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. Индийский посадочный модуль «Викрам» передал на Землю первые данные о температуре лунной поверхности.
Географы создали карту Всемирного потопа
Так, на глубине около 400 км расположена граница с экзотермическим переходом, тогда как граница на глубине 670 км характеризуется эндотермическим переходом. Рисунок 18. Распределение температур в современной Земле: 1 — адиабатическая геотерма Земли, согласованная с экспериментами по плавлению железа и системы Fe-O-S; 2 — температура плавления железа до 2 Мбар — статические эксперименты Р. Отани и А. Рингвуда 1984 , до 1 400 кбар — по данным Р. Зерра и Р. Бёлера 1993 , далее — экстраполяция по закону Клапейрона-Клаузиуса.
Температура плавления чистого железа существенно повышается с ростом давления, и на границе с ядром она достигает приблизительно 3 200 К, тогда как температура плавления его соединений близка к 3 100 К. Отсюда следует, что адиабатическая температура Земли на границе мантии с ядром должна превышать 3 100 К. По нашим оценкам, температура на поверхности земного ядра равна приблизительно 3130-3150 К и должна быть близка к адиабатической температуре Земли. В связи с большим молекулярным весом «ядерного» вещества градиент температуры на поверхности ядра скачком увеличивается, но затем плавно уменьшается до нуля в центре Земли поскольку к центру Земли уменьшается до нуля и ускорение силы тяжести. Для сравнения на рис. Таблица 3.
Распределение температуры в недрах Земли Глубина, км.
И это далеко не единственный источник её постоянного и, что характерно, антропогенного нагрева. Ещё один, к примеру, — собственно говоря, сами системы отопления и горячего водоснабжения. Даже трубы из самых лучших теплоизолирующих материалов всё равно какую-то часть тепла пропускают, не говоря уже о периодических прорывах, протечках и прочее.
Соответственно, все эти теплопотери тоже греют землю, которой это совершенно не нужно. Добавляем в этот список высоковольтные кабели и, наконец, здания, которые нагреваются жарким летом и опять же передают весь этот жар в почву. Всё вместе создаёт картину, которую обозначили как "подземное изменение климата". По усреднённым примерным оценкам, земля под разными городами по всему миру каждые 10 лет нагревается на 0,1—2,5 градуса Цельсия на глубине до ста метров. Но больше всего климатологам в этом не нравится то, что из-за нагрева почва деформируется, она размягчается.
Ведь это помогает объяснить то, как Земля генерирует магнитное поле. Твердое ядро Земли находится внутри внешнего жидкого ядра, сверху которого, в свою очередь, расположен твердый, но в то же время текучий слой мантии. Благодаря разнице температуры между слоем мантии и внутренним ядром, которая составляет порядка 2700 градусов Цельсия, а также за счет движения мантии и вращения планеты и создается магнитное поле. Для нового эксперимента использовалась новая рентгеновская техника, которая позволяет намного быстрее производить расчеты, чем раньше. В обычных лабораторных условиях временной интервал процесса сжатия железа, который смог бы показать является ли его структура по-прежнему твердой или же железо начинает плавиться, был возможен только в течение нескольких секунд.
Также по теме «Играют в волейбол, сосиски жарят на лаве»: живущие в Исландии россияне — об извержении вулкана Фаградальсфьядль Последние две недели все мировые СМИ обсуждают редкое природное явление, происходящее в Исландии. В конце марта на полуострове... И этот вулканизм отличается от того вулканизма, который проявляется обычно на границах литосферных плит.
Узнать это удалось благодаря развитию методов сейсмической томографии, которое произошло за последние 15—20 лет. По мере совершенствования методов мы будем строить всё более точные и детальные модели. Но узнать достоверно, как именно выглядит глубинная структура нашей планеты, мы не сможем, пока не потрогаем её своими руками, образно говоря. Чем вызван этот процесс? Грозит ли Земле в обозримом будущем новая смена магнитных полюсов, как это уже бывало в истории планеты? Однако это нормальное явление, поскольку магнитное поле Земли очень переменчиво и отражает процессы, происходящие во внешнем жидком ядре Земли. Также известно, что перед инверсией магнитного поля планеты скорость движения магнитных полюсов обычно увеличивалась. Это мы знаем из истории магнитного поля нашей планеты, изучением которого занимается наука палеомагнитология.
Мы также хорошо знаем, что не каждый раз ускорение движения полюсов приводило к инверсии. Так что говорить однозначно, что началась инверсия магнитного поля, конечно, нельзя. А поскольку изменение параметров жидкости происходят гораздо быстрее, чем в твёрдом теле, то магнитное поле тоже меняет свои характеристики очень быстро. Считается, что обычно инверсия происходит на протяжении 2—5 тыс. Хотя, согласно последним данным, этот процесс может завершиться и в течение сотен лет, что довольно быстро даже по меркам смены человеческих поколений. Во время этой смены полюсов напряжённость магнитного поля Земли падает, планета становится более уязвима перед космическим излучением, потоком космических частиц — солнечным ветром и галактическим излучением. Также по теме Лунная активность: учёные установили эпицентры землетрясений на спутнике нашей планеты Луна продолжает остывать и сжиматься — об этом говорят тектоническая активность спутника и лунные землетрясения в районе геологических... В связи с этим может вырасти уровень радиационного фона на поверхности Земли.
Впрочем, паниковать не стоит, потому что эти отклонения всё же не носят критический для биосферы Земли характер. Например, радиационный фон может вырасти до того уровня, какой и сейчас фиксируется в приполярных областях планеты, где он выше, чем на экваторе. Так что трагическими последствиями для человечества инверсия полюсов не грозит. Разве что радиосвязь будет работать с помехами, как во время магнитных бурь. Например, в 2012 году на Сахалине была пробурена скважина Чайво Z-44, которая превзошла по протяжённости даже Кольскую сверхглубокую скважину.
Ученые выявили значительные перепады температуры в недрах Земли
Климатологи впервые составили непрерывный график температур на Земле за последние 66 миллионов лет. В таблице переведены средние значения температуры грунта по месяцам по данным вытяжных термометров на глубине 0,4 0,8, 1,6 метра в крупных городах РФ и СНГ. Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности?
Энергия тепла земных глубин
Именно тогда началась кайнозойская эра, которая продолжается по сей день. Две дюжины исследователей из шести стран утверждают, что теперь они "знают, когда на планете было теплее или холоднее, и лучше понимают динамику климатических изменений". Ученые разделили климатические состояния Земли на 4 вида, которые они назвали жаркое Hothouse , теплое Warmhouse , прохладное Coolhouse и холодное Icehouse. Эти климатические состояния сохранялись в течение миллионов или даже десятков миллионов лет. Так, "теплое" преобладало в первые десять миллионов лет исследуемого периода, когда средняя температура была более чем на пять градусов по Цельсию выше сегодняшней. Фаза Hothouse началась 56 миллионов лет назад, продолжалась до 47 миллионов лет назад. По утверждению Вестерхольда, тогда было более чем на 10-14 градусов теплее, чем сегодня. Затем появилась тенденция к похолоданию: до 34 миллиона лет назад длилась фаза Warmhouse.
Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии.
В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков , а также грунтовые воды. Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве.
В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией.
Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод.
Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей.
Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб.
Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления. Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций. Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров.
Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагают- ся в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин 154 скважины глубиной 70 м используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением «Deutsche Flug-sicherung». Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис. Схема грунтовых теплообменников, замоноличенных в фундаментные сваи здания и поперечное сечение такой сваи Грунтовой массив в случае вертикальных грунтовых теплообменников и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы , которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая глубиной от 100 до 450 м скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной.
Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» рис. Схема скважины типа «standing column well» Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой. Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание. Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии.
Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий.
Таким образом, верхний слой грунта оказался мощным теплоизолятором, способным защитить будущие поселения от холода. В 2019 году связь с посадочным модулем «Чандраян-2» пропала на завершающем этапе миссии, модуль разбился во время посадки.
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.
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
В районе лунного южного полюса также обнаружены выходы породы, которые могут многое рассказать об образовании Луны. 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.
Через каждые 33 метра, температура повышается на один градус. В итоге, для того, чтобы бесплатно отапливать дом, порядка 100 м2, достаточно пробурить скважину около 600 метров и получать тепло 22 градуса на протяжении всей жизни! Теоретически, система бесплатного отопления от энергии земли достаточно проста. В скважину закачивается холодная вода, которая нагревается до 22 градусов и по законам физики с небольшой помощью насоса 400-600 вт поднимается по утепленным трубам в дом. Недостатки использования энергии земли для отопления частного дома: — Давайте более подробно разберем финансовые затраты на создание такой системы отопления. Средняя стоимость 1 м бурения скважины составляет порядка 3000 рублей.
Итого глубина в 600 метров обойдется в 1 800 000 рублей. И это только clean rolex gmt master ii rolex calibre 2836 2813 mens 16710pepsi hands and markers black dial бурение!
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.
Однако пока неизвестно, могло ли это повлиять на важные глобальные процессы, такие как тектоника плит или Великое кислородное событие 2,45 миллиарда лет назад.
Кроме того, как заявляют ученые, исследовать центр Земли сложнее, чем центр Солнца. Неоднородности температур и других свойств веществ, таких как плотность и химический состав, влияют на скорость распространения сейсмических волн. Группа ученых исследовала данные более 4000 сейсмометров, установленных в разных точках земного шара. Используя процессы, подобные компьютерной томографии, ученые создали математический алгоритм обработки данных и составили детализированную карту нижних слоев мантии в виде полусферы, имеющей 400 километров в поперечнике.
Температура Земли приблизилась к рекордным показателям за 50 млн лет
| Индийский аппарат передал первые данные с Луны, почва которой оказалась горячей | 4000-5000 o С. По результатам бурения в районе Пулково на глубине 1000 метров температура кристаллических пород составила плюс 30 градусов, то есть в среднем она повышалась на 3 градуса каждые 100 метров. |
| Ученые встревожены резким нагреванием мирового океана | Если допустить, что температура с глубиной возрастает непрерывно, то в центре Земли она должна измеряться десятками тысяч градусов. |
Какая температура в центре Земли?
Результаты работы представлены в статье , опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters. Между нижней мантией и внешним жидким ядром существует большой перепад температуры, и там должен происходить активный перенос тепла. Потому ученых и заинтересовали теплопроводные свойства основного материала этого слоя — бриджманита силикатного перовскита.
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. 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.
Станция энергоснабжения Bunhill 2 в Лондоне, которая перекачивает горячий воздух из метро и использует его для отопления. И это далеко не единственный источник её постоянного и, что характерно, антропогенного нагрева. Ещё один, к примеру, — собственно говоря, сами системы отопления и горячего водоснабжения. Даже трубы из самых лучших теплоизолирующих материалов всё равно какую-то часть тепла пропускают, не говоря уже о периодических прорывах, протечках и прочее. Соответственно, все эти теплопотери тоже греют землю, которой это совершенно не нужно. Добавляем в этот список высоковольтные кабели и, наконец, здания, которые нагреваются жарким летом и опять же передают весь этот жар в почву. Всё вместе создаёт картину, которую обозначили как "подземное изменение климата". По усреднённым примерным оценкам, земля под разными городами по всему миру каждые 10 лет нагревается на 0,1—2,5 градуса Цельсия на глубине до ста метров.
Первой в мире электростанцией, работающей с водой такой температуры, стала Паужетская геотермальная электростанция на Камчатке, построенная в 1967 году. Достоинства такой схемы очевидны — в любой точке Земли человечество сможет обеспечить себя теплом и электроэнергией, даже если погаснет Солнце. В толще земной коры запасена огромная энергия, более чем в 10 тысяч раз превышающая все топливопотребление современной цивилизации в год. И эта энергия постоянно возобновляется за счет притока тепла из недр планеты. Современные технологии позволяют добывать этот вид энергии. Интересные места для строительства подобных геотермальных электростанций есть и в Ленинградской области. Выражение "Питер стоит на болоте" применимо лишь с позиции строительства малоэтажных объектов, а с точки зрения "большой геологии" — осадочный чехол в окрестностях Петербурга достаточно тонок, всего десятки метров, а затем берут свое начало, как и в Финляндии, коренные магматические породы. Этот скальный щит неоднороден: он испещрен разломами, по некоторым из которых поднимается наверх тепловой поток.
Первыми на это явление обратили внимание ботаники, которые нашли на Карельском перешейке и на Ижорском плато островки тепла, где произрастают растения либо с высокой скоростью воспроизводства, либо относящиеся к более южным ботаническим подзонам. А под Гатчиной и вовсе обнаружена ботаническая аномалия — растения альпийско-карпатской флоры. Растения существуют благодаря тепловым потокам, идущим из-под земли. По результатам бурения в районе Пулково на глубине 1000 метров температура кристаллических пород составила плюс 30 градусов, то есть в среднем она повышалась на 3 градуса каждые 100 метров. Это "средний" уровень температурного градиента, но он почти в два раза больше, чем в районе Эспоо, в Финляндии. Это означает, что в Пулково достаточно пробурить скважину на глубину всего лишь до 3500 метров, соответственно, такая теплоцентраль обойдется гораздо дешевле, чем в Эспоо. Стоит учесть, что срок окупаемости подобных станций зависит также и от тарифов на теплоснабжение и электроэнергию для потребителей в этой стране или региона. Столь невысокая цена на электричество в Финляндии связана, в том числе, с тем, что страна имеет собственные атомные генерирующие мощности.
А вот в Латвии, которая вынуждена постоянно закупать электроэнергию и топливо, отпускная цена электроэнергии практически вдвое выше , чем в Финляндии. Однако финны полны решимости построить станцию в Эспоо, в не самом удачном по геотермическому градиенту месте. Дело в том, что геотермальная энергетика требует долгосрочных инвестиций. В этом смысле она ближе к крупной гидроэнергетике и атомной энергетике. ГеоТЭС гораздо сложнее возвести, чем солнечную или ветростанцию. И нужно быть уверенными, что политики не начнут играть с ценами и правила не будут меняться на ходу. Поэтому финны и решаются на этот важный промышленный эксперимент.
Пластовая температура
Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров. За последние десятилетия температура Земли выросла на один градус Цельсия. Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров. 4000-5000 o С. По результатам бурения в районе Пулково на глубине 1000 метров температура кристаллических пород составила плюс 30 градусов, то есть в среднем она повышалась на 3 градуса каждые 100 метров.
Таблица температур грунта на различных глубинах в крупных городах РФ и СНГ
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.
Даже трубы из самых лучших теплоизолирующих материалов всё равно какую-то часть тепла пропускают, не говоря уже о периодических прорывах, протечках и прочее. Соответственно, все эти теплопотери тоже греют землю, которой это совершенно не нужно. Добавляем в этот список высоковольтные кабели и, наконец, здания, которые нагреваются жарким летом и опять же передают весь этот жар в почву. Всё вместе создаёт картину, которую обозначили как "подземное изменение климата". По усреднённым примерным оценкам, земля под разными городами по всему миру каждые 10 лет нагревается на 0,1—2,5 градуса Цельсия на глубине до ста метров. Но больше всего климатологам в этом не нравится то, что из-за нагрева почва деформируется, она размягчается.
А меж тем, как пишут учёные, ни одна городская инфраструктура в мире не проектировалась с учётом этого фактора. Поэтому исследователи попытались оценить риски для зданий, мостов и всего прочего, стоящего на понемногу подогреваемой земле.
Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров 17 Июня 2021 Ямальские учёные приступили к бурению термометрических скважин в окрестностях Нового Уренгоя. Ранее четыре новые скважины были оборудованы вокруг Лабытнанги, ещё три — рядом с Салехардом. В скважины глубиной до 15 метров каждая опущены термометрические косы с датчиками для измерения температуры многолетней мерзлоты в реальном времени и естественных условиях, сообщается на сайте окружного правительства. Места под бурение скважин ученые выбирали в разных ландшафтных условиях и там, где ранее в ХХ веке проводились наблюдения за мерзлотой.
Данные проекты выявили и ряд серьезных технических проблем использования петротермальной энергетики. В то же время данные проекты продемонстрировали и значительные преимущества петроэнрегетики, каких нет у других источников энергии. Такие электростанции работают непрерывно и не зависят от времени года или погоды. Петростанции можно устанавливать практически в любой точке Земли, в том числе в местах потребления без значительных затрат на системы хранения энергии. 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.
Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле
«Прагьян» с помощью датчика измерил температуру почвы на глубине примерно 10 сантиметров. Луноход «Прагьян», который был доставлен на Луну посадочным модулем миссии «Чандраян-3», передал на Землю первые научные данные о температуре поверхности Луны. Геотермический градиент — физическая величина, описывающая прирост температуры горных пород в °С на определённом участке земной толщи.
Источник тепла в центре Земли
- Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
- Другие новости
- Смотрите также
- Внутреннее строение Земли | Образовательный геологический сайт Юрия Попова
- Информация: