Για τη μοντελοποίηση των πεδίων θερμοκρασίας και για άλλους υπολογισμούς, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη θερμοκρασία του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος.
Η θερμοκρασία του εδάφους σε βάθος μετριέται χρησιμοποιώντας θερμόμετρα βάθους εδάφους καυσαερίων. Πρόκειται για προγραμματισμένες μελέτες που πραγματοποιούνται τακτικά από μετεωρολογικούς σταθμούς. Τα ερευνητικά δεδομένα χρησιμεύουν ως βάση για τους κλιματικούς άτλαντες και την κανονιστική τεκμηρίωση.
Για να αποκτήσετε τη θερμοκρασία του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος, μπορείτε να δοκιμάσετε, για παράδειγμα, δύο απλούς τρόπους. Και οι δύο μέθοδοι περιλαμβάνουν τη χρήση βιβλίων αναφοράς:
- Για έναν κατά προσέγγιση προσδιορισμό της θερμοκρασίας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το έγγραφο TsPI-22. «Μεταβάσεις σιδηροδρόμων με αγωγούς». Εδώ, στο πλαίσιο της μεθοδολογίας υπολογισμού θερμικής μηχανικής αγωγών, δίνεται ο Πίνακας 1, όπου για ορισμένες κλιματικές περιοχές δίνονται οι τιμές των θερμοκρασιών του εδάφους ανάλογα με το βάθος μέτρησης. Παραθέτω αυτόν τον πίνακα εδώ παρακάτω.
Τραπέζι 1
- Πίνακας θερμοκρασιών εδάφους σε διάφορα βάθη από μια πηγή "για να βοηθήσει έναν εργαζόμενο στη βιομηχανία αερίου" από την εποχή της ΕΣΣΔ
Τυπικά βάθη κατάψυξης για ορισμένες πόλεις:
Το βάθος της κατάψυξης του εδάφους εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους:
Νομίζω ότι η πιο εύκολη επιλογή είναι να χρησιμοποιήσετε τα παραπάνω δεδομένα αναφοράς και στη συνέχεια να κάνετε παρεμβολή.
Η πιο αξιόπιστη επιλογή για ακριβείς υπολογισμούς χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία του εδάφους είναι η χρήση δεδομένων από μετεωρολογικές υπηρεσίες. Ορισμένοι διαδικτυακοί κατάλογοι λειτουργούν με βάση μετεωρολογικές υπηρεσίες. Για παράδειγμα, http://www.atlas-yakutia.ru/.
Εδώ χρειάζεται απλώς να επιλέξετε έναν οικισμό, τύπο εδάφους και μπορείτε να λάβετε έναν χάρτη θερμοκρασίας εδάφους ή τα δεδομένα του σε μορφή πίνακα. Κατ 'αρχήν, είναι βολικό, αλλά φαίνεται ότι αυτός ο πόρος πληρώνεται.
Εάν γνωρίζετε άλλους τρόπους για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος, τότε γράψτε σχόλια.
Μπορεί να σας ενδιαφέρει το παρακάτω υλικό:
Οι κάθετοι συλλέκτες εξάγουν ενέργεια από το έδαφος χρησιμοποιώντας γεωθερμικούς ανιχνευτές γης. Πρόκειται για κλειστά συστήματα με φρεάτια διαμέτρου 145-150mm και βάθους 50 έως 150m, μέσω των οποίων τοποθετούνται σωλήνες. Στο τέλος του αγωγού εγκαθίσταται ένας αγκώνας U επιστροφής. Συνήθως, η εγκατάσταση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα μονού κυκλώματος με σωλήνες 2x d40 ("Σουηδικό σύστημα") ή έναν καθετήρα διπλού κυκλώματος με σωλήνες 4x d32. Οι ανιχνευτές διπλού κυκλώματος θα πρέπει να επιτυγχάνουν 10-15% μεγαλύτερη εξαγωγή θερμότητας. Για φρεάτια βαθύτερα από 150 m, πρέπει να χρησιμοποιούνται σωλήνες 4xd40 (για μείωση της απώλειας πίεσης).
Επί του παρόντος, τα περισσότερα πηγάδια για την εξαγωγή θερμότητας από τη γη έχουν βάθος 150 m Σε μεγαλύτερα βάθη, μπορεί να ληφθεί περισσότερη θερμότητα, αλλά το κόστος τέτοιων πηγαδιών θα είναι πολύ υψηλό. Επομένως, είναι σημαντικό να υπολογίσετε εκ των προτέρων το κόστος εγκατάστασης ενός κατακόρυφου συλλέκτη σε σύγκριση με την αναμενόμενη εξοικονόμηση στο μέλλον. Στην περίπτωση εγκατάστασης συστήματος ενεργητικής-παθητικής ψύξης, δεν γίνονται βαθύτερα φρεάτια λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας στο έδαφος και του χαμηλότερου δυναμικού τη στιγμή της μεταφοράς θερμότητας από το διάλυμα στο περιβάλλον. Ένα αντιψυκτικό μείγμα (οινόπνευμα, γλυκερίνη, γλυκόλη) κυκλοφορεί στο σύστημα, αραιωμένο με νερό στην επιθυμητή αντιψυκτική σύσταση. Σε μια αντλία θερμότητας, μεταφέρει τη θερμότητα που λαμβάνεται από το έδαφος σε ένα ψυκτικό μέσο. Η θερμοκρασία της γης σε βάθος 20 m είναι περίπου 10°C και αυξάνεται κατά 1°C κάθε 30m. Δεν επηρεάζεται από τις κλιματικές συνθήκες και επομένως μπορείτε να βασιστείτε σε υψηλής ποιότητας επιλογή ενέργειας τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι. Θα πρέπει να προστεθεί ότι η θερμοκρασία στο έδαφος είναι ελαφρώς διαφορετική στην αρχή της σεζόν (Σεπτέμβριος-Οκτώβριος) από τη θερμοκρασία στο τέλος της σεζόν (Μάρτιος-Απρίλιος). Επομένως, κατά τον υπολογισμό του βάθους των κατακόρυφων συλλεκτών, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η διάρκεια της περιόδου θέρμανσης στο χώρο εγκατάστασης.
Κατά τη συλλογή θερμότητας χρησιμοποιώντας γεωθερμικούς κατακόρυφους ανιχνευτές, οι σωστοί υπολογισμοί και ο σχεδιασμός των συλλεκτών είναι πολύ σημαντικοί. Για να πραγματοποιήσετε ικανούς υπολογισμούς, πρέπει να γνωρίζετε εάν είναι δυνατό να τρυπήσετε στο σημείο εγκατάστασης στο επιθυμητό βάθος.
Για μια αντλία θερμότητας με ισχύ 10 kW, απαιτούνται περίπου 120-180 m φρεατίου. Τα φρεάτια πρέπει να τοποθετούνται σε απόσταση τουλάχιστον 8 μέτρων μεταξύ τους. Ο αριθμός και το βάθος των πηγαδιών εξαρτάται από τις γεωλογικές συνθήκες, τη διαθεσιμότητα υπόγειων υδάτων, την ικανότητα του εδάφους να διατηρεί τη θερμότητα και την τεχνολογία γεώτρησης. Κατά τη διάνοιξη πολλαπλών φρεατίων, το συνολικό επιθυμητό μήκος φρέατος θα διαιρεθεί με τον αριθμό των φρεατίων.
Το πλεονέκτημα ενός κατακόρυφου συλλέκτη έναντι του οριζόντιου είναι η μικρότερη επιφάνεια γης προς χρήση, μια πιο σταθερή πηγή θερμότητας και η ανεξαρτησία της πηγής θερμότητας. καιρικές συνθήκες. Το μειονέκτημα των κάθετων συλλεκτών είναι το υψηλό κόστος των εργασιών εκσκαφής και η σταδιακή ψύξη της γης κοντά στον συλλέκτη (απαιτούνται σωστοί υπολογισμοί της απαιτούμενης ισχύος κατά το σχεδιασμό).
Υπολογισμός του απαιτούμενου βάθους φρέατος
Πληροφορίες που απαιτούνται για τον προκαταρκτικό υπολογισμό του βάθους και του αριθμού των φρεατίων:
Ισχύς αντλίας θερμότητας
Επιλεγμένος τύπος θέρμανσης - "ζεστά δάπεδα", καλοριφέρ, συνδυασμένα
Εκτιμώμενος αριθμός ωρών λειτουργίας της αντλίας θερμότητας ανά έτος, καλύπτοντας ενεργειακές ανάγκες
Θέση εγκατάστασης
Χρήση γεωθερμικού πηγαδιού - θέρμανση, θέρμανση ζεστού νερού, εποχιακή θέρμανση πισίνας, θέρμανση πισίνας όλο το χρόνο
Χρήση της λειτουργίας παθητικής (ενεργητικής) ψύξης σε ένα αντικείμενο
Συνολική ετήσια κατανάλωση θερμότητας για θέρμανση (MW/ώρα)
Η θερμοκρασία του εδάφους αλλάζει συνεχώς με το βάθος και το χρόνο. Εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, πολλοί από τους οποίους είναι δύσκολο να ληφθούν υπόψη. Οι τελευταίες, για παράδειγμα, περιλαμβάνουν: τη φύση της βλάστησης, την έκθεση της πλαγιάς στα βασικά σημεία, τη σκίαση, την χιονοκάλυψη, τη φύση των ίδιων των εδαφών, την παρουσία υπερ-μόνιμου παγωμένου νερού κ.λπ. Ωστόσο, η θερμοκρασία του εδάφους , τόσο ως προς την αξία όσο και ως προς τη φύση της κατανομής, παραμένει αρκετά σταθερό από έτος σε έτος σταθερό και η καθοριστική επίδραση εδώ παραμένει η θερμοκρασία του αέρα.
Θερμοκρασία εδάφους σε διαφορετικά βάθηκαι σε διαφορετικές περιόδους του έτους μπορεί να ληφθεί με άμεσες μετρήσεις σε θερμοπηγάτια, τα οποία εγκαθίστανται κατά τη διαδικασία της έρευνας. Αλλά αυτή η μέθοδος απαιτεί μακροχρόνιες παρατηρήσεις και σημαντικά έξοδα, κάτι που δεν δικαιολογείται πάντα. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από ένα ή δύο φρεάτια διανέμονται σε μεγάλες επιφάνειες και μήκη, παραμορφώνοντας σημαντικά την πραγματικότητα, έτσι ώστε τα υπολογισμένα δεδομένα για τη θερμοκρασία του εδάφους σε πολλές περιπτώσεις αποδεικνύονται πιο αξιόπιστα.
Θερμοκρασία εδάφους μόνιμου παγετούσε οποιοδήποτε βάθος (έως 10 m από την επιφάνεια) και για οποιαδήποτε περίοδο του έτους μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο:
tr = mt°, (3,7)
όπου z είναι το βάθος που μετράται από το VGM, m;
tr – θερμοκρασία εδάφους στο βάθος z, σε βαθμούς.
τr – χρόνος ίσος με ένα έτος (8760 ώρες).
τ - χρόνος που μετράται προς τα εμπρός (μέχρι την 1η Ιανουαρίου) από τη στιγμή της έναρξης της φθινοπωρινής κατάψυξης του εδάφους έως τη στιγμή για την οποία μετράται η θερμοκρασία, σε ώρες.
exp x – εκθέτης (η εκθετική συνάρτηση exp λαμβάνεται από τους πίνακες).
m – συντελεστής ανάλογα με την περίοδο του έτους (για την περίοδο Οκτωβρίου - Μαΐου m = 1,5-0,05z, και για την περίοδο Ιουνίου-Σεπτεμβρίου m = 1)
Η χαμηλότερη θερμοκρασία σε ένα δεδομένο βάθος θα είναι όταν το συνημίτονο στον τύπο (3.7) γίνει ίσο με -1, δηλαδή η ελάχιστη θερμοκρασία εδάφους για ένα έτος σε ένα δεδομένο βάθος θα είναι
tr min = (1,5-0,05z) t°, (3,8)
Η μέγιστη θερμοκρασία εδάφους στο βάθος z θα είναι όταν το συνημίτονο λάβει τιμή ίση με ένα, δηλ.
tr max = t°, (3,9)
Και στους τρεις τύπους, η τιμή της ογκομετρικής θερμοχωρητικότητας C m πρέπει να υπολογίζεται για τη θερμοκρασία του εδάφους t° χρησιμοποιώντας τον τύπο (3.10).
C 1 m = 1/W, (3,10)
Θερμοκρασία εδάφους στο στρώμα εποχικής απόψυξηςμπορεί επίσης να προσδιοριστεί με υπολογισμό, λαμβάνοντας υπόψη ότι η μεταβολή της θερμοκρασίας σε αυτό το στρώμα είναι αρκετά ακριβής κατά προσέγγιση γραμμική εξάρτησηστις ακόλουθες διαβαθμίσεις θερμοκρασίας (Πίνακας 3.1).
Έχοντας υπολογίσει χρησιμοποιώντας έναν από τους τύπους (3.8) – (3.9) τη θερμοκρασία του εδάφους σε επίπεδο VGM, δηλ. βάζοντας Z=0 στους τύπους και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας τον Πίνακα 3.1 προσδιορίζουμε τη θερμοκρασία του εδάφους σε δεδομένο βάθος στο στρώμα εποχικής απόψυξης. Στα ανώτερα στρώματα του εδάφους, μέχρι περίπου 1 m από την επιφάνεια, η φύση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας είναι πολύ περίπλοκη.
Πίνακας 3.1
Διαβάθμιση θερμοκρασίας στο στρώμα εποχικής απόψυξης σε βάθος κάτω του 1 m από την επιφάνεια του εδάφους
Σημείωση.Το πρόσημο της κλίσης εμφανίζεται στην κατεύθυνση προς την επιφάνεια της ημέρας.
Για να λάβετε την εκτιμώμενη θερμοκρασία του εδάφους σε ένα μέτρο στρώμα από την επιφάνεια, μπορείτε να προχωρήσετε ως εξής. Υπολογίστε τη θερμοκρασία σε βάθος 1 m και τη θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους κατά τη διάρκεια της ημέρας και, στη συνέχεια, με παρεμβολή από αυτές τις δύο τιμές, προσδιορίστε τη θερμοκρασία σε ένα δεδομένο βάθος.
Η θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους t p στην κρύα εποχή του έτους μπορεί να ληφθεί ίση με τη θερμοκρασία του αέρα. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού:
t p = 2+1,15 t c, (3,11)
όπου t p είναι η θερμοκρασία της επιφάνειας σε βαθμούς.
t in – θερμοκρασία αέρα σε βαθμούς.
Θερμοκρασία εδάφους σε μη συγχωνευμένη ζώνη μόνιμου παγετού υπολογίζεται διαφορετικά από ό,τι με τη συγχώνευση. Στην πράξη, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία σε επίπεδο VGM θα είναι 0°C καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Η υπολογισμένη θερμοκρασία του μόνιμου παγωμένου εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος μπορεί να προσδιοριστεί με παρεμβολή, υποθέτοντας ότι αλλάζει σε βάθος σύμφωνα με έναν γραμμικό νόμο από t° σε βάθος 10 m έως 0°C στο βάθος του VGM. Η θερμοκρασία στο αποψυγμένο στρώμα ht μπορεί να ληφθεί από 0,5 έως 1,5°C.
Στο στρώμα εποχικής κατάψυξης h p η θερμοκρασία του εδάφους μπορεί να υπολογιστεί με τον ίδιο τρόπο όπως για το στρώμα εποχικής απόψυξης της συγχωνευόμενης ζώνης μόνιμου παγετού, δηλ. σε στρώμα h p – 1 m κατά μήκος της βαθμίδας θερμοκρασίας (Πίνακας 3.1), λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία στο βάθος h p ίση με 0°C την ψυχρή περίοδο και 1°C σε ΘΕΡΙΝΗ ΩΡΑ. Στο ανώτερο μετρικό στρώμα του εδάφους, η θερμοκρασία προσδιορίζεται με παρεμβολή μεταξύ της θερμοκρασίας σε βάθος 1 m και της θερμοκρασίας στην επιφάνεια.
Μία από τις καλύτερες, πιο ορθολογικές μεθόδους στην κατασκευή μόνιμων θερμοκηπίων είναι ένα υπόγειο θερμοκήπιο.
Η χρήση αυτού του γεγονότος της σταθερότητας της θερμοκρασίας της γης σε βάθος στην κατασκευή ενός θερμοκηπίου παρέχει τεράστια εξοικονόμηση κόστους θέρμανσης την κρύα εποχή, διευκολύνει τη συντήρηση και κάνει το μικροκλίμα πιο σταθερό..
Ένα τέτοιο θερμοκήπιο λειτουργεί στους πιο πικρούς παγετούς, σας επιτρέπει να παράγετε λαχανικά και να καλλιεργείτε λουλούδια όλο το χρόνο.
Ένα σωστά εξοπλισμένο θερμοκήπιο στο έδαφος καθιστά δυνατή την ανάπτυξη, μεταξύ άλλων, των θερμοφιλών καλλιέργειες του Νότου. Πρακτικά δεν υπάρχουν περιορισμοί. Τα εσπεριδοειδή και ακόμη και οι ανανάδες μπορούν να ευδοκιμήσουν σε ένα θερμοκήπιο.
Για να λειτουργήσουν όμως όλα σωστά στην πράξη, είναι επιτακτική ανάγκη να ακολουθήσουμε τις δοκιμασμένες στο χρόνο τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή υπόγειων θερμοκηπίων. Άλλωστε, αυτή η ιδέα δεν είναι καινούργια, ακόμη και υπό τον Τσάρο στη Ρωσία, τα θαμμένα θερμοκήπια παρήγαγαν σοδειές ανανά, τις οποίες οι επιχειρηματίες έμποροι εξήγαγαν προς πώληση στην Ευρώπη.
Για κάποιο λόγο, η κατασκευή τέτοιων θερμοκηπίων δεν έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη στη χώρα μας, απλά έχει ξεχαστεί, αν και ο σχεδιασμός είναι ιδανικός για το κλίμα μας.
Μάλλον εδώ έπαιξε ρόλο η ανάγκη να σκάψουμε ένα βαθύ λάκκο και να ρίξουμε το θεμέλιο. Η κατασκευή ενός θαμμένου θερμοκηπίου είναι αρκετά δαπανηρή, απέχει πολύ από το να είναι ένα θερμοκήπιο καλυμμένο με πολυαιθυλένιο, αλλά η επιστροφή από το θερμοκήπιο είναι πολύ μεγαλύτερη.
Ο συνολικός εσωτερικός φωτισμός δεν χάνεται από το θαμμένο στο έδαφος, αυτό μπορεί να φαίνεται περίεργο, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις ο κορεσμός του φωτός είναι ακόμη υψηλότερος από αυτόν των κλασικών θερμοκηπίων.
Είναι αδύνατο να μην αναφέρουμε τη δύναμη και την αξιοπιστία της δομής, είναι ασύγκριτα ισχυρότερη από το συνηθισμένο, μπορεί να αντέξει πιο εύκολα τις ριπές του τυφώνα, αντιστέκεται καλά στο χαλάζι και τα συντρίμμια του χιονιού δεν θα γίνουν εμπόδιο.
1. Λάκκος
Η δημιουργία ενός θερμοκηπίου ξεκινά με το σκάψιμο ενός λάκκου. Για να χρησιμοποιήσετε τη θερμότητα της γης για να θερμάνετε το εσωτερικό, το θερμοκήπιο πρέπει να είναι αρκετά βαθύ. Όσο πιο βαθιά πηγαίνετε, τόσο πιο ζεστή γίνεται η γη.
Η θερμοκρασία παραμένει σχεδόν αμετάβλητη όλο το χρόνο σε απόσταση 2-2,5 μέτρων από την επιφάνεια. Σε βάθος 1 m, η θερμοκρασία του εδάφους κυμαίνεται περισσότερο, αλλά ακόμη και το χειμώνα η τιμή της παραμένει θετική συνήθως στη μεσαία ζώνη η θερμοκρασία είναι 4-10 C, ανάλογα με την εποχή του χρόνου.
Ένα χωνευτό θερμοκήπιο κατασκευάζεται σε μια εποχή. Δηλαδή τον χειμώνα θα μπορεί να λειτουργήσει πλήρως και να αποφέρει έσοδα. Η κατασκευή δεν είναι φθηνή, αλλά χρησιμοποιώντας εφευρετικότητα και συμβιβαστικά υλικά, είναι δυνατό να εξοικονομήσετε κυριολεκτικά μια τάξη μεγέθους φτιάχνοντας ένα είδος οικονομικής εκδοχής ενός θερμοκηπίου, ξεκινώντας από το λάκκο θεμελίωσης.
Για παράδειγμα, κάντε χωρίς τη χρήση κατασκευαστικού εξοπλισμού. Αν και το πιο εντατικό κομμάτι της εργασίας - το σκάψιμο ενός λάκκου - είναι, φυσικά, καλύτερα να το δώσετε σε έναν εκσκαφέα. Η μη αυτόματη αφαίρεση ενός τέτοιου όγκου εδάφους είναι δύσκολη και χρονοβόρα.
Το βάθος του λάκκου εκσκαφής πρέπει να είναι τουλάχιστον δύο μέτρα. Σε τέτοιο βάθος, η γη θα αρχίσει να μοιράζεται τη θερμότητά της και να λειτουργεί σαν ένα είδος θερμός. Εάν το βάθος είναι μικρότερο, τότε καταρχήν η ιδέα θα λειτουργήσει, αλλά αισθητά λιγότερο αποτελεσματικά. Ως εκ τούτου, συνιστάται να μην σπαταλάτε προσπάθεια και χρήματα για την εμβάθυνση του μελλοντικού θερμοκηπίου.
Τα υπόγεια θερμοκήπια μπορούν να έχουν οποιοδήποτε μήκος, αλλά είναι καλύτερο να διατηρηθεί το πλάτος εντός 5 μέτρων, εάν το πλάτος είναι μεγαλύτερο, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της θέρμανσης και της αντανάκλασης του φωτός επιδεινώνονται.
Στις πλευρές του ορίζοντα, τα υπόγεια θερμοκήπια πρέπει να είναι προσανατολισμένα, όπως τα συνηθισμένα θερμοκήπια και τα θερμοκήπια, από ανατολή προς δύση, δηλαδή, έτσι ώστε η μία από τις πλευρές να βλέπει νότια. Σε αυτή τη θέση, τα φυτά θα λάβουν τη μέγιστη ποσότητα ηλιακής ενέργειας.
2. Τοίχοι και στέγη
Χύνεται ένα θεμέλιο ή τοποθετούνται μπλοκ κατά μήκος της περιμέτρου του λάκκου. Το θεμέλιο χρησιμεύει ως βάση για τους τοίχους και το πλαίσιο της δομής. Είναι καλύτερο να φτιάξετε τοίχους από υλικά με καλά θερμομονωτικά χαρακτηριστικά.
Το πλαίσιο της οροφής είναι συχνά κατασκευασμένο από ξύλο, από ράβδους εμποτισμένες με αντισηπτικούς παράγοντες. Η δομή της οροφής είναι συνήθως ευθύγραμμο αέτωμα. Μια δοκός κορυφογραμμής είναι στερεωμένη στο κέντρο της δομής, για το σκοπό αυτό, τοποθετούνται κεντρικά στηρίγματα στο πάτωμα σε όλο το μήκος του θερμοκηπίου.
Η δοκός κορυφογραμμής και οι τοίχοι συνδέονται με μια σειρά δοκών. Το πλαίσιο μπορεί να κατασκευαστεί χωρίς ψηλά στηρίγματα. Αντικαθίστανται με μικρά, τα οποία τοποθετούνται σε εγκάρσιες δοκούς που συνδέουν τις απέναντι πλευρές του θερμοκηπίου - αυτό το σχέδιο κάνει τον εσωτερικό χώρο πιο ελεύθερο.
Ως κάλυμμα στέγης, είναι καλύτερο να παίρνετε κυψελωτό πολυανθρακικό - δημοφιλές σύγχρονο υλικό. Η απόσταση μεταξύ των δοκών κατά την κατασκευή προσαρμόζεται στο πλάτος των πολυανθρακικών φύλλων. Είναι βολικό να εργάζεστε με το υλικό. Η επίστρωση λαμβάνεται με μικρό αριθμό αρμών, αφού τα φύλλα παράγονται μήκους 12 m.
Είναι στερεωμένα στο πλαίσιο με βίδες με αυτοκόλλητη τομή. Για να αποφύγετε το ράγισμα του φύλλου, πρέπει να ανοίξετε μια τρύπα της κατάλληλης διαμέτρου για κάθε βίδα αυτοεπιπεδώματος. Χρησιμοποιώντας ένα κατσαβίδι ή ένα κανονικό τρυπάνι με μύτη Phillips, η εργασία υάλωσης κινείται πολύ γρήγορα. Για να διασφαλίσετε ότι δεν υπάρχουν κενά, καλό είναι να τοποθετήσετε εκ των προτέρων ένα στεγανωτικό από μαλακό καουτσούκ ή άλλο κατάλληλο υλικό κατά μήκος της κορυφής των δοκών και μόνο μετά να βιδώσετε τα φύλλα. Η κορυφή της οροφής κατά μήκος της κορυφογραμμής πρέπει να τοποθετηθεί με μαλακή μόνωση και να πιεστεί με κάποιο είδος γωνίας: πλαστικό, κασσίτερο ή άλλο κατάλληλο υλικό.
Για καλή θερμομόνωση, η οροφή μερικές φορές γίνεται με διπλό στρώμα πολυανθρακικού. Αν και η διαφάνεια μειώνεται κατά περίπου 10%, καλύπτεται από εξαιρετική θερμομονωτική απόδοση. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το χιόνι σε μια τέτοια οροφή δεν λιώνει. Επομένως, η κλίση πρέπει να είναι σε επαρκή γωνία, τουλάχιστον 30 μοίρες, ώστε να μην συσσωρεύεται χιόνι στην οροφή. Επιπλέον, έχει τοποθετηθεί ένας ηλεκτρικός δονητής για τίναγμα που θα προστατεύει την οροφή εάν συσσωρευτεί χιόνι.
Τα διπλά τζάμια γίνονται με δύο τρόπους:
Ένα ειδικό προφίλ εισάγεται μεταξύ δύο φύλλων, τα φύλλα είναι προσαρτημένα στο πλαίσιο από πάνω.
Πρώτον, το κάτω στρώμα του υαλοπίνακα είναι προσαρτημένο στο πλαίσιο από μέσα, στην κάτω πλευρά των δοκών. Το δεύτερο στρώμα της οροφής καλύπτεται, ως συνήθως, από πάνω.
Μετά την ολοκλήρωση της εργασίας, συνιστάται να σφραγίσετε όλες τις αρθρώσεις με ταινία. Η τελική οροφή φαίνεται πολύ εντυπωσιακή: χωρίς περιττούς αρμούς, λεία, χωρίς προεξέχοντα μέρη.
3. Μόνωση και θέρμανση
Η μόνωση τοίχων πραγματοποιείται ως εξής. Πρώτα πρέπει να καλύψετε προσεκτικά όλες τις αρθρώσεις και τις ραφές του τοίχου με το διάλυμα εδώ μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε αφρό πολυουρεθάνης. Το εσωτερικό των τοίχων καλύπτεται με θερμομονωτική μεμβράνη.
Σε κρύες περιοχές της χώρας, καλό είναι να χρησιμοποιείτε χοντρή μεμβράνη αλουμινίου, καλύπτοντας τον τοίχο με διπλή στρώση.
Η θερμοκρασία βαθιά στο έδαφος του θερμοκηπίου είναι πάνω από το μηδέν, αλλά πιο κρύα από τη θερμοκρασία του αέρα που είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των φυτών. Το ανώτερο στρώμα θερμαίνεται από τις ακτίνες του ήλιου και τον αέρα του θερμοκηπίου, αλλά και πάλι το χώμα αφαιρεί θερμότητα, έτσι συχνά στα υπόγεια θερμοκήπια χρησιμοποιούν την τεχνολογία των "θερμών δαπέδων": το θερμαντικό στοιχείο - ένα ηλεκτρικό καλώδιο - προστατεύεται με μια μεταλλική σχάρα ή γεμάτη με σκυρόδεμα.
Στη δεύτερη περίπτωση, χύνεται χώμα για τα κρεβάτια πάνω από σκυρόδεμα ή χόρτα καλλιεργούνται σε γλάστρες και γλάστρες.
Η χρήση ενδοδαπέδιας θέρμανσης μπορεί να είναι επαρκής για τη θέρμανση ολόκληρου του θερμοκηπίου, εάν υπάρχει αρκετή ισχύς. Αλλά είναι πιο αποτελεσματικό και πιο άνετο για τα φυτά να χρησιμοποιούν συνδυασμένη θέρμανση: θερμό δάπεδο + θέρμανση αέρα. Για καλή ανάπτυξη χρειάζονται θερμοκρασία αέρα 25-35 μοίρες με θερμοκρασία εδάφους περίπου 25 C.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
Φυσικά, η κατασκευή ενός θερμοκηπίου σε εσοχή θα κοστίσει περισσότερο και θα απαιτήσει περισσότερη προσπάθεια από την κατασκευή ενός παρόμοιου θερμοκηπίου συμβατικού σχεδιασμού. Αλλά τα χρήματα που επενδύονται σε ένα θερμοκήπιο αποδίδουν με την πάροδο του χρόνου.
Πρώτον, εξοικονομεί ενέργεια κατά τη θέρμανση. Ανεξάρτητα από το πώς το θερμαίνεις χειμερινή ώραένα συνηθισμένο υπέργειο θερμοκήπιο, θα είναι πάντα πιο ακριβό και πιο δύσκολο από μια παρόμοια μέθοδο θέρμανσης σε ένα υπόγειο θερμοκήπιο. Δεύτερον, εξοικονόμηση φωτισμού. Η θερμομόνωση με αλουμινόχαρτο των τοίχων, αντανακλώντας το φως, διπλασιάζει το φωτισμό. Το μικροκλίμα σε ένα βαθύ θερμοκήπιο το χειμώνα θα είναι πιο ευνοϊκό για τα φυτά, κάτι που σίγουρα θα επηρεάσει την απόδοση. Τα σπορόφυτα θα ριζώσουν εύκολα και τα ευαίσθητα φυτά θα αισθάνονται υπέροχα. Ένα τέτοιο θερμοκήπιο εγγυάται μια σταθερή, υψηλή απόδοση οποιωνδήποτε φυτών όλο το χρόνο.
Περιγραφή:
Σε αντίθεση με την «άμεση» χρήση γεωθερμικής θερμότητας υψηλού δυναμικού (υδροθερμικοί πόροι), η χρήση εδάφους από τα επιφανειακά στρώματα της Γης ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού για συστήματα παροχής θερμότητας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας (GHST) είναι δυνατό σχεδόν παντού. Επί του παρόντος, στον κόσμο, αυτός είναι ένας από τους πιο δυναμικά αναπτυσσόμενους τομείς χρήσης μη παραδοσιακών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Συστήματα παροχής θερμότητας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας και η αποτελεσματικότητα της χρήσης τους στις κλιματικές συνθήκες της Ρωσίας
G. P. Vasiliev, επιστημονικός διευθυντής της OJSC "INSOLAR-INVEST"
Σε αντίθεση με την «άμεση» χρήση γεωθερμικής θερμότητας υψηλού δυναμικού (υδροθερμικοί πόροι), η χρήση εδάφους από τα επιφανειακά στρώματα της Γης ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλού δυναμικού για συστήματα παροχής θερμότητας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας (GHST) είναι δυνατό σχεδόν παντού. Επί του παρόντος, στον κόσμο, αυτός είναι ένας από τους πιο δυναμικά αναπτυσσόμενους τομείς χρήσης μη παραδοσιακών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Το έδαφος των επιφανειακών στρωμάτων της Γης είναι στην πραγματικότητα ένας θερμικός συσσωρευτής απεριόριστης ισχύος. Το θερμικό καθεστώς του εδάφους διαμορφώνεται υπό την επίδραση δύο κύριων παραγόντων - της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια και της ροής ραδιογενούς θερμότητας από τα έγκατα της γης. Οι εποχιακές και καθημερινές αλλαγές στην ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα προκαλούν διακυμάνσεις στη θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους. Το βάθος διείσδυσης των ημερήσιων διακυμάνσεων της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα και η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, ανάλογα με το συγκεκριμένο έδαφος- κλιματικές συνθήκεςκυμαίνεται από αρκετές δεκάδες εκατοστά έως ενάμισι μέτρο. Το βάθος διείσδυσης των εποχιακών διακυμάνσεων της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα και η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας δεν υπερβαίνει, κατά κανόνα, τα 15-20 m.
Το θερμικό καθεστώς των στρωμάτων του εδάφους που βρίσκονται κάτω από αυτό το βάθος ("ουδέτερη ζώνη") σχηματίζεται υπό την επίδραση της θερμικής ενέργειας που προέρχεται από τα έγκατα της Γης και είναι πρακτικά ανεξάρτητο από τις εποχιακές και ακόμη περισσότερο τις καθημερινές αλλαγές στις παραμέτρους του εξωτερικού κλίμα (Εικ. 1). Καθώς το βάθος αυξάνεται, η θερμοκρασία του εδάφους αυξάνεται επίσης σύμφωνα με τη γεωθερμική κλίση (περίπου 3 °C για κάθε 100 m). Το μέγεθος της ροής της ραδιογενούς θερμότητας που προέρχεται από το εσωτερικό της γης ποικίλλει για διαφορετικές περιοχές. Κατά κανόνα, αυτή η τιμή είναι 0,05–0,12 W/m2.
Εικόνα 1. |
Κατά τη λειτουργία του GTST, η μάζα εδάφους που βρίσκεται εντός της ζώνης θερμικής επιρροής του μητρώου σωλήνων του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους του συστήματος συλλογής θερμότητας εδάφους χαμηλού δυναμικού (σύστημα συλλογής θερμότητας), λόγω εποχιακών αλλαγών στις παραμέτρους του Το εξωτερικό κλίμα, καθώς και υπό την επίδραση λειτουργικών φορτίων στο σύστημα συλλογής θερμότητας, υπόκειται συνήθως σε επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη. Στην περίπτωση αυτή, φυσικά, υπάρχει μια αλλαγή στη συνολική κατάσταση της υγρασίας που περιέχεται στους πόρους του εδάφους και, στη γενική περίπτωση, τόσο στην υγρή, τη στερεή και την αέρια φάση ταυτόχρονα. Επιπλέον, σε τριχοειδή-πορώδη συστήματα, όπως η μάζα του εδάφους του συστήματος συλλογής θερμότητας, η παρουσία υγρασίας στον χώρο των πόρων έχει αισθητή επίδραση στη διαδικασία διάδοσης της θερμότητας. Η σωστή συνεκτίμηση αυτής της επιρροής σήμερα συνδέεται με σημαντικές δυσκολίες, οι οποίες συνδέονται κυρίως με την έλλειψη σαφών ιδεών για τη φύση της κατανομής στερεών, υγρών και αερίων φάσεων υγρασίας σε μια συγκεκριμένη δομή του συστήματος. Εάν υπάρχει μια διαβάθμιση θερμοκρασίας στο πάχος της μάζας του εδάφους, τα μόρια των υδρατμών μετακινούνται σε μέρη με χαμηλότερο δυναμικό θερμοκρασίας, αλλά ταυτόχρονα, υπό την επίδραση των βαρυτικών δυνάμεων, εμφανίζεται μια αντίθετα κατευθυνόμενη ροή υγρασίας στην υγρή φάση. . Επιπλέον, στις καθεστώς θερμοκρασίαςτα ανώτερα στρώματα του εδάφους επηρεάζονται από την υγρασία ατμοσφαιρική βροχόπτωση, καθώς και τα υπόγεια ύδατα.
Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του θερμικού καθεστώτος των συστημάτων συλλογής θερμότητας του εδάφους ως αντικείμενο σχεδιασμού περιλαμβάνουν επίσης τη λεγόμενη «πληροφοριακή αβεβαιότητα» των μαθηματικών μοντέλων που περιγράφουν τέτοιες διαδικασίες ή, με άλλα λόγια, την έλλειψη αξιόπιστων πληροφοριών σχετικά με τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. σύστημα (η ατμόσφαιρα και η μάζα του εδάφους που βρίσκονται έξω από τη ζώνη θερμικής επιρροής του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους του συστήματος συλλογής θερμότητας) και την εξαιρετική πολυπλοκότητα της προσέγγισής τους. Πράγματι, εάν η προσέγγιση των επιπτώσεων στο εξωτερικό κλιματικό σύστημα, αν και πολύπλοκη, μπορεί να πραγματοποιηθεί με ένα ορισμένο κόστος «χρόνου υπολογιστή» και τη χρήση υπαρχόντων μοντέλων (για παράδειγμα, ένα «τυπικό κλιματικό έτος»), τότε η πρόβλημα της συνεκτίμησης της επίδρασης στο ατμοσφαιρικό σύστημα στις επιρροές του μοντέλου (δροσος, ομίχλη, βροχή, χιόνι κ.λπ.), καθώς και προσέγγιση της θερμικής επίδρασης στη μάζα του εδάφους του συστήματος συλλογής θερμότητας του υποκείμενου και του περιβάλλοντος τα στρώματα του εδάφους είναι πρακτικά αδύνατο να επιλυθούν σήμερα και θα μπορούσαν να αποτελέσουν αντικείμενο ξεχωριστών μελετών. Για παράδειγμα, μικρή γνώση των διαδικασιών σχηματισμού των ροών διήθησης των υπόγειων υδάτων, τους όριο ταχύτητας, καθώς και η αδυναμία απόκτησης αξιόπιστες πληροφορίεςπληροφορίες σχετικά με το θερμικό καθεστώς και το καθεστώς υγρασίας των στρωμάτων εδάφους που βρίσκονται κάτω από τη ζώνη θερμικής επίδρασης του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους περιπλέκουν σημαντικά το έργο της κατασκευής ενός σωστού μαθηματικού μοντέλου του θερμικού καθεστώτος του συστήματος συλλογής θερμότητας εδάφους χαμηλού δυναμικού.
Για να ξεπεραστούν οι περιγραφόμενες δυσκολίες που προκύπτουν κατά το σχεδιασμό του GTST, μπορούν να προταθούν οι μέθοδοι που δημιουργήθηκαν και δοκιμάστηκαν στην πράξη μαθηματική μοντελοποίησηθερμικό καθεστώς συστημάτων συλλογής θερμότητας εδάφους και μεθοδολογία για τη συνεκτίμηση των μεταπτώσεων φάσης της υγρασίας στον χώρο πόρων του εδαφικού όγκου των συστημάτων συλλογής θερμότητας κατά το σχεδιασμό του GTST.
Η ουσία της μεθόδου είναι να ληφθεί υπόψη, κατά την κατασκευή ενός μαθηματικού μοντέλου, η διαφορά μεταξύ δύο προβλημάτων: το «βασικό» πρόβλημα, το οποίο περιγράφει τη θερμική κατάσταση του εδάφους στη φυσική του κατάσταση (χωρίς την επίδραση του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους του σύστημα συλλογής θερμότητας), και το πρόβλημα προς επίλυση, το οποίο περιγράφει το θερμικό καθεστώς της εδαφικής μάζας με ψύκτρες (πηγές). Ως αποτέλεσμα, η μέθοδος καθιστά δυνατή την απόκτηση μιας λύσης σχετικά με μια ορισμένη νέα λειτουργία, η οποία είναι συνάρτηση της επίδρασης των ψυκτών στο φυσικό θερμικό καθεστώς του εδάφους και μιας ίσης διαφοράς στη θερμοκρασία της μάζας του εδάφους στο φυσική κατάσταση και τη μάζα του εδάφους με αποχετεύσεις (πηγές θερμότητας) - με τον εναλλάκτη θερμότητας εδάφους του συστήματος συλλογής θερμότητας. Η χρήση αυτής της μεθόδου στην κατασκευή μαθηματικών μοντέλων του θερμικού καθεστώτος συστημάτων συλλογής θερμότητας εδάφους χαμηλού δυναμικού κατέστησε δυνατή όχι μόνο την παράκαμψη των δυσκολιών που σχετίζονται με την προσέγγιση των εξωτερικών επιδράσεων στο σύστημα συλλογής θερμότητας, αλλά και τη χρήση στα μοντέλα πληροφοριών σχετικά με το φυσικό θερμικό καθεστώς του εδάφους που λαμβάνεται πειραματικά από μετεωρολογικούς σταθμούς. Αυτό μας επιτρέπει να λάβουμε εν μέρει υπόψη ολόκληρο το σύμπλεγμα παραγόντων (όπως η παρουσία των υπόγειων υδάτων, η ταχύτητα και τα θερμικά τους καθεστώτα, η δομή και η θέση των στρωμάτων του εδάφους, το «θερμικό» υπόβαθρο της Γης, η βροχόπτωση, οι μετασχηματισμοί φάσης της υγρασίας στο χώρο των πόρων και πολλά άλλα), τα οποία επηρεάζουν σημαντικά τη διαμόρφωση του θερμικού καθεστώτος του συστήματος συλλογής θερμότητας και η κοινή εξέταση του οποίου σε μια αυστηρή διατύπωση του προβλήματος είναι πρακτικά αδύνατη.
Η μεθοδολογία για τη συνεκτίμηση των μεταπτώσεων φάσης της υγρασίας στο χώρο πόρων μιας εδαφικής μάζας κατά το σχεδιασμό ενός εναλλάκτη θερμότητας εδάφους βασίζεται στη νέα έννοια της «ισοδύναμης» θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους, η οποία προσδιορίζεται αντικαθιστώντας το πρόβλημα του θερμικού καθεστώτος ενός κυλίνδρου εδάφους παγωμένου γύρω από τους σωλήνες ενός εναλλάκτη θερμότητας εδάφους με «ισοδύναμο» σχεδόν ακίνητο πρόβλημα με στενό πεδίο θερμοκρασίας και ίδιες συνθήκες οριακών τιμών, αλλά με διαφορετική «ισοδύναμη» θερμική αγωγιμότητα.
Το πιο σημαντικό έργο που επιλύεται κατά το σχεδιασμό συστημάτων παροχής γεωθερμικής θερμότητας για κτίρια είναι η λεπτομερής αξιολόγηση των ενεργειακών δυνατοτήτων του κλίματος της περιοχής κατασκευής και, σε αυτή τη βάση, η σύνταξη ενός συμπερασμάτων σχετικά με την αποτελεσματικότητα και τη σκοπιμότητα χρήσης μιας συγκεκριμένης λύσης κυκλώματος GTST . Οι υπολογισμένες τιμές των κλιματικών παραμέτρων που δίνονται στα τρέχοντα κανονιστικά έγγραφα δεν παρέχουν πλήρη περιγραφή του εξωτερικού κλίματος, της μεταβλητότητάς του ανά μήνα, καθώς και σε ορισμένες περιόδους του έτους - περίοδος θέρμανσης, περίοδος υπερθέρμανσης κ.λπ. , κατά τη λήψη απόφασης για το δυναμικό θερμοκρασίας της γεωθερμικής θερμότητας, την αξιολόγηση της πιθανότητας συνδυασμού της με άλλες φυσικές πηγές θερμότητας χαμηλού δυναμικού, η εκτίμηση του επιπέδου θερμοκρασίας (πηγών) τους στον ετήσιο κύκλο απαιτεί τη χρήση πληρέστερων κλιματικών δεδομένων, όπως π. στον κατάλογο της ΕΣΣΔ για το κλίμα (L.: Gidrometioizdat. Τεύχος 1–34).
Μεταξύ τέτοιων κλιματικών πληροφοριών στην περίπτωσή μας, θα πρέπει να επισημάνουμε, πρώτα απ 'όλα:
– δεδομένα για τη μέση μηνιαία θερμοκρασία του εδάφους σε διαφορετικά βάθη.
– δεδομένα για τη λήψη ηλιακής ακτινοβολίας σε επιφάνειες με διαφορετικό προσανατολισμό.
Στον πίνακα Οι πίνακες 1–5 δείχνουν δεδομένα για τις μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες εδάφους σε διάφορα βάθη για ορισμένες ρωσικές πόλεις. Στον πίνακα Ο Πίνακας 1 δείχνει τις μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες εδάφους για 23 πόλεις της Ρωσικής Ομοσπονδίας σε βάθος 1,6 m, το οποίο φαίνεται να είναι το πιο ορθολογικό από την άποψη του θερμοκρασιακού δυναμικού του εδάφους και των δυνατοτήτων μηχανοποίησης των εργασιών τοποθέτησης οριζόντιοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους.
| Τραπέζι 1 Μέσες θερμοκρασίες εδάφους ανά μήνα σε βάθος 1,6 m για ορισμένες πόλεις της Ρωσίας |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| πίνακας 2 Θερμοκρασία εδάφους στη Σταυρούπολη (έδαφος - μαύρο έδαφος) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Πίνακας 3 Θερμοκρασίες εδάφους στο Γιακούτσκ (το χώμα είναι λασπώδες-αμμώδες με πρόσμιξη χούμου, κάτω - άμμος) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Πίνακας 4 Θερμοκρασίες εδάφους στο Pskov (πάτος, αργιλώδες έδαφος, αργιλώδες υπέδαφος) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Πίνακας 5 Θερμοκρασία εδάφους στο Βλαδιβοστόκ (καφέ βραχώδες, χύμα χώμα) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται στους πίνακες σχετικά με τη φυσική πορεία των θερμοκρασιών του εδάφους σε βάθος έως και 3,2 m (δηλαδή στο «εργαζόμενο» στρώμα εδάφους για GTST με οριζόντιο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους) απεικονίζουν ξεκάθαρα τις δυνατότητες χρήσης του εδάφους ως χαμηλή - πιθανή πηγή θερμότητας. Είναι προφανές ότι υπάρχει ένα σχετικά μικρό εύρος μεταβολών στη θερμοκρασία των στρωμάτων που βρίσκονται στο ίδιο βάθος στο έδαφος της Ρωσίας. Για παράδειγμα, η ελάχιστη θερμοκρασία εδάφους σε βάθος 3,2 m από την επιφάνεια στην πόλη της Σταυρούπολης είναι 7,4 °C και στην πόλη Yakutsk – (–4,4 °C). Αντίστοιχα, το εύρος των αλλαγών στη θερμοκρασία του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος είναι 11,8 μοίρες. Αυτό το γεγονός μας επιτρέπει να υπολογίζουμε στη δημιουργία επαρκώς ενοποιημένου εξοπλισμού αντλίας θερμότητας κατάλληλου για λειτουργία σε ολόκληρη σχεδόν την επικράτεια της Ρωσίας.
Όπως φαίνεται από τους πίνακες που παρουσιάζονται, χαρακτηριστικό στοιχείοΤο φυσικό καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους είναι η υστέρηση των ελάχιστων θερμοκρασιών του εδάφους σε σχέση με τον χρόνο άφιξης των ελάχιστων θερμοκρασιών του εξωτερικού αέρα. Οι ελάχιστες εξωτερικές θερμοκρασίες του αέρα παρατηρούνται παντού τον Ιανουάριο, οι ελάχιστες θερμοκρασίες στο έδαφος σε βάθος 1,6 m στη Σταυρούπολη παρατηρούνται τον Μάρτιο, στο Γιακούτσκ - τον Μάρτιο, στο Σότσι - τον Μάρτιο, στο Βλαδιβοστόκ - τον Απρίλιο. Έτσι, είναι προφανές ότι μέχρι να σημειωθούν ελάχιστες θερμοκρασίες στο έδαφος, το φορτίο στο σύστημα θέρμανσης της αντλίας θερμότητας (απώλεια θερμότητας του κτιρίου) μειώνεται. Αυτό το σημείο ανοίγει αρκετά σοβαρές ευκαιρίες για τη μείωση της εγκατεστημένης ισχύος του GTST (εξοικονόμηση κεφαλαιουχικού κόστους) και πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τον σχεδιασμό.
Για να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της χρήσης συστημάτων παροχής θερμότητας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας στις κλιματικές συνθήκες της Ρωσίας, η επικράτεια της Ρωσικής Ομοσπονδίας χωρίστηκε σε περιοχές ανάλογα με την αποτελεσματικότητα χρήσης γεωθερμικής θερμότητας χαμηλού δυναμικού για σκοπούς παροχής θερμότητας. Η χωροθέτηση πραγματοποιήθηκε με βάση τα αποτελέσματα αριθμητικών πειραμάτων για τη μοντελοποίηση των τρόπων λειτουργίας του GTST στις κλιματικές συνθήκες διαφόρων περιοχών της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Πραγματοποιήθηκαν αριθμητικά πειράματα χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας υποθετικής διώροφης εξοχικής κατοικίας με θερμαινόμενη επιφάνεια 200 m2, εξοπλισμένης με σύστημα παροχής θερμότητας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας. Οι εξωτερικές κατασκευές περίφραξης του εν λόγω σπιτιού έχουν την ακόλουθη μειωμένη αντίσταση μεταφοράς θερμότητας:
– εξωτερικοί τοίχοι – 3,2 m 2 h °C/W;
– παράθυρα και πόρτες – 0,6 m 2 h °C/W;
– καλύμματα και οροφές – 4,2 m 2 h °C/W.
Κατά τη διεξαγωγή αριθμητικών πειραμάτων, ελήφθησαν υπόψη τα ακόλουθα:
– Σύστημα συλλογής θερμότητας εδάφους με χαμηλή πυκνότητα κατανάλωσης γεωθερμικής ενέργειας.
– οριζόντιο σύστημα συλλογής θερμότητας από σωλήνες πολυαιθυλενίου με διάμετρο 0,05 m και μήκος 400 m.
– σύστημα συλλογής θερμότητας εδάφους με υψηλή πυκνότητα κατανάλωσης γεωθερμικής ενέργειας.
– σύστημα κατακόρυφης συλλογής θερμότητας από ένα θερμικό φρεάτιο με διάμετρο 0,16 m και μήκος 40 m.
Οι μελέτες που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι η κατανάλωση θερμικής ενέργειας από τη μάζα του εδάφους στο τέλος της περιόδου θέρμανσης προκαλεί μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους κοντά στο μητρώο των σωλήνων του συστήματος συλλογής θερμότητας, η οποία στις εδαφικές και κλιματικές συνθήκες του μεγαλύτερου μέρους της επικράτειας η Ρωσική Ομοσπονδία δεν έχει χρόνο να αποζημιωθεί κατά τη θερινή περίοδο του έτους και από την αρχή της επόμενης περιόδου θέρμανσης το έδαφος βγαίνει με μειωμένο δυναμικό θερμοκρασίας. Η κατανάλωση θερμικής ενέργειας κατά την επόμενη περίοδο θέρμανσης προκαλεί περαιτέρω μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους και από την αρχή της τρίτης περιόδου θέρμανσης το δυναμικό θερμοκρασίας του διαφέρει ακόμη περισσότερο από το φυσικό. Και ούτω καθεξής... Ωστόσο, τα περιβλήματα της θερμικής επιρροής της μακροχρόνιας λειτουργίας του συστήματος συλλογής θερμότητας στο φυσικό καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους έχουν έντονο εκθετικό χαρακτήρα και μέχρι τον πέμπτο χρόνο λειτουργίας το έδαφος φτάνει σε ένα νέο καθεστώς, κοντά στο περιοδικό, δηλαδή, ξεκινώντας από τον πέμπτο χρόνο λειτουργίας, η μακροχρόνια κατανάλωση θερμικής ενέργειας από τον εδαφικό όγκο του συστήματος συλλογής θερμότητας συνοδεύεται από περιοδικές αλλαγές στη θερμοκρασία του. Έτσι, κατά τη διεξαγωγή ζωνών του εδάφους της Ρωσικής Ομοσπονδίας, ήταν απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η πτώση της θερμοκρασίας της μάζας του εδάφους που προκλήθηκε από πολλά χρόνια λειτουργίας του συστήματος συλλογής θερμότητας και να χρησιμοποιηθούν οι αναμενόμενες θερμοκρασίες εδάφους για 5ο έτος λειτουργίας του GTST ως οι υπολογισμένες παράμετροι για τις θερμοκρασίες της εδαφικής μάζας. Λαμβάνοντας υπόψη αυτήν την περίσταση, κατά τον καθορισμό ζωνών της επικράτειας της Ρωσικής Ομοσπονδίας σύμφωνα με την αποτελεσματικότητα χρήσης GTST, ο μέσος συντελεστής θερμικής μετατροπής K p tr επιλέχθηκε ως κριτήριο για την απόδοση του συστήματος παροχής θερμότητας της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας για το 5ο έτος λειτουργίας , η οποία είναι η αναλογία της χρήσιμης θερμικής ενέργειας που παράγεται από το GTST προς την ενέργεια που δαπανάται για την κίνηση του, και ορίζεται για τον ιδανικό θερμοδυναμικό κύκλο Carnot ως εξής:
K tr = T o / (T o – T i), (1)
όπου T o είναι το δυναμικό θερμοκρασίας της θερμότητας που αφαιρείται στο σύστημα θέρμανσης ή παροχής θερμότητας, K.
Т και – δυναμικό θερμοκρασίας της πηγής θερμότητας, Κ.
Ο συντελεστής μετασχηματισμού του συστήματος θέρμανσης της αντλίας θερμότητας K tr είναι ο λόγος της χρήσιμης θερμότητας που αφαιρείται στο σύστημα παροχής θερμότητας του καταναλωτή προς την ενέργεια που δαπανάται για τη λειτουργία του GTST και είναι αριθμητικά ίσος με την ποσότητα της χρήσιμης θερμότητας που λαμβάνεται σε θερμοκρασίες T o και T και ανά μονάδα ενέργειας που δαπανάται για την κίνηση του GTST . Ο πραγματικός συντελεστής μετασχηματισμού διαφέρει από τον ιδανικό, που περιγράφεται από τον τύπο (1), από την τιμή του συντελεστή h, ο οποίος λαμβάνει υπόψη τον βαθμό θερμοδυναμικής τελειότητας του GTST και τις μη αναστρέψιμες απώλειες ενέργειας κατά την υλοποίηση του κύκλου.
Πραγματοποιήθηκαν αριθμητικά πειράματα χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα που δημιουργήθηκε στην INSOLAR-INVEST OJSC, το οποίο διασφαλίζει τον προσδιορισμό των βέλτιστων παραμέτρων του συστήματος συλλογής θερμότητας ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής κατασκευής, τις ιδιότητες θερμομόνωσης του κτιρίου, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του εξοπλισμός αντλιών θερμότητας, αντλίες κυκλοφορίας, συσκευές θέρμανσης του συστήματος θέρμανσης, καθώς και οι τρόποι λειτουργίας τους. Το πρόγραμμα βασίζεται στη μέθοδο που περιγράφηκε προηγουμένως για την κατασκευή μαθηματικών μοντέλων του θερμικού καθεστώτος συστημάτων συλλογής θερμότητας εδάφους χαμηλού δυναμικού, η οποία κατέστησε δυνατή την παράκαμψη των δυσκολιών που σχετίζονται με την πληροφοριακή αβεβαιότητα των μοντέλων και την προσέγγιση των εξωτερικών επιρροών, λόγω στη χρήση στο πρόγραμμα πειραματικών πληροφοριών σχετικά με το φυσικό θερμικό καθεστώς του εδάφους, οι οποίες μας επιτρέπουν να λάβουμε εν μέρει υπόψη το σύνολο των παραγόντων (όπως η παρουσία υπόγειων υδάτων, η ταχύτητα και τα θερμικά τους καθεστώτα, η δομή και η θέση των στρωμάτων του εδάφους, το «θερμικό» υπόβαθρο της Γης, η κατακρήμνιση, οι μετατροπές φάσης της υγρασίας στο χώρο των πόρων και πολλά άλλα), τα οποία επηρεάζουν σημαντικά τη διαμόρφωση του θερμικού καθεστώτος της συλλογής θερμότητας του συστήματος και την κοινή καταμέτρηση του οποίου σε μια Η αυστηρή διατύπωση του προβλήματος είναι πρακτικά αδύνατη σήμερα. Για να λύσουμε το «βασικό» πρόβλημα, χρησιμοποιήσαμε τα δεδομένα από το Εγχειρίδιο Κλίματος της ΕΣΣΔ (L.: Gidrometioizdat. Τεύχος 1–34).
Το πρόγραμμα σας επιτρέπει πραγματικά να λύσετε το πρόβλημα της βελτιστοποίησης πολλαπλών παραμέτρων της διαμόρφωσης GTST για μια συγκεκριμένη περιοχή κτιρίου και κατασκευής. Στην περίπτωση αυτή, η συνάρτηση στόχος του προβλήματος βελτιστοποίησης είναι το ελάχιστο ετήσιο κόστος ενέργειας για τη λειτουργία του GTST και τα κριτήρια βελτιστοποίησης είναι η ακτίνα των σωλήνων του εναλλάκτη θερμότητας εδάφους, το μήκος του (εναλλάκτη θερμότητας) και το βάθος εγκατάστασης.
Τα αποτελέσματα των αριθμητικών πειραμάτων και της χωροθέτησης ζωνών της επικράτειας της Ρωσίας σύμφωνα με την αποτελεσματικότητα της χρήσης γεωθερμικής θερμότητας χαμηλού δυναμικού για τους σκοπούς της θέρμανσης κτιρίων παρουσιάζονται γραφικά στο Σχήμα. 2–9.
Στο Σχ. Το σχήμα 2 δείχνει τις τιμές και τις ισογραμμές του συντελεστή μετασχηματισμού των συστημάτων παροχής θερμότητας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας με οριζόντια συστήματα συλλογής θερμότητας και στο Σχ. 3 – για GTST με κατακόρυφα συστήματα συλλογής θερμότητας. Όπως φαίνεται από τα σχήματα, οι μέγιστες τιμές K p tr 4,24 για οριζόντια συστήματα συλλογής θερμότητας και 4,14 για κάθετες αναμένονται στη νότια Ρωσία και οι ελάχιστες τιμές, αντίστοιχα, είναι 2,87 και 2,73 στο βόρεια, στο Uelen. Για την κεντρική Ρωσία, οι τιμές του K p tr για οριζόντια συστήματα συλλογής θερμότητας είναι στην περιοχή 3,4–3,6 και για κάθετα συστήματα στην περιοχή 3,2–3,4. Αξιοσημείωτες είναι οι σχετικά υψηλές τιμές του K p tr (3,2–3,5) για περιοχές της Άπω Ανατολής, περιοχές με παραδοσιακά δύσκολες συνθήκες παροχής καυσίμων. Προφανώς Απω Ανατολήαποτελεί περιοχή προτεραιότητας εφαρμογής του GTST.
Στο Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει τις τιμές και τις ισογραμμές της ειδικής ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας για την κίνηση του «οριζόντιου» GTST+PD (αιχμής πιο κοντά), συμπεριλαμβανομένης της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση, εξαερισμό και παροχή ζεστού νερού, μειώνεται σε 1 m2 θερμαινόμενης περιοχής και στο Σχ. 5 – για GTST με κατακόρυφα συστήματα συλλογής θερμότητας. Όπως φαίνεται από τα σχήματα, η ετήσια ειδική κατανάλωση ενέργειας για την κίνηση του οριζόντιου GTST, μειωμένη σε 1 m2 θερμαινόμενης επιφάνειας του κτιρίου, κυμαίνεται από 28,8 kWh/(έτος m2) στη νότια Ρωσία έως 241 kWh /(έτος m2) στην πόλη Yakutsk, και για κάθετο GTST, αντίστοιχα, από 28,7 kWh// (έτος m2) στο νότο και σε 248 kWh// (έτος m2) στο Yakutsk. Εάν πολλαπλασιάσουμε την τιμή της ετήσιας ειδικής κατανάλωσης ενέργειας για τη μονάδα GTST που φαίνεται στα σχήματα για μια συγκεκριμένη περιοχή με την τιμή για αυτήν την περιοχή K p tr, μειωμένη κατά 1, θα λάβουμε την ποσότητα ενέργειας που εξοικονομείται από το GTST από 1 m 2 θερμαινόμενης περιοχής ανά έτος. Για παράδειγμα, για τη Μόσχα για κάθετο GTST αυτή η τιμή θα είναι 189,2 kWh ανά 1 m 2 ανά έτος. Για σύγκριση, μπορούμε να αναφέρουμε τις τιμές της ειδικής κατανάλωσης ενέργειας που καθορίζονται από τα πρότυπα εξοικονόμησης ενέργειας της Μόσχας MGSN 2.01–99 για κτίρια χαμηλού ύψους 130 και για πολυώροφα κτίρια 95 kWh/(έτος m2). Ταυτόχρονα, το ενεργειακό κόστος που τυποποιείται από το MGSN 2.01–99 περιλαμβάνει μόνο το ενεργειακό κόστος για θέρμανση και εξαερισμό στην περίπτωσή μας, το ενεργειακό κόστος περιλαμβάνει επίσης το κόστος ενέργειας για παροχή ζεστού νερού. Γεγονός είναι ότι η προσέγγιση για την εκτίμηση του ενεργειακού κόστους λειτουργίας ενός κτιρίου, που υπάρχει στα ισχύοντα πρότυπα, κατανέμει το ενεργειακό κόστος για τη θέρμανση και τον αερισμό του κτιρίου και το κόστος ενέργειας για την παροχή ζεστού νερού σε ξεχωριστά στοιχεία. Ταυτόχρονα, η κατανάλωση ενέργειας για παροχή ζεστού νερού δεν είναι τυποποιημένη. Αυτή η προσέγγιση δεν φαίνεται σωστή, καθώς το ενεργειακό κόστος για την παροχή ζεστού νερού είναι συχνά ανάλογο με το ενεργειακό κόστος για θέρμανση και εξαερισμό.
Στο Σχ. Το Σχήμα 6 δείχνει τις τιμές και τις ισογραμμές της ορθολογικής αναλογίας της θερμικής ισχύος του πλησιέστερου αιχμής (PD) και της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος του οριζόντιου GTST σε κλάσματα μονάδας και στο Σχ. 7 – για GTST με κατακόρυφα συστήματα συλλογής θερμότητας. Το κριτήριο για την ορθολογική σχέση μεταξύ της θερμικής ισχύος της αιχμής πιο κοντά και της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος του GTST (εξαιρουμένου του PD) ήταν η ελάχιστη ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για τη μονάδα δίσκου GTST+PD. Όπως φαίνεται από τα σχήματα, η ορθολογική αναλογία των δυνάμεων του θερμικού PD και του ηλεκτρικού GTST (χωρίς PD) ποικίλλει από 0 στη νότια Ρωσία, σε 2,88 για οριζόντια GTST και 2,92 για κάθετα συστήματα στο Yakutsk. Στην κεντρική ζώνη της Ρωσικής Ομοσπονδίας, η ορθολογική αναλογία της θερμικής ισχύος του πλησιέστερου και της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος του GTST + PD είναι στην περιοχή 1,1–1,3 τόσο για οριζόντια όσο και για κάθετη GTST. Αυτό το σημείο πρέπει να συζητηθεί λεπτομερέστερα. Το γεγονός είναι ότι κατά την αντικατάσταση, για παράδειγμα, ηλεκτρική θέρμανση στην κεντρική ζώνη της Ρωσίας, έχουμε στην πραγματικότητα την ευκαιρία να μειώσουμε κατά 35-40% την ισχύ του ηλεκτρικού εξοπλισμού που είναι εγκατεστημένος σε ένα θερμαινόμενο κτίριο και, κατά συνέπεια, να μειώσουμε την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια από την RAO UES, η οποία σήμερα «κοστίζει» περίπου 50 χιλιάδες ρούβλια. για 1 kW ηλεκτρικής ισχύος εγκατεστημένη στο σπίτι. Έτσι, για παράδειγμα, για ένα εξοχικό σπίτι με εκτιμώμενες απώλειες θερμότητας κατά την πιο κρύα πενθήμερη περίοδο ίση με 15 kW, θα εξοικονομήσουμε 6 kW εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος και, κατά συνέπεια, περίπου 300 χιλιάδες ρούβλια. ή ≈ 11,5 χιλιάδες δολάρια ΗΠΑ. Αυτός ο αριθμός είναι σχεδόν ίσος με το κόστος του GTST μιας τέτοιας θερμικής ισχύος.
Έτσι, αν λάβουμε σωστά υπόψη όλα τα κόστη που σχετίζονται με τη σύνδεση ενός κτιρίου σε μια κεντρική παροχή ρεύματος, αποδεικνύεται ότι με τα τρέχοντα τιμολόγια ηλεκτρικής ενέργειας και τη σύνδεση σε κεντρικά δίκτυα τροφοδοσίας στην Κεντρική Ζώνη της Ρωσικής Ομοσπονδίας, ακόμη και σε ένα κόστος χρόνου, το GTST αποδεικνύεται πιο κερδοφόρο από την ηλεκτρική θέρμανση, για να μην αναφέρουμε την εξοικονόμηση ενέργειας 60%.
Στο Σχ. Το σχήμα 8 δείχνει τις τιμές και τις ισογραμμές του ειδικού βάρους της θερμικής ενέργειας που παράγεται κατά τη διάρκεια του έτους από το πηνίο αιχμής (PD) στη συνολική ετήσια κατανάλωση ενέργειας του οριζόντιου συστήματος GTST+PD ως ποσοστό, και στο Σχ. 9 – για GTST με κατακόρυφα συστήματα συλλογής θερμότητας. Όπως φαίνεται από τα σχήματα, το μερίδιο της θερμικής ενέργειας που παράγεται κατά τη διάρκεια του έτους από το πηνίο αιχμής (PD) στη συνολική ετήσια κατανάλωση ενέργειας του οριζόντιου συστήματος GTST+PD ποικίλλει από 0% στη νότια Ρωσία σε 38–40 % στις πόλεις Yakutsk και Tours, και για κάθετη GTST+PD - αντίστοιχα, από 0% στο νότο και σε 48,5% στο Yakutsk. Στην κεντρική ζώνη της Ρωσίας, αυτές οι τιμές είναι περίπου 5-7% τόσο για κάθετο όσο και για οριζόντιο GTST. Πρόκειται για μικρό ενεργειακό κόστος, και επομένως πρέπει να είστε προσεκτικοί όταν επιλέγετε μια κορυφή πιο κοντά. Το πιο ορθολογικό από την άποψη τόσο των συγκεκριμένων επενδύσεων κεφαλαίου ανά 1 kW ισχύος όσο και του αυτοματισμού είναι τα ηλεκτρικά κλεισίματα αιχμής. Η χρήση λεβήτων pellet αξίζει προσοχής.
Εν κατακλείδι, θα ήθελα να σταθώ σε ένα πολύ σημαντικό θέμα: το πρόβλημα της επιλογής ενός ορθολογικού επιπέδου θερμικής προστασίας για τα κτίρια. Αυτό το πρόβλημα σήμερα αντιπροσωπεύει ένα πολύ σοβαρό έργο, η λύση του οποίου απαιτεί σοβαρή αριθμητική ανάλυση, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες του κλίματος μας και τα χαρακτηριστικά του μηχανολογικού εξοπλισμού που χρησιμοποιείται, την υποδομή των κεντρικών δικτύων, καθώς και περιβαλλοντική κατάστασηστις πόλεις, που φθείρονται κυριολεκτικά μπροστά στα μάτια μας, και πολλά άλλα. Είναι προφανές ότι σήμερα δεν είναι πλέον σωστό να διατυπώνονται απαιτήσεις για το κέλυφος του κτιρίου χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η σχέση του (του κτιρίου) με το κλίμα και το σύστημα παροχής ενέργειας, μηχανικών επικοινωνιώνκ.λπ. Ως αποτέλεσμα, στο πολύ εγγύς μέλλον, η επίλυση του προβλήματος της επιλογής ενός ορθολογικού επιπέδου θερμικής προστασίας θα είναι δυνατή μόνο με βάση την εξέταση του σύνθετου κτιρίου + του συστήματος παροχής ενέργειας + του κλίματος + περιβάλλονως ενοποιημένο οικολογικό ενεργειακό σύστημα, και με αυτήν την προσέγγιση, τα ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα του GTST στην εγχώρια αγορά είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθούν.
Βιβλιογραφία
1. Sanner B. Πηγές θερμότητας εδάφους για αντλίες θερμότητας (ταξινόμηση, χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα). Μάθημα για τις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, 2002.
2. Vasiliev G. P. Οικονομικά εφικτό επίπεδο θερμικής προστασίας των κτιρίων // Εξοικονόμηση ενέργειας. – 2002. – Νο. 5.
3. Vasiliev G.P. Παροχή θερμότητας και ψυχρού κτιρίων και κατασκευών που χρησιμοποιούν θερμική ενέργεια χαμηλού δυναμικού των επιφανειακών στρωμάτων της Γης: Μονογραφία. Εκδοτικός οίκος «Γρανίτσα». – Μ.: Ερυθρός Αστέρας, 2006.