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. Помощь проекту: под землёй такие высокие температуры, и как это связано с картошкой?Перевод: Мария КоршуноваРедактура. Непосредственно измерять температуры на любых глубинах Земли мы пока не имеем возможности.
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
В среднем Г. Колеблется в значит, пределах в зависимости от глубины и места от 5 до 150 м. Для Москвы средняя величина Г. Измерение прироста темп-ры горных пород с увеличением глубин их залегания устанавливается геотермическим градиентом. В среднем для глубин коры, доступных непосредственным температурным измерениям, величина Г. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности.
Величина 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.
Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий. Материалы по теме.
В ходе новой экспедиции исследователи вырыли грунт на глубине более четырех метров в долине Юнгай, чтобы собрать образцы почвы. При этом был использован новый метод экстракции ДНК из неповрежденных клеток для последующего секвенирования — определения последовательности нуклеотидов.
Оказалось, что в верхних 80 сантиметрах в микробных сообществах доминировали бактерии Firmicutes, а ниже 200 сантиметров — актинобактерии.
Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле
Средняя температура на Земле в этот день превысила 17 градусов. Такого значения не было с 1979 года - именно тогда начались соответствующие наблюдения. В качестве одной из причин назвали феномен Эль-Ниньо, который связан с колебаниями температур поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана.
В геологии при расчете геотермического градиента за единицу глубины приняты 100 м. В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и теплопроводностью, плотностью теплового потока, близостью к интрузиям и другими факторами.
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. 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.
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. Однако с тех пор средняя температура Земли выросла еще на один градус Цельсия.
Ученые выявили значительные перепады температуры в недрах Земли
Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров. Но уже на 5 километрах окружающая температура перевалила за 700 градусов по Цельсию, на семи – за 1 200, а на глубине 12 тысяч метров – 2 200 градусов. В Кольской скважине глубиной 12 км температура достигает 220° C, а чем ниже — тем горячее.
Тепловое поле Земли
Ученые обнаружили скрытую экосистему под самой сухой и жаркой пустыней Земли на глубине четыре метра. Аппарат измеряет температуру верхнего слоя лунной почвы. Он оснащен датчиком с механизмом, который может измерять температуру почвы на глубине до 10 см, говорится в сообщении ISRO в соцсети X. В публикации приводится график температур. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности.
Тема 2: температура в недрах земли.
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. Отрицательный температурный рекорд принадлежит Антарктиде. Он был зафиксирован в 2010 г. Самый резкий перепад между максимальным и минимальным значениями в течение суток зафиксирован в США в 1916 г. Когда метеорологи сообщают о фиксации нового рекорда или аномально высоких показателях для того или иного сезона, нужно понимать, что речь идет о сравнении с данными, зафиксированными за последние 200 лет.
Это приводит к исчезновению перовскита CaSiO3 на глубинах более 1800 километров и появлению обогащенного кальция бриджманита. Ключевую роль в этом процессе в бриджманите играет железо, повышая растворимость кальция.
Таким образом, более глубокая нижняя мантия с достаточно высокой температурой должна иметь минералогический состав, отличный от менее глубокой нижней мантии. Поскольку недра ранней Земли были намного теплее, большая часть нижней мантии содержала одну перовскитную фазу, и ее минералогия значительно отличалась от современной.
Солнечная энергия обычно проникает вглубь земной коры на глубину 10-12 км. С глубиной в недрах Земли увеличивается роль внутренней энергии. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Она зависит от состава вмещающих пород, деятельности теплых источников и теплоты поступающей из недр Земли. Б Геотермическая ступень и геотермический градиент. В среднем Г.
Владивостоке — в апреле. Таким образом, очевидно, что к моменту наступления минимальных температур в грунте нагрузка на теплонасосную систему теплоснабжения теплопотери здания снижается. Этот момент открывает достаточно серьезные возможности для снижения установочной мощности ГТСТ экономии капитальных затрат и обязательно должен учитываться при проектировании. Для оценки эффективности применения геотермальных теплонасос-ных систем теплоснабжения в климатических условиях России было выполнено районирование территории РФ по эффективности использования геотермального тепла низкого потенциала для целей теплоснабжения. Районирование выполнялось на основе результатов численных экспериментов по моделированию эксплуатационных режимов ГТСТ в климатических условиях различных регионов территории РФ. Численные эксперименты проводилось на примере гипотетического двухэтажного коттеджа с отапливаемой площадью 200 м2, оборудованного геотермальной теплонасосной системой тепло-снабжения. При проведении численных экспериментов рассматривались: — система сбора тепла грунта с низкой плотностью потребления геотермальной энергии; — горизонтальная система теплосбора из полиэтиленовых труб диаметром 0,05 м и длиной 400 м; — система сбора тепла грунта с высокой плотностью потребления геотермальной энергии; — вертикальная система тепло-сбора из одной термоскважины диаметром 0,16 м и длиной 40 м. Проведенные 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 РФ 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, т. Таким образом, при проведении районирования территории РФ необходимо было учитывать падение температур грунтового массива, вызванное многолетней экс-плуатацией системы теплосбора, и использовать в качестве расчетных параметров температур грунтового массива температуры грунта, ожидаемые на 5-й год эксплуатации ГТСТ. Коэффициент трансформации теплонасосной системы теплоснабжения Ктр представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителя, к энергии, затрачиваемой на работу ГТСТ, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах То и Ти на единицу энергии, затраченной на привод ГТСТ. Реальный коэффициент трансформации отличается от идеального, описанного формулой 1 , на величину коэффициента h, учитывающего степень термодинамического совершенства ГТСТ и необратимые потери энергии при реализации цикла. Численные эксперименты проводились с помощью созданной в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» программы, обеспечивающей определение оптимальных параметров системы теплосбора в зависимости от климатических условий района строительства, теплозащитных качеств здания, эксплуатационных характеристик теплонасосного оборудования, циркуляционных насосов, нагревательных приборов системы отопления, а также режимов их эксплуатации.
Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли
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. Таким образом, теплосодержание грунтовых вод увеличивается как «сверху» за счет тепла атмосферного воздуха , так и «снизу» за счет тепла Земли ; величина теплопоступлений «сверху» и «снизу» зависит от толщины и глубины залегания водоносного слоя. За счет этих теплопоступлений температура грунтовых вод остается постоянной в течение всего сезона и мало меняется в процессе эксплуатации. В системах с вертикальными грунтовыми теплообменниками ситуация иная. При отводе тепла температура грунта вокруг грунтового теплообменника понижается. На понижение температуры влияет как особенности конструкции теплообменника, так и режим его эксплуатации. Например, в системах с высокими величинами отводимой тепловой энергии несколько десятков ватт на метр длины теплообменника или в системах с грунтовым теплообменником, расположенным в грунте с низкой теплопроводностью например, в сухом песке или сухом гравии понижение температуры будет особенно заметным и может привести к замораживанию грунтового массива вокруг грунтового теплообменника. Немецкие специалисты провели измерения температуры грунтового массива, в котором устроен вертикальный грунтовой теплообменник глубиной 50 м, расположенный недалеко от Франкфурта-на-Майне.
Сеть термометрических скважин обустроена под жилыми и социальными зданиями в Салехарде. В настоящее время здесь апробируется и тестируется первая версия методики автоматизированного геотехнического мониторинга объектов капитального строительства, разработанная учёными Научного центра изучения Арктики в сотрудничестве с Институтом математики и механики Уральского отделения РАН. Окончательную версию разработчики планируют представить через три года. Новая технология позволит специалистам следить за параметрами многолетней мерзлоты в режиме онлайн и прогнозировать возможные процессы растепления грунтов и снижения их несущей способности в будущем.
Кроме того, экспедиция должна продолжить начатые индийской орбитальной станцией "Чандраян-1" поиски воды на спутнике Земли. Полученные данные позволяют предположить, что замерзшая вода присутствует в некоторых кратерах. Если лед будет обнаружен, ученые получат уникальную возможность для анализа и понимания истории появления воды в Солнечной системе. В минувшую среду спускаемый модуль индийской миссии "Чандраян-3" успешно прилунился в районе южного полюса спутника Земли.
Авторы предполагают, что бактерии могли колонизировать почву 19 000 лет назад, прежде чем они были погребены под отложениями плайя дном высохшего озера. Это сообщество продолжило опускаться вниз на неопределенное расстояние, сформировав ранее неизвестную глубокую биосферу под гипераридными пустынными почвами. Бактерии, возможно, используют гипс в качестве источника воды.
Внутреннее строение Земли
| Геотермический градиент — Википедия | Луноход оснащен датчиком температуры с механизмом, способным измерять температуру почвы Луны на глубине до 10 см. Это позволит понять температурный режим на лунной поверхности. |
| В недрах Земли заподозрили существование неизвестного вещества: Наука: Наука и техника: | Как сообщили ученые, находка доказывает, что жизнь способна существовать при температуре 122 °С и давлении, в десять тысяч раз превышающее давление на поверхности Земли. |
| Тема 2: температура в недрах земли. | В частности, измерили температуру поверхности Луны, а также на глубине около 10 сантиметров. |
| Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата | 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. |
| Температура ядра Земли на тысячу градусов выше, чем ранее предполагалось | На глубине всего несколько десятков метров хранится столько же тепла, сколько во всей атмосфере Земли. Чем теплее океан, тем ниже его способность поглощать энергию и сглаживать повышение температур на планете в целом. И тут нет хороших новостей. |
Индийский аппарат передал первые данные с Луны, почва которой оказалась горячей
Индийский посадочный модуль «Викрам» передал на Землю первые данные о температуре лунной поверхности. Петротермальные ресурсы (или использование глубинного тепла Земли) представляют собой часть тепловой энергии, которая заключена в практически водонепроницаемых сухих горячих горных породах, расположенных на глубинах 3-10 км. На этой глубине их температура. Ниже глубины сезонных изменений температура вечномерзлой толщи остается постоянной в течение года. Петротермальные ресурсы (или использование глубинного тепла Земли) представляют собой часть тепловой энергии, которая заключена в практически водонепроницаемых сухих горячих горных породах, расположенных на глубинах 3-10 км. На этой глубине их температура. Здесь опубликована динамика изменения зимних (2012-13г.г.) температур земли на глубине 130 сантиметров под домом (под внутренним краем фундамента), а. Большая часть этой энергии, примерно 90%, хранится на глубине до 300 м в земле.
Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле
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. Геотермический градиент — физическая величина, описывающая прирост температуры горных пород в °С на определённом участке земной толщи. Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова.