На глубине 5 км исследователи столкнулись с неожиданно высокой температурой — более 700 °С. Через 2 км температура выросла до 1 200 °С. Тогда работы отложили на год — до установки модифицированной версии «Уралмаш-15000» с повышенной термостойкостью.
Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне
| Какая температура в центре Земли? | Электропроводимость вещества Земли на разных глубинах может быть использована для определения температуры, так как она очень сильно зависит от температуры. |
| Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне - Новости | Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины. |
| Распределение температуры в Земле / О. Г. Сорохтин: «Развитие Земли» / Земля | Ученые обнаружили скрытую экосистему под самой сухой и жаркой пустыней Земли на глубине четыре метра. |
Пластовая температура
Таким образом, примерная температура на глубине 40 километров будет равна 1400°С. Мантия на глубине в 300 километров – почти 3000°С. А сам центр нашей планеты нагрет до ~6000°С. Климатологи впервые составили непрерывный график температур на Земле за последние 66 миллионов лет. Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности? Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20–30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300–1500°C, на глубине 400 км — 1600°C, в ядре Земли (глубины более 6000 км) — 4000–5000°C.
Индийский аппарат передал первые данные с Луны, почва которой оказалась горячей
| Кольская сверхглубокая — Сообщество «Это интересно знать...» на DRIVE2 | Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. |
| Распределение температуры в Земле / О. Г. Сорохтин: «Развитие Земли» / Земля | Постепенно экстремальные температуры стали сохраняться лишь на глубине, а наружные слои остыли и затвердели. |
| Что происходит в ядре Земли? | это скорость изменения температуры по мере увеличения глубины недр Земли. |
| Поверхность Луны оказалась более горячей, чем считалось раньше | 2370°C — самая высокая температура в истории Земли, которую зафиксировали ученые. |
Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне
У нас единым водоемом станут Черное, каспийское и Аральское моря. Затопленным окажется все Поволжье. Астрахань уйдет глубоко под воду. Равно, как и Санкт-Петербург на Севере. Море с островами и полуостровами образуется в Сибири - там, где до потопа текла Обь. Климатологи подсчитали: чтобы планета освободилась ото льда нужно, чтобы температура на ней неуклонно повышалась - нынешними темпами - около 5 тысяч лет. И такое вроде бы бывало.
Последний раз - 34 миллиона лет назад. Но потом, как мы видим, лед снова намерз. Вопрос спорный. Далеко не все ученые полагают, что оно - глобальное потепление - действительно наблюдается. И что его причина - человеческая деятельность, от которой мы вряд ли откажемся. Но в любом случае представлять масштаб угрозы надо.
И радует то, что она, похоже, не столь масштабна, как изображено в фантастическом фильме "Водный мир", в котором герои никак не могут найти сохранившуюся сушу. И уж не так все страшно, как описано в Библии про тот потоп, спастись от которого - из людей - довелось лишь Ною с семьей. Если, конечно, затапливать Землю будет только вода от растаявших льдов. Мол, на материках имеются многочисленные следы затопления. А озера с соленой морской водой, разбросанные по суше и удаленные на тысячи километров от береговой линии - это вообще, как полагают, остатки того потопа. Но откуда на Земле взялась вода для столь катастрофического и глобального затопления?
Такого, что старина Ной причалил на своем ковчеге к вершине горы Арарат? Для библейского потопа надо было очень много воды - больше, чем ее могут дать растопленные льды Гипотез полно. В океан мог упасть астероид или комета, которые вызвали колоссальное цунами.
Помимо этого ISRO получила первый профиль южного полюса Луны, который фиксирует температурные изменения поверхности спутника Земли на разных глубинах. Старший научный сотрудник космического агентства Би Дарукеша в комментарии Press Trust of India выразил удивление по поводу высокой температуры, зафиксированной на поверхности Луны. Это на удивление выше, чем мы ожидали», — сказал он.
Даже после статьи в авторитетном журнале Nature.
Как вода попала внутрь Земли, точно не известно - не исключено, что образовалась вместе с планетой. То есть, всегда там была. Однако, многие исследователи полагают: периодически глубинная вода выходит на поверхность. И наоборот, океанская - та, что снаружи - "просачивается" вглубь. Говоря научным языком, объем земной гидросферы может меняться. Скорее всего, от подвижек в коре и мантии планеты. Кстати, на дне океана есть странные дырки, из которых ключом бьет вода с температурой в 400 градусов.
