Kirill Degtyarev, Investigador, Moscú Universidad Estatal a ellos. M. V. Lomonósov.
En nuestro país, rico en hidrocarburos, la energía geotérmica es una especie de recurso exótico que, en la situación actual, es poco probable que compita con el petróleo y el gas. Sin embargo, este tipo de energía alternativa se puede utilizar en casi todas partes y con bastante eficacia.
Foto de Ígor Konstantinov.
Cambios en la temperatura del suelo con la profundidad.
Un aumento de la temperatura de las aguas termales y de las rocas secas que las contienen con la profundidad.
Cambio de temperatura con la profundidad. diferentes regiones.
La erupción del volcán islandés Eyjafjallajokull es un ejemplo de violentos procesos volcánicos que ocurren en zonas tectónicas y volcánicas activas con un poderoso flujo de calor desde las entrañas de la tierra.
Capacidades instaladas de centrales geotérmicas por país, MW.
Distribución de recursos geotérmicos en toda Rusia. Las reservas de energía geotérmica, según los expertos, son varias veces mayores que las reservas de energía de los combustibles fósiles orgánicos. Según la Sociedad de Energía Geotérmica.
La energía geotérmica es el calor del interior de la tierra. Se produce en las profundidades y llega a la superficie de la Tierra en diferentes formas y con diferentes intensidades.
La temperatura de las capas superiores del suelo depende principalmente de factores externos (exógenos): la iluminación solar y la temperatura del aire. En verano y durante el día, el suelo se calienta hasta determinadas profundidades, y en invierno y por la noche se enfría siguiendo los cambios de temperatura del aire y con cierto retraso que aumenta con la profundidad. La influencia de las fluctuaciones diarias de la temperatura del aire termina a profundidades de unas pocas a varias decenas de centímetros. Las fluctuaciones estacionales afectan las capas más profundas del suelo, hasta decenas de metros.
A cierta profundidad, de decenas a cientos de metros, la temperatura del suelo permanece constante, igual a la temperatura media anual del aire en la superficie de la Tierra. Puedes comprobarlo fácilmente bajando a una cueva bastante profunda.
Cuando la temperatura media anual del aire en un área determinada es inferior a cero, se manifiesta como permafrost (más precisamente, permafrost). En Siberia oriental, el espesor, es decir, el espesor, de los suelos congelados durante todo el año en algunos lugares alcanza los 200-300 m.
A partir de una determinada profundidad (diferente para cada punto del mapa), la acción del Sol y la atmósfera se debilita tanto que los factores endógenos (internos) vienen primero y el interior de la Tierra se calienta desde adentro, de modo que la temperatura comienza a subir. con profundidad.
El calentamiento de las capas profundas de la Tierra está asociado principalmente con la desintegración de los elementos radiactivos allí ubicados, aunque también se denominan otras fuentes de calor, por ejemplo, procesos fisicoquímicos y tectónicos en las capas profundas. la corteza terrestre y batas. Pero sea cual sea el motivo, la temperatura rocas y las sustancias líquidas y gaseosas asociadas aumentan con la profundidad. Los mineros se enfrentan a este fenómeno: siempre hace calor en las minas profundas. A una profundidad de 1 km, un calor de treinta grados es normal y, a mayor profundidad, la temperatura es aún mayor.
El flujo de calor del interior de la Tierra que llega a la superficie de la Tierra es pequeño: en promedio, su potencia es de 0,03 a 0,05 W/m2.
o aproximadamente 350 Wh/m2 por año. En el contexto del flujo de calor del Sol y el aire calentado por él, este es un valor imperceptible: el Sol proporciona a cada metro cuadrado de la superficie terrestre unos 4.000 kWh al año, es decir, 10.000 veces más (por supuesto, esto es en promedio, con una enorme dispersión entre las latitudes polares y ecuatoriales y dependiendo de otros factores climáticos y meteorológicos).
La insignificancia del flujo de calor desde el interior a la superficie en la mayor parte del planeta está asociada a la baja conductividad térmica de las rocas y a las características de estructura geologica. Pero hay excepciones: lugares donde el flujo de calor es alto. Estas son, ante todo, zonas. fallas tectónicas, aumentó actividad sísmica y el vulcanismo, donde la energía del interior de la Tierra encuentra una salida. Estas zonas se caracterizan por anomalías térmicas de la litosfera; aquí el flujo de calor que llega a la superficie de la Tierra puede ser varias veces e incluso órdenes de magnitud más potente que lo "habitual". Gran cantidad Las erupciones volcánicas y las aguas termales traen calor a la superficie en estas zonas.
Estas son las zonas más favorables para el desarrollo de la energía geotérmica. En el territorio de Rusia esto es, ante todo, Kamchatka, Islas Kuriles y el Cáucaso.
Al mismo tiempo, el desarrollo de la energía geotérmica es posible en casi todas partes, ya que el aumento de temperatura con la profundidad es un fenómeno universal, y la tarea es "extraer" calor de las profundidades, al igual que de allí se extraen materias primas minerales.
En promedio, la temperatura aumenta con la profundidad entre 2,5 y 3 o C por cada 100 m. La relación entre la diferencia de temperatura entre dos puntos que se encuentran a diferentes profundidades y la diferencia de profundidad entre ellos se denomina gradiente geotérmico.
El valor recíproco es el paso geotérmico, o el intervalo de profundidad en el que la temperatura aumenta 1 o C.
Cuanto mayor es el gradiente y, en consecuencia, menor es el nivel, más cerca de la superficie llega el calor de las profundidades de la Tierra y más prometedora es esta zona para el desarrollo de la energía geotérmica.
En diferentes áreas, dependiendo de la estructura geológica y otras condiciones regionales y locales, la tasa de aumento de la temperatura con la profundidad puede variar dramáticamente. A escala terrestre, las fluctuaciones en las magnitudes de los gradientes y pasos geotérmicos alcanzan 25 veces. Por ejemplo, en el estado de Oregón (EE. UU.), el gradiente es de 150 o C por 1 km, y en Sudáfrica- 6 o C por 1 km.
La pregunta es ¿cuál es la temperatura a grandes profundidades- ¿5, 10 km o más? Si la tendencia continúa, la temperatura a una profundidad de 10 km debería promediar aproximadamente 250-300 o C. Esto lo confirman más o menos las observaciones directas en pozos ultraprofundos, aunque el panorama es mucho más complicado que un aumento lineal de la temperatura. .
Por ejemplo, en Kola. pozo ultraprofundo, perforado en el escudo cristalino del Báltico, la temperatura a una profundidad de 3 km cambia a una velocidad de 10 o C/1 km, y luego el gradiente geotérmico se vuelve 2-2,5 veces mayor. A una profundidad de 7 km ya se registró una temperatura de 120 o C, a 10 km - 180 o C y a 12 km - 220 o C.
Otro ejemplo es un pozo perforado en la región del Caspio Norte, donde a una profundidad de 500 m se registró una temperatura de 42 o C, a 1,5 km - 70 o C, a 2 km - 80 o C, a 3 km - 108 o C .
Se supone que el gradiente geotérmico disminuye a partir de una profundidad de 20 a 30 km: a una profundidad de 100 km las temperaturas estimadas son de aproximadamente 1300-1500 o C, a una profundidad de 400 km - 1600 o C, en el núcleo de la Tierra. (profundidades de más de 6000 km) - 4000-5000 o CON.
A profundidades de hasta 10-12 km, la temperatura se mide mediante pozos perforados; donde no están presentes, se determina mediante signos indirectos del mismo modo que a mayores profundidades. Estos signos indirectos pueden ser la naturaleza del paso de las ondas sísmicas o la temperatura de la lava en erupción.
Sin embargo, para los fines de la energía geotérmica, los datos sobre temperaturas a profundidades superiores a 10 km todavía no tienen interés práctico.
A varios kilómetros de profundidad hay mucho calor, pero ¿cómo aumentarlo? A veces, la naturaleza misma nos resuelve este problema con la ayuda de un refrigerante natural: aguas termales calentadas que salen a la superficie o se encuentran a una profundidad accesible para nosotros. En algunos casos, el agua de las profundidades se calienta hasta alcanzar el estado de vapor.
Una definición estricta del concepto " aguas termales" No. Por regla general, se refieren a aguas subterráneas calientes en estado liquido o en forma de vapor, incluidos los que llegan a la superficie de la Tierra con una temperatura superior a 20 o C, es decir, por regla general, superior a la temperatura del aire.
Cálido agua subterránea, vapor, mezclas de vapor y agua: esto es energía hidrotermal. En consecuencia, la energía en función de su uso se denomina hidrotermal.
La situación es más complicada con la extracción de calor directamente de rocas secas: la energía petrotérmica, especialmente porque las temperaturas bastante altas, por regla general, comienzan desde profundidades de varios kilómetros.
En el territorio de Rusia, el potencial de la energía petrotermal es cien veces mayor que el de la energía hidrotermal: 3.500 y 35 billones de toneladas, respectivamente. combustible estándar. Esto es bastante natural: el calor de las profundidades de la Tierra está disponible en todas partes y las aguas termales se encuentran localmente. Sin embargo, debido a dificultades técnicas evidentes, actualmente se utilizan calor y electricidad. en la mayor parte aguas termales.
El agua con temperaturas de 20-30 a 100 o C es adecuada para calentar, con temperaturas de 150 o C y más, y para generar electricidad en centrales geotérmicas.
En general, los recursos geotérmicos en Rusia, en términos de toneladas de combustible equivalente o cualquier otra unidad de medida de energía, son aproximadamente 10 veces mayores que las reservas de combustibles fósiles.
En teoría, sólo a través de la energía geotérmica sería posible satisfacer plenamente necesidades energéticas países. Casi encendido este momento en la mayor parte de su territorio esto no es factible por razones técnicas y económicas.
En el mundo, el uso de la energía geotérmica se asocia con mayor frecuencia con Islandia, un país ubicado en el extremo norte de la Cordillera del Atlántico Medio, en una zona tectónica y zona volcánica. Probablemente todo el mundo recuerde la poderosa erupción del volcán Eyjafjallajökull en 2010.
Gracias a esta especificidad geológica, Islandia dispone de enormes reservas de energía geotérmica, incluidas fuentes termales que emergen de la superficie de la Tierra e incluso brotan en forma de géiseres.
En Islandia, más del 60% de toda la energía consumida actualmente proviene de la Tierra. Incluso debido a fuentes geotérmicas Se proporciona el 90% de la calefacción y el 30% de la generación eléctrica. Añadamos que el resto de la electricidad del país se produce mediante centrales hidroeléctricas, es decir, utilizando también una fuente de energía renovable, lo que hace que Islandia parezca una especie de estándar medioambiental mundial.
La domesticación de la energía geotérmica en el siglo XX benefició enormemente a Islandia económicamente. Hasta mediados del siglo pasado era un país muy pobre; ahora ocupa el primer lugar en el mundo en términos de capacidad instalada y producción de energía geotérmica per cápita y está entre los diez primeros en términos de valor absoluto Capacidad instalada de plantas de energía geotérmica. Sin embargo, su población es de sólo 300 mil personas, lo que simplifica la tarea de transición a un país respetuoso con el medio ambiente. fuentes limpias energía: la necesidad de ella es generalmente pequeña.
Además de Islandia, una alta proporción de la energía geotérmica en el balance total de la producción de electricidad se proporciona en Nueva Zelanda y estados insulares El sudeste de Asia(Filipinas e Indonesia), países de América Central y África Oriental, cuyo territorio también se caracteriza por una alta actividad sísmica y volcánica. Para estos países, en su nivel actual de desarrollo y necesidades energía geotérmica contribuye significativamente al desarrollo socioeconómico.
(El final sigue.)
La dinámica de los cambios en la temperatura del suelo en invierno (2012-2013) a una profundidad de 130 centímetros debajo de la casa (debajo del borde interior de los cimientos), así como a nivel del suelo y la temperatura del agua que sale del pozo, son publicado aquí. Todo esto está en la contrahuella que sale del pozo.El gráfico está al final del artículo.
La dacha (en la frontera entre Nueva Moscú y la región de Kaluga) es de invierno y se visita periódicamente (2-4 veces al mes durante un par de días).
La zona ciega y el sótano de la casa no están aislados, desde el otoño se han cubierto con tapones termoaislantes (10 cm de espuma). La pérdida de calor por la terraza a la que sale la contrahuella ha cambiado en enero. Ver Nota 10.
Las mediciones a una profundidad de 130 cm se realizan mediante el sistema Xital GSM (), discreto - 0,5 * C, adicional. error: alrededor de 0,3*C.
El sensor se instala en un tubo de HDPE de 20 mm soldado desde abajo cerca del tubo ascendente (en el exterior del aislamiento térmico del tubo ascendente, pero dentro del tubo de 110 mm).
El eje de abscisas muestra las fechas, el eje de ordenadas muestra las temperaturas.
Nota 1:
También controlaré la temperatura del agua en el pozo, así como a nivel del suelo debajo de la casa, justo en el tubo ascendente sin agua, pero solo al llegar. El error es de aproximadamente +-0,6*C.
Nota 2:
Temperatura a nivel del suelo debajo de la casa, cerca del tubo ascendente de la tubería de agua, en ausencia de personas y de agua, la temperatura bajó a -5°C. Esto sugiere que no fue en vano que hice el sistema. Por cierto, el termostato que mostraba -5 * C vino de este sistema (RT-12-16).
Nota 3:
La temperatura del agua "en el pozo" se mide con el mismo sensor (también en la Nota 2) que "a nivel del suelo": se encuentra directamente en el tubo ascendente debajo del aislamiento térmico, cerca del tubo ascendente a nivel del suelo. Estas dos mediciones se toman en diferentes momentos del tiempo. “A nivel del suelo”, antes de bombear agua al tubo ascendente y “en el pozo”, después de bombear aproximadamente 50 litros durante media hora con descansos.
Nota 4:
La temperatura del agua en el pozo puede estar algo subestimada, porque... No puedo buscar esta maldita asíntota bombeando agua sin cesar (la mía)... Juego lo mejor que puedo.
Nota 5: No relevante, eliminado.
Nota 6:
El error al registrar la temperatura de la calle es de aproximadamente +-(3-7)*C.
Nota 7:
La velocidad de enfriamiento del agua a nivel del suelo (sin encender la bomba) es de aproximadamente 1-2°C por hora (esto es -5°C a nivel del suelo).
Nota 8:
Olvidé describir cómo está dispuesto y aislado mi elevador subterráneo. El PND-32 está equipado con dos medias aislantes de 2 cm en total. de espesor (aparentemente polietileno espumado), todo esto se inserta en una tubería de alcantarillado de 110 mm y se espuma allí hasta una profundidad de 130 cm. Es cierto que, dado que el PND-32 no entró en el centro del tubo 110, y también que en el medio la masa de espuma ordinaria puede no endurecerse durante mucho tiempo y, por lo tanto, no convertirse en aislamiento, dudo mucho de la calidad de ese tipo de aislamiento adicional... Probablemente sería mejor utilizar espuma de dos componentes, cuya existencia supe más tarde...
Nota 9:
Me gustaría llamar la atención de los lectores sobre la medición de temperatura “A nivel del suelo” del 12 de enero de 2013. y desde el 18/01/2013 Aquí, en mi opinión, el valor de +0,3*C es notablemente mayor de lo esperado. Creo que esto es consecuencia de la operación “Llenar de nieve la base cercana a la contrahuella”, realizada el 31 de diciembre de 2012.
Nota 10:
Del 12 de enero al 3 de febrero, hice un aislamiento adicional de la terraza, donde va el elevador subterráneo.
Como resultado, según estimaciones aproximadas, la pérdida de calor de la terraza se redujo de 100 W/m2. piso a aproximadamente 50 (esto es a menos 20 * C afuera).
Esto se reflejó en los gráficos. Vea la temperatura a nivel del suelo el 9 de febrero: +1,4*C y el 16 de febrero: +1,1; temperaturas tan altas no se habían visto aún desde el comienzo del verdadero invierno.
Y una cosa más: del 4 al 16 de febrero, por primera vez en dos inviernos, de domingo a viernes, la caldera no se encendió para mantener la temperatura mínima fijada porque no alcanzaba esa mínima...
Nota 11:
Como prometí (en aras del “orden” y para completar el ciclo anual), publicaré periódicamente las temperaturas en verano. Pero no en el cronograma, para no "sombrear" el invierno, sino aquí, en la Nota-11.
11 de mayo de 2013
Después de 3 semanas de ventilación, las rejillas de ventilación se cerraron hasta el otoño para evitar depósitos de condensación.
13 de mayo de 2013(hace +25-30*C afuera desde hace una semana):
- debajo de la casa a nivel del suelo +10,5*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +6*С,
12 de junio de 2013:
- debajo de la casa a nivel del suelo +14,5*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +10*С.
- el agua de un pozo a una profundidad de 25 m no supera los +8*C.
26 de junio de 2013:
- debajo de la casa a nivel del suelo +16*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +11*С.
- el agua de un pozo a una profundidad de 25 m no supera los +9,3*C.
19 de agosto de 2013:
- debajo de la casa a nivel del suelo +15,5*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +13,5*С.
- el agua en un pozo desde una profundidad de 25 m no supera los +9,0*C.
28 de septiembre de 2013:
- debajo de la casa a nivel del suelo +10,3*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +12*С.
- agua en un pozo desde una profundidad de 25 m = +8,0*C.
26 de octubre de 2013:
- debajo de la casa a nivel del suelo +8,5*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +9,5*С.
- el agua de un pozo a una profundidad de 25 m no supera los +7,5*C.
16 de noviembre de 2013:
- debajo de la casa a nivel del suelo +7,5*C,
- debajo de la casa a una profundidad de 130 cm. +9,0*С.
- agua en el pozo desde una profundidad de 25 m +7,5*C.
20 de febrero de 2014:
Esto es probable último registro En este articulo.
Vivimos en la casa constantemente durante todo el invierno, no tiene mucho sentido repetir las mediciones del año pasado, por lo que solo hay dos números significativos:
- la temperatura mínima debajo de la casa a nivel del suelo durante las heladas más frías (-20 - -30*C) una semana después de su inicio, cayó repetidamente por debajo de +0,5*C. En estos momentos me funcionó
Bueno, ¿quién no quiere calentar su casa gratis, especialmente durante una crisis, cuando cada centavo cuenta?
Ya hemos tocado el tema de cómo, ahora le toca el turno a la polémica Tecnologías para calentar una casa utilizando la energía de la tierra (calefacción geotérmica).
A una profundidad de aproximadamente 15 metros, la temperatura de la tierra es de aproximadamente 10 grados centígrados. Cada 33 metros la temperatura aumenta un grado. Como resultado, para calentar gratis una casa de unos 100 m2, ¡basta con perforar un pozo de unos 600 metros y recibir un calor de 22 grados durante toda la vida!
Teóricamente, el sistema de calentamiento gratuito a partir de la energía terrestre es bastante sencillo. Se bombea al pozo. agua fría, que se calienta hasta 22 grados y, según las leyes de la física, con un poco de ayuda de una bomba (400-600 W), sube a la casa a través de tuberías aisladas.
Desventajas de utilizar la energía terrestre para calentar una casa particular:
— Echemos un vistazo más de cerca a los costes financieros que supone la creación de un sistema de calefacción de este tipo. costo promedio 1 m de perforación de un pozo cuesta alrededor de 3.000 rublos. Una profundidad total de 600 metros costará 1.800.000 rublos. ¡Y eso es solo perforar! Sin instalar equipos para bombear y levantar refrigerante.
— Las diferentes regiones de Rusia tienen sus propias características del suelo. En algunos lugares, perforar un pozo de 50 metros no es una tarea fácil. Se requieren tuberías de revestimiento reforzadas, refuerzo de ejes, etc.
— Aislar un pozo de mina a tal profundidad es prácticamente imposible. De ello se deduce que el agua no subirá a una temperatura de 22 grados.
— Para perforar un pozo de 600 metros se requiere un permiso;
— Digamos que entra agua calentada a 22 grados a la casa. La pregunta es ¿cómo "eliminar" completamente toda la energía de la Tierra del portador? El máximo, al pasar por tuberías en una casa cálida, desciende a 15 grados. Por lo tanto, se necesita una bomba potente que impulse decenas de veces más agua desde una profundidad de 600 metros para obtener al menos algún efecto. Aquí tenemos en cuenta el consumo de electricidad que no es comparable al ahorro.
A una profundidad de unos 15 metros, la temperatura del suelo es de aproximadamente 10 grados centígrados.
La conclusión lógica es que calentar una casa con la energía de la tierra, que está lejos de ser gratuita, sólo puede permitirse el lujo de una persona que no sea pobre y que no necesite ahorrar especialmente en calefacción. Por supuesto, podemos decir que dicha tecnología servirá tanto a niños como a nietos durante cientos de años, pero todo esto es fantasía.
Un idealista dirá que está construyendo una casa para que dure, pero un realista siempre contará con el componente de inversión: la estoy construyendo para mí, pero la venderé en cualquier momento. No es un hecho que los niños se apegarán a esta casa y no querrán venderla.
La energía terrestre para calentar una casa es eficaz en las siguientes regiones:
En el Cáucaso existen ejemplos de pozos en funcionamiento con agua mineral saliendo espontáneamente, con una temperatura de 45 grados, teniendo en cuenta la temperatura profunda de unos 90 grados.
En Kamchatka, el uso de fuentes geotérmicas con una temperatura de salida de unos 100 grados es el más Mejor opción Utilizar la energía de la Tierra para calentar una casa.
Las tecnologías se están desarrollando a un ritmo vertiginoso. La eficiencia de los sistemas de calefacción clásicos crece ante nuestros ojos. Sin duda, calentar una casa con la energía de la tierra será menos costoso.
Vídeo: Calefacción geotérmica. Energía terrestre.
Esto podría parecer fantástico si no fuera cierto. Resulta que en las duras condiciones siberianas se puede obtener calor directamente del suelo. Las primeras instalaciones con sistemas de calefacción geotérmica aparecieron en la región de Tomsk el año pasado y, aunque pueden reducir el coste del calor en comparación con las fuentes tradicionales en unas cuatro veces, todavía no hay una gran cantidad de energía "bajo tierra". Pero la tendencia es notable y, lo más importante, está ganando impulso. De hecho, este es el más asequible. fuente alternativa energía para Siberia, donde no siempre pueden demostrar su eficacia, por ejemplo, paneles solares o generadores eólicos. Básicamente, la energía geotérmica está simplemente bajo nuestros pies.
“La profundidad de congelación del suelo es de 2 a 2,5 metros. La temperatura de la tierra por debajo de esta marca sigue siendo la misma en invierno y verano, oscilando entre más uno y más cinco grados centígrados. El funcionamiento de la bomba de calor se basa en esta propiedad, afirma el ingeniero energético del Departamento de Educación de la administración del distrito de Tomsk. Roman Alekseenko. - Los tubos de conexión se entierran en el contorno de tierra a una profundidad de 2,5 metros, a una distancia de aproximadamente un metro y medio entre sí. El refrigerante, etilenglicol, circula por el sistema de tuberías. El circuito externo de tierra horizontal se comunica con la unidad de refrigeración, por la que circula el refrigerante: freón, un gas de bajo punto de ebullición. A más tres grados Celsius, este gas comienza a hervir, y cuando el compresor comprime bruscamente el gas en ebullición, la temperatura de este último aumenta a más 50 grados Celsius. El gas calentado se envía a un intercambiador de calor por el que circula agua destilada ordinaria. El líquido se calienta y distribuye el calor por todo el sistema de calefacción colocado en el suelo”.
Física pura y sin milagros.
El verano pasado se inauguró una guardería equipada con un moderno sistema danés de calefacción geotérmica en el pueblo de Turuntaevo, cerca de Tomsk. Según el director de la empresa “Ekoklimat” de Tomsk Georgy Granin, un sistema energéticamente eficiente permitió reducir varias veces los gastos de calefacción. Durante ocho años, la empresa de Tomsk ya ha equipado unas doscientas instalaciones en diferentes regiones de Rusia con sistemas de calefacción geotérmica y continúa haciéndolo en la región de Tomsk. Así que no hay dudas sobre las palabras de Granin. Un año antes de la apertura de la guardería en Turuntaevo, Ecoclimate equipó otra jardín de infancia « conejito soleado"en el microdistrito de Tomsk "Green Hills". De hecho, ésta fue la primera experiencia de este tipo. Y resultó ser bastante exitoso.
En 2012, durante una visita a Dinamarca organizada en el marco del programa del Centro Corresponsal Euro Info (EICC-Región de Tomsk), la empresa logró acordar una cooperación con la empresa danesa Danfoss. Y hoy en día, los equipos daneses ayudan a extraer calor de las profundidades de Tomsk y, como dicen los expertos sin excesiva modestia, resulta bastante eficaz. El principal indicador de eficiencia es la eficiencia. “El sistema de calefacción de un jardín de infancia con una superficie de 250 metros cuadrados en Turuntaevo costó 1,9 millones de rublos”, dice Granin. "Y el coste de la calefacción es de 20.000 a 25.000 rublos al año". Esta cantidad no es comparable a lo que pagaría una guardería por la calefacción con fuentes tradicionales.
El sistema funcionó sin problemas en el invierno siberiano. Se calculó la conformidad del equipo de calefacción con las normas SanPiN, según las cuales debe mantener una temperatura en el edificio del jardín de infantes no inferior a +19°C con una temperatura del aire exterior de -40°C. En total, se gastaron unos cuatro millones de rublos en la remodelación, reparación y reequipamiento del edificio. Incluyendo la bomba de calor, la cantidad ascendía a poco menos de seis millones. Gracias a las bombas de calor, hoy en día la calefacción de una guardería está completamente aislada y sistema independiente. El edificio ya no tiene radiadores tradicionales y la habitación se calienta mediante un sistema de "suelo cálido".
El jardín de infancia Turuntaevsky está aislado, como dicen, "de" a "hasta": el edificio está equipado con aislamiento térmico adicional: se instala una capa de aislamiento de 10 centímetros, equivalente a dos o tres ladrillos, sobre la pared existente (tres ladrillos de espesor). Detrás del aislamiento hay una capa de aire y luego hay un revestimiento de metal. El techo también está aislado de la misma forma. Los constructores se centraron principalmente en el "suelo cálido", el sistema de calefacción del edificio. El resultado fueron varias capas: un suelo de hormigón, una capa de espuma plástica de 50 mm de espesor, un sistema de tuberías por el que circula agua caliente y linóleo. Aunque la temperatura del agua en el intercambiador de calor puede alcanzar los +50°C, el calentamiento máximo del revestimiento del suelo real no supera los +30°C. La temperatura real de cada habitación se puede ajustar manualmente: los sensores automáticos le permiten ajustar la temperatura del piso para que la habitación del jardín de infantes se caliente a los grados requeridos por las normas sanitarias.
La potencia de la bomba en el jardín de infancia Turuntaevsky es de 40 kW de energía térmica generada, para cuya producción la bomba de calor requiere 10 kW de energía eléctrica. Así, de 1 kW consumido energía eléctrica La bomba de calor produce 4 kW de calor. “Teníamos un poco de miedo al invierno; no sabíamos cómo se comportarían las bombas de calor. Pero incluso en muy frio En el jardín de infancia siempre hacía calor: de más 18 a 23 grados centígrados, dice el director de Turuntaevskaya escuela secundaria Evgeniy Belonogov. - Por supuesto, vale la pena considerar que el edificio en sí estaba bien aislado. El mantenimiento del equipo es modesto y, a pesar de que se trata de un desarrollo occidental, ha demostrado ser bastante eficaz en nuestras duras condiciones siberianas”.
La EICC-Región de Tomsk de la Cámara de Comercio e Industria de Tomsk implementó un proyecto integral para intercambiar experiencias en el campo de la conservación de recursos. Sus participantes eran pequeñas y medianas empresas que desarrollaban e implementaban tecnologías que ahorran recursos. En mayo del año pasado, expertos daneses visitaron Tomsk en el marco del proyecto ruso-danés y el resultado fue, como dicen, obvio.
La innovación llega a la escuela
Una nueva escuela en el pueblo de Vershinino, región de Tomsk, construida por un agricultor Mijaíl Kolpakov, es la tercera instalación de la región que utiliza el calor de la tierra como fuente de calor para calefacción y suministro de agua caliente. La escuela también es única porque tiene la categoría de eficiencia energética más alta: "A". El sistema de calefacción fue diseñado y puesto en marcha por la misma empresa "Ekoklimat".
"Cuando decidimos qué tipo de calefacción instalar en la escuela, teníamos varias opciones: una sala de calderas de carbón y bombas de calor", dice Mikhail Kolpakov. - Estudiamos la experiencia de un jardín de infancia energéticamente eficiente en Zeleny Gorki y calculamos que calentar a la antigua usanza con carbón nos costaría más de 1,2 millones de rublos por invierno, y también necesitamos agua caliente. Y con las bombas de calor, el coste será de unos 170 mil durante todo el año, incluyendo el agua caliente”.
El sistema sólo necesita electricidad para producir calor. Con un consumo de 1 kW de electricidad, las bombas de calor de la escuela producen alrededor de 7 kW de energía térmica. Además, a diferencia del carbón y el gas, el calor de la Tierra es una fuente de energía que se renueva a sí misma. instalación de moderno sistema de calefacción Le costó a la escuela aproximadamente 10 millones de rublos. Para ello se perforaron 28 pozos en el recinto escolar.
“La aritmética aquí es simple. Calculamos que el mantenimiento de una sala de calderas de carbón, teniendo en cuenta el salario del fogonero y el coste del combustible, costará más de un millón de rublos al año”, señala el jefe del departamento de educación. Serguéi Efimov. - Cuando utilice bombas de calor, tendrá que pagar unos quince mil rublos al mes por todos los recursos. Las indudables ventajas del uso de bombas de calor son su eficiencia y respeto al medio ambiente. El sistema de suministro de calor permite regular el suministro de calor en función del clima exterior, lo que elimina el llamado "subcalentamiento" o "sobrecalentamiento" de la habitación".
Por cálculos preliminares Los costosos equipos daneses se amortizarán en cuatro o cinco años. La vida útil de las bombas de calor Danfoss con las que trabaja Ekoklimat LLC es de 50 años. Al recibir información sobre la temperatura del aire exterior, la computadora determina cuándo calentar la escuela y cuándo no. Por tanto, la cuestión de la fecha de encendido y apagado de la calefacción desaparece por completo. Independientemente del clima fuera de las ventanas dentro de la escuela, el control del clima siempre funcionará para los niños.
“Cuando el año pasado ocurrió lo extraordinario y embajador plenipotenciario Reino de Dinamarca y visitó nuestro jardín de infancia en “Green Gorki”, quedó gratamente sorprendido de que aquellas tecnologías que se consideran innovadoras incluso en Copenhague se apliquen y funcionen en la región de Tomsk”, dice Director comercial empresa ecoclima Alejandro Granin.
En general, el uso de fuentes locales de energía renovable en varias industrias economía, en en este caso V esfera social, que incluye escuelas y guarderías, es una de las principales áreas implementadas en la región como parte del programa de ahorro energético y aumento de la eficiencia energética. El desarrollo de las energías renovables cuenta con el apoyo activo del gobernador regional Serguéi Zhvachkin. Y tres instituciones presupuestarias con un sistema de calefacción geotérmica son sólo los primeros pasos hacia la implementación de un proyecto grande y prometedor.
La guardería de Green Hills fue reconocida como la mejor instalación energéticamente eficiente de Rusia en un concurso celebrado en Skolkovo. Luego apareció también la escuela Vershininskaya con calefacción geotérmica. categoría más alta eficiencia energética. La siguiente instalación, no menos importante para la región de Tomsk, es una guardería en Turuntaevo. Este año, las empresas Gazkhimstroyinvest y Stroygarant ya han comenzado la construcción de guarderías para 80 y 60 niños en los pueblos de la región de Tomsk, Kopylovo y Kandinka, respectivamente. Ambas nuevas instalaciones se calentarán mediante sistemas de calefacción geotérmica, procedentes de bombas de calor. Total este año para la construcción de nuevos jardines de infancia y renovación de los existentes. administración del distrito Tiene la intención de gastar casi 205 millones de rublos. Es necesario reconstruir y reequipar el edificio de la guardería en el pueblo de Takhtamyshevo. En este edificio también se instalará calefacción mediante bombas de calor, ya que el sistema ha demostrado su eficacia.
Temperatura en el interior de la Tierra. La determinación de la temperatura en las capas terrestres se basa en diversos datos, a menudo indirectos. Los datos de temperatura más fiables se refieren a la parte superior de la corteza terrestre, expuesta por minas y perforaciones, hasta una profundidad máxima de 12 km (pozo Kola).
El aumento de temperatura en grados Celsius por unidad de profundidad se llama gradiente geotérmico, y la profundidad en metros, durante la cual la temperatura aumenta en 1 0 C - etapa geotérmica. El gradiente geotérmico y, en consecuencia, el paso geotérmico cambian de un lugar a otro dependiendo de condiciones geologicas, actividad endógena en diferentes áreas, así como conductividad térmica heterogénea de las rocas. Además, según B. Gutenberg, los límites de las fluctuaciones difieren en más de 25 veces. Un ejemplo de esto son dos gradientes muy diferentes: 1) 150 o por 1 km en Oregón (EE. UU.), 2) 6 o por 1 km registrados en Sudáfrica. Según estos gradientes geotérmicos, el paso geotérmico también cambia de 6,67 m en el primer caso a 167 m en el segundo. Las fluctuaciones de gradiente más comunes se encuentran entre 20 y 50 o, y el paso geotérmico es de 15 a 45 m. El gradiente geotérmico promedio se acepta desde hace mucho tiempo en 30 o C por 1 km.
Según V. N. Zharkov, el gradiente geotérmico cerca de la superficie de la Tierra se estima en 20 o C por 1 km. Según estos dos valores del gradiente geotérmico y su constancia en las profundidades de la Tierra, a una profundidad de 100 km debería haber una temperatura de 3000 o 2000 o C. Sin embargo, esto no condice con los datos reales. Es en estas profundidades donde periódicamente surgen cámaras de magma, desde las cuales la lava fluye hacia la superficie, teniendo temperatura máxima 1200-1250 o. Teniendo en cuenta este peculiar "termómetro", varios autores (V.A. Lyubimov, V.A. Magnitsky) creen que a una profundidad de 100 km la temperatura no puede superar los 1300-1500 o C.
Con más altas temperaturas las rocas del manto se derretirían por completo, lo que contradice el libre paso de las ondas sísmicas cortantes. Por lo tanto, el gradiente geotérmico promedio sólo se puede rastrear hasta una cierta profundidad relativamente pequeña de la superficie (20-30 km), y luego debería disminuir. Pero incluso en este caso, en el mismo lugar, el cambio de temperatura con la profundidad es desigual. Esto se puede ver en el ejemplo de los cambios de temperatura con la profundidad. cola bien, ubicado dentro del escudo cristalino estable de la plataforma. Al instalar este pozo, esperaban un gradiente geotérmico de 10 o por 1 km y, por lo tanto, a la profundidad de diseño (15 km) esperaban una temperatura del orden de 150 o C. Sin embargo, tal gradiente solo llegó hasta un profundidad de 3 km, y luego comenzó a aumentar entre 1,5 y 2,0 veces. A una profundidad de 7 km la temperatura era de 120 o C, a 10 km -180 o C, a 12 km -220 o C. Se supone que a la profundidad de diseño la temperatura estará cerca de 280 o C. El segundo ejemplo Son datos de un pozo ubicado en Severny La región del Caspio, en la zona de un régimen endógeno más activo. En él, a una profundidad de 500 m, la temperatura resultó ser de 42,2 o C, a 1500 m - 69,9 o C, a 2000 m - 80,4 o C, a 3000 m - 108,3 o C.
¿Cuál es la temperatura en las zonas más profundas del manto y el núcleo de la Tierra? Se han obtenido datos más o menos fiables sobre la temperatura de la base de la capa B del manto superior (ver Fig. 1.6). Según V. N. Zharkov, “los estudios detallados del diagrama de fases Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 permitieron determinar la temperatura de referencia a una profundidad correspondiente a la primera zona transiciones de fase(400 km)" (es decir, la transición de olivino a espinela). La temperatura aquí, como resultado de los estudios anteriores, es de aproximadamente 1600 50 o C.
La cuestión de la distribución de las temperaturas en el manto situado debajo de la capa B y en el núcleo de la Tierra aún no se ha resuelto, por lo que se han expresado ideas diferentes. Sólo se puede suponer que la temperatura aumenta con la profundidad con una disminución significativa del gradiente geotérmico y un aumento del paso geotérmico. Se supone que la temperatura en el núcleo de la Tierra está en el rango de 4000-5000 o C.
Promedio composición química Tierra. Para juzgar la composición química de la Tierra se utilizan datos sobre meteoritos, que son las muestras más probables de material protoplanetario a partir del cual se formaron los planetas. grupo terrestre y asteroides. Hasta ahora, muchas de las cosas que cayeron sobre la Tierra han sido bien estudiadas. tiempos diferentes y en diferentes lugares meteoritos. Según su composición, existen tres tipos de meteoritos: 1) hierro, compuesto principalmente de níquel hierro (90-91% Fe), con una pequeña mezcla de fósforo y cobalto; 2) piedra de hierro(siderolitas), formadas por minerales de hierro y silicatos; 3) piedra, o aerolitos, compuesto principalmente por silicatos ferroso-magnesianos e inclusiones de hierro níquel.
Los más comunes son los meteoritos de piedra: aproximadamente el 92,7% de todos los hallazgos, el 1,3% de piedra de hierro y el 5,6% de hierro. Los meteoritos de piedra se dividen en dos grupos: a) condritas con pequeños granos redondeados - cóndrulos (90%); b) acondritas que no contienen cóndrulos. La composición de los meteoritos pedregosos se acerca a la de las rocas ígneas ultramáficas. Según M. Bott, contienen aproximadamente un 12% de fase hierro-níquel.
A partir del análisis de la composición de varios meteoritos, así como de los datos geoquímicos y geofísicos experimentales obtenidos, varios investigadores dan evaluación moderna composición elemental bruta de la Tierra, presentada en la tabla. 1.3.
Como puede verse en los datos de la tabla, el aumento de la abundancia se debe a los cuatro elementos más importantes: O, Fe, Si y Mg, que representan más del 91%. El grupo de elementos menos comunes incluye Ni, S, Ca, A1. Otros elementos tabla periódica Mendeleev a escala global en términos de distribución general tienen una importancia secundaria. Si comparamos los datos proporcionados con la composición de la corteza terrestre, se ve claramente una diferencia significativa, que consiste en una fuerte disminución de O, A1, Si y un aumento significativo de Fe, Mg y la aparición de cantidades notables de S y Ni. .
La forma de la Tierra se llama geoide. La estructura profunda de la Tierra se juzga por las ondas sísmicas longitudinales y transversales que, al propagarse dentro de la Tierra, experimentan refracción, reflexión y atenuación, lo que indica la estratificación de la Tierra. Hay tres áreas principales:
La corteza terrestre;
manto: superior hasta una profundidad de 900 km, inferior hasta una profundidad de 2900 km;
el núcleo exterior de la Tierra a una profundidad de 5120 km, el núcleo interior a una profundidad de 6371 km.
El calor interno de la Tierra está asociado con la desintegración de elementos radiactivos: uranio, torio, potasio, rubidio, etc. El valor medio del flujo de calor es de 1,4-1,5 µcal/cm2.s.
1. ¿Cuál es la forma y el tamaño de la Tierra?
2. ¿Qué métodos existen para estudiar la estructura interna de la Tierra?
3. ¿Cuál es la estructura interna de la Tierra?
4. ¿Qué secciones sísmicas de primer orden se identifican claramente al analizar la estructura de la Tierra?
5. ¿Cuáles son los límites de las secciones Mohorovicic y Gutenberg?
6. ¿Cuál? densidad media¿La Tierra y cómo cambia en el límite entre el manto y el núcleo?
7. ¿Cómo cambia el flujo de calor en diferentes zonas? ¿Cómo se entiende el cambio en el gradiente geotérmico y el paso geotérmico?
8. ¿Qué datos se utilizan para determinar la composición química promedio de la Tierra?
Literatura
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Voitkevich G.V. Fundamentos de la teoría del origen de la Tierra. M., 1988.
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Zharkov V.N. Estructura interna Tierra y planetas. M., 1978.
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Magnitsky V.A. Estructura interna y física de la Tierra. M., 1965.
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Ensayos planetología comparada. M., 1981.
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Ringwood A.E. Composición y origen de la Tierra. M., 1981.
