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. Геотермический градиент — физическая величина, описывающая прирост температуры горных пород в °С на определённом участке земной толщи. Помощь проекту: под землёй такие высокие температуры, и как это связано с картошкой?Перевод: Мария КоршуноваРедактура.
С 1960-х нагрев вырос в 20 раз
- Кольская сверхглубокая
- Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров?
- Под земной корой обнаружены скрытые слои расплавленной породы - Телеканал "Наука"
- Информация:
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
Darukesha B. Это на удивление выше, чем мы ожидали», — заявил он. Индийский луноход «Прагьян» прилунился 23 августа со спускаемым модулем миссии «Чандраян-3» в районе малоизученного Южного полюса, где с его помощью будут проводиться исследования грунта и рельефа Луны, а также поиски следов тектонической активности.
Как и ожидалось, 12 тысяч лет назад средняя температура Земли была намного ниже, чем в 19 веке. Однако в течение следующих нескольких тысячелетий она неуклонно росла и в конечном итоге превзошла базовый уровень.
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.
Увеличение температуры с глубиной описывается так называемым геотермическим градиентом. Однако в вулканических областях он может быть гораздо выше. Какова температура на глубине 6 371 км? Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли. Но все не так просто. Такая температура означала бы, что центр Земли находится в состоянии плазмы!
Однако многочисленными сейсмическими исследованиями доказано, что внутреннее ядро твердое. Поэтому его температура должна быть значительно ниже этого значения.
Амфиболит — метаморфическая горная порода, главной составной частью которой служат роговая обманка и плагиоклаз.
Отметки в 12 262 м исследователи достигли только в 1992 году — спустя 22 года после начала бурения. После серии аварий работы приостановили, а в 1995 году проект закрыли. Снос буровой вышки.
Древний планктон и залежи золота До бурения Кольской сверхглубокой исследования Земли в значительной степени ограничивались наземными наблюдениями и сейсмическими исследованиям, но бурение скважины позволило непосредственно взглянуть на структуру земной коры и проверить теории геологов. Одним из главных открытий советских ученых стало отсутствие границы между гранитами и базальтами или разрыва Конрада. Хотя ранее геологи считали, что граница проходит под всеми континентами, на Балтийском щите ее не оказалось, а буровая установка так и не столкнулась со слоем базальта.
Башня над скважиной. Исследователи обнаружили, что граниты простираются за пределы отметки в 12,2 км. Это натолкнуло ученых на мысль, что результаты сейсмических исследований на этой глубине были обусловлены повышением температуры и давления, а не изменением типа пород.
С глубины 7 тыс. Эти ископаемые стали одним из самых древних свидетельств жизни на Земле. На отметке в 9 км геологи обнаружили полезные ископаемые — концентрация золота в породе на этой глубине составила 78 г на тонну.
Добыча золота считается целесообразной при концентрации в 34 г на тонну, однако человеку вряд ли удастся извлечь драгоценный металл с такой глубины. Что дальше Кольская скважина до сих является самым глубоким вторжением человека в земную кору под прямым углом и одним из главных достижений советской науки.
Какова температура на глубине 6 371 км?
- Наши проекты
- Чем опасен нагрев суши
- Комментарии
- Средние значения температуры грунта по месяцам
- Кольская сверхглубокая — Сообщество «Это интересно знать...» на DRIVE2
Температурные показатели планеты Земля
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. «Прагьян» с помощью датчика измерил температуру почвы на глубине примерно 10 сантиметров. За последние десятилетия температура Земли выросла на один градус Цельсия. Геологи предполагали: на глубине 10-15 километров скважина вскроет мантию Земли. Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. 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.
Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение
| Температура земли на глубине 100 метров. Температура внутри Земли | 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. |
| Температура ядра Земли на тысячу градусов выше, чем ранее предполагалось - | На глубине около 15 метров, температура земли составляет примерно 10 градусов по Цельсию. |
Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле
Согласно опубликованным 26 апреля результатам научных исследований в журнале Science, оказывается, что температура ядра нашей планеты на 1000 градусов выше. Температура почвы на глубине узла кущения озимых культур измеряется в срок наблюдения, а также между сроками наблюдений измеряется минимальная и максимальная температура в слое почвы на глубине 2,5-3,5 см от поверхности земли (°С) специальными. Климатологи впервые составили непрерывный график температур на Земле за последние 66 миллионов лет. 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
Чем опасен нагрев суши Впрочем, это только начало работы климатологов. Теперь необходимо оценить, насколько в атмосфере вырастет количество метана и двуокиси углерода из-за таяния вечной мерзлоты. Известно, что в ней погребено огромное количество этих газов, но динамику их выбросов пока никто не подсчитал. Ускорившийся прогрев внутренних водоемов может радовать некоторых обывателей, ведь теперь купальный сезон можно будет начинать гораздо раньше. Однако ситуация хороша лишь с одной стороны. Изменение температурного режима неизбежно приведет к перестройке экосистем: в теплой воде больше микроорганизмов и водорослей и меньше кислорода, который необходим рыбам. Источник: Freepik В южных сельскохозяйственных районах планеты потепление поверхности может дать непредсказуемый результат.
В системе циркулирует незамерзающая смесь спирт, глицерин, гликоль , разбавленная водой до нужной консистенции незамерзания. 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. 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. 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.
Они не требуют больших площадей, работают по системе замкнутого цикла без выбросов парниковых газов. Анализ петротермальных ресурсов и потенциальных возможностей их использования в США показал, что на глубинах до 10 км содержится в 130 тысяч раз больше годового потребления энергии США. Мало того, предварительные расчёты показывают, что к 2030 г. То есть этот показатель является одним из самых низких для энергетического сектора. Согласно программе, уже к 2050 г. По прямому использованию тепла петроэнрегетика может выйти к 2050 году на уровень 320 ГВт вместо текущих 0,1 ГВт. Более подробно тема использования геотермальной и петротермальной энергии раскрыта в новом докладе «Глобальной энергии» «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет».
Credit: studfiles. Однако это изменение находится в пределах десятых долей градуса. На земле существует пояс, на протяжении которого температура остается неизменной в течение всего года. Он проходит в земной коре. Глубина его расположения зависит от широты и составляет: 5 м в тропиках; 30 м возле полюсов. Исторические наблюдения На отдельных участках земной поверхности фиксируются значения, далекие от среднего показателя.
Температура Земли приблизилась к рекордным показателям за 50 млн лет
| Почему под землёй так жарко? [Минутка Земли] - YouTube | 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. |
| Кольская сверхглубокая — Сообщество «Это интересно знать...» на DRIVE2 | Новости Новости. |
Температура ядра Земли на тысячу градусов выше, чем ранее предполагалось
Мы надеемся, что в ближайшие дни, за оставшиеся 10 дней, мы сможем завершить все эксперименты». В соответствии с планами миссии, луноход проработает по меньшей мере один лунный день 14 земных суток. Читайте новости и статьи octagon.
Большую роль в исследовании геотермического градиента сыграла Кольская сверхглубокая скважина. Проектная глубина Кольской скважины была 15 км. Помимо общетеоретического значения описание геотермического градиента имеет значительный практический смысл, особенно в свете ожидаемого глобального топливно-сырьевого кризиса. Значение геотермического градиента окажет решающую роль на распространение геотермальной энергетики. Термические градиенты других небесных тел[ править править код ] Определение термических градиентов других тел Солнечной системы, в основном, — дело далёкого будущего.
Это так называемая геотермическая ступень. Величина геотермической ступени в разных местах и на разных глубинах неодинакова и колеблется от 5 до 150 м. В вулканических районах с глубиной температура повышается очень быстро. Прирост температуры на каждые 100 м углубления от зоны постоянной температуры называется геотермическим градиентом. Он также в разных местах и на разных глубинах имеет неодинаковую величину. Различия в величине геотермической ступени и геотермического градиента обусловлены разной радиоактивностью и теплопроводностью горных пород, различными условиями залегания горных пород температура выше в слоях, собранных в складки недавно , гидрохимическими процессами в зависимости от того, какие реакции преобладают: с выделением тепла или с поглощением , температурой подземных вод, циркулирующих в толще пород.
Это на удивление выше, чем мы ожидали», — отмечает Индийская организация космических исследований ISRO. Температуру замеряли в рамках термофизического эксперимента ChaSTE. Датчик температуры может погружаться на глубину до 10 см.
Наши проекты
- Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
- Какова температура на глубине 6 371 км?
- Таблица температур грунта на различных глубинах в крупных городах РФ и СНГ | СтройFAQ
- Reader1 • Таяние «вечной» мерзлоты.
- Информация:
- Температура земли на глубине 100 метров. Температура внутри Земли
Температура ядра Земли на тысячу градусов выше, чем ранее предполагалось
Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. Климатологи впервые составили непрерывный график температур на Земле за последние 66 миллионов лет. Ученые пришли к выводу, что в недрах на Земли, на глубине 2900 километров, около внешнего слоя ядра, существуют условия для образования ранее неизвестного минерала. Большая часть этой энергии, примерно 90%, хранится на глубине до 300 м в земле. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров.
Ученые встревожены резким нагреванием мирового океана
Причин, влияющих на геотермическую ступень, много. Кроме приведенных выше, можно указать на различную теплопроводность горных пород, на характер залегания пластов и др. Большое значение в распределении температур имеет рельеф местности. Последнее хорошо можно заметить на приложенном чертеже рис. Геоизотермы здесь как бы повторяют рельеф, но с глубиной влияние рельефа постепенно уменьшается. Сильный изгиб геоизотерм вниз у Балле обусловливается наблюдающейся здесь сильной циркуляцией вод. Температура Земли на больших глубинах. Наблюдения над температурами в буровых скважинах, глубина которых редко превышает 2-3 км, естественно, не могут дать представления о температурах более глубоких слоев Земли. Но здесь нам на помощь приходят некоторые явления из жизни земной коры. К числу таких явлений относится вулканизм.
Однако подобные вычисления нельзя считать достаточно обоснованными. Наблюдения, производившиеся над температурой остывающего базальтового шара, и теоретические расчеты дают основание говорить, что величина геотермической ступени с глубиной увеличивается. Но в каких пределах и до какой глубины идет подобное увеличение, мы также пока сказать не можем. Если допустить, что температура с глубиной возрастает непрерывно, то в центре Земли она должна измеряться десятками тысяч градусов. При таких температурах все известные нам горные породы должны перейти в жидкое состояние. Правда, внутри Земли огромное давление, и мы ничего не знаем о состоянии тел при подобных давлениях. Тем не менее у нас нет никаких данных утверждать, что температура с глубиной непрерывно возрастает. Источники тепла. Что касается источников тепла, обусловливающих внутреннюю температуру Земли, то они могут быть различны.
Исходя из гипотез, которые считают Землю образовавшейся из раскаленной и расплавленной массы, внутреннее тепло нужно считать остаточным теплом стывающего с поверхности тела. Однако есть основания полагать, что причиной внутренней высокой температуры Земли может быть радиоактивный распад урана, тория, актиноурана, калия и других элементов, содержащихся в горных породах. Радиоактивные элементы большей частью распространены в кислых породах поверхностной оболочки Земли, меньше их встречается в глубинных основных породах. В то же время основные породы богаче ими, чем железные метеориты, которые считаются обломками внутренних частей космических тел. Несмотря на небольшое количество радиоактивных веществ в горных породах и медленный их распад, общее количество тепла, получающееся за счет радиоактивного распада, велико. Советский геолог В. Хлопин подсчитал, что радиоактивных элементов, содержащихся в верхней 90-километровой оболочке Земли достаточно, чтобы покрыть потерю тепла планеты путем лучеиспускания. Наряду с радиоактивным распадом тепловая энергия выделяется при сжатии вещества Земли, при химических реакциях и т, п. В вертикальных коллекторах отбирается энергия из земли с помощью геотермальных земляных зондов.
Это закрытые системы со скважинами диаметром 145-150мм и глубиной от 50 до 150м, по которым прокладываются трубы. На конце трубопровода инсталлируется возвратное U колено. Обычно установка осуществляется с помощью одноконтурного зонда с трубами 2x d40 «шведская система» , или двухконтурного зонда с трубами 4x d32. При скважинах глубже чем 150 м нужно использовать трубы 4xd40 для понижения потери давления. В настоящее время большая часть скважин для отбора тепла земли имеет глубину 150 м. На большей глубине можно получить больше тепла, но при этом затраты на такие скважины будут очень высоки. Поэтому важно заранее просчитать затраты на установку вертикального коллектора в сравнении с предполагаемой экономией в будущем. В случае инсталляции системы активно-пассивного охлаждения более глубокие скважины не делают из-за высшей температуры в почве и более низком потенциале в момент отдачи тепла из раствора окружающей среде. В системе циркулирует незамерзающая смесь спирт, глицерин, гликоль , разбавленная водой до нужной консистенции незамерзания.
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. 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.
Помимо общетеоретического значения описание геотермического градиента имеет значительный практический смысл, особенно в свете ожидаемого глобального топливно-сырьевого кризиса. Значение геотермического градиента окажет решающую роль на распространение геотермальной энергетики. 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.
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. И так далее. Однако огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, то есть, начиная с пятого года эксплуатации, многолетнее потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры. Таким образом, при проектировании теплонасосных систем теплоснабжения представляется необходимым учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на 5-й год эксплуатации ТСТ. В комбинированных системах , используемых как для тепло-, так и для холодоснабжения, тепловой баланс устанавливается «автоматически»: в зимнее время требуется теплоснабжение происходит охлаждение грунтового массива, в летнее время требуется холодоснабжение — нагрев грунтового массива. В системах, использующих низкопотенциальное тепло грунтовых вод, происходит постоянное пополнение водных запасов за счет воды, просачивающейся с поверхности, и воды, поступающей из более глубоких слоев грунта.
Со своей стороны, общее потепление на планете замедляет сам процесс арктического охлаждения тропических вод, а связанное с ним ослабление ветров уменьшает скорость теплых атлантических течений в обратном направлении. Некоторые признаки этой аномалии ученые отмечают последние три месяца. Мировой океан нагревается, но одна его часть выделяется особо. Горячий океан «Температура воды в Северной Атлантике беспрецедентна и вызывает серьезную озабоченность. Она намного выше, чем предсказывали наши модели. Это скажется и на экосистемах, и на рыболовстве, и на погоде», — сказал глава отдела климатических исследований Всемирной метеорологической организации Майкл Спэрроу. Самое удивительное, что Атлантический океан нагрелся, не дожидаясь тихоокеанского Эль-Ниньо. Тающий лёд Теплый океан ускоряет таяние льдов, вызванное потеплением воздуха. Арктика последние годы нагревается в четыре раза быстрее, чем остальная планета и ученые давно обещают, что хотя бы раз до 2050 года лед в Арктике полностью растает к концу лета. Вряд ли это случится сейчас, поскольку в 2023 году жара до севера не дошла. Зато на противоположном полюсе происходит что-то необычное. Антарктический морской лед обычно достигает надира в период с февраля по март, а потом примерно полгода отрастает обратно. В этом году в феврале его площадь оказалась рекордно небольшой, а к середине июля Антарктика недосчиталась куска льда размером с Аргентину. Согласно данным американского National Snow and Ice Data Center NSIDC , на середину июля площадь антарктического морского льда была на 1,3 млн квадратных километров меньше средней с 1981 по 2010 годы. Почти полвека спутниковых наблюдений за льдами у берегов Антарктиды можно разделить на два четких периода: с 1978 по 2015 годы его площадь вяло, но прирастала, а с 2016 года начала резко сокращаться. Многие недавние исследования указывают на изменение условий в верхнем слое океана. 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.