لایه سطحی خاک زمین یک انباشته کننده حرارت طبیعی است. منبع اصلی انرژی حرارتی وارد شده به لایه های بالایی زمین تابش خورشید است. در عمق حدود 3 متر یا بیشتر (زیر سطح انجماد)، دمای خاک تقریباً در طول سال بدون تغییر باقی می ماند و تقریباً برابر با میانگین دمای سالانه هوای بیرون است. در عمق 1.5-3.2 متر در زمستان دما از 5+ تا 7+ درجه سانتیگراد و در تابستان از 10+ تا 12+ درجه سانتیگراد متغیر است. از گرمای بیش از حد بالای 18 -20 درجه سانتیگراد

بیشترین به روشی سادهاستفاده از گرمای زمین استفاده از مبدل حرارتی خاک (SHE) است. در زیر زمین، زیر سطح انجماد خاک، سیستمی از مجرای هوا گذاشته شده است که به عنوان مبدل حرارتی بین زمین و هوایی که از این مجاری عبور می کند، عمل می کند. در زمستان هوای سرد ورودی که وارد لوله ها شده و از آن عبور می کند گرم و در تابستان خنک می شود. با قرار دادن منطقی کانال های هوا می توان مقدار قابل توجهی انرژی حرارتی را با مصرف انرژی کم از خاک استخراج کرد.

می توانید از مبدل حرارتی لوله در لوله استفاده کنید. کانال های هوای داخلی از جنس استنلس استیل در اینجا به عنوان بازیابی کننده عمل می کنند.

خنک شدن در تابستان

در فصل گرما، یک مبدل حرارتی زمینی، هوای عرضه شده را خنک می کند. هوای بیرون از طریق یک دستگاه ورودی هوا وارد مبدل حرارتی زمین می شود و در آنجا توسط زمین خنک می شود. سپس هوای خنک شده از طریق مجاری هوا به واحد تغذیه و اگزوز می رسد که در آن به جای ریکاوراتور برای دوره تابستان، یک درج تابستانی تعبیه شده است. به لطف این راه حل، دمای اتاق ها کاهش می یابد، میکروکلیمای خانه بهبود می یابد و هزینه های انرژی برای تهویه مطبوع کاهش می یابد.

کار خارج از فصل

هنگامی که اختلاف دمای هوای بیرونی و داخلی کم است، می توان هوای تازه را از طریق یک توری تامینی که روی دیوار خانه در قسمت بالای زمین قرار داده شده است، تامین کرد. در طول دوره ای که تفاوت قابل توجه است، هوای تازه را می توان از طریق PHE تامین کرد و گرمایش / خنک کننده هوای تامین را فراهم کرد.

پس انداز در زمستان

در فصول سرد، هوای بیرون از طریق دستگاه ورودی هوا وارد PHE می شود، در آنجا گرم می شود و سپس برای گرمایش در ریکپراتور وارد واحد منبع تغذیه و خروجی می شود. پیش گرم کردن هوا در PHE احتمال یخ زدگی دستگاه بازیابی واحد هواساز را کاهش می دهد، زمان موثر استفاده از بازیابی را افزایش می دهد و هزینه گرمایش اضافی هوا در بخاری آب / برق را به حداقل می رساند.

هزینه های گرمایش و سرمایش هوا چگونه محاسبه می شود؟

می توانید هزینه گرمایش هوا در زمستان را برای اتاقی که در آن هوا با استاندارد 300 متر مکعب در ساعت تامین می شود محاسبه کنید. در زمستان، میانگین دمای روزانه برای 80 روز -5 درجه سانتیگراد است - باید تا 20 + درجه سانتیگراد گرم شود. برای گرم کردن این مقدار هوا، باید 2.55 کیلو وات در ساعت (در صورت عدم بازیابی گرما) صرف کنید. سیستم). هنگام استفاده از یک سیستم زمین گرمایی، هوای بیرون تا +5 گرم می شود و سپس 1.02 کیلو وات طول می کشد تا هوای ورودی به سطح راحت گرم شود. هنگام استفاده از ریکاوری وضعیت حتی بهتر است - فقط باید 0.714 کیلو وات خرج کنید. در یک دوره 80 روزه، 2448 کیلووات ساعت انرژی حرارتی مصرف می شود و سیستم های زمین گرمایی هزینه ها را 1175 یا 685 کیلووات ساعت کاهش می دهند.

در خارج از فصل به مدت 180 روز، میانگین دمای روزانه + 5 درجه سانتیگراد است - باید تا 20 + درجه سانتیگراد گرم شود. هزینه های برنامه ریزی شده 3305 کیلووات * ساعت است و سیستم های زمین گرمایی هزینه ها را تا 1322 یا 1102 کیلو وات کاهش می دهند. * ساعت

در تابستان، به مدت 60 روز، میانگین دمای روزانه حدود 20+ درجه سانتیگراد است، اما در عرض 8 ساعت در 26+ درجه سانتیگراد است. هزینه های سرمایش 206 کیلووات ساعت خواهد بود و سیستم زمین گرمایی هزینه ها را 137 کیلووات ساعت کاهش می دهد. .

در طول سال، عملکرد چنین سیستم زمین گرمایی با استفاده از ضریب - SPF (ضریب توان فصلی) ارزیابی می شود که به عنوان نسبت مقدار انرژی حرارتی دریافتی به مقدار انرژی الکتریکی مصرف شده با در نظر گرفتن تغییرات فصلی تعریف می شود. در دمای هوا/زمین

واحد تهویه برای به دست آوردن 2634 کیلووات ساعت نیروی حرارتی از زمین در سال، 635 کیلووات ساعت برق مصرف می کند.
 SPF = 2634/635 = 4.14.
با توجه به مواد.

"استفاده از انرژی حرارتی درجه پایین زمین در سیستم های پمپ حرارتی"

Vasiliev G.P.، ​​مدیر علمی OJSC INSOLAR-INVEST، دکترای علوم فنی، رئیس هیئت مدیره OJSC INSOLAR-INVEST
N. V. Shilkin، مهندس، NIISF (مسکو)

استفاده منطقی از سوخت منابع انرژی امروز یکی از مشکلات جهانی جهانی است که حل موفقیت آمیز آن ظاهراً نه تنها برای توسعه بیشتر جامعه جهانی، بلکه برای حفظ زیستگاه آن نیز اهمیت تعیین کننده ای خواهد داشت. یکی از راه های امیدوارکننده برای حل این مشکل است استفاده از فناوری های جدید صرفه جویی در انرژیاستفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر غیر سنتی (NRES)کاهش ذخایر سنتی سوخت‌های فسیلی و پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از احتراق آنها باعث شده است که در دهه‌های اخیر تقریباً در همه کشورهای توسعه‌یافته جهان، علاقه به این فناوری‌ها افزایش یابد.

مزایای استفاده از فناوری های تامین گرما در مقایسه با نمونه های سنتی خود، نه تنها با کاهش قابل توجه هزینه های انرژی در سیستم های پشتیبانی حیات ساختمان ها و سازه ها، بلکه با سازگاری با محیط زیست آنها و همچنین فرصت های جدید در این زمینه مرتبط است. افزایش میزان استقلال سیستم های پشتیبانی از زندگی. ظاهراً در آینده نزدیک این کیفیت ها در شکل دادن به وضعیت رقابتی در بازار تجهیزات تولید گرما اهمیت تعیین کننده ای خواهند داشت.

تجزیه و تحلیل زمینه های احتمالی کاربرد در اقتصاد روسیه از فناوری های صرفه جویی در انرژی با استفاده از منابع انرژی غیر سنتی، نشان می دهد که در روسیه بیشترین منطقه امیدوار کنندهاجرای آنها سیستم های پشتیبانی حیات برای ساختمان ها هستند. در عین حال، به نظر می رسد استفاده گسترده، جهت بسیار موثری برای معرفی فناوری های مورد بررسی در عمل ساخت و ساز داخلی باشد. سیستم های گرمایش پمپ حرارتی (HST)، با استفاده از خاک لایه های سطحی زمین به عنوان منبع گرمایی با پتانسیل کم در دسترس جهانی.

استفاده كردن گرمای زمیندو نوع انرژی حرارتی قابل تشخیص است - با پتانسیل بالا و کم پتانسیل. منبع انرژی حرارتی با پتانسیل بالا منابع هیدروترمال است - آب های حرارتی که در نتیجه فرآیندهای زمین شناسی به دمای بالا گرم می شوند، که به آنها اجازه می دهد برای تامین گرما به ساختمان ها استفاده شوند. با این حال، استفاده از گرمای با پتانسیل بالا از زمین به مناطقی با پارامترهای زمین شناسی خاص محدود می شود. در روسیه، برای مثال، کامچاتکا، منطقه آب‌های معدنی قفقاز است. در اروپا، منابع گرمای با پتانسیل بالا در مجارستان، ایسلند و فرانسه وجود دارد.

برخلاف استفاده «مستقیم» از گرمای با درجه بالا (منابع هیدروترمال)، استفاده از گرمای کم درجه از زمیناستفاده از پمپ های حرارتی تقریباً در همه جا امکان پذیر است. در حال حاضر، این یکی از پویاترین مناطق استفاده است. منابع انرژی تجدید پذیر غیر سنتی.

گرمای درجه پایین زمینمی تواند در انواع ساختمان ها و سازه ها به طرق مختلف استفاده شود: گرمایش، تامین آب گرم، تهویه مطبوع (سرمایش)، مسیرهای گرمایشی در زمان زمستانسال، برای جلوگیری از یخ زدگی، میدان های گرمایی در استادیوم های باز، و غیره. در ادبیات فنی انگلیسی، چنین سیستم هایی به عنوان "GHP" - "پمپ های حرارتی زمین گرمایی" تعیین می شوند. پمپ های حرارتی زمین گرمایی.

ویژگی های اقلیمی کشورهای مرکزی و اروپای شمالیکه به همراه ایالات متحده آمریکا و کانادا مناطق اصلی استفاده از گرمای کم درجه از زمین هستند، عمدتاً نیاز به گرمایش را تعیین می کنند. حتی در تابستان به ندرت هوا خنک می شود. بنابراین، بر خلاف ایالات متحده آمریکا، پمپ های حرارتیدر کشورهای اروپایی عمدتاً در حالت گرمایش کار می کنند. در ایالات متحده امریکا پمپ های حرارتیبیشتر در سیستم های گرمایش هوا همراه با تهویه استفاده می شود که امکان گرمایش و سرمایش هوای بیرون را فراهم می کند. که در کشورهای اروپایی پمپ های حرارتیمعمولا در سیستم های گرمایش آب استفاده می شود. زیرا راندمان پمپ حرارتیبا کاهش اختلاف دما بین اواپراتور و کندانسور، اغلب از سیستم های گرمایش از کف برای گرم کردن ساختمان ها استفاده می شود، که در آن یک مایع خنک کننده در دمای نسبتاً پایین (35-40 درجه سانتیگراد) در گردش است.

اکثریت پمپ های حرارتیدر اروپا، طراحی شده برای استفاده از گرمای کم درجه از زمین، به کمپرسورهای الکتریکی مجهز شده است.

در طول ده سال گذشته، تعداد سیستم هایی که از گرمای کم درجه از زمین برای گرمایش و سرمایش ساختمان ها استفاده می کنند. پمپ های حرارتی، افزایش چشمگیری داشته است. بیشترین تعداد این سیستم ها در ایالات متحده آمریکا استفاده می شود. تعداد زیادی از این سیستم ها در کانادا و کشورهای اروپای مرکزی و شمالی مانند اتریش، آلمان، سوئد و سوئیس فعال هستند. سوئیس از نظر استفاده از انرژی حرارتی درجه پایین زمین سرانه پیشرو است. در روسیه، طی ده سال گذشته، تنها چند شی با استفاده از تکنولوژی و با مشارکت OJSC INSOLAR-INVEST که در این زمینه متخصص است ساخته شده است که جالب ترین آنها در ارائه شده است.

در مسکو، در میکروناحیه نیکولینو-2، در واقع برای اولین بار ساخته شد سیستم تامین آب گرم پمپ حرارتیساختمان مسکونی چند طبقه. این پروژه در سالهای 1998-2002 توسط وزارت دفاع فدراسیون روسیه همراه با دولت مسکو، وزارت صنعت و علم روسیه، انجمن NP "ABOK" و در چارچوب اجرا شد. "برنامه طولانی مدت صرفه جویی در انرژی در مسکو".

گرمای خاک در لایه های سطحی زمین و همچنین گرمای هوای تهویه حذف شده به عنوان منبع انرژی حرارتی کم پتانسیل برای تبخیرکننده های پمپ های حرارتی استفاده می شود. تاسیسات تهیه آب گرم در زیرزمین ساختمان قرار دارد. این شامل عناصر اصلی زیر است:

• واحدهای پمپ حرارتی فشرده سازی بخار (HPU)؛
• مخازن ذخیره آب گرم؛
• سیستم های جمع آوری انرژی حرارتی با درجه پایین خاک و گرمای کم درجه هوای تهویه حذف شده؛
• پمپ های گردش خون، تجهیزات کنترل و اندازه گیری

عنصر اصلی تبادل حرارتی سیستم جمع آوری گرمای زمین با درجه پایین، مبدل های حرارتی زمینی از نوع کواکسیال عمودی است که در بیرون در امتداد محیط ساختمان قرار دارد. این مبدل های حرارتی متشکل از 8 چاه با عمق 32 تا 35 متر است که در نزدیکی خانه قرار دارند. از آنجایی که حالت عملکرد پمپ های حرارتی با استفاده از گرمای زمینو گرمای هوای حذف شده ثابت و مصرف آب گرم متغیر است، سیستم تامین آب گرم مجهز به مخازن ذخیره می باشد.

داده های ارزیابی سطح جهانی استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل زمین از طریق پمپ های حرارتی در جدول آورده شده است.

جدول 1. سطح جهانی استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل زمین از طریق پمپ های حرارتی

خاک به عنوان منبع انرژی حرارتی کم پتانسیل

آب های زیرزمینی با دمای نسبتاً پایین یا خاک از لایه های سطحی (تا عمق 400 متری) زمین می تواند به عنوان منبع انرژی حرارتی کم پتانسیل استفاده شود.. محتوای گرمایی توده خاک به طور کلی بیشتر است. رژیم حرارتی خاک در لایه های سطحی زمین تحت تأثیر دو عامل اصلی تشکیل می شود - تابش تابش خورشیدی بر روی سطح و جریان گرمای پرتوزایی از داخل زمین.. تغییرات فصلی و روزانه در شدت تابش خورشید و دمای هوای بیرون باعث نوسانات دمای لایه های بالایی خاک می شود. عمق نفوذ نوسانات روزانه دمای هوای بیرون و شدت تابش خورشیدی برخوردی، بسته به خاک خاص شرایط آب و هواییاز چند ده سانتی متر تا یک و نیم متر متغیر است. عمق نفوذ نوسانات فصلی در دمای هوای بیرون و شدت تابش خورشیدی برخوردی معمولاً از 15 تا 20 متر تجاوز نمی کند.

رژیم دمایی لایه های خاک واقع در زیر این عمق ("منطقه خنثی") تحت تأثیر انرژی حرارتی که از روده های زمین می آید تشکیل می شود و عملاً مستقل از تغییرات فصلی و حتی بیشتر از آن روزانه در پارامترهای خارجی است. آب و هوا (شکل 1).

برنج. 1. نمودار تغییرات دمای خاک بسته به عمق

با افزایش عمق، دمای زمین مطابق با گرادیان زمین گرمایی افزایش می یابد (تقریباً 3 درجه سانتیگراد برای هر 100 متر). مقدار شار گرمای پرتوزایی که از داخل زمین می آید برای مناطق مختلف متفاوت است. برای اروپای مرکزیاین مقدار 0.05-0.12 W/m2 است.

در طول دوره عملیاتی، توده خاک واقع در منطقه نفوذ حرارتی ثبت لوله های مبدل حرارتی خاک سیستم جمع آوری حرارت کم پتانسیل خاک (سیستم جمع آوری حرارت)، به دلیل تغییرات فصلی در پارامترهای خارجی آب و هوا و همچنین تحت تأثیر بارهای عملیاتی بر روی سیستم جمع آوری گرما، معمولاً در معرض انجماد و یخ زدایی مکرر است. در این حالت، به طور طبیعی، تغییر حالت تجمعی رطوبت موجود در منافذ خاک و در حالت کلی، در هر دو فاز مایع، جامد و گاز به طور همزمان وجود دارد. به عبارت دیگر، توده خاک سیستم جمع آوری حرارت، صرف نظر از اینکه در چه حالتی است (یخ زده یا ذوب شده)، یک سیستم ناهمگن چند پراکنده پیچیده سه فازی است که اسکلت آن توسط تعداد زیادی ذرات جامد تشکیل شده است. بسته به اینکه ذرات محکم به هم چسبیده باشند یا توسط ماده ای در فاز متحرک از یکدیگر جدا شده باشند، اشکال و اندازه های مختلفی دارند و می توانند صلب یا متحرک باشند. فضاهای بین ذرات جامد را می توان با رطوبت معدنی، گاز، بخار و یخ یا هر دو پر کرد. مدل‌سازی فرآیندهای انتقال گرما و جرم که رژیم حرارتی چنین سیستم چند جزئی را تشکیل می‌دهند، یک کار بسیار پیچیده است، زیرا مستلزم در نظر گرفتن و توصیف ریاضی مکانیسم‌های مختلف اجرای آنها است: هدایت حرارتی در یک ذره، انتقال حرارت از یک ذره به ذره در تماس آنها، هدایت حرارتی مولکولی در محیط که شکاف بین ذرات را پر می کند، انتقال بخار و رطوبت موجود در فضای منافذ، و بسیاری موارد دیگر.

باید به تأثیر رطوبت توده خاک و مهاجرت رطوبت در فضای منافذ آن بر فرآیندهای حرارتی که ویژگی های خاک را به عنوان منبع انرژی حرارتی کم پتانسیل تعیین می کند، توجه ویژه ای داشت.

در سیستم‌های مویین متخلخل، مانند توده خاک یک سیستم جمع‌آوری حرارت، وجود رطوبت در فضای منافذ تأثیر محسوسی بر روند انتشار گرما دارد. در نظر گرفتن صحیح این تأثیر امروزه با مشکلات قابل توجهی همراه است که در درجه اول با فقدان ایده های روشن در مورد ماهیت توزیع فازهای جامد، مایع و گاز رطوبت در ساختار خاصی از سیستم مرتبط است. ماهیت نیروهای پیوند رطوبت با ذرات اسکلتی، وابستگی اشکال پیوند رطوبت با مواد در مراحل مختلف خیس شدن، و مکانیسم حرکت رطوبت در فضای منافذ هنوز روشن نشده است.

اگر یک گرادیان دما در ضخامت توده خاک وجود داشته باشد، مولکول‌های بخار به مکان‌هایی با پتانسیل دمای پایین حرکت می‌کنند، اما در همان زمان، تحت تأثیر نیروهای گرانشی، جریانی از رطوبت با جهت مخالف در فاز مایع رخ می‌دهد. علاوه بر این، رطوبت بر رژیم دمایی لایه های بالایی خاک تأثیر می گذارد. بارش جویو همچنین آب های زیرزمینی.

عوامل اصلی که تحت تأثیر آنها شکل می گیرد رژیم دماسیستم های توده خاک برای جمع آوری گرمای خاک با پتانسیل پایین در شکل نشان داده شده است. 2.

برنج. 2. عواملی که تحت تأثیر آنها رژیم دمایی خاک تشکیل می شود

انواع سیستم های استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل زمین

مبدل های حرارتی زمین متصل می شوند تجهیزات پمپ حرارتیبا توده خاک علاوه بر «استخراج» گرمای زمین، مبدل‌های حرارتی زمینی نیز می‌توانند برای انباشت گرما (یا سرما) در یک توده خاک استفاده شوند.

به طور کلی دو نوع سیستم برای استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل زمین قابل تشخیص است::

• سیستم های باز:آب زیرزمینی که مستقیماً به پمپ های حرارتی عرضه می شود به عنوان منبع انرژی حرارتی با درجه پایین استفاده می شود.
• سیستم های بسته:مبدل های حرارتی در توده خاک قرار دارند. هنگامی که یک خنک کننده با دمای پایین تر نسبت به زمین در آنها گردش می کند، انرژی حرارتی از زمین "انتخاب" شده و به اواپراتور منتقل می شود. پمپ حرارتی(یا هنگام استفاده از یک خنک کننده با دمای بالاتر نسبت به زمین، خنک کننده آن).

بخش عمده سیستم های باز چاه ها هستند که امکان استخراج آب های زیرزمینی از سفره های زیرزمینی و بازگشت آب به همان سفره ها را فراهم می کنند. معمولا چاه های جفتی برای این منظور نصب می شود. نمودار چنین سیستمی در شکل نشان داده شده است. 3.

برنج. 3. طرح یک سیستم باز برای استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل آب های زیرزمینی

مزیت سیستم های باز توانایی بدست آوردن مقادیر زیادی انرژی حرارتی با هزینه های نسبتا کم است. با این حال، چاه ها نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. علاوه بر این، استفاده از چنین سیستم هایی در همه زمینه ها امکان پذیر نیست. نیازهای اصلی خاک و آب زیرزمینی به شرح زیر است:

• نفوذپذیری کافی خاک، اجازه می دهد تا منابع آب دوباره پر شود.
• خوب ترکیب شیمیاییآب های زیرزمینی (به عنوان مثال محتوای کم آهن)، جلوگیری از مشکلات مرتبط با رسوب لوله و خوردگی.

سیستم های باز اغلب برای تامین گرمایش یا سرمایش ساختمان های بزرگ استفاده می شوند. بزرگترین سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی جهاناز آب های زیرزمینی به عنوان منبع انرژی حرارتی با درجه پایین استفاده می کند. این سیستم در ایالات متحده آمریکا در لوئیزویل، کنتاکی واقع شده است. این سیستم برای تامین گرما و سرمای مجموعه هتل اداری استفاده می شود. توان آن تقریباً 10 مگاوات است.

گاهی اوقات سیستم‌هایی که از گرمای زمین استفاده می‌کنند شامل سیستم‌هایی نیز می‌شوند که از گرمای کم درجه از آب‌های باز طبیعی و مصنوعی استفاده می‌کنند. این رویکرد به ویژه در ایالات متحده آمریکا اتخاذ شده است. سیستم هایی که از گرمای کم درجه از مخازن استفاده می کنند، به عنوان سیستم هایی که از گرمای کم درجه از آب های زیرزمینی استفاده می کنند، به عنوان باز طبقه بندی می شوند.

سیستم های بسته نیز به نوبه خود به افقی و عمودی تقسیم می شوند.

مبدل حرارتی زمین افقی(در ادبیات انگلیسی از اصطلاحات "گردآورنده حرارت زمین" و "حلقه افقی" نیز استفاده می شود) معمولاً در کنار خانه در عمق کم (اما زیر سطح انجماد خاک در زمستان) نصب می شود. استفاده از مبدل های حرارتی زمینی افقی با توجه به اندازه سایت موجود محدود است.

در کشورهای اروپای غربی و مرکزی، مبدل های حرارتی زمینی افقی معمولاً لوله های جداگانه ای هستند که نسبتاً محکم گذاشته شده و به صورت سری یا موازی به یکدیگر متصل می شوند (شکل 4a, 4b). برای صرفه جویی در مساحت، انواع بهبودیافته مبدل های حرارتی توسعه یافته اند، به عنوان مثال، مبدل های حرارتی به شکل مارپیچی که به صورت افقی یا عمودی قرار دارند (شکل 4e، 4f). این شکل از مبدل های حرارتی در ایالات متحده رایج است.

برنج. 4. انواع مبدل های حرارتی زمینی افقی
الف - مبدل حرارتی ساخته شده از لوله های متصل به سری.
ب - مبدل حرارتی ساخته شده از لوله های موازی متصل.
ج - کلکتور افقی که در یک ترانشه گذاشته شده است.
د - مبدل حرارتی حلقه شکل.
د - مبدل حرارتی به شکل یک مارپیچ که به صورت افقی قرار دارد (به اصطلاح جمع کننده "slinky".
e - مبدل حرارتی به شکل مارپیچ که به صورت عمودی قرار دارد

اگر سیستمی با مبدل های حرارتی افقی فقط برای تولید گرما استفاده شود، عملکرد عادی آن تنها در صورتی امکان پذیر است که حرارت ورودی کافی از سطح زمین در اثر تابش خورشیدی وجود داشته باشد. به همین دلیل سطح بالای مبدل های حرارتی باید در معرض نور خورشید باشد.

مبدل های حرارتی زمینی عمودی(در ادبیات انگلیسی زبان، نام "BHE" پذیرفته شده است - "مبدل حرارتی گمانه") امکان استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل توده خاک واقع در زیر "منطقه خنثی" (10-20 متر از سطح زمین) را می دهد. سیستم‌های دارای مبدل‌های حرارتی زمینی عمودی به مناطق وسیعی نیاز ندارند و به شدت تابش خورشیدی بر روی سطح بستگی ندارند. مبدل‌های حرارتی زمینی عمودی تقریباً در همه انواع محیط‌های زمین‌شناسی، به استثنای خاک‌هایی با هدایت حرارتی کم، مانند ماسه خشک یا شن خشک، به طور مؤثر عمل می‌کنند. سیستم های دارای مبدل های حرارتی زمینی عمودی بسیار گسترده شده اند.

نمودار تامین گرمایش و آب گرم برای یک ساختمان مسکونی تک آپارتمانی با استفاده از نصب پمپ حرارتی با مبدل حرارتی زمینی عمودی در شکل نشان داده شده است. 5.

برنج. 5. طرح گرمایش و تامین آب گرم یک ساختمان مسکونی تک آپارتمانی با استفاده از نصب پمپ حرارتی با مبدل حرارتی زمینی عمودی

مایع خنک کننده از طریق لوله هایی (اغلب پلی اتیلن یا پلی پروپیلن) که در چاه های عمودی با عمق 50 تا 200 متر گذاشته شده اند، معمولاً از دو نوع مبدل حرارتی عمودی استفاده می شود (شکل 6).

• مبدل حرارتی U شکل، متشکل از دو لوله موازی متصل در پایین. یک یا دو (کمتر اوقات سه) جفت از این لوله ها در یک چاه قرار دارند. مزیت این طرح هزینه ساخت نسبتا پایین است. مبدل های حرارتی Double U پرکاربردترین نوع مبدل حرارتی عمودی زمین در اروپا هستند.
• مبدل حرارتی کواکسیال (هم مرکز). ساده ترین مبدل حرارتی کواکسیال از دو لوله با قطرهای مختلف تشکیل شده است. لوله ای با قطر کمتر در داخل لوله دیگری قرار دارد. مبدل های حرارتی کواکسیال می توانند تنظیمات پیچیده تری داشته باشند.

برنج. 6. مقطع انواع مبدل های حرارتی زمینی عمودی

برای افزایش راندمان مبدل های حرارتی، فضای بین دیواره های چاه و لوله ها را با مواد رسانای حرارتی مخصوص پر می کنند.

سیستم های دارای مبدل های حرارتی زمینی عمودی را می توان برای تامین گرمایش و سرمایش ساختمان ها با اندازه های مختلف مورد استفاده قرار داد. برای یک ساختمان کوچک، یک مبدل حرارتی کافی است. برای ساختمان های بزرگ، ممکن است نیاز به نصب یک گروه کامل از چاه ها با مبدل های حرارتی عمودی باشد. بیشترین تعداد چاه های جهان در سیستم تامین گرمایش و سرمایش کالج ریچارد استاکتون در ایالات متحده آمریکا در ایالت نیوجرسی استفاده می شود. مبدل های حرارتی زمینی عمودی این دانشکده در 400 حلقه چاه با عمق 130 متر واقع شده است که در اروپا بیشترین تعداد چاه (154 حلقه چاه با عمق 70 متر) در سیستم تامین گرمایش و سرمایش مرکز استفاده می شود. دفتر کنترل ترافیک هوایی آلمان ("Deutsche Flug-sicherung").

یک مورد خاص از سیستم های بسته عمودی استفاده از آنها به عنوان مبدل حرارتی زمین است سازه های ساختمانیبه عنوان مثال، شمع های فونداسیون با خطوط لوله تعبیه شده. سطح مقطع چنین شمع با سه مدار مبدل حرارتی زمین در شکل نشان داده شده است. 7.

برنج. 7. نمودار مبدل های حرارتی زمین تعبیه شده در شمع های فونداسیون ساختمان و سطح مقطع چنین شمع

جرم خاک (در مورد مبدل های حرارتی زمینی عمودی) و سازه های ساختمانی با مبدل های حرارتی زمینی را می توان نه تنها به عنوان منبع، بلکه به عنوان یک انباشته کننده طبیعی انرژی حرارتی یا "سرما"، به عنوان مثال، گرمای خورشیدی استفاده کرد. تابش - تشعشع.

سیستم هایی وجود دارند که نمی توان آنها را به وضوح به عنوان باز یا بسته طبقه بندی کرد. به عنوان مثال، همان چاه عمیق (عمق از 100 تا 450 متر) پر از آب می تواند هم تولیدی و هم تزریقی باشد. قطر چاه معمولاً 15 سانتی متر است. قسمت پایینپمپی در چاه قرار می گیرد که از طریق آن آب چاه به تبخیر کننده های پمپ حرارتی می رسد. آب برگشتی به بالای ستون آب در همان چاه باز می گردد. چاه دائماً با آب های زیرزمینی شارژ می شود و سیستم بازمانند بسته کار می کند سیستم هایی از این نوع در ادبیات انگلیسی "سیستم چاه ستونی ایستاده" نامیده می شود (شکل 8).

برنج. 8. طرح چاه از نوع چاه ستون ایستاده

به طور معمول از این نوع چاه ها برای تامین آب آشامیدنی ساختمان ها نیز استفاده می شود.. با این حال، چنین سیستمی فقط در خاک هایی می تواند به طور مؤثر کار کند که منبع آب ثابتی را به چاه می دهد و از یخ زدن آن جلوگیری می کند. اگر آبخوان بیش از حد عمیق باشد، یک پمپ قدرتمند برای عملکرد عادی سیستم مورد نیاز است که نیاز به افزایش مصرف انرژی دارد. عمق زیاد چاه باعث هزینه نسبتاً بالای چنین سیستم هایی می شود، بنابراین از آنها برای تامین گرما و سرمای ساختمان های کوچک استفاده نمی شود. در حال حاضر چندین سیستم از این دست در جهان در ایالات متحده آمریکا، آلمان و اروپا فعال هستند.

یکی از مسیرهای امیدوارکننده استفاده از آب معادن و تونل ها به عنوان منبع انرژی حرارتی کم پتانسیل است. دمای این آب در طول سال ثابت است. آب معادن و تونل ها به راحتی قابل دسترسی است.

"پایداری" سیستم های استفاده از گرمای کم درجه از زمین

هنگام کار با مبدل حرارتی زمین، ممکن است شرایطی ایجاد شود که در طول فصل گرما دمای خاک در نزدیکی مبدل حرارتی زمین کاهش می یابد و در تابستان خاک زمان لازم برای گرم شدن تا دمای اولیه را ندارد - پتانسیل دمایی آن کاهش می یابد. . مصرف انرژی در فصل گرمایش بعدی باعث کاهش بیشتر دمای زمین و کاهش بیشتر پتانسیل دمایی آن می شود. این نیرو در هنگام طراحی سیستم ها استفاده از گرمای کم درجه زمینمشکل "پایداری" چنین سیستم هایی را در نظر بگیرید. منابع انرژی اغلب به شدت برای کاهش دوره بازپرداخت تجهیزات استفاده می شود که می تواند منجر به تخلیه سریع آنها شود. بنابراین، حفظ سطحی از تولید انرژی که امکان بهره برداری از منبع انرژی را فراهم کند، ضروری است مدت زمان طولانی. این توانایی سیستم ها برای حفظ سطح مورد نیاز تولید انرژی حرارتی در مدت زمان طولانی "پایداری" نامیده می شود. برای سیستم هایی که پتانسیل پایینی دارند گرمای زمینتعریف زیر از پایداری ارائه شده است: "برای هر سیستم استفاده از گرمای کم درجه زمین و برای هر حالت عملکرد این سیستم، حداکثر سطح معینی از تولید انرژی وجود دارد. تولید انرژی زیر این سطح را می توان برای مدت طولانی (100 تا 300 سال) حفظ کرد.

انجام شده در OJSC "INSOLAR-INVEST"مطالعات نشان داده است که مصرف انرژی حرارتی از توده خاک در پایان فصل گرما باعث کاهش دمای خاک در نزدیکی رجیستر لوله های سیستم جمع آوری حرارت می شود که در شرایط خاکی و اقلیمی بیشتر قلمرو روسیه زمانی برای جبران در تابستان سال ندارد و با شروع فصل گرمایش بعدی خاک با پتانسیل دمایی کاهش یافته ترک می کند. مصرف انرژی حرارتی در فصل گرمایش بعدی باعث کاهش بیشتر دمای خاک می شود و با شروع فصل گرمایش سوم پتانسیل دمایی آن حتی بیشتر از دمای طبیعی متفاوت می شود. و غیره. با این حال، پوشش‌های تأثیر حرارتی عملکرد طولانی‌مدت سیستم جمع‌آوری حرارت بر روی رژیم دمای طبیعی خاک دارای یک ویژگی نمایی برجسته است و تا سال پنجم عملیات، خاک به رژیم جدیدی نزدیک به دوره‌ای می‌رسد. یعنی از سال پنجم بهره برداری، مصرف طولانی مدت انرژی حرارتی از سیستم های جمع آوری حرارت توده خاک با تغییرات دوره ای در دمای آن همراه است. بنابراین، هنگام طراحی سیستم های گرمایش پمپ حرارتیبه نظر می رسد لازم است افت دمای توده خاک ناشی از عملکرد چندین ساله سیستم جمع آوری حرارت را در نظر گرفت و از دمای توده خاک مورد انتظار برای سال پنجم بهره برداری TST به عنوان پارامترهای طراحی استفاده کرد.

در سیستم های ترکیبی، که هم برای تامین گرما و هم برای تامین سرما استفاده می شود، تعادل حرارتی "به طور خودکار" تنظیم می شود: در زمستان (تامین گرما مورد نیاز است)، توده خاک خنک می شود، در زمان تابستان(تبرید مورد نیاز) - گرم کردن توده خاک. در سیستم هایی که از گرمای کم درجه آب زیرزمینی استفاده می کنند، به دلیل تراوش آب از سطح و آبی که از لایه های عمیق تر خاک می آید، ذخایر آب به طور مداوم تکمیل می شود. بنابراین، محتوای گرمای آب های زیرزمینی هر دو "از بالا" افزایش می یابد (به دلیل گرما هوای جوی) و «از پایین» (به دلیل گرمای زمین). مقدار گرمای ورودی "از بالا" و "از پایین" به ضخامت و عمق آبخوان بستگی دارد. با توجه به این ورودی‌های گرما، دمای آب زیرزمینی در طول فصل ثابت می‌ماند و در حین بهره‌برداری کمی تغییر می‌کند.

در سیستم هایی با مبدل های حرارتی زمینی عمودی، وضعیت متفاوت است.با حذف گرما، دمای خاک اطراف مبدل حرارتی زمین کاهش می یابد. کاهش دما هم تحت تأثیر ویژگی های طراحی مبدل حرارتی و هم حالت عملکرد آن است. به عنوان مثال، در سیستم هایی با مقادیر بالای اتلاف انرژی حرارتی (چند ده وات در هر متر طول مبدل حرارتی) یا در سیستم هایی با مبدل حرارتی زمینی که در خاک با رسانایی حرارتی پایین قرار دارد (به عنوان مثال، در ماسه خشک یا خشک شن)، کاهش دما به ویژه محسوس خواهد بود و می تواند منجر به یخ زدن توده خاک در اطراف مبدل حرارتی زمین شود.

کارشناسان آلمانی دمای توده خاکی را که در آن یک مبدل حرارتی عمودی زمینی به عمق 50 متر در نزدیکی فرانکفورت آم ماین نصب شده بود، اندازه گیری کردند. برای این کار 9 حلقه چاه در همان عمق در اطراف چاه اصلی در فواصل 2.5، 5 و 10 متر حفر شد. در هر ده چاه، حسگرهایی در هر 2 متر برای اندازه گیری دما نصب شد - در مجموع 240 سنسور. در شکل شکل 9 نمودارهایی را نشان می دهد که توزیع دما در توده خاک را در اطراف مبدل حرارتی زمین عمودی در ابتدا و در پایان اولین فصل گرمایش نشان می دهد. در پایان فصل گرما، کاهش دمای توده خاک در اطراف مبدل حرارتی به وضوح قابل توجه است. جریان گرمایی از توده خاک اطراف به مبدل حرارتی هدایت می شود که تا حدی کاهش دمای خاک ناشی از "حذف" گرما را جبران می کند. بزرگی این جریان، در مقایسه با مقدار جریان گرما از روده های زمین در یک منطقه معین (80-100 میلی وات بر متر مربع)، بسیار زیاد (چند وات در متر مربع) تخمین زده می شود.

برنج. 9. طرح های توزیع دما در توده خاک در اطراف مبدل حرارتی زمین عمودی در ابتدا و پایان اولین فصل گرما

از آنجایی که مبدل‌های حرارتی عمودی تقریباً 15 تا 20 سال پیش شروع به گسترش نسبتاً گسترده‌ای کردند، کمبود داده‌های تجربی در سراسر جهان وجود دارد که طی چندین دهه عملکرد سیستم‌های دارای مبدل‌های حرارتی از این نوع به دست آمده است. این سوال در مورد پایداری این سیستم ها، در مورد قابلیت اطمینان آنها در طول دوره های طولانی عملیات مطرح می شود. آیا گرمای کم درجه زمین یک منبع انرژی تجدید پذیر است؟ دوره «تجدید» این منبع چقدر است؟

هنگام راه اندازی یک مدرسه روستایی در منطقه یاروسلاول، مجهز سیستم پمپ حرارتیبا استفاده از مبدل حرارتی زمین عمودی، میانگین مقادیر حذف حرارت ویژه در سطح 120-190 وات بر خطی بود. متر طول مبدل حرارتی.

از سال 1986، تحقیقاتی بر روی سیستمی با مبدل های حرارتی زمینی عمودی در سوئیس در نزدیکی زوریخ انجام شده است. مبدل حرارتی زمینی از نوع کواکسیال عمودی با عمق 105 متر در توده خاک نصب شد. مبدل حرارتی زمینی عمودی قدرت پیک تقریبی 70 وات در هر متر طول را ارائه می‌کند که بار حرارتی قابل توجهی را روی توده زمین اطراف ایجاد می‌کند. تولید سالانه انرژی حرارتی تقریباً 13 مگاوات ساعت است

در فاصله 0.5 و 1 متری از چاه اصلی، دو حلقه چاه اضافی حفر شد که در آنها سنسورهای دما در عمق 1، 2، 5، 10، 20، 35، 50، 65، 85 و 105 متر نصب شد. پس از آن چاه ها از مخلوط خاک رس و سیمان پر شدند. دما هر سی دقیقه اندازه گیری شد. علاوه بر دمای زمین، پارامترهای دیگری نیز ثبت شد: سرعت مایع خنک کننده، مصرف انرژی توسط درایو کمپرسور پمپ حرارتی، دمای هوا و غیره.

اولین دوره مشاهده از سال 1986 تا 1991 به طول انجامید. اندازه گیری ها نشان داده است که تأثیر گرمای هوای بیرون و تابش خورشید در لایه سطحی خاک تا عمق 15 متری زیر این سطح، عمدتاً به دلیل گرما تشکیل می شود از درون زمین در طول 2-3 سال اول بهره برداری دمای خاکاطراف مبدل حرارتی عمودی به شدت کاهش می یابد، اما هر سال کاهش دما کاهش می یابد، و پس از چند سال سیستم به یک رژیم نزدیک به ثابت رسید، زمانی که دمای توده خاک در اطراف مبدل حرارتی 1-2 درجه سانتیگراد کمتر از اصلی

در پاییز 1996، ده سال پس از شروع به کار سیستم، اندازه گیری ها از سر گرفته شد. این اندازه گیری ها نشان داد که دمای زمین تغییر قابل توجهی نداشته است. در سالهای بعد، نوسانات جزئی در دمای زمین در 0.5 درجه سانتیگراد بسته به بار گرمایش سالانه ثبت شد. بنابراین، سیستم پس از چند سال اول بهره برداری به حالت شبه ایستا رسید.

بر اساس داده های تجربی، مدل های ریاضی از فرآیندهای رخ داده در توده خاک ساخته شد که امکان پیش بینی طولانی مدت تغییرات دمای توده خاک را فراهم می کند.

مدل‌سازی ریاضی نشان داد که کاهش سالانه دما به تدریج کاهش می‌یابد و حجم توده خاک اطراف مبدل حرارتی، مشروط به کاهش دما، هر سال افزایش می‌یابد. در پایان دوره عملیات، فرآیند بازسازی آغاز می شود: دمای خاک شروع به افزایش می کند. ماهیت فرآیند بازسازی شبیه به ماهیت فرآیند "انتخاب" گرما است: در سال های اول بهره برداری افزایش شدیدی در دمای خاک وجود دارد و در سال های بعدی میزان افزایش دما کاهش می یابد. مدت دوره "بازسازی" به مدت دوره عملیاتی بستگی دارد. این دو دوره تقریباً یکسان هستند. در مورد مورد بررسی، مدت کارکرد مبدل حرارتی زمین سی سال بوده و دوره «بازسازی» نیز سی سال برآورد شده است.

بنابراین، سیستم های گرمایش و سرمایش برای ساختمان هایی که از گرمای کم درجه از زمین استفاده می کنند، منبع انرژی قابل اعتمادی است که می تواند در همه جا استفاده شود. این منبع را می توان برای مدت طولانی استفاده کرد و در پایان دوره عملیاتی قابل تمدید است.

ادبیات

1. Rybach L. وضعیت و چشم انداز پمپ های حرارتی زمین گرمایی (GHP) در اروپا و سراسر جهان. جنبه های پایداری GHP ها دوره بین المللی پمپ های حرارتی زمین گرمایی، 2002

2. واسیلیف G.P.، ​​Krundyshev N.S. مدرسه روستایی کارآمد انرژی در منطقه یاروسلاول. ABOK شماره 5، 2002

3. Sanner B. منابع حرارتی زمین برای پمپ های حرارتی (طبقه بندی، ویژگی ها، مزایا). 2002

4. Rybach L. وضعیت و چشم انداز پمپ های حرارتی زمین گرمایی (GHP) در اروپا و سراسر جهان. جنبه های پایداری GHP ها دوره بین المللی پمپ های حرارتی زمین گرمایی، 2002

5. گروه کاری ORKUSTOFNUN، ایسلند (2001): تولید پایدار انرژی زمین گرمایی - تعریف پیشنهادی. شماره اخبار IGA 43، ژانویه-مارس 2001، 1-2

6. Rybach L., Sanner B. سیستم های پمپ حرارتی منبع زمین - تجربه اروپایی. GeoHeat-Center Bull. 21/1، 2000

7. صرفه جویی در انرژی با پمپ های حرارتی مسکونی در آب و هوای سرد. بروشور Maxi 08. CADDET, 1997

8. Atkinson Schaefer L. تجزیه و تحلیل پمپ حرارتی جذب فشار منفرد. پایان نامه ای که به هیئت علمی ارائه شده است. موسسه فناوری جورجیا، 2000

9. مورلی تی. موتور حرارتی معکوس به عنوان وسیله ای برای گرم کردن ساختمان ها، مهندس 133: 1922

10. Fearon J. تاریخچه و توسعه پمپ حرارتی، تبرید و تهویه مطبوع. 1978

11. واسیلیف G.P. ساختمان های کارآمد انرژی با سیستم گرمایش پمپ حرارتی. مجله مسکن و خدمات عمومی، شماره 12، 1381

12. دستورالعمل استفاده از پمپ های حرارتی با استفاده از منابع انرژی ثانویه و منابع انرژی تجدید پذیر غیر سنتی. Moskomarkhitektura. شرکت واحد دولتی "NIAC"، 2001

13. ساختمان مسکونی کم مصرف در مسکو. ABOK شماره 4، 1999

14. واسیلیف G.P. ساختمان مسکونی آزمایشی با انرژی کارآمد در منطقه کوچک Nikulino-2. ABOK شماره 4، 2002

دینامیک تغییرات در زمستان (2012-2013) دمای زمین در عمق 130 سانتی متری زیر خانه (زیر لبه داخلی پی)، و همچنین در سطح زمین و دمای آب خروجی از چاه، است. اینجا منتشر شده است. همه ی اینها روی رایزر است که از چاه می آید.
نمودار در پایین مقاله است.
ویلا (در مرز مسکو جدید و منطقه کالوگا) زمستانی است که به طور دوره ای (2-4 بار در ماه برای چند روز) بازدید می شود.
قسمت کور و زیرزمین خانه عایق بندی نشده است، از پاییز آنها را با شاخه های عایق حرارتی (10 سانتی متر فوم) پوشانده اند. اتلاف گرما از ایوان جایی که رایزر خاموش می شود در ژانویه تغییر کرده است. به تبصره 10 مراجعه کنید.
اندازه گیری ها در عمق 130 سانتی متر توسط سیستم Xital GSM ()، گسسته - 0.5 * C، اضافی انجام می شود. خطا - حدود 0.3 * C.
این سنسور در یک لوله 20 میلی متری HDPE که از زیر نزدیک رایزر جوش داده شده است (در قسمت بیرونی عایق حرارتی رایزر، اما در داخل لوله 110 میلی متری) نصب می شود.
محور آبسیسا تاریخ ها را نشان می دهد، محور ارتین دما را نشان می دهد.
یادداشت 1:
من همچنین دمای آب را در چاه و همچنین در سطح زمین در زیر خانه، درست روی بالابر بدون آب، اما فقط پس از ورود، نظارت خواهم کرد. خطا حدود +-0.6*C است.
تبصره 2:
درجه حرارت در سطح زمینزیر خانه نزدیک بالابر لوله آب در نبود جمعیت و آب به منفی 5*C کاهش یافت. این نشان می دهد که بیهوده نبودم که سیستم را ساختم - به هر حال، ترموستاتی که -5 * C را نشان می داد از این سیستم آمده است (RT-12-16).
نکته 3:
دمای آب "در چاه" با همان سنسور (همچنین در تبصره 2) "در سطح زمین" اندازه گیری می شود - مستقیماً روی رایزر زیر عایق حرارتی و نزدیک به رایزر در سطح زمین قرار می گیرد. این دو اندازه گیری در مقاطع مختلف زمانی انجام می شود. "در سطح زمین" - قبل از پمپاژ آب به بالابر و "در چاه" - پس از پمپاژ حدود 50 لیتر به مدت نیم ساعت با وقفه.
تبصره 4:
دمای آب در چاه ممکن است تا حدودی دست کم گرفته شود، زیرا ... من نمی توانم با پمپاژ بی پایان آب (مال من) به دنبال این مجانب لعنتی بگردم... به بهترین شکل ممکن بازی می کنم.
نکته 5: نامربوط، حذف شده است.
تبصره 6:
خطا در ثبت دمای خیابان تقریبا +-(3-7)*C است.
تبصره 7:
سرعت خنک شدن آب در سطح زمین (بدون روشن کردن پمپ) تقریباً 1-2 * C در ساعت است (این میزان در سطح زمین منفی 5 * C است).
تبصره 8:
فراموش کردم توضیح دهم که رایزر زیرزمینی من چگونه ساخته و عایق شده است. PND-32 به دو جوراب عایق مجموعاً 2 سانتی متر مجهز شده است. ضخامت (ظاهراً پلی اتیلن فوم شده)، همه اینها در 110 میلی متر قرار می گیرند لوله فاضلابو در آنجا به عمق 130 سانتی متر کف می شود. درست است ، از آنجایی که PND-32 در مرکز لوله 110 قرار نمی گیرد و همچنین ممکن است در وسط آن جرم فوم معمولی برای مدت طولانی سفت نشود و در نتیجه به عایق تبدیل نشود ، بنابراین من به شدت به کیفیت آن شک دارم. چنین عایق اضافی.. احتمالاً بهتر است از فوم دو جزئی استفاده شود که وجود آن را بعداً فهمیدم ...
تبصره 9:
من می خواهم توجه خوانندگان را به اندازه گیری دما "در سطح زمین" در تاریخ 12 ژانویه 2013 جلب کنم. و از تاریخ 1392/01/18 در اینجا، به نظر من، مقدار +0.3 * C به طور قابل توجهی بالاتر از حد انتظار است. من فکر می کنم که این نتیجه عملیات "پر کردن پایگاه نزدیک بالابر با برف" است که در 31 دسامبر 2012 انجام شد.
تبصره 10:
از 12 ژانویه تا 3 فوریه، ایوان را که در آن بالابر زیرزمینی می رود، عایق بندی کردم.
در نتیجه، طبق برآوردهای تقریبی، اتلاف حرارت ایوان از 100 وات بر متر مربع کاهش یافت. طبقه تا حدود 50 (این در خارج از منهای 20 * C است).
این در نمودارها منعکس شد. دما را در سطح زمین در 9 فوریه مشاهده کنید: +1.4*C و 16 فوریه: +1.1 - چنین دماهای بالایی هنوز از آغاز زمستان واقعی مشاهده نشده است.
و یک چیز دیگر: از 15 بهمن تا 25 بهمن برای اولین بار در دو زمستان، از یکشنبه تا جمعه، دیگ برای حفظ حداقل دمای تنظیم شده روشن نشد زیرا به این حداقل نرسید ...
تبصره 11:
همانطور که قول داده بودم (به منظور "نظم" و برای تکمیل چرخه سالانه)، من به طور دوره ای دما را در تابستان منتشر خواهم کرد. اما - نه در برنامه، تا زمستان را "سایه نکنیم"، بلکه در اینجا، در Note-11.
11 مه 2013
پس از 3 هفته تهویه، دریچه ها تا پاییز بسته شدند تا از رسوبات متراکم جلوگیری شود.
13 مه 2013(در حال حاضر یک هفته است که در خارج از خانه +25-30*C است):
- زیر خانه در سطح زمین +10.5*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +6*С،

12 ژوئن 2013:
- زیر خانه در سطح زمین +14.5*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +10*С.
- آب چاه از عمق 25 متری بالاتر از 8+ سانتیگراد نباشد.
26 ژوئن 2013:
- زیر خانه در سطح زمین +16*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +11*С.
- آب چاه از عمق 25 متری بالاتر از +9.3 * سانتیگراد نباشد.
19 اوت 2013:
- زیر خانه در سطح زمین +15.5*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +13.5*С.
- آب چاه از عمق 25 متری بالاتر از 9.0*C نباشد.
28 سپتامبر 2013:
- زیر خانه در سطح زمین +10.3*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +12*С.
- آب در چاه از عمق 25 متر = +8.0 * C.
26 اکتبر 2013:
- زیر خانه در سطح زمین +8.5*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +9.5*С.
- آب چاه از عمق 25 متری بالاتر از 7.5+ درجه سانتیگراد نباشد.
16 نوامبر 2013:
- زیر خانه در سطح زمین +7.5*C،
- زیر خانه در عمق 130 سانتی متری. +9.0*С.
- آب در چاه از عمق 25 متر + 7.5 * C.
20 فوریه 2014:
این احتمالا آخرین ورودی در این مقاله است.
ما دائماً در تمام زمستان در خانه زندگی می کنیم، تکرار اندازه گیری های سال گذشته فایده ای ندارد، بنابراین تنها دو عدد قابل توجه وجود دارد:
- حداقل دمای زیر خانه در سطح زمین در طول سردترین یخبندان (20- -30*C) یک هفته پس از شروع آنها، به طور مکرر به زیر 0.5*C کاهش یافت. در این لحظات برای من کار کرد

این ممکن است خارق العاده به نظر برسد اگر حقیقت نداشته باشد. به نظر می رسد که در شرایط سخت سیبری می توانید گرما را مستقیماً از زمین دریافت کنید. اولین تاسیسات با سیستم های گرمایش زمین گرمایی سال گذشته در منطقه تومسک ظاهر شد، و اگرچه می توانند هزینه گرما را در مقایسه با منابع سنتی حدود چهار برابر کاهش دهند، اما هنوز جرمی به "زیرزمین" نمی رود. اما این روند قابل توجه است و مهمتر از همه، در حال افزایش است. در واقع، این در دسترس ترین منبع انرژی جایگزین برای سیبری است، جایی که آنها همیشه نمی توانند اثربخشی خود را نشان دهند، به عنوان مثال، پنل های خورشیدییا ژنراتورهای بادی انرژی زمین گرمایی اساساً فقط زیر پای ما قرار دارد.

عمق انجماد خاک 2 تا 2.5 متر است. دمای زمین زیر این علامت در زمستان و تابستان یکسان باقی می ماند و از مثبت یک تا مثبت پنج درجه سانتیگراد متغیر است. مهندس برق اداره آموزش اداره منطقه تومسک می گوید عملکرد پمپ حرارتی بر اساس این ویژگی است. رومن آلکسینکو. - لوله های اتصال در کانتور خاکی تا عمق 2.5 متری در فاصله حدود یک و نیم متری از یکدیگر دفن می شوند. مایع خنک کننده، اتیلن گلیکول، در سیستم لوله گردش می کند. مدار زمین افقی خارجی با واحد تبرید ارتباط برقرار می کند، که در آن مبرد در گردش است - فریون، گازی با نقطه جوش کم. در دمای مثبت سه درجه سانتیگراد، این گاز شروع به جوشیدن می کند و هنگامی که کمپرسور به شدت گاز در حال جوش را فشرده می کند، دمای گاز در حال جوش به مثبت 50 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. گاز گرم شده به یک مبدل حرارتی فرستاده می شود که در آن آب مقطر معمولی در گردش است. مایع گرم می شود و گرما را در سراسر سیستم گرمایشی که در کف قرار داده شده پخش می کند.

فیزیک محض و بدون معجزه

تابستان گذشته یک مهدکودک مجهز به سیستم گرمایش زمین گرمایی مدرن دانمارکی در روستای Turuntaevo نزدیک تومسک افتتاح شد. به گفته مدیر شرکت تومسک "Ekoklimat" گئورگی گرانین، یک سیستم کم مصرف این امکان را فراهم می کند که هزینه های گرمایش را چندین بار کاهش دهد. در طول هشت سال، این شرکت تومسک در حال حاضر حدود دویست تأسیسات را در مناطق مختلف روسیه به سیستم های گرمایش زمین گرمایی مجهز کرده است و این کار را در منطقه تامسک ادامه می دهد. بنابراین در سخنان گرانین شکی نیست. یک سال قبل از افتتاح مهدکودک در Turuntaevo، Ecoclimate دیگری را تجهیز کرد مهد کودک"اسانی بانی" در منطقه کوچک "گرین هیلز" تومسک. در واقع این اولین تجربه از این دست بود. و معلوم شد که کاملاً موفق بوده است.

در سال 2012، طی بازدید از دانمارک که تحت برنامه مرکز گزارشگر اطلاعات یورو (منطقه EICC-Tomsk) برگزار شد، این شرکت موفق به توافق با شرکت دانمارکی Danfoss شد. و امروزه تجهیزات دانمارکی به استخراج گرما از اعماق تومسک کمک می کند و همانطور که کارشناسان می گویند بدون تواضع بی مورد ، کاملاً مؤثر است. شاخص اصلی کارایی کارایی است. گرانین می گوید: "سیستم گرمایش یک ساختمان مهد کودک با مساحت 250 متر مربع در Turuntaevo 1.9 میلیون روبل هزینه دارد." "و هزینه گرمایش 20-25 هزار روبل در سال است." این مبلغ با مبلغی که مهدکودک برای گرما با استفاده از منابع سنتی پرداخت می کند قابل مقایسه نیست.

این سیستم در زمستان سیبری بدون مشکل کار می کرد. محاسبه انطباق تجهیزات گرمایشی با استانداردهای SanPiN انجام شد که طبق آن باید دمای ساختمان مهدکودک کمتر از +19 درجه سانتیگراد در دمای هوای خارج از -40 درجه سانتیگراد حفظ شود. در مجموع، حدود چهار میلیون روبل برای توسعه مجدد، تعمیر و تجهیز مجدد ساختمان هزینه شد. با احتساب پمپ حرارتی، این مقدار کمتر از شش میلیون بود. به لطف پمپ های حرارتی، امروزه گرمایش مهدکودک یک سیستم کاملا ایزوله و مستقل است. ساختمان اکنون فاقد رادیاتورهای سنتی است و اتاق با استفاده از سیستم "کف گرم" گرم می شود.

همانطور که می گویند مهد کودک Turuntaevsky "از" به "به" عایق بندی شده است - ساختمان مجهز به عایق حرارتی اضافی است: یک لایه عایق 10 سانتی متری، معادل دو تا سه آجر، در بالای دیوار موجود نصب شده است. (ضخامت سه آجر). در پشت عایق یک لایه هوا وجود دارد و سپس سایدینگ فلزی وجود دارد. سقف نیز به همین ترتیب عایق بندی شده است. تمرکز اصلی سازندگان بر روی "طبقه گرم" - سیستم گرمایش ساختمان بود. نتیجه چندین لایه بود: یک کف بتنی، یک لایه پلاستیک فوم به ضخامت 50 میلی متر، یک سیستم لوله که در آن آب گرم در گردش است و مشمع کف اتاق. اگرچه دمای آب در مبدل حرارتی می تواند به +50 درجه سانتیگراد برسد، حداکثر گرمایش پوشش واقعی کف از +30 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند. دمای واقعی هر اتاق را می توان به صورت دستی تنظیم کرد - سنسورهای خودکار به شما امکان می دهند دمای کف را به گونه ای تنظیم کنید که اتاق مهد کودک تا سطح مورد نیاز گرم شود. استانداردهای بهداشتیدرجه.

قدرت پمپ در مهد کودک Turuntaevsky 40 کیلووات انرژی حرارتی تولید شده است که برای تولید آن پمپ حرارتی به 10 کیلووات برق نیاز دارد. بنابراین، از 1 کیلو وات مصرف می شود انرژی الکتریکیپمپ حرارتی 4 کیلو وات گرما تولید می کند. ما کمی از زمستان می ترسیدیم - نمی دانستیم پمپ های حرارتی چگونه رفتار می کنند. مدیر Turuntaevskaya می گوید، اما حتی در یخبندان های شدید، مهد کودک به طور مداوم گرم بود - از 18 تا 23 درجه سانتیگراد. دبیرستان اوگنی بلونوگوف. - البته شایان ذکر است که خود ساختمان به خوبی عایق بندی شده بود. تجهیزات در تعمیر و نگهداری بی تکلف هستند و علیرغم اینکه این یک پیشرفت غربی است، ثابت کرده است که در شرایط سخت سیبری ما کاملاً مؤثر است.

یک پروژه جامع برای تبادل تجربه در زمینه حفاظت از منابع توسط منطقه EICC-Tomsk اتاق بازرگانی و صنعت تومسک اجرا شد. شرکت کنندگان آن شرکت های کوچک و متوسط ​​بودند که در حال توسعه و اجرا بودند فن آوری های صرفه جویی در منابع. در ماه مه سال گذشته، کارشناسان دانمارکی به عنوان بخشی از پروژه روسیه-دانمارک از تومسک بازدید کردند و نتیجه، همانطور که می گویند، آشکار بود.

نوآوری به مدرسه می آید

مدرسه ای جدید در روستای ورشینینو در منطقه تومسک که توسط یک کشاورز ساخته شده است میخائیل کولپاکوف، سومین تاسیسات در منطقه است که از گرمای زمین به عنوان منبع گرمایی برای گرمایش و تامین آب گرم استفاده می کند. این مدرسه همچنین منحصر به فرد است زیرا دارای بالاترین رده بازده انرژی - "A" است. طراحی و راه اندازی سیستم گرمایشی توسط همین شرکت اکوکلیمات انجام شده است.

میخائیل کولپاکوف می گوید: "وقتی تصمیم گرفتیم چه نوع گرمایشی را در مدرسه نصب کنیم، چندین گزینه داشتیم - دیگ بخار زغال سنگ و پمپ های حرارتی." - ما تجربه یک مهدکودک کم مصرف در Zeleny Gorki را مطالعه کردیم و محاسبه کردیم که گرم کردن به روش قدیمی با استفاده از زغال سنگ برای ما بیش از 1.2 میلیون روبل در زمستان هزینه دارد و همچنین به آب گرم نیاز داریم. و با پمپ های حرارتی هزینه ها برای کل سال حدود 170 هزار با احتساب آب گرم خواهد بود.

این سیستم فقط برای تولید گرما به برق نیاز دارد. پمپ های حرارتی در مدرسه با مصرف 1 کیلو وات برق، حدود 7 کیلو وات انرژی حرارتی تولید می کنند. علاوه بر این، برخلاف زغال سنگ و گاز، گرمای زمین یک منبع انرژی خود تجدید شونده است. هزینه نصب یک سیستم گرمایش مدرن در مدرسه تقریباً 10 میلیون روبل است. برای این منظور 28 حلقه چاه در محوطه مدرسه حفر شد.

«حساب اینجا ساده است. ما محاسبه کردیم که سرویس یک دیگ بخار زغال سنگ، با در نظر گرفتن حقوق استوکر و هزینه سوخت، بیش از یک میلیون روبل در سال هزینه دارد. سرگئی افیموف. - هنگام استفاده از پمپ های حرارتی، باید حدود پانزده هزار روبل در ماه برای تمام منابع بپردازید. از مزایای بدون شک استفاده از پمپ های حرارتی می توان به کارایی و سازگاری با محیط زیست آنها اشاره کرد. سیستم تامین گرما به شما این امکان را می دهد که تامین گرما را بسته به آب و هوای بیرون تنظیم کنید، که به اصطلاح "کم گرم شدن" یا "گرم شدن بیش از حد" اتاق را از بین می برد.

طبق محاسبات اولیه، تجهیزات گران قیمت دانمارکی طی چهار تا پنج سال هزینه خود را پرداخت خواهند کرد. عمر مفید پمپ های حرارتی Danfoss که Ekoklimat LLC با آنها کار می کند 50 سال است. با دریافت اطلاعات در مورد دمای هوای بیرون، کامپیوتر تعیین می کند که چه زمانی مدرسه را گرم کند و چه زمانی این کار را انجام ندهد. بنابراین، سوال از تاریخ روشن و خاموش کردن گرمایش به طور کلی ناپدید می شود. صرف نظر از آب و هوای بیرون پنجره های داخل مدرسه، کنترل آب و هوا همیشه برای کودکان کار خواهد کرد.

زمانی که سفیر فوق‌العاده و تام الاختیار پادشاهی دانمارک سال گذشته به جلسه همه‌روسیه آمد و از مهدکودک ما در گرین گورکی بازدید کرد، از اینکه آن فناوری‌هایی که حتی در کپنهاگ نیز نوآورانه تلقی می‌شوند در تومسک به کار گرفته می‌شوند و کار می‌کنند، شگفت‌زده شد. منطقه، صحبت می کند مدیر بازرگانیشرکت اکوکلیمیت الکساندر گرانین.

به طور کلی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر محلی در بخش های مختلف اقتصاد، در این مورد در حوزه اجتماعی که شامل مدارس و مهدکودک ها می شود، یکی از جهت گیری های اصلی اجرا شده در منطقه به عنوان بخشی از برنامه صرفه جویی انرژی و افزایش بهره وری انرژی توسعه انرژی های تجدیدپذیر به طور فعال توسط فرماندار منطقه حمایت می شود سرگئی ژواچکین. و سه مؤسسه بودجه با سیستم گرمایش زمین گرمایی تنها گام های اولیه برای اجرای یک پروژه بزرگ و امیدوارکننده هستند.

مهد کودک در گرین هیلز در مسابقه ای در Skolkovo به عنوان بهترین مرکز انرژی کارآمد در روسیه شناخته شد. سپس مدرسه Vershininskaya با گرمایش زمین گرمایی ظاهر شد، همچنین از بالاترین رده بازده انرژی. تسهیلات بعدی که برای منطقه تومسک کم اهمیت نیست، یک مهدکودک در Turuntaevo است. امسال، شرکت های Gazkhimstroyinvest و Stroygarant در حال حاضر ساخت مهدکودک های 80 و 60 کودک را به ترتیب در روستاهای منطقه تومسک Kopylovo و Kandinka آغاز کرده اند. هر دو تاسیسات جدید توسط سیستم های گرمایش زمین گرمایی - از پمپ های حرارتی - گرم می شوند. در مجموع امسال اداره منطقه قصد دارد تقریباً 205 میلیون روبل برای ساخت مهدکودک های جدید و نوسازی مهدکودک های موجود هزینه کند. نیاز به بازسازی و تجهیز مجدد ساختمان مهدکودک در روستای تختامیشوو وجود دارد. در این ساختمان، گرمایش نیز با استفاده از پمپ های حرارتی اجرا می شود، زیرا سیستم به خوبی خود را ثابت کرده است.

دما با عمق تغییر می کند. به دلیل تامین ناهموار گرمای خورشید، سطح زمین گاهی گرم و گاهی سرد می شود. این نوسانات دما بسیار کم عمق به ضخامت زمین نفوذ می کند. بنابراین، نوسانات روزانه در عمق 1 مترمعمولاً آنها تقریباً دیگر احساس نمی شوند. در مورد نوسانات سالانه، آنها نفوذ می کنند اعماق مختلف: V کشورهای گرمدر ساعت 10-15 مترو در کشورهای با زمستان سردو در تابستان های گرم تا 25-30 و حتی 40 مترعمیق تر 30-40 متردر حال حاضر در همه جای زمین دما بدون تغییر باقی می ماند. به عنوان مثال، یک دماسنج که در زیرزمین رصدخانه پاریس قرار داده شده است، برای بیش از 100 سال همیشه 11 درجه و 85 درجه سانتیگراد را نشان داده است.

لایه ای با دمای ثابت در سراسر کره زمین مشاهده می شود و به آن کمربند دمای ثابت یا خنثی می گویند. عمق این کمربند بسته به شرایط آب و هوایی متفاوت است و دما تقریباً برابر با میانگین دمای سالانه یک مکان معین است.

هنگامی که به عمق زمین زیر لایه ای با دمای ثابت می رویم، معمولاً افزایش تدریجی دما مشاهده می شود. این اولین بار توسط کارگران در معادن عمیق مشاهده شد. این موضوع در هنگام تونل گذاری نیز مورد توجه قرار گرفت. به عنوان مثال، هنگام گذاشتن تونل سیمپلون (در کوه های آلپ)، دما به 60 درجه افزایش یافت که مشکلات قابل توجهی در کار ایجاد کرد. حتی دماهای بالاتر در گمانه های عمیق مشاهده می شود. یک نمونه چاه چوخوفسکایا (سیلزیای بالا) است که در عمق 2220 متردما بیش از 80 درجه (83 درجه، 1) و غیره بود. بر اساس مشاهدات بسیاری که در نقاط مختلف زمین انجام شده است، می توان به طور متوسط ​​با عمق دادن به ازای هر 33 مورد تعیین کرد. متردرجه حرارت 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.

به تعداد مترهایی که باید به عمق زمین بروید تا دمای آن یک درجه سانتیگراد افزایش یابد، گفته می شود گام زمین گرماییمرحله زمین گرمایی در موارد مختلف یکسان نیست و اغلب از 30 تا 35 متغیر است. متردر برخی موارد ممکن است این نوسانات بیشتر باشد. به عنوان مثال، در ایالت میشیگان (ایالات متحده آمریکا)، در یکی از گمانه های واقع در نزدیکی دریاچه. میشیگان، مرحله زمین گرمایی معلوم شد نه 33، بلکه 70 متربرعکس، یک پله زمین گرمایی بسیار کوچک در یکی از چاه های مکزیک، در عمق 670 مشاهده شد. مترآب با دمای 70 درجه ظاهر شد. بنابراین، مرحله زمین گرمایی فقط حدود 12 بود مترمراحل کوچک زمین گرمایی نیز در مناطق آتشفشانی مشاهده می شود، جایی که در اعماق کم ممکن است هنوز لایه های سرد نشده سنگ های آذرین وجود داشته باشد. اما همه چنین مواردی نه آنقدر که استثنا هستند.

دلایل زیادی وجود دارد که بر مرحله زمین گرمایی تأثیر می گذارد. (علاوه بر موارد فوق می توان به رسانایی حرارتی متفاوت سنگ ها، ماهیت وقوع لایه ها و ... اشاره کرد.

زمین در توزیع دما اهمیت زیادی دارد. دومی را می توان به وضوح در نقاشی پیوست مشاهده کرد (شکل 23)، که مقطعی از کوه های آلپ را در امتداد خط تونل سیمپلون، با ژئوایزوترم های نقطه ای (یعنی خطوطی با دمای مساوی در داخل زمین) نشان می دهد. به نظر می‌رسد ژئوترم‌ها در اینجا از نقش برجسته پیروی می‌کنند، اما با عمق، تأثیر نقش برجسته به تدریج کاهش می‌یابد. (خم شدید رو به پایین ژئوترم ها در باله به دلیل گردش آب قوی مشاهده شده در اینجا است.)

دمای زمین در اعماق زیاد. مشاهدات دما در گمانه ها، که عمق آن به ندرت از 2-3 تجاوز می کند کیلومتر،به طور طبیعی، آنها نمی توانند ایده ای از دمای لایه های عمیق تر زمین ارائه دهند. اما در اینجا برخی از پدیده های حیات پوسته زمین به کمک ما می آیند. آتشفشان یکی از این پدیده هاست. آتشفشان ها در سراسر سطح زمین، گدازه مذاب را به سطح زمین بیاورید که دمای آن بیش از 1000 درجه است. بنابراین، در اعماق زیاد دمایی بیش از 1000 درجه داریم.

زمانی بود که دانشمندان، بر اساس مرحله زمین گرمایی، سعی کردند عمقی را محاسبه کنند که در آن دماهای بالای 1000-2000 درجه می تواند رخ دهد. با این حال، چنین محاسباتی را نمی توان به اندازه کافی ثابت کرد. مشاهدات انجام شده بر روی دمای یک توپ بازالتی خنک کننده و محاسبات نظری دلیلی برای گفتن این موضوع دارد که بزرگی پله زمین گرمایی با عمق افزایش می یابد. اما هنوز نمی‌توانیم بگوییم که چنین افزایشی تا چه اندازه و در چه عمقی اتفاق می‌افتد.

اگر فرض کنیم که دما به طور مداوم با عمق افزایش می یابد، در مرکز زمین باید آن را در ده ها هزار درجه اندازه گیری کرد. در چنین دماهایی، تمام سنگ های شناخته شده برای ما باید به حالت مایع تبدیل شوند. درست است، فشار عظیمی در داخل زمین وجود دارد، و ما چیزی در مورد وضعیت اجسام در چنین فشارهایی نمی دانیم. با این حال، ما هیچ مدرکی نداریم که بگوییم دما به طور مداوم با عمق افزایش می یابد. اکنون اکثر ژئوفیزیکدانان به این نتیجه رسیده اند که دمای داخل زمین به سختی می تواند بیش از 2000 درجه باشد.

منابع حرارتی در مورد منابع گرمایی که دمای داخلی زمین را تعیین می کنند، می توانند متفاوت باشند. بر اساس فرضیه هایی که زمین را از یک توده داغ و مذاب تشکیل می دهند، گرمای داخلی را باید گرمای باقیمانده جسمی در نظر گرفت که از سطح سرد می شود. با این حال، دلایلی وجود دارد که باور کنیم علت دمای بالای داخلی زمین ممکن است تجزیه رادیواکتیو اورانیوم، توریم، اکتین‌اورانیوم، پتاسیم و سایر عناصر موجود در سنگ‌ها باشد. عناصر رادیواکتیو بیشتر در سنگهای اسیدی پوسته سطح زمین پراکنده شده اند. در عین حال، سنگ های اساسی در آنها غنی تر از شهاب سنگ های آهنی هستند که قطعات داخلی اجسام کیهانی محسوب می شوند.

با وجود مقدار کم مواد رادیواکتیو در سنگ ها و تجزیه آهسته آنها، مقدار کل گرمای حاصل از فروپاشی رادیواکتیو زیاد است. زمین شناس شوروی V. G. Khlopinمحاسبه کرد که عناصر رادیواکتیو موجود در پوسته بالای 90 کیلومتری زمین برای پوشش از دست دادن گرمای سیاره توسط تشعشع کافی است. همراه با فروپاشی رادیواکتیو، انرژی حرارتی در طول فشرده سازی مواد زمین آزاد می شود، زمانی که واکنش های شیمیاییو غیره

- منبع-

پولووینکین، A.A. مبانی زمین شناسی عمومی/ A.A. Polovinkin - M.: انتشارات آموزشی و آموزشی دولتی وزارت آموزش و پرورش RSFSR، 1958. - 482 ص.

بازدید پست: 179