Зимни измервания. Динамика на температурите под земята, в подполето и кладенеца. Отопление от центъра на земята

Кирил Дегтярев, изследовател, Москва държавен университеттях. М. В. Ломоносов.

В нашата страна, богата на въглеводороди, геотермалната енергия е вид екзотичен ресурс, който при сегашното състояние на нещата едва ли ще се конкурира с петрола и газа. Въпреки това, тази алтернативна форма на енергия може да се използва почти навсякъде и доста ефективно.

Снимка Игор Константинов.

Промяна в температурата на почвата с дълбочината.

Повишаване на температурата на термалните води и съдържащите ги сухи скали с дълбочина.

Промяна в температурата с дълбочина навътре различни региони.

Изригването на исландския вулкан Eyjafjallajökull е илюстрация на бурни вулканични процеси, протичащи в активни тектонски и вулканични зони с мощен топлинен поток от вътрешността на земята.

Инсталирани мощности на геотермални централи по страни по света, MW.

Разпределение на геотермални ресурси на територията на Русия. Запасите от геотермална енергия според експерти са няколко пъти по-високи от енергийните запаси на органичните изкопаеми горива. Според Асоциацията на обществото за геотермална енергия.

Геотермалната енергия е топлината на земните недра. Произвежда се в дълбините и излиза на повърхността на Земята през различни формии с различна интензивност.

Температурата на горните слоеве на почвата зависи основно от външни (екзогенни) фактори – слънчева светлина и температура на въздуха. През лятото и през деня почвата се затопля до определени дълбочини, а през зимата и през нощта се охлажда след промяна на температурата на въздуха и с известно закъснение, увеличавайки се с дълбочина. Влиянието на дневните колебания на температурата на въздуха завършва на дълбочини от няколко до няколко десетки сантиметра. Сезонните колебания улавят по-дълбоки слоеве на почвата - до десетки метри.

На определена дълбочина - от десетки до стотици метри - температурата на почвата се поддържа постоянна, равна на средната годишна температура на въздуха близо до земната повърхност. Това е лесно да се провери, като се слезе в доста дълбока пещера.

Когато средната годишна температура на въздуха в дадена област е под нулата, това се проявява като вечна замръзване (по-точно вечна замръзване). В Източен Сибир дебелината, тоест дебелината на целогодишно замръзналите почви достига на места 200-300 m.

От определена дълбочина (своя за всяка точка на картата) действието на Слънцето и атмосферата отслабва толкова много, че ендогенните (вътрешни) фактори идват на първо място и вътрешността на Земята се нагрява отвътре, така че температурата започва да намалява издигайте се с дълбочина.

Нагряването на дълбоките слоеве на Земята се свързва главно с разпадането на радиоактивните елементи, намиращи се там, въпреки че други източници на топлина се наричат ​​също, например физикохимични, тектонски процеси в дълбоките слоеве земната кораи роби. Но каквато и да е причината, температурата скалии свързаните с тях течни и газообразни вещества се увеличава с дълбочина. Миньорите се сблъскват с това явление - в дълбоките мини винаги е горещо. На дълбочина от 1 км тридесетградусовата топлина е нормална, а по-дълбоко температурата е още по-висока.

Топлинният поток от вътрешността на Земята, достигащ повърхността на Земята, е малък - средно неговата мощност е 0,03-0,05 W / m 2,
или около 350 Wh/m 2 годишно. На фона на топлинния поток от Слънцето и нагрятия от него въздух, това е незабележима стойност: Слънцето дава на всеки квадратен метър от земната повърхност около 4000 kWh годишно, тоест 10 000 пъти повече (разбира се, това е средно, с огромно разпределение между полярните и екваториалните ширини и в зависимост от други климатични и метеорологични фактори).

Незначителността на топлинния поток от дълбините към повърхността в по-голямата част от планетата се свързва с ниската топлопроводимост на скалите и особеностите. геоложка структура. Но има изключения - места, където топлинният поток е висок. Това са на първо място области тектонски разломи, увеличено сеизмична активности вулканизъм, където енергията на земните недра намира изход. Такива зони се характеризират с термични аномалии на литосферата, тук топлинният поток, достигащ до земната повърхност, може да бъде многократно и дори с порядък по-мощен от "обичайния". Страхотно количествотоплината се извежда на повърхността в тези зони чрез вулканични изригвания и извори с гореща вода.

Именно тези райони са най-благоприятни за развитието на геотермалната енергия. На територията на Русия това е преди всичко Камчатка, Курилски островии Кавказ.

В същото време развитието на геотермална енергия е възможно почти навсякъде, тъй като повишаването на температурата с дълбочина е повсеместно явление и задачата е да се „извлича“ топлината от недрата, точно както оттам се извличат минерални суровини.

Средно температурата нараства с дълбочина с 2,5-3 o C на всеки 100 м. Съотношението на температурната разлика между две точки, разположени на различна дълбочина, към разликата в дълбочината между тях се нарича геотермален градиент.

Реципрочната е геотермалната стъпка или интервалът на дълбочината, при който температурата се повишава с 1 o C.

Колкото по-висок е градиентът и съответно колкото по-ниско е стъпалото, толкова по-близо топлината на земните дълбини се приближава до повърхността и толкова по-перспективна е тази област за развитието на геотермална енергия.

В различни райони, в зависимост от геоложката структура и други регионални и местни условия, скоростта на повишаване на температурата с дълбочина може да варира драстично. В мащаба на Земята флуктуациите в стойностите на геотермалните градиенти и стъпки достигат 25 пъти. Например в щата Орегон (САЩ) градиентът е 150 ° C на 1 км, а в Южна Африка- 6 o C на 1 км.

Въпросът е каква е температурата големи дълбочини- 5, 10 км и повече? Ако тенденцията продължи, температурата на дълбочина от 10 km трябва да бъде средно около 250-300 o C. Това малко или много се потвърждава от директни наблюдения в свръхдълбоки кладенци, въпреки че картината е много по-сложна от линейно повишаване на температурата .

Например в Кола ултра-дълбок кладенец, пробита в Балтийския кристален щит, температурата до дълбочина 3 km се променя със скорост от 10 ° C / 1 km, а след това геотермалния градиент става 2-2,5 пъти по-голям. На дълбочина от 7 km вече е регистрирана температура от 120 o C, на 10 km - 180 o C, а на 12 km - 220 o C.

Друг пример е кладенец, положен в Северен Каспий, където на дълбочина 500 m е регистрирана температура 42 o C, на 1,5 km - 70 o C, на 2 km - 80 o C, на 3 km - 108 o C.

Предполага се, че геотермалния градиент намалява, започвайки от дълбочина 20-30 km: на дълбочина 100 km прогнозните температури са около 1300-1500 o C, на дълбочина 400 km - 1600 o C, в земната повърхност. ядро (дълбочини над 6000 км) - 4000-5000 o ОТ.

На дълбочина до 10-12 km температурата се измерва чрез пробити кладенци; където ги няма, се определя по косвени признаци по същия начин, както при по-големи дълбочини. Такива косвени признаци могат да бъдат естеството на преминаването на сеизмични вълни или температурата на изригващата лава.

За целите на геотермалната енергия обаче данните за температурите на дълбочина над 10 km все още не представляват практически интерес.

Има много топлина на дълбочина от няколко километра, но как да я вдигнем? Понякога самата природа решава този проблем вместо нас с помощта на естествен охладител - нагрети термални води, които излизат на повърхността или лежат на достъпна за нас дълбочина. В някои случаи водата в дълбините се нагрява до състояние на пара.

Строго определение на понятието " термални води" Не. Като правило те означават гореща подземна вода в течно състояниеили под формата на пара, включително тези, които се появяват на земната повърхност с температура над 20 ° C, което е по правило по-висока от температурата на въздуха.

Топло подземни води, пара, смеси пара-вода - това е хидротермална енергия. Съответно енергията, базирана на нейното използване, се нарича хидротермална.

Ситуацията е по-сложна с производството на топлина директно от сухи скали - петротермална енергия, особено след като достатъчно високите температури, като правило, започват от дълбочина от няколко километра.

На територията на Русия потенциалът на петротермалната енергия е сто пъти по-висок от този на хидротермалната енергия - съответно 3500 и 35 трилиона тона. референтно гориво. Това е съвсем естествено – топлината на земните дълбини е навсякъде, а термалните води се намират на местно ниво. Въпреки това, поради очевидни технически затруднения, в момента се използват топлинна и електрическа енергия през по-голямата часттермални води.

Водите с температури от 20-30 до 100 o C са подходящи за отопление, температури от 150 o C и повече - и за производство на електроенергия в геотермални електроцентрали.

Като цяло геотермалните ресурси на територията на Русия, по отношение на тонове еталонно гориво или всяка друга единица за измерване на енергия, са приблизително 10 пъти по-високи от запасите от изкопаеми горива.

Теоретично, само благодарение на геотермалната енергия, би било възможно да се задоволи напълно енергийни нуждистрана. На практика на този моментв по-голямата част от територията му това не е осъществимо по технически и икономически причини.

В света използването на геотермална енергия най-често се свързва с Исландия, страна, разположена в северния край на Средноатлантическия хребет, в изключително активен тектонски и вулканична зона. Вероятно всички си спомнят мощното изригване на вулкана Eyjafjallajökull през 2010 г.

Благодарение на тази геоложка специфика Исландия има огромни запаси от геотермална енергия, включително горещи извори, които излизат на повърхността на Земята и дори бликат под формата на гейзери.

В Исландия повече от 60% от цялата консумирана енергия в момента се взема от Земята. Включително поради геотермални източнициосигурява 90% от отоплението и 30% от производството на електроенергия. Добавяме, че останалата част от електроенергията в страната се произвежда от водноелектрически централи, тоест също използва възобновяем енергиен източник, благодарение на което Исландия изглежда като един вид глобален екологичен стандарт.

„Укротяването“ на геотермалната енергия през 20-ти век помогна на Исландия значително икономически. До средата на миналия век тя беше много бедна страна, сега е на първо място в света по инсталиран капацитет и производство на геотермална енергия на глава от населението и е в челната десетка по абсолютна стойностинсталирана мощност на геотермални електроцентрали. Въпреки това, населението му е само 300 хиляди души, което опростява задачата за преминаване към екологично чисти чисти източнициенергия: нуждата от нея обикновено е малка.

В допълнение към Исландия, висок дял на геотермалната енергия в общия баланс на производството на електроенергия се осигурява от Нова Зеландия и островни държави Югоизточна Азия(Филипини и Индонезия), страните от Централна Америка и Източна Африка, чиято територия също се характеризира с висока сеизмична и вулканична активност. За тези страни, при тяхното сегашно ниво на развитие и потребности геотермална енергияима значителен принос за социално-икономическото развитие.

(Следва краят.)

Тук е публикувана динамиката на промените през зимните (2012-13) температури на земята на дълбочина 130 сантиметра под къщата (под вътрешния ръб на основата), както и на нивото на земята и температурата на водата, идваща от добре. Всичко това - на щранг, идващ от кладенеца.
Диаграмата е в долната част на статията.
Дача (на границата на Нова Москва и Калужска област) зима, периодични посещения (2-4 пъти месечно за няколко дни).
Слепата зона и мазето на къщата не са изолирани, от есента са затворени с топлоизолационни тапи (10 см пяна). Топлинните загуби на верандата, където отива щрангът през януари, се промениха. Вижте бележка 10.
Измерванията на дълбочина 130 см се извършват от системата Xital GSM (), дискретно - 0,5 * C, доп. грешката е около 0,3*C.
Сензорът е инсталиран в 20 мм HDPE тръба, заварена отдолу в близост до щранга, (от външната страна на топлоизолацията на щранга, но вътре в 110 мм тръба).
Абсцисата показва датите, ординатата показва температурите.
Забележка 1:
Ще следя и температурата на водата в кладенеца, както и на нивото на земята под къщата, точно на щранга без вода, но само при пристигането. Грешката е около + -0,6 * C.
Бележка 2:
температура на нивото на земятапод къщата, при щранга за водоснабдяване, при липса на хора и вода, вече падна до минус 5 * C. Това предполага, че не съм направил системата напразно - Между другото, термостатът, който показваше -5 * C, е точно от тази система (RT-12-16).
Забележка 3:
Температурата на водата "в кладенеца" се измерва от същия сензор (има и в бележка 2) като "на нивото на земята" - стои точно на щранга под топлоизолацията, близо до щранга на нивото на земята. Тези две измервания се правят по различно време. "На нивото на земята" - преди изпомпване на вода в щранга и "в кладенеца" - след изпомпване на около 50 литра за половин час с прекъсвания.
Забележка 4:
Температурата на водата в кладенеца може да бъде донякъде подценена, т.к. Не мога да търся тази шибана асимптота, безкрайно изпомпваща вода (моя)... Играя както мога.
Бележка 5: Не е приложимо, изтрито.
Забележка 6:
Грешката при фиксиране на уличната температура е приблизително + - (3-7) * С.
Забележка 7:
Скоростта на охлаждане на водата на нивото на земята (без да се включва помпата) е много приблизително 1-2 * C на час (това е при минус 5 * C на нивото на земята).
Забележка 8:
Забравих да опиша как е подреден и изолиран моят подземен щранг. На ПНД-32 се слагат две чорапи от изолация общо - 2см. дебелина (очевидно, разпенен полиетилен), всичко това се вкарва в 110 мм канализационна тръба и се пени там на дълбочина 130 см. Вярно е, тъй като PND-32 не влезе в центъра на 110-та тръба, както и факта, че в средата му масата от обикновена пяна може да не се втвърди дълго време, което означава, че не се превръща в нагревател, аз силно съмнявам се в качеството на такава допълнителна изолация .. Вероятно би било по-добре да използвам двукомпонентна пяна, за чието съществуване разбрах едва по-късно...
Забележка 9:
Искам да обърна вниманието на читателите към измерването на температурата „На нивото на земята“ от 01.12.2013 г. и от 18 януари 2013 г. Тук според мен стойността на +0,3*C е много по-висока от очакваната. Смятам, че това е следствие от операцията "Запълване на мазето при щранг със сняг", извършена на 31.12.2012г.
Забележка 10:
От 12 януари до 3 февруари той направи допълнителна изолация на верандата, където минава подземният щранг.
В резултат на това, според приблизителни оценки, топлинните загуби на верандата бяха намалени от 100 W / кв.м. етаж до около 50 (това е при минус 20 * C на улицата).
Това е отразено и в графиките. Вижте температурата на нивото на земята на 9 февруари: +1,4*C и на 16 февруари: +1,1 - не е имало толкова високи температури от началото на истинската зима.
И още нещо: от 4 до 16 февруари, за първи път от две зими от неделя до петък, котелът не се включи, за да поддържа зададената минимална температура, защото не достигна този минимум...
Забележка 11:
Както обещах (за "поръчка" и за завършване на годишния цикъл), периодично ще публикувам температурите през лятото. Но – не в графика, за да не „замъглява“ зимата, а тук, в Note-11.
11 май 2013 г
След 3 седмици вентилация, вентилационните отвори бяха затворени до есента, за да се избегне конденз.
13 май 2013 г(на улицата за една седмица + 25-30 * C):
- под къщата на партерно ниво + 10,5 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +6*С,

12 юни 2013 г.:
- под къщата на партерно ниво + 14,5 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +10*С.
- вода в кладенеца от дълбочина 25 m не по-висока от + 8 * C.
26 юни 2013 г.:
- под къщата на партерно ниво + 16 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +11*С.
- водата в кладенеца от дълбочина 25m не е по-висока от +9,3*C.
19 август 2013 г.:
- под къщата на партерно ниво + 15,5 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +13,5*С.
- вода в кладенеца от дълбочина 25m не по-висока от +9,0*C.
28 септември 2013 г.:
- под къщата на партерно ниво + 10,3 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +12*С.
- вода в кладенеца от дълбочина 25 m = + 8,0 * C.
26 октомври 2013 г.:
- под къщата на партерно ниво + 8,5 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +9,5*С.
- вода в кладенеца от дълбочина 25 m не по-висока от + 7,5 * C.
16 ноември 2013 г.:
- под къщата на партерно ниво + 7,5 * C,
- под къщата на дълбочина 130 см. +9,0*С.
- вода в кладенеца от дълбочина 25м + 7,5*С.
20 февруари 2014 г.:
Вероятно това последен записв тази статия.
Цяла зима живеем в къщата през цялото време, смисълът от повтаряне на миналогодишните измервания е малък, така че само две значими цифри:
- минималната температура под къщата на нивото на земята в самите студове (-20 - -30 * C) седмица след началото им, многократно пада под + 0,5 * C. В тези моменти работех

Е, кой не иска да отоплява дома си безплатно, особено по време на криза, когато всяка стотинка е от значение.

Вече засегнахме темата как, дойде ред на спорното технологии за отопление на къща с енергията на земята (Геотермално отопление).

На дълбочина около 15 метра, температурата на земята е около 10 градуса по Целзий. На всеки 33 метра температурата се повишава с един градус. В резултат на това, за да отоплявате къща от около 100 m2 безплатно, достатъчно е да пробиете кладенец около 600 метра и да получите 22 градуса топлина през целия си живот!

Теоретично системата за безплатно отопление от енергията на земята е доста проста. Инжектира се в кладенеца студена вода, който се нагрява до 22 градуса и според законите на физиката с малко помощ от помпа (400-600 вата) се издига през изолирани тръби в къщата.

Недостатъци от използването на земна енергия за отопление на частна къща:

- Нека разгледаме по-отблизо финансовите разходи за създаване на такава отоплителна система. средна цена 1 м пробиване на кладенец е около 3000 рубли. Обща дълбочина от 600 метра ще струва 1 800 000 рубли. И това е само пробиване! Без монтаж на оборудване за изпомпване и повдигане на охлаждащата течност.

- Различните региони на Русия имат свои собствени характеристики на почвата. На места пробиването на кладенец от 50 метра не е лесна задача. Необходими са подсилени обсадни тръби, армировка на шахтите и др.

— Изолацията на рудника до такава дълбочина е почти невъзможна. От това следва, че водата няма да се повиши с температура от 22 градуса.

– За да се пробие кладенец от 600 метра е необходимо разрешение;

- Да кажем, че в къщата влиза вода, загрята до 22 градуса. Въпросът е как да се „отстрани“ напълно цялата енергия на земята от носителя? Максимум, когато преминавате през тръби в топла къща, паднете до 15 градуса. Така е необходима мощна помпа, която ще задвижва вода от 600 метра дълбочина десет пъти повече, за да се получи поне някакъв ефект. Тук залагаме консумацията на енергия, несравнима със спестяванията.

На дълбочина около 15 метра температурата на земята е приблизително 10 градуса по Целзий

Следва логично заключение, че отоплението на къща с енергията на земята далеч не е безплатно, може да си позволи само човек, който е далеч от беден, който не се нуждае особено от спестявания от отопление. Разбира се, може да се каже, че подобна технология ще служи както на деца, така и на внуци в продължение на стотици години, но всичко това е фантазия.

Идеалистът ще каже, че строи къща от векове, а реалистът винаги ще разчита на инвестиционния компонент – аз си го строя, но всеки момент ще го продам. Не е факт, че децата ще бъдат привързани към тази къща и няма да искат да я продават.

Земната енергия за отопление на дома е ефективна в следните региони:

В Кавказ има действащи примери за работа на кладенци с минерална водасамоизливащ се навън, с температура 45 градуса, като се вземе предвид дълбоката температура около 90 градуса.

В Камчатка използването на геотермални източници с изходна температура около 100 градуса е най-много най-добрият вариантизползвайки енергията на земята за отопление на къщата.

Технологиите се развиват с неистови темпове. Ефективността на класическите отоплителни системи расте пред очите ни. Несъмнено отоплението на къщата с енергията на земята ще стане по-евтино.

Видео: Геотермално отопление. Земна енергия.

Това може да изглежда като фантастика, ако не беше истина. Оказва се, че в сурови сибирски условия можете да получите топлина директно от земята. Първите обекти с геотермални отоплителни системи се появиха в района на Томск миналата година и въпреки че позволяват намаляване на цената на топлината с около четири пъти в сравнение с традиционните източници, все още няма масова циркулация "под земята". Но тенденцията е забележима и най-важното е, че набира скорост. Всъщност той е най-достъпният алтернативен източникенергия за Сибир, където не винаги могат да покажат своята ефективност, напр. слънчеви панелиили вятърни генератори. Геотермалната енергия всъщност просто лежи под краката ни.

„Дълбочината на замръзване на почвата е 2-2,5 метра. Температурата на земята под този знак остава една и съща както през зимата, така и през лятото, като варира от плюс един до плюс пет градуса по Целзий. Работата на термопомпата е изградена върху този имот, казва енергетикът на образователния отдел на администрацията на Томска област Роман Алексеенко. - Свързващите тръби са заровени в земния контур на дълбочина 2,5 метра, на разстояние около един и половина метра една от друга. В тръбната система циркулира охлаждаща течност - етиленгликол. Външната хоризонтална заземителна верига комуникира с хладилния агрегат, в който циркулира хладилният агент - фреон, газ с ниска точка на кипене. При плюс три градуса по Целзий този газ започва да кипи и когато компресорът рязко компресира кипящия газ, температурата на последния се повишава до плюс 50 градуса по Целзий. Нагрятият газ се изпраща към топлообменник, в който циркулира обикновена дестилирана вода. Течността се нагрява и разпространява топлината в цялата отоплителна система, положена в пода.

Чиста физика и без чудеса

Миналото лято в село Турунтаево край Томск бе открита детска градина, оборудвана с модерна датска геотермална отоплителна система. Според директора на Томската компания Ecoclimat Джордж Гранин, енергийно ефективната система позволи няколко пъти да се намали плащането за топлоснабдяване. За осем години това предприятие в Томск вече е оборудвало около двеста обекта в различни региони на Русия с геотермални отоплителни системи и продължава да го прави в Томска област. Така че в думите на Гранин няма съмнение. Година преди откриването на детска градина в Турунтаево, Ecoclimat оборудва геотермална отоплителна система, която струва 13 милиона рубли, друга детска градина « слънчево зайче“ в микрорайона на Томск „Зелени хълмове“. Всъщност това беше първият опит от този вид. И той беше доста успешен.

Още през 2012 г., по време на посещение в Дания, организирано по програмата на Центъра за кореспонденция Euro Info (EICC-Томска област), компанията успя да се договори за сътрудничество с датската компания Danfoss. И днес датското оборудване помага за извличане на топлина от недрата на Томск и, както казват експертите без много скромност, се оказва доста ефективно. Основният показател за ефективност е икономичността. „Отоплителната система на сградата на детската градина с площ 250 квадратни метрав Турунтаево струва 1,9 милиона рубли, - казва Гранин. "И таксата за отопление е 20-25 хиляди рубли годишно." Тази сума е несравнима с тази, която детската градина би плащала за топлина с традиционни източници.

Системата работи безпроблемно в условията на сибирската зима. Направено е изчисление за съответствието на топлинното оборудване със стандартите SanPiN, според което то трябва да поддържа температура най-малко + 19 ° C в сградата на детската градина при температура на външен въздух -40 ° C. Общо около четири милиона рубли бяха изразходвани за преустройство, ремонт и преоборудване на сградата. Заедно с термопомпата сумата беше малко под шест милиона. Благодарение на термопомпите днес отоплението на детската градина е напълно изолирано и независима система. Сега в сградата няма традиционни батерии, а пространството се отоплява по системата „топъл под”.

Детската градина Турунтаевски е изолирана, както се казва, „от“ и „до“ - в сградата е оборудвана допълнителна топлоизолация: 10-сантиметров слой изолация, еквивалентен на две или три тухли, е монтиран върху съществуващата стена (три тухли дебела). Зад изолацията има въздушна междина, последвана от метален сайдинг. Покривът е изолиран по същия начин. Основното внимание на строителите беше насочено към "топлия под" - отоплителната система на сградата. Оказа се няколко слоя: бетонен под, слой от пяна пластмаса с дебелина 50 мм, система от тръби, в които циркулира топла вода и линолеум. Въпреки че температурата на водата в топлообменника може да достигне +50°C, максималното нагряване на действителното подово покритие не надвишава +30°C. Действителната температура на всяка стая може да се регулира ръчно - автоматичните сензори ви позволяват да настроите температурата на пода по такъв начин, че стаята на детската градина да се затопли до градусите, изисквани от санитарните стандарти.

Мощността на помпата в градината Турунтаевски е 40 kW генерирана топлинна енергия, за производството на която термопомпата изисква 10 kW електрическа мощност. Така от 1 консумиран kW електрическа енергияТермопомпата произвежда 4 kW топлина. „Малко се страхувахме от зимата - не знаехме как ще се държат термопомпите. Но дори и в много студенов детската градина беше постоянно топло - от плюс 18 до 23 градуса по Целзий, - казва директорът на Турунтаевская гимназия Евгений Белоногов. - Разбира се, тук си струва да се има предвид, че самата сграда беше добре изолирана. Оборудването е непретенциозно за поддръжка и въпреки факта, че това е западна разработка, в нашите сурови сибирски условия се оказа доста ефективно.”

Обширен проект за обмяна на опит в областта на опазването на ресурсите беше реализиран от регион EICC-Томск на Томската търговско-промишлена палата. В него участваха малки и средни предприятия, които разработват и внедряват ресурсоспестяващи технологии. През май миналата година датски експерти посетиха Томск като част от руско-датски проект и резултатът беше, както се казва, очевиден.

Иновациите идват в училище

Ново училище в село Вершинино, област Томск, построено от фермер Михаил Колпаков, е третото съоръжение в региона, което използва топлината на земята като източник на топлина за отопление и топла вода. Училището е уникално и с това, че е с най-висока категория за енергийна ефективност – „А“. Отоплителната система е проектирана и пусната на пазара от същата компания Ecoclimat.

„Когато решавахме какво отопление да инсталираме в училището, имахме няколко варианта – котелна на въглища и термопомпи“, казва Михаил Колпаков. - Проучихме опита на енергийно ефективна детска градина в Зелени Горки и изчислихме, че отоплението по стария начин, на въглища, ще ни струва повече от 1,2 милиона рубли през зимата, а също така се нуждаем от топла вода. А с термопомпите цената ще бъде около 170 хиляди за цялата година, заедно с топла вода.”

Системата се нуждае само от електричество, за да произвежда топлина. Консумиращи 1 kW електричество, термопомпите в училище произвеждат около 7 kW топлинна енергия. Освен това, за разлика от въглищата и газа, топлината на земята е самовъзобновяем източник на енергия. Монтаж на съвременен отоплителна системаУчилището струваше около 10 милиона рубли. За целта на територията на училището бяха пробити 28 кладенеца.

„Аритметиката тук е проста. Изчислихме, че поддръжката на котела за въглища, като се вземе предвид заплатата на кочегара и цената на горивото, ще струва повече от милион рубли годишно, - отбелязва ръководителят на образователния отдел Сергей Ефимов. - Когато използвате термопомпи, ще трябва да плащате за всички ресурси около петнадесет хиляди рубли на месец. Безспорните предимства на използването на термопомпи са тяхната ефективност и екологичност. Системата за топлоснабдяване ви позволява да регулирате подаването на топлина в зависимост от времето навън, което елиминира така нареченото „недогряване“ или „прегряване“ на помещението.

от предварителни изчисления, скъпото датско оборудване ще се изплати за четири до пет години. Срокът на експлоатация на термопомпите Danfoss, с които работи Ecoclimat LLC, е 50 години. Получавайки информация за температурата на въздуха навън, компютърът определя кога да отоплява училището и кога е възможно да не го прави. Следователно въпросът за датата на включване и изключване на отоплението изчезва напълно. Независимо от времето, климатичният контрол винаги ще работи извън прозорците в училището за деца.

„Когато миналата година възникна спешен случай и пълномощен посланикКралство Дания и посети нашата детска градина в Зеление Горки, той беше приятно изненадан, че онези технологии, които се считат за иновативни дори в Копенхаген, се прилагат и работят в област Томск, - казва Търговски директорфирма "Екоклимат" Александър Гранин.

Като цяло използването на местни възобновяеми енергийни източници в различни индустрииикономика, в този случайв социалната сфера, която включва училища и детски градини, е едно от основните направления, реализирани в региона като част от програмата за енергоспестяване и енергийна ефективност. Развитието на възобновяемата енергия се подпомага активно от губернатора на региона Сергей Жвачкин. И три бюджетни институциис геотермална отоплителна система - само първите стъпки към реализирането на голям и обещаващ проект.

Детската градина в Зелени горки беше призната за най-доброто енергийно ефективно съоръжение в Русия на конкурс в Сколково. Тогава се появи и Вершининската школа с геотермално отопление. най-високата категорияенергийна ефективност. Следващият обект, не по-малко значим за област Томск, е детска градина в Турунтаево. Тази година компаниите "Газхимстройинвест" и "Стройгарант" вече започнаха изграждането на детски градини за 80 и 60 деца съответно в селата от Томска област, Копилово и Кандинка. И двете нови съоръжения ще се отопляват с геотермални отоплителни системи - от термопомпи. Общо тази година за изграждане на нови детски градини и ремонт на съществуващи областна администрациявъзнамерява да похарчи почти 205 милиона рубли. Предвижда се реконструкция и преоборудване на сградата за детска градина в село Тахтамишево. В тази сграда отоплението ще се осъществява и с термопомпи, тъй като системата се е доказала добре.

температура вътре в земята.Определянето на температурата в земните черупки се основава на различни, често косвени, данни. Най-надеждните данни за температурата се отнасят за най-горната част на земната кора, която е изложена от мини и сондажи на максимална дълбочина от 12 km (кладенец Кола).

Увеличението на температурата в градуси по Целзий на единица дълбочина се нарича геотермален градиент,и дълбочината в метри, през която температурата се повишава с 1 0 C - геотермална стъпка.Геотермалния градиент и съответно геотермалната стъпка варират от място на място в зависимост от геоложки условия, ендогенна активност в различни области, както и нехомогенна топлопроводимост на скалите. В същото време, според Б. Гутенберг, границите на флуктуациите се различават повече от 25 пъти. Пример за това са два рязко различни наклона: 1) 150 o на 1 km в Орегон (САЩ), 2) 6 o на 1 km, регистрирани в Южна Африка. Според тези геотермални градиенти геотермалната стъпка също се променя от 6,67 m в първия случай на 167 m във втория. Най-честите колебания в градиента са в рамките на 20-50 o , а геотермалната стъпка е 15-45 м. Средният геотермален градиент отдавна се приема при 30 o C на 1 km.

Според В. Н. Жарков геотермалният градиент близо до земната повърхност се оценява на 20 o C на 1 km. Въз основа на тези две стойности на геотермалния градиент и неговата инвариантност дълбоко в Земята, тогава на дълбочина от 100 km е трябвало да има температура от 3000 или 2000 o C. Това обаче е в противоречие с действителните данни. Именно на тези дълбочини периодично възникват магметични камери, от които лава се излива на повърхността, като максимална температура 1200-1250 o. Имайки предвид този вид "термометър", редица автори (В. А. Любимов, В. А. Магнитски) смятат, че на дълбочина от 100 km температурата не може да надвишава 1300-1500 o C.

С повече високи температурискалите на мантията биха били напълно разтопени, което противоречи на свободното преминаване на напречните сеизмични вълни. По този начин средният геотермален градиент може да се проследи само до някаква относително малка дълбочина от повърхността (20-30 km), а след това трябва да намалее. Но дори и в този случай на едно и също място промяната на температурата с дълбочината не е еднаква. Това може да се види на примера за промяна на температурата с дълбочина Кола добреразположен в стабилния кристален щит на платформата. При полагането на този кладенец се очакваше геотермален градиент от 10 o на 1 km и следователно на проектната дълбочина (15 km) се очакваше температура от порядъка на 150 o C. Такъв градиент обаче беше само до дълбочина от 3 км, а след това започна да се увеличава с 1,5 -2,0 пъти. На дълбочина 7 km температурата е 120 o C, на 10 km -180 o C, на 12 km -220 o C. Приема се, че на проектната дълбочина температурата ще бъде близка до 280 o C. Каспийски регион, в зоната на по-активен ендогенен режим. В него на дълбочина 500 m температурата се оказва 42,2 o C, на 1500 m - 69,9 o C, на 2000 m - 80,4 o C, на 3000 m - 108,3 o C.

Каква е температурата в по-дълбоките зони на мантията и ядрото на Земята? Получени са повече или по-малко надеждни данни за температурата на основата на B слой в горната мантия (виж фиг. 1.6). Според В. Н. Жарков, "подробни проучвания на фазовата диаграма на Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 позволиха да се определи еталонната температура на дълбочина, съответстваща на първата зона фазови преходи(400 km) "(т.е. преход на оливин към шпинел). Температурата тук, в резултат на тези изследвания, е около 1600 50 o C.

Въпросът за разпределението на температурите в мантията под слой В и в земното ядро ​​все още не е решен и затова се изразяват различни възгледи. Може само да се предположи, че температурата нараства с дълбочина със значително намаляване на геотермалния градиент и увеличаване на геотермалната стъпка. Предполага се, че температурата в земното ядро ​​е в диапазона 4000-5000 o C.

Среден химичен съставЗемята. За да се прецени химическият състав на Земята, са включени данни за метеорити, които са най-вероятните проби от протопланетен материал, от който са се образували планетите. наземна групаи астероиди. Към днешна дата много от тях са паднали на Земята различни временаи в различни местаметеорити. Според състава се разграничават три вида метеорити: 1) желязо,състояща се предимно от никелово желязо (90-91% Fe), с малка примес на фосфор и кобалт; 2) желязо-камък(сидеролити), състоящи се от желязо и силикатни минерали; 3) камък,или аеролити,състояща се главно от железо-магнезиеви силикати и включвания на никелово желязо.

Най-разпространени са каменните метеорити – около 92,7% от всички находки, каменното желязо 1,3% и желязото 5,6%. Каменните метеорити се разделят на две групи: а) хондрити с дребни заоблени зърна - хондри (90%); б) ахондрити, които не съдържат хондри. Съставът на каменистите метеорити е близък до този на ултраосновните магмени скали. Според М. Бот те съдържат около 12% желязо-никелова фаза.

Въз основа на анализа на състава на различни метеорити, както и на получените експериментални геохимични и геофизични данни, редица изследователи дават съвременна оценкабрутен елементен състав на Земята, представен в табл. 1.3.

Както се вижда от данните в таблицата, повишеното разпределение се отнася за четирите най-важни елемента - O, Fe, Si, Mg, съставляващи над 91%. Групата на по-рядко срещаните елементи включва Ni, S, Ca, A1. Други елементи периодична системаМенделеев в световен мащаб по отношение на общото разпространение са от второстепенно значение. Ако сравним дадените данни със състава на земната кора, можем ясно да видим значителна разлика, състояща се в рязко намаляване на O, Al, Si и значително увеличение на Fe, Mg и появата на S и Ni в забележими количества .

Формата на земята се нарича геоид.За дълбоката структура на Земята се съди по надлъжни и напречни сеизмични вълни, които, разпространявайки се вътре в Земята, изпитват пречупване, отражение и затихване, което показва стратификацията на Земята. Има три основни области:

Земната кора;

мантия: горна до дълбочина 900 km, долна до дълбочина 2900 km;

ядрото на Земята е външно до дълбочина 5120 km, вътрешно до дълбочина от 6371 km.

Вътрешната топлина на Земята е свързана с разпадането на радиоактивни елементи – уран, торий, калий, рубидий и др. Средната стойност на топлинния поток е 1,4-1,5 μkal/cm 2.s.

1. Каква е формата и размера на Земята?

2. Какви са методите за изследване на вътрешното устройство на Земята?

3. Каква е вътрешната структура на Земята?

4. Кои сеизмични участъци от първи ред са ясно разграничени при анализиране на структурата на Земята?

5. Какви са границите на участъците на Мохорович и Гутенберг?

6. Какво средна плътностЗемята и как се променя на границата между мантията и ядрото?

7. Как се променя топлинният поток в различните зони? Как се разбира промяната в геотермалния градиент и геотермалната стъпка?

8. Какви данни се използват за определяне на средния химичен състав на Земята?

литература

• Войткевич G.V.Основи на теорията за произхода на Земята. М., 1988 г.

• Жарков В.Н. Вътрешна структураЗемята и планетите. М., 1978 г.

• Магнитски В.А.Вътрешно устройство и физика на Земята. М., 1965г.

• Есетасравнителна планетология. М., 1981.

• Ringwood A.E.Състав и произход на Земята. М., 1981.