Их называют "черными курильщиками". Не исключено, что в допотопные времена подземные резервуары основательно прорвало. И началось катастрофическое извержение горячей соленой воды с паром, как из лопнувшего котла. Уровень мирового океана поднялся, а сверху от сконденсированного пара еще и ливень хлынул - на 40 дней и 40 ночей. Вот и получился Всемирный потоп. А потом воду засосало обратно внутрь. Это значит, по крайней мере, теоретически, что подобное катастрофическое явление может повториться.
Причем так, что и Арарата видно не будет. Вайсешен пугает, что ниже обнаруженных им океанов - в тех областях земной мантии, которые еще не обследованы, тоже есть вода. Очень много воды. Ее объем, по оценкам профессора, может в пять раз превышать емкость всех наружных океанов. Вот если из Земли вырвется вся "внутренняя" вода, да еще сольется с талой, тогда натурально будет гораздо хуже, чем в "Водном мире". То есть, суши совсем не останется. Именно под ними, возможно, и расположены подземные океаны.
В публикации приводится график температур. 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 Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Однако, уже на глубине в 12 км, температура превысила отметку в 200 градусов. Глубина в метрах, при которой температура повышается на 1°С, называется геотермической ступенью. Ученые из Австралийского национального университета обнаружили, что температура Земли на глубине трех тысяч километров на самом деле неоднородна, как думали ранее. Индийский посадочный модуль «Викрам» передал на Землю первые данные о температуре лунной поверхности.
Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось
На глубине 1 м температура грунта колеблется больше, но и зимой ее значение остается положительным, обычно в средней полосе температура составляет 4-10 С, в зависимости от времени года. Ниже глубины сезонных изменений температура вечномерзлой толщи остается постоянной в течение года. 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. Помощь проекту: под землёй такие высокие температуры, и как это связано с картошкой?Перевод: Мария КоршуноваРедактура.
Температура земли на глубине 100 метров. Температура внутри Земли
Пикового значения она достигла около 6500 лет назад, после чего атмосфера стала постепенно остывать примерно на 0,1 градуса Цельсия каждую тысячу лет. По словам исследователей, это охлаждение могло быть связано с медленными циклами , обусловленными изменениями в земной орбите, из-за чего количество солнечного света, получаемого северным полушарием планеты, уменьшилось, и результатом стал малый ледниковый период последних веков. Однако затем картина изменилась. Пиковые температуры 6,5 тысяч лет назад примерно на 0,7 градуса Цельсия превосходили те, что наблюдались в середине 19 века. Однако с тех пор средняя температура Земли выросла еще на один градус Цельсия. Как рассказывает первый автор исследования, возможно, последний раз такие высокие устойчивые значения наблюдались около 125 тысяч лет назад, когда уровень моря был примерно на 6 метров выше, чем сегодня.
В качестве одной из причин назвали феномен Эль-Ниньо, который связан с колебаниями температур поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана. Для расчёта средней температуры брали данные по всем регионам планеты, поэтому в целом показатель кажется низким. Подписывайтесь одним нажатием!
Санкт-Петербург Ученые выявили значительные перепады температуры в недрах Земли Ученые из Австралийского национального университета обнаружили, что температура Земли на глубине трех тысяч километров на самом деле неоднородна, как думали ранее. 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.
Распределение геотермальных ресурсов по территории России. Запасы геотермальной энергии, по оценкам экспертов, в несколько раз превышают запасы энергии органического ископаемого топлива. По данным ассоциации «Геотермальное энергетическое общество». Геотермальная энергия - это тепло земных недр. Вырабатывается оно в глубинах и поступает к поверхности Земли в разных формах и с различной интенсивностью.
Температура верхних слоёв грунта зависит в основном от внешних экзогенных факторов - солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днём грунт до определённых глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта - до десятков метров. На некоторой глубине - от десятков до сотен метров - температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. В этом легко убедиться, спустившись в достаточно глубокую пещеру. Когда среднегодовая температура воздуха в данной местности ниже нуля, это проявляется как вечная точнее, многолетняя мерзлота. В Восточной Сибири мощность, то есть толщина, круглогодично мёрзлых грунтов достигает местами 200-300 м. С некоторой глубины своей для каждой точки на карте действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные внутренние факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти.
Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. 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.
Внутреннее строение Земли
Термические градиенты других небесных тел[ править править код ] Определение термических градиентов других тел Солнечной системы, в основном, — дело далёкого будущего. В XXI веке предпринимаются попытки установить на практике температурный градиент Марса , пока безуспешные. Имеющиеся же предсказания теорий не обладают достоверностью по причине отсутствия достаточных знаний о внутреннем строении Марса. Вопрос определения термического градиента небесных тел важен, например, потому, что позволяет узнать, на какой глубине тела в грунте можно встретить воду в жидком состоянии [3]. В далёком будущем он поможет определить целесообразность развития геотермальной энергетики на далёких от Солнца телах, на которых солнечные электростанции будут малоэффективны.
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. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других. Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла.
Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков , а также грунтовые воды. Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины.
Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт.
Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации.
К этому слою примешалась теплая вода с севера, что увеличивает стратификацию расслаивание океана», — пишут исследователи NSIDC. Среди причин появления больших масс теплой воды называют замедление ветров, из-за чего в небе над Атлантикой этим летом было меньше отражающего солнце песка из Сахары, а также формирование Эль-Ниньо в Тихом океане и атмосферное потепление. Необычно, но не критично Июль 2023 года оказался богат на предсказания надвигающегося климатического апокалипсиса, поскольку побил температурные рекорды и на суше, и на море. Единственный сюрприз — это скорость изменений». Правда, пока ни один рекорд не пал — Всемирная метеорологическая организация собирает их в общий архив экстремальных погодных явлений, и 2023 год там не встречается.
Еще до того, как европейский рекорд 2021 года станет официальным, он может быть побит, прогнозируют метеорологи ВМО. Но не все ученые разделяют алармизм политиков и активистов. Не только океаны, но и температура воздуха в июле также оказалась в рамках ожиданий ученых, добавляет он. Хаусфатер — член межправительственной группы экспертов по изменению климата, которая раз в несколько лет проводит климатическую диспансеризацию планеты. Ее отчеты — признанный мировым сообществом эталон оценки ситуации с изменением климата.
Нынешнюю оценку, известную как CMIP6, проводят на основе 40 климатических моделей. Все происходящее сейчас на планете четко вписывается в эти прогнозы, пишет Хаусфатер. С одним небольшим исключением — температуры в северной части Атлантического океана оказались у экстремальной верхней границы прогноза. Пока нет никаких указаний на то, что мы сейчас переживаем какой-то переломный момент, результатом которого будет ускорение потепления», — уверен Хаусфатер. Другой вопрос, что модели эти предсказывают катаклизм в будущем.
Их точность — слабое утешение, она лишь доказывает, что наука научилась точно определять последствия воздействия человека на климат. К сожалению, это — суровая реальность меняющегося климата и намек на то, что нас ждет в будущем. Потребность в сокращении выбросов парниковых газов актуальна как никогда.
При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других.
Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков, а также грунтовые воды. Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис.
Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах.
Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки.
Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки.
В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность.
Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления.
Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций. Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров.
Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагают- ся в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин 154 скважины глубиной 70 м используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением «Deutsche Flug-sicherung». Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис. Схема грунтовых теплообменников, замоноличенных в фундаментные сваи здания и поперечное сечение такой сваи Грунтовой массив в случае вертикальных грунтовых теплообменников и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы , которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым.
Например, одна и та же глубокая глубиной от 100 до 450 м скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» рис. Схема скважины типа «standing column well» Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой.
Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание. Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии. Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий. Одно из перспективных направлений — использование в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воды из шахт и туннелей. Температура этой воды постоянна в течение всего года. Вода из шахт и туннелей легко доступна. Потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает еще большее понижение температуры грунта, и его температурный потенциал еще больше снижается.
Это заставляет при проектировании систем использования низкопотенциального тепла Земли рассматривать проблему «устойчивости» sustainability таких систем. Часто энергетические ресурсы для снижения периода окупаемости оборудования эксплуатируются очень интенсивно, что может привести к их быстрому истощению. Поэтому необходимо поддерживать такой уровень производства энергии, который бы позволил эксплуатировать источник энергетических ресурсов длительное время. Эта способность систем поддерживать требуемый уровень производства тепловой энергии длительное время называется «устойчивостью» sustainability. Для систем использования низкопотенциального тепла Земли дано следующее определение устойчивости : «Для каждой системы использования низкопотенциального тепла Земли и для каждого режима работы этой системы существует некоторый максимальный уровень производства энергии; производство энергии ниже этого уровня можно поддерживать длительное время 100—300 лет ». Проведенные в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного.