на обогрев в холодное время года, облегчает уход, делает микроклимат более стабильным. Такая теплица работает в самые трескучие морозы, позволяет производить овощи, выращивать цветы круглый год. Правильно оборудованная заглубленная теплица дает возможность выращивать, в том числе, теплолюбивые южные культуры. Ограничений практически нет. В теплице могут прекрасно чувствовать себя цитрусовые и даже ананасы. Но чтобы на практике все исправно функционировало, обязательно нужно соблюсти проверенные временем технологии, по которым строились подземные теплицы. Ведь эта идея не нова, еще при царе в России заглубленные теплицы давали урожаи ананасов, которые предприимчивые купцы вывозили на продажу в Европу.
Почему-то строительство подобных теплиц не нашло в нашей стране большого распространения , по большому счету, она просто забыта, хотя конструкция идеально подходит как раз для нашего климата. Вероятно, роль здесь сыграла необходимость рытья глубокого котлована, заливка фундамента. Строительство заглубляемой теплицы достаточно затратное, это далеко не парник, накрытый полиэтиленом, но и отдача от теплицы гораздо больше. От заглубления в землю не теряется общая внутренняя освещенность, это может показаться странным, но в некоторых случаях светонасыщенность даже выше, чем у классических теплиц. Нельзя не упомянуть о прочности и надежности конструкции, она несравнимо крепче обычной, легче переносит ураганные порывы ветра, хорошо противостоит граду, не станут помехой и завалы снега. Котлован Создание теплицы начинается с рытья котлована. Чтобы использовать тепло земли для обогрева внутреннего объема, теплица должна быть достаточно углублена. Чем глубже, тем земля становится теплее.
Ученые выявили значительные перепады температуры в недрах Земли
Это первый подобный профиль южного полюса Луны", - сообщает индийское космическое ведомство. Это на удивление выше, чем мы ожидали", - цитирует агентство слова ученого. Луноход "Прагьян" "познание", "мудрость" проработает по меньшей мере один лунный день 14 земных суток. Как сообщили индийские ученые, в районе лунного южного полюса обнаружены выходы породы, которые могут многое рассказать об образовании Луны.
Для Москвы средняя величина Г.
Измерение прироста темп-ры горных пород с увеличением глубин их залегания устанавливается геотермическим градиентом. В среднем для глубин коры, доступных непосредственным температурным измерениям, величина Г. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности. Величина этого потока равна произведению Г.
Это так называемая геотермическая ступень.
Когда сейсмические волны достигают верхней части астеносферы, то значительно замедляются, и это говорит о том, что ее верхний слой расплавлен больше, чем соседние. Материал с большей текучестью обычно обеспечивает более легкое передвижение, но в данном случае это не обязательно так. Карта астеносферы, составленная учеными, не совпадает с движением тектонических плит наверху — связь непрямая. Любопытно, что существует несколько полос расплавленных пород, пронизывающих всю астеносферу, а не только верхнюю ее часть. Там горячая магма имеет тенденцию скапливаться на глубине от 100 до 150 километров.
Понятно, что в мантии Земли с ее квазивязким пластичным агрегатным состоянием, открытых трещинных систем скорее нет хотя многие геологи допускают. Приведу выдержку на эту тему из своего доклада на 2-х КЧ, который выйдет в ближайшем 10-м номере журнала Глубинная нефть: "За основу механизма внутриочаговой мобилизации «первичной миграции» в терминах органического учения УВ-флюидов согласно теории глубинного генезиса нефти может быть принята модель И. Гуфельда 2013 , которая рассматривает «формирование структуры границ в литосфере на основе процессов взаимодействия восходящих потоков водорода и гелия с твердой фазой, приводящих к образованию газовой пористости и цепочек пор, связанных трещинами. За счет действия P-T параметров и барьерного эффекта в среде характерны деструкция и развитая трещиноватость.
В литосфере и верхней мантии происходят эффекты аморфизации структуры, приводящей к увеличению пористости и диффузии комплексов типа C-H и O-H, допускается возможность горизонтальной миграции водорода и водородных комплексов на большие расстояния по зонам барьерного эффекта. Причем одной из таких зон может быть граница Мохо».
Индийский аппарат передал первые данные с Луны, почва которой оказалась горячей
| Температура в глубинах Земли (модель "горячей" и "холодной" мантии) | Температура земли на глубине 20 м примерно 10°C, и растет каждые 30м на 1°C. На нее не оказывают влияние климатические условия, и поэтому можно рассчитывать на качественный отбор энергии и зимой и летом. |
| Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне - Новости | «К 2300 году средняя глобальная температура может подняться до уровней, каких Земля не видела за 50 миллионов лет», – заявляют ученые. |
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Амплитуда температуры почвы (на глубине 10 см под землей) за февраль составила всего 0,4 градуса, весь месяц температура держалась в пределах +0,7 +1,1°С, плавно понижаясь к концу месяца. Судя по полученным под руководством Брюса Баффета (Bruce Buffett) данным, глобальное магнитное поле Земли на этой глубине примерно в 50 раз мощнее, чем у поверхности. Геотермический градиент – приращение температуры с глубиной, выраженной в 0С/км. «Обратной» характеристикой является геотермическая ступень – глубина в метрах, при погружении на которую температура повысится на 1 0С.
Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров?
| Почему под землёй так жарко? [Минутка Земли] - YouTube | Для построения же самой зависимости температуры от глубины необходимо задаться исходным значением адиабатической температуры в начале отсчёта, например на поверхности Земли. |
| Внутреннее строение Земли | Образовательный геологический сайт Юрия Попова | Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров. |
| Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров? | Температура подземных вод на глубине 100 м. Температура земли в зависимости от глубины. |
| Температура ядра Земли на тысячу градусов выше, чем ранее предполагалось | Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины. |
Географы создали карту Всемирного потопа
Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров 17 Июня 2021 Ямальские учёные приступили к бурению термометрических скважин в окрестностях Нового Уренгоя. Ранее четыре новые скважины были оборудованы вокруг Лабытнанги, ещё три — рядом с Салехардом. В скважины глубиной до 15 метров каждая опущены термометрические косы с датчиками для измерения температуры многолетней мерзлоты в реальном времени и естественных условиях, сообщается на сайте окружного правительства. Места под бурение скважин ученые выбирали в разных ландшафтных условиях и там, где ранее в ХХ веке проводились наблюдения за мерзлотой.
Рассмотрим распределение температуры «вечной» мерзлоты с глубиной. Рис 1. Вертикальный профиль температуры в вечной мерзлоте.
В верхнем горизонте мерзлой толщи температура не остается стабильной во времени; она меняется в течение года, следуя за сезонами. Колебания температуры, происходящие в верхнем слое в течение года, называются сезонными колебаниями, и они постепенно затухают на некоторой глубине обычно на глубине 10-15 м от поверхности. Ниже глубины сезонных изменений температура вечномерзлой толщи остается постоянной в течение года. Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты - 1 370 метров в верховьях реки Вилюй в Якутии.
Изменение температуры наблюдается в нижних слоях мантии, там, где она граничит с ядром. Ученые утверждают, даже поверхность Земли так не отличается от атмосферы, как жидкое ядро от твердой мантии, что осложняет процесс исследования.
Неравномерность температуры и некоторые другие показатели влияют на появление сейсмических волн. В связи с этим ученые исследовали информацию с 4 тысяч сейсмометров, расположенных в разных точках планеты, после чего был создан математический алгоритм, который помог составить подробную карту нижних слоев мантии в форме полусферы, размер которой в поперечном разрезе составляет 400 километров.
Оба способа заключаются в использовании справочной литературы: Для приближённого определения температуры можно использовать документ ЦПИ-22. Здесь в рамках методики теплотехнического расчёта трубопроводов приводится таблица 1, где для определённых климатических районов приводятся величины температур грунта в зависимости от глубины измерения. Эту таблицу я привожу здесь ниже. Таблица 1 Таблица температур грунта на различных глубинах из источника «в помощь работнику газовой промышленности» еще времён СССР Нормативные глубины промерзания для некоторых городов: Глубина промерзания грунта зависит от типа грунта: Я думаю, что самый простой вариант, это воспользоваться вышеуказанными справочными данными, а затем интерполировать.
Самый надёжный вариант для точных расчётов с использованием температур грунта — воспользоваться данными метеорологических служб. На базе метеорологических служб работают некоторые онлайн справочники. Здесь достаточно выбрать населённый пункт , тип грунта и можно получить температурную карту грунта или её данные в табличной форме. В принципе, удобно, но похоже этот ресурс платный. Если Вы знаете ещё способы определения температуры грунта на заданной глубине, то, пожалуйста, пишите комментарии. Возможно Вам будет интересен следующий материал: Поверхностный слой почвы Земли - это естественный тепловой аккумулятор.
Главный источник тепловой энергии, поступающей в верхние слои Земли - солнечная радиация. На глубине около 3 м и более ниже уровня промерзания температура почвы в течение года практически не меняется и примерно равна среднегодовой температуре наружного воздуха. Под землей, ниже уровня промерзания грунта, укладывается система воздуховодов, которые выполняют функцию теплообменника между землей и воздухом, который проходит по этих воздуховодах. Зимой входящий холодный воздух, который поступает в и проходит по трубам - нагревается, а летом - охлаждается. При рациональном размещении воздуховодов можно отбирать из почвы значительное количество тепловой энергии с небольшими затратами электроэнергии. Можно использовать теплообменник «труба в трубе».
Внутренние воздуховоды из нержавеющей стали выступают здесь в роли рекуператоров. Охлаждение в летний период В теплое время года грунтовый теплообменник обеспечивает охлаждение приточного воздуха. Наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в грунтовый теплообменник, где охлаждается за счет грунта. Благодаря такому решению, происходит снижение температуры в помещениях, улучшается микроклимат в доме, снижаются затраты электроэнергии на кондиционирование. Работа в межсезонье Когда разница между температурой наружного и внутреннего воздуха небольшая, подачу свежего воздуха можно осуществлять через приточную решетку, размещенную на стене дома в надземной части. Экономия в зимний период В холодное время года наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в ПТО, где прогревается и затем поступает в приточно-вытяжную установку для нагрева в рекуператоре.
Для нагрева такого количества воздуха нужно затрачивать 2,55 кВт в час при отсутствии системы утилизации тепла. Еще лучше ситуация при использовании рекуперации - надо затрачивать только 0,714 кВт. По материалам. Шилкин, инженер, НИИСФ Москва Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов представляет сегодня собой одну из глобальных мировых проблем, успешное решение которой, по-видимому, будет иметь определяющее значение не только для дальнейшего развития мирового сообщества, но и для сохранения среды его обитания. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий , использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии НВИЭ Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и экологические последствия его сжигания обусловили в последние десятилетия значительное повышение интереса к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Преимущества технологий теплоснабжения, использующих в сравнении с их традиционными аналогами, связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения.
По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке теплогенерирующего оборудования. Анализ возможных областей применения в экономике России технологий энергосбережения, использующих нетрадиционные источники энергии , показывает, что в России наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий. При этом весьма эффективным направлением внедрения рассматриваемых технологий в практику отечественного строительства представляется широкое применение теплонасосных систем теплоснабжения ТСТ , использующих в качестве повсеместно доступного источника тепла низкого потенциала грунт поверхностных слоев Земли. При использовании тепла Земли можно выделить два вида тепловой энергии — высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы — термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет их использовать для теплоснабжения зданий. Однако использование высокопотенциального тепла Земли ограничено районами с определенными геологическими параметрами.
В России это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод; в Европе источники высокопотенциального тепла есть в Венгрии, Исландии и Франции. В отличие от «прямого» использования высокопотенциального тепла гидротермальные ресурсы , использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Низкопотенциальное тепло Земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования охлаждения воздуха, обогрева дорожек в зимнее время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т. В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как «GHP» — «geothermal heat pumps», геотермальные тепловые насосы. Климатические характеристики стран Центральной и Северной Европы, которые вместе с США и Канадой являются главными районами использования низкопотенциального тепла Земли, определяют главным образом потребность в отоплении; охлаждение воздуха даже в летний период требуется относительно редко.
Поэтому, в отличие от США, тепловые насосы в европейских странах работают в основном в режиме отопления. В США тепловые насосы чаще используются в системах воздушного отопления , совмещенного с вентиляцией, что позволяет как подогревать, так и охлаждать наружный воздух. В европейских странах тепловые насосы обычно применяются в системах водяного отопления. Поскольку эффективность тепловых насосов увеличивается при уменьшении разности температур испарителя и конденсатора, часто для отопления зданий используются системы напольного отопления, в которых циркулирует теплоноситель относительно низкой температуры 35—40 оC. Большинство тепловых насосов в Европе, предназначенных для использования низкопотенциального тепла Земли, оборудовано компрессорами с электрическим приводом. За последние десять лет количество систем, использующих для тепло- и холодоснабжения зданий низкопотенциальное тепло Земли посредством тепловых насосов , значительно увеличилось.
Наибольшее число таких систем используется в США. Швейцария лидирует по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли на душу населения. В Москве в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли , а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы: парокомпрессионные теплонасосные установки ТНУ ; системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха; циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания.
Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами. Данные, оценивающие мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов, приведены в таблице. Таблица 1. Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных глубиной до 400 м слоев Земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше.
Тепловой режим грунта поверхностных слоев Земли формируется под действием двух основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15—20 м. Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины «нейтральной зоны» , формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата рис. График изменения температуры грунта в зависимости от глубины С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом примерно 3 градуса С на каждые 100 м.
Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта системы теплосбора , вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию.
Тема 2: температура в недрах земли.
«К 2300 году средняя глобальная температура может подняться до уровней, каких Земля не видела за 50 миллионов лет», – заявляют ученые. Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров. Индийский луноход "Прагьян", доставленный на спутник Земли посадочным модулем миссии "Чандраян-3", передал на Землю первые научные данные, которые во многом меняют представления о южном полюсе Луны. Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли.