Установлено, что вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. Ученые пришли к выводу, что в недрах на Земли, на глубине 2900 километров, около внешнего слоя ядра, существуют условия для образования ранее неизвестного минерала.
Распределение температуры в Земле
Для построения же самой зависимости температуры от глубины необходимо задаться исходным значением адиабатической температуры в начале отсчёта, например на поверхности Земли. Если при погружении на 2 сантиметра внутрь Земли колебания температуры составляют 2–3 градуса по Цельсию, то на Луне этот показатель достигает около 50 градусов. Это постоянство температуры вызвало ученых предположить о возможном искусственном происхождении пещер, хотя окончательные выводы еще рано делать.
Внутреннее строение Земли
Однако многочисленными сейсмическими исследованиями доказано, что внутреннее ядро твердое. Поэтому его температура должна быть значительно ниже этого значения. Чем же можно объяснить такую разницу? Достаточно слабым геотермическим градиентом в мантии Просто потому, что геотермический градиент очень сильный , наблюдаемый в земной коре, не распространяется на другие слои Земли. Следует отметить, что фактически существует вторая зона, где геотермический градиент очень силен. Это граница раздела мантии и внешнего ядра. Такие области, где температура очень быстро растет с глубиной, называются термическими пограничными слоями. Они расположены у основания и вершины конвективных ячеек, движущих мантию Земли.
Считалось, что ясность в этот вопрос внесет исследование границы Мохоровичича Мохо — нижней части земной коры и условной черты между слоями с разным химическим составом, в которой происходит скачкообразное увеличение плотности пород. Первыми достичь границы Мохо и пробраться к мантии попытались американцы — в 1961 году США приступили к бурению скважины вблизи вулканического острова Гуадалупе в Тихом океане.
Геологи считали, что на дне океана черта проходит ближе к поверхности, чем на континентальной части — на глубине примерно 5 км, и добраться до нее будет проще. Глубина океана в месте бурения составляла 3,5 км, что серьезно осложняло работы. За четыре года исследователи пробурили несколько скважин, самая глубокая из которых уходила в земную кору на 3 км. В 1966 году Конгресс отказался выделить средства на финансирование проекта, и «Мохол» закрыли. У СССР была не менее амбициозная цель — советские ученые планировали пробраться на глубину 15 тыс. Буровая установка Кольской сверхглубокой. Исследовательскую группу сформировали в 1962-м, а спустя три года на Кольском полуострове рядом с городом Заполярным началось строительство 60-метровой башни для буровой установки. Бурение Кольской сверхглубокой началось в 1970 году. Металлическая крышка на Марианской впадине Если вы представляете Кольскую сверхглубокую широкой штольней, уходящей в землю примерно на глубину Марианской впадины, то в действительности она выглядит несколько иначе.
Диаметр первого отрезка скважины глубиной в 2 км составлял 39,4 см, а на глубине отверстие сужалось до 21,4 см без учета обвалов породы , — и соответствовал диаметру бурового инструмента. Сегодня скважина закрыта металлическим люком с 12 массивными болтами. Под ним скрыта разветвленная структура отверстий разной глубины, похожая на крону дерева. Самое глубокое из них, СГ-3, простирается на 12 262 м в земную кору.
Термические градиенты других небесных тел[ править править код ] Определение термических градиентов других тел Солнечной системы, в основном, — дело далёкого будущего. В XXI веке предпринимаются попытки установить на практике температурный градиент Марса , пока безуспешные. Имеющиеся же предсказания теорий не обладают достоверностью по причине отсутствия достаточных знаний о внутреннем строении Марса. Вопрос определения термического градиента небесных тел важен, например, потому, что позволяет узнать, на какой глубине тела в грунте можно встретить воду в жидком состоянии [3].
В далёком будущем он поможет определить целесообразность развития геотермальной энергетики на далёких от Солнца телах, на которых солнечные электростанции будут малоэффективны.
Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т. Главное — они совершенно не вредные, никакого отрицательного воздействия на организм человека не оказывают. Далее 30.
Парадокс известен в мире, как «Эффект Мпембы». Далее 25. Это название знаменитой книги Рэя Брэдбери. Действительно ли при этой температуре начинают гореть книги?
Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение
Она включает в себя следующие основные элементы: парокомпрессионные теплонасосные установки ТНУ ; системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха; циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами. Данные, оценивающие мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов, приведены в таблице. Таблица 1.
Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных глубиной до 400 м слоев Земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше. Тепловой режим грунта поверхностных слоев Земли формируется под действием двух основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта.
Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15—20 м. Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины «нейтральной зоны» , формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата рис. График изменения температуры грунта в зависимости от глубины С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом примерно 3 градуса С на каждые 100 м.
Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта системы теплосбора , вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе.
Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других. Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла.
Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков , а также грунтовые воды.
Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение.
Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах.
Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий.
Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт.
Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные.
Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е.
Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли.
Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис.
Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления.
Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы.
Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций.
Предполагается, что он проработает здесь один лунный день около двух земных недель. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы.
Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
Источник: Freepik В южных сельскохозяйственных районах планеты потепление поверхности может дать непредсказуемый результат. С одной стороны, экологи традиционно трубят тревогу — «урожай окажется под угрозой». С другой — любой огородник знает, что в теплом грунте растения чувствуют себя лучше. Возможно, повышение температуры поверхности заставляет ее быстрее терять влагу и приводит к дополнительным затратам на полив. Но при потеплении в целом количество влаги в атмосфере увеличивается : чем сильнее нагреваются океаны, тем больше воды испаряется. И, соответственно, тем больше осадков выпадает. Другое дело, что распределение ее становится менее равномерным — высокие широты получают больше осадков.
В верхних слоях земной коры она колеблется от 11 до 120 м. Под геотермическим градиентом понимается прирост температуры на 100 метров глубины. Он зависит от теплопроводности горных пород и температурного режима земных недр. В целом он возрастает с глубиной. В складчатых областях он больше, чем на платформах, а геотермическая ступень наоборот — меньше. Изучение температурного режима нефтяных и газовых залежей имеет важное практическое значение.
Индийский аппарат передал первые данные с Луны, почва которой оказалась горячей
Установлено, что вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. В частности, измерили температуру поверхности Луны, а также на глубине около 10 сантиметров. 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. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова. Новости космос Луна оказалась горячее, чем считалось ра.
Тепловое поле Земли
В XXI веке предпринимаются попытки установить на практике температурный градиент Марса , пока безуспешные. Имеющиеся же предсказания теорий не обладают достоверностью по причине отсутствия достаточных знаний о внутреннем строении Марса. Вопрос определения термического градиента небесных тел важен, например, потому, что позволяет узнать, на какой глубине тела в грунте можно встретить воду в жидком состоянии [3]. В далёком будущем он поможет определить целесообразность развития геотермальной энергетики на далёких от Солнца телах, на которых солнечные электростанции будут малоэффективны. Планета Земля.
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! Без установки оборудования для закачки и подъема теплоносителя. В некоторых местах пробурить скважину в 50 метров задача не из легких.
Требуются усиленные обсадные трубы, укрепление шахты и т. Следует, что вода не будет подниматься с температурой 22 градуса.
Мы уже затрагивали тему, как бесплатно отапливать дом дровами , наступила очередь противоречивой технологии отопления дома энергией земли Геотермальное отопление. На глубине около 15 метров, температура земли составляет примерно 10 градусов по Цельсию. 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.
Адиабатический закон распределения температуры определяется сравнительно простой зависимостью.
Однако при расчёте температурных распределений по этому закону необходимо иметь в виду, что оно позволяет определять лишь градиенты температуры. Для построения же самой зависимости температуры от глубины необходимо задаться исходным значением адиабатической температуры в начале отсчёта, например на поверхности Земли. Но поверхность Земли перекрыта холодной литосферной оболочкой, фактически представляющей собой тепловой погранслой, в котором распределение температуры резко отличается от адиабатического закона. В такой ситуации за начальную температуру распределения следует принимать приведённую к поверхности температуру мантии, определяемую по максимальным температурам базальтовых магм, изливающихся в рифтовых зонах океанического типа или на океанских островах гавайского типа.
Адиабатический закон в простом выражении позволяет правильно определять лишь градиенты температуры и только в однородном сжимаемом веществе. Если же в этом веществе под влиянием высоких давлений происходят фазовые полиморфные перестройки минеральных ассоциаций к более плотным кристаллическим структурам, то на этих же глубинах в конвектирующей мантии обязательно возникнут температурные скачки. Если известны возникающие при этом скачки плотности например, по экспериментальным данным , то нетрудно определить и такие температурные перепады. Фазовые переходы к более плотным кристаллическим модификациям мантийного вещества сложного состава развиваются при разных давлениях и соответственно на разных глубинах.
Например, переход плагиоклазового лерцолита в пироксеновый наблюдается на глубинах около 25 км, а переход от пироксенового к гранатовому лерцолиту при температурах горячей мантии — на глубинах около 85 км. Полиморфные преобразования мантийного вещества в переходном слое С на глубинах около 400 и 670 км более значительны, сопровождаются существенными изменениями плотности мантийного вещества и чётко выявляются по сейсмическим данным. Первый из этих переходов связан с перекристаллизацией оливина в шпинелевую фазу, а второй — с распадом силикатов на простые окислы. По оценкам А.
В переходной зоне мантии до глубин около 900-1000 км могут происходить и другие кристаллические перестройки, например переход энстатита в структуру ильменита или перовскита. Глубже 900-1000 км других резких границ с фазовыми переходами мантийного вещества в более плотные кристаллические структуры, судя по сейсмическим данным, ожидать трудно.
Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение
В частности, измерили температуру поверхности Луны, а также на глубине около 10 сантиметров. Таким образом, верхний слой грунта оказался мощным теплоизолятором, способным защитить будущие поселения от холода.
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. На этапе Coolhouse 3,3 млн лет назад сформировались огромные ледяные щиты в Антарктике и в северном полушарии. Эта стадия, на которую попадает и эволюция человека, закончилась голоценом ближе к концу последнего ледникового периода - около 12000 лет назад. На последовавшей за этим фазе Icehouse температура имела тенденцию к повышению, причем в последние несколько десятилетий с нарастающей скоростью. Климатологи также сопоставили полученные данные с вариациями орбиты Земли, известными как циклы Миланковича: кривая показала периодические колебания в отдельных фазах из-за изменений орбиты нашей планеты. Однако, по словам ученых, большинство глобальных климатических изменений за последние миллионы лет были связаны с изменением уровня парниковых газов и объема полярных ледяных щитов.
Исторические наблюдения На отдельных участках земной поверхности фиксируются значения, далекие от среднего показателя.
Отрицательный температурный рекорд принадлежит Антарктиде. Он был зафиксирован в 2010 г. Самый резкий перепад между максимальным и минимальным значениями в течение суток зафиксирован в США в 1916 г. Когда метеорологи сообщают о фиксации нового рекорда или аномально высоких показателях для того или иного сезона, нужно понимать, что речь идет о сравнении с данными, зафиксированными за последние 200 лет. До этого контроль не проводился.
По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке теплогенерирующего оборудования. Анализ возможных областей применения в экономике России технологий энергосбережения, использующих нетрадиционные источники энергии , показывает, что в России наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий. При этом весьма эффективным направлением внедрения рассматриваемых технологий в практику отечественного строительства представляется широкое применение теплонасосных систем теплоснабжения ТСТ , использующих в качестве повсеместно доступного источника тепла низкого потенциала грунт поверхностных слоев Земли. При использовании тепла Земли можно выделить два вида тепловой энергии — высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы — термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет их использовать для теплоснабжения зданий. Однако использование высокопотенциального тепла Земли ограничено районами с определенными геологическими параметрами. В России это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод; в Европе источники высокопотенциального тепла есть в Венгрии, Исландии и Франции. В отличие от «прямого» использования высокопотенциального тепла гидротермальные ресурсы , использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Низкопотенциальное тепло Земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования охлаждения воздуха, обогрева дорожек в зимнее время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т. В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как «GHP» — «geothermal heat pumps», геотермальные тепловые насосы. Климатические характеристики стран Центральной и Северной Европы, которые вместе с США и Канадой являются главными районами использования низкопотенциального тепла Земли, определяют главным образом потребность в отоплении; охлаждение воздуха даже в летний период требуется относительно редко. Поэтому, в отличие от США, тепловые насосы в европейских странах работают в основном в режиме отопления. В США тепловые насосы чаще используются в системах воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, что позволяет как подогревать, так и охлаждать наружный воздух. В европейских странах тепловые насосы обычно применяются в системах водяного отопления. Поскольку эффективность тепловых насосов увеличивается при уменьшении разности температур испарителя и конденсатора, часто для отопления зданий используются системы напольного отопления, в которых циркулирует теплоноситель относительно низкой температуры 35—40 оC. Большинство тепловых насосов в Европе, предназначенных для использования низкопотенциального тепла Земли, оборудовано компрессорами с электрическим приводом. За последние десять лет количество систем, использующих для тепло- и холодоснабжения зданий низкопотенциальное тепло Земли посредством тепловых насосов , значительно увеличилось. Наибольшее число таких систем используется в США. Швейцария лидирует по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли на душу населения. В Москве в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли , а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы: парокомпрессионные теплонасосные установки ТНУ ; системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха; циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами. Данные, оценивающие мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов, приведены в таблице. Таблица 1. Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных глубиной до 400 м слоев Земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше. Тепловой режим грунта поверхностных слоев Земли формируется под действием двух основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15—20 м. Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины «нейтральной зоны» , формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата рис. График изменения температуры грунта в зависимости от глубины С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом примерно 3 градуса С на каждые 100 м. Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта системы теплосбора , вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других. Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков, а также грунтовые воды. Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. 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.
Кольская сверхглубокая
Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности. Глубина в метрах, при которой температура повышается на 1°С, называется геотермической ступенью. Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины.
Температура земли на глубине 100 метров. Температура внутри Земли
Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20–30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300–1500°C, на глубине 400 км — 1600°C, в ядре Земли (глубины более 6000 км) — 4000–5000°C. 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. Электропроводимость вещества Земли на разных глубинах может быть использована для определения температуры, так как она очень сильно зависит от температуры. Глубина в метрах, при которой температура повышается на 1°С, называется геотермической ступенью. Это постоянство температуры вызвало ученых предположить о возможном искусственном происхождении пещер, хотя окончательные выводы еще рано делать.
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
| Какая температура в центре Земли? | Электропроводимость вещества Земли на разных глубинах может быть использована для определения температуры, так как она очень сильно зависит от температуры. |
| Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров? | это скорость изменения температуры по мере увеличения глубины недр Земли. |
| Какая температура в центре Земли? | Если верить американским исследователям из Агентства по защите окружающей среды (U.S. Environmental Protection Agency (EPA), то за столетие (с 1913 года) средняя температура на Земле поднялась на половину градуса Цельсия. |
| Луна оказалась горячее, чем считалось ранее, выяснил индийский луноход «Прагьян» | Сравнивали температуру земли на глубине 10, 17 и 23 метра. |
| Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле | «К 2300 году средняя глобальная температура может подняться до уровней, каких Земля не видела за 50 миллионов лет», – заявляют ученые. |
Температура Земли приблизилась к рекордным показателям за 50 млн лет
Гречко и старший преподаватель кафедры физики, математики и физико-математического образования Мининского университета Алексей Киселев. Напомним, ранее индийский посадочный модуль «Чандраян-3» впервые выполнил прямые измерения температуры поверхности и подповерхностного слоя в районе южного полюса Луны, а ряд СМИ в очередной раз поставил под сомнение высадку американцев на спутнике Земли.
Пиковые температуры 6,5 тысяч лет назад примерно на 0,7 градуса Цельсия превосходили те, что наблюдались в середине 19 века. Однако с тех пор средняя температура Земли выросла еще на один градус Цельсия. Как рассказывает первый автор исследования, возможно, последний раз такие высокие устойчивые значения наблюдались около 125 тысяч лет назад, когда уровень моря был примерно на 6 метров выше, чем сегодня. Климатологи отмечают, что их модели не позволяют определить, как менялся климат на масштабе десятилетий, что затрудняет сравнение с недавними периодами. Исследователи надеются, что изучение закономерностей естественных изменений температуры помогут понять и оценить процессы, которые влияют на климат, а также улучшить прогнозы, которые будут учитывать как антропогенные, так и природные факторы. В прошлом ученые провели другое моделирование, которое показало, что концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла максимума за последние три миллиона лет, а средняя глобальная температура в этот период не превышала уровни доиндустриального периода.
В геологии при расчете геотермического градиента за единицу глубины приняты 100 м. В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и теплопроводностью, плотностью теплового потока, близостью к интрузиям и другими факторами.
Чем опасен нагрев суши Впрочем, это только начало работы климатологов. Теперь необходимо оценить, насколько в атмосфере вырастет количество метана и двуокиси углерода из-за таяния вечной мерзлоты. Известно, что в ней погребено огромное количество этих газов, но динамику их выбросов пока никто не подсчитал. Ускорившийся прогрев внутренних водоемов может радовать некоторых обывателей, ведь теперь купальный сезон можно будет начинать гораздо раньше. Однако ситуация хороша лишь с одной стороны. Изменение температурного режима неизбежно приведет к перестройке экосистем: в теплой воде больше микроорганизмов и водорослей и меньше кислорода, который необходим рыбам. Источник: Freepik В южных сельскохозяйственных районах планеты потепление поверхности может дать непредсказуемый результат.
Распределение температуры в Земле
На глубинах более 5000 метров температура в недрах Земли уже превышает 150 градусов Цельсия. На глубине всего несколько десятков метров хранится столько же тепла, сколько во всей атмосфере Земли. Чем теплее океан, тем ниже его способность поглощать энергию и сглаживать повышение температур на планете в целом. И тут нет хороших новостей. Для построения же самой зависимости температуры от глубины необходимо задаться исходным значением адиабатической температуры в начале отсчёта, например на поверхности Земли.