برای مدل‌سازی میدان‌های دما و سایر محاسبات، دانستن دمای خاک در یک عمق معین ضروری است.

دمای خاک در عمق با استفاده از دماسنج های عمق خاک خروجی اندازه گیری می شود. اینها مطالعات برنامه ریزی شده ای است که به طور مرتب توسط ایستگاه های هواشناسی انجام می شود. داده های تحقیقاتی به عنوان پایه ای برای اطلس های آب و هوا و اسناد نظارتی عمل می کند.

برای به دست آوردن دمای خاک در یک عمق معین، می توانید به عنوان مثال دو مورد را امتحان کنید راه های ساده. هر دو روش شامل استفاده از کتاب های مرجع است:

برای تعیین تقریبی دما، می توانید از سند TsPI-22 استفاده کنید. "انتقال خطوط راه آهن توسط خطوط لوله." در اینجا، در چارچوب روش برای محاسبه مهندسی حرارتی خطوط لوله، جدول 1 آورده شده است، که در آن برای مناطق آب و هوایی خاص، مقادیر دمای خاک بسته به عمق اندازه گیری داده می شود. من این جدول را در اینجا در زیر ارائه می کنم.

میز 1

جدول دمای خاک در اعماق مختلف از منبع "برای کمک به یک کارگر صنعت گاز" از زمان اتحاد جماهیر شوروی

اعماق انجماد استاندارد برای برخی شهرها:

عمق انجماد خاک به نوع خاک بستگی دارد:

من فکر می کنم ساده ترین گزینه استفاده از داده های مرجع بالا و سپس درون یابی است.

مطمئن ترین گزینه برای محاسبات دقیق با استفاده از دمای زمین، استفاده از داده های خدمات هواشناسی است. برخی دایرکتوری های آنلاین بر اساس خدمات هواشناسی کار می کنند. به عنوان مثال، http://www.atlas-yakutia.ru/.

در اینجا فقط باید یک سکونتگاه، نوع خاک را انتخاب کنید و می توانید نقشه دمای خاک یا داده های آن را به صورت جدولی دریافت کنید. در اصل، راحت است، اما به نظر می رسد که این منبع پولی است.

اگر راه های دیگری برای تعیین دمای خاک در عمق معین می دانید، لطفا نظرات خود را بنویسید.

ممکن است به مطالب زیر علاقه مند شوید:

کلکتورهای عمودی با استفاده از کاوشگرهای زمین گرمایی زمین انرژی را از زمین استخراج می کنند. اینها سیستم های بسته با چاه هایی با قطر 145-150 میلی متر و عمق 50 تا 150 متر هستند که از طریق آنها لوله ها گذاشته می شود. یک زانویی برگشتی U در انتهای خط لوله نصب شده است. به طور معمول، نصب با استفاده از یک پروب تک مدار با لوله های 2x d40 ("سیستم سوئدی") یا یک پروب دو مداره با لوله های 4x d32 انجام می شود. پروب های دو مدار باید 10 تا 15 درصد استخراج حرارت بیشتری را به دست آورند. برای چاه های عمیق تر از 150 متر، باید از لوله های 4xd40 استفاده شود (برای کاهش افت فشار).

در حال حاضر بیشتر چاه های استخراج گرما از زمین عمق 150 متری دارند در اعماق بیشتر می توان گرمای بیشتری به دست آورد، اما هزینه های چنین چاه هایی بسیار بالا خواهد بود. بنابراین محاسبه پیشاپیش هزینه های نصب کلکتور عمودی در مقایسه با صرفه جویی مورد انتظار در آینده حائز اهمیت است. در مورد نصب سیستم خنک کننده فعال - غیرفعال به دلیل دمای بالاتر خاک و پتانسیل کمتر در زمان انتقال حرارت از محلول به محیط، چاه های عمیق تری ساخته نمی شود. مخلوط ضد یخ (الکل، گلیسیرین، گلیکول) در سیستم گردش می کند و با آب رقیق می شود تا به قوام ضد یخ مورد نظر برسد. در یک پمپ حرارتی، گرمای گرفته شده از زمین را به مبرد منتقل می کند. دمای زمین در عمق 20 متری تقریباً 10 درجه سانتیگراد است و هر 30 متر یک درجه سانتیگراد افزایش می یابد. تحت تأثیر شرایط آب و هوایی قرار نمی گیرد و بنابراین می توانید هم در زمستان و هم در تابستان روی انتخاب انرژی با کیفیت بالا حساب کنید. باید اضافه کرد که دمای زمین در ابتدای فصل (شهریور-مهر) با دمای پایان فصل (اسفند-فروردین) کمی متفاوت است. بنابراین، هنگام محاسبه عمق کلکتورهای عمودی، باید طول فصل گرمایش در محل نصب را در نظر گرفت.

هنگام جمع آوری گرما با استفاده از پروب های عمودی زمین گرمایی، محاسبات صحیح و طراحی کلکتورها بسیار مهم است. برای انجام محاسبات شایسته، باید بدانید که آیا امکان حفاری در محل نصب به عمق مورد نظر وجود دارد یا خیر.

برای یک پمپ حرارتی با توان 10 کیلووات، تقریباً 120-180 متر چاه مورد نیاز است. چاه ها باید حداقل 8 متر از هم فاصله داشته باشند. تعداد و عمق چاه ها به شرایط زمین شناسی، در دسترس بودن آب های زیرزمینی، توانایی خاک برای حفظ گرما و فناوری حفاری بستگی دارد. هنگام حفر چاه های متعدد، کل طول چاه مورد نظر بر تعداد چاه ها تقسیم می شود.

مزیت یک کلکتور عمودی نسبت به کلکتور افقی، مساحت کوچکتر زمین برای استفاده، منبع گرمای پایدارتر و استقلال منبع حرارتی است. شرایط آب و هوایی. عیب کلکتورهای عمودی هزینه بالای عملیات خاکبرداری و خنک شدن تدریجی زمین در نزدیکی کلکتور می باشد (محاسبات مناسب توان مورد نیاز در حین طراحی لازم است).

محاسبه عمق چاه مورد نیاز

اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه اولیه عمق و تعداد چاه:

قدرت پمپ حرارتی

نوع گرمایش انتخاب شده - "طبقه گرم"، رادیاتور، ترکیبی

تعداد تخمینی ساعات کار پمپ حرارتی در سال که نیازهای انرژی را پوشش می دهد

محل نصب

استفاده از چاه زمین گرمایی - گرمایش، گرمایش آب گرم، گرمایش فصلی استخر، گرمایش استخر در تمام طول سال

استفاده از تابع خنک کننده غیرفعال (فعال) در یک جسم

مجموع مصرف گرمای سالانه برای گرمایش (MW/hour)

دمای خاک به طور مداوم با عمق و زمان تغییر می کند. این به عوامل متعددی بستگی دارد که توضیح بسیاری از آنها دشوار است. به عنوان مثال موارد اخیر عبارتند از: ماهیت پوشش گیاهی، قرار گرفتن شیب در نقاط اصلی، سایه، پوشش برف، ماهیت خود خاک ها، وجود آب های فوق منجمد و غیره. اما دمای خاک هم از نظر ارزش و هم از نظر ماهیت توزیع، از سالی به سال دیگر نسبتاً ثابت می ماند و تأثیر تعیین کننده در اینجا با دمای هوا باقی می ماند.

دمای خاک در اعماق مختلفو در دوره های مختلف سال می توان با اندازه گیری های مستقیم در چاه های حرارتی که طی فرآیند بررسی نصب می شوند، به دست آمد. اما این روش مستلزم مشاهدات طولانی مدت و هزینه های قابل توجهی است که همیشه توجیه پذیر نیست. داده‌های به‌دست‌آمده از یک یا دو چاه در مناطق و طول‌های بزرگ توزیع می‌شوند و به طور قابل‌توجهی واقعیت را تحریف می‌کنند، به طوری که داده‌های محاسبه‌شده روی دمای زمین در بسیاری از موارد قابل اعتمادتر هستند.

دمای خاک دائمی منجمددر هر عمق (تا 10 متر از سطح) و برای هر دوره از سال را می توان با فرمول تعیین کرد:

tr = mt°، (3.7)

که در آن z عمق اندازه گیری شده از VGM، m است.

tr - دمای خاک در عمق z، بر حسب درجه.

τr - زمان برابر با یک سال (8760 ساعت).

τ - زمان شمارش شده رو به جلو (تا 1 ژانویه) از لحظه شروع انجماد پاییزی خاک تا لحظه اندازه گیری دما به ساعت.

exp x – توان (تابع نمایی exp از جداول گرفته شده است).

m - ضریب بسته به دوره سال (برای دوره اکتبر - مه m = 1.5-0.05z و برای دوره ژوئن-سپتامبر m = 1)

کمترین دما در یک عمق معین زمانی خواهد بود که کسینوس در فرمول (3.7) برابر با 1- شود، یعنی حداقل دمای خاک برای یک سال در یک عمق معین خواهد بود.

tr min = (1.5-0.05z) t°, (3.8)

حداکثر دمای خاک در عمق z زمانی خواهد بود که کسینوس مقداری برابر با یک بگیرد، یعنی.

tr max = t°, (3.9)

در هر سه فرمول، مقدار ظرفیت حرارتی حجمی C m باید برای دمای خاک با استفاده از فرمول (3.10) محاسبه شود.

C 1 m = 1/W، (3.10)

دمای خاک در لایه ذوب فصلیهمچنین می توان با محاسبه، با در نظر گرفتن اینکه تغییر دما در این لایه تقریباً به طور تقریبی تعیین می شود. وابستگی خطیدر شیب دمایی زیر (جدول 3.1).

با استفاده از یکی از فرمول های (3.8) - (3.9) دمای خاک در سطح VGM، یعنی. با قرار دادن Z=0 در فرمول ها، سپس با استفاده از جدول 3.1 دمای خاک را در یک عمق معین در لایه ذوب فصلی تعیین می کنیم. در بالاترین لایه های خاک، تا حدود 1 متر از سطح، ماهیت نوسانات دما بسیار پیچیده است.

جدول 3.1

گرادیان دما در لایه ذوب فصلی در عمق کمتر از 1 متر از سطح زمین

توجه داشته باشید.علامت گرادیان در جهت به سمت سطح روز نشان داده شده است.

برای بدست آوردن دمای تخمینی خاک در یک لایه متری از سطح می توانید به صورت زیر عمل کنید. دما را در عمق 1 متری و دمای سطح روز خاک را محاسبه کنید و سپس با درونیابی از این دو مقدار، دما را در عمق معین تعیین کنید.

دمای سطح زمین t p در فصل سرد سال را می توان برابر با دمای هوا در نظر گرفت. در طول تابستان:

t p = 2+1.15 t c، (3.11)

که در آن t p دمای سطح بر حسب درجه است.

t in – دمای هوا بر حسب درجه.

دمای خاک در منطقه بدون ادغام منجمد دائمی متفاوت از ادغام محاسبه می شود. در عمل، می توانیم فرض کنیم که درجه حرارت در سطح VGM در طول سال برابر با 0 درجه سانتیگراد خواهد بود. دمای محاسبه شده خاک دائمی منجمد در یک عمق معین را می توان با درون یابی تعیین کرد، با این فرض که در عمق طبق قانون خطی از t° در عمق 10 متری تا 0 درجه سانتی گراد در عمق VGM تغییر می کند. درجه حرارت در لایه ذوب شده ht را می توان از 0.5 تا 1.5 درجه سانتی گراد اندازه گیری کرد.

در لایه انجماد فصلی h p دمای زمین را می توان به همان روشی که برای لایه ذوب فصلی منطقه ادغام منجمد دائمی محاسبه می شود، یعنی. در لایه h p – 1 متر در امتداد گرادیان دما (جدول 3.1)، با در نظر گرفتن دما در عمق h p برابر با 0 درجه سانتی گراد در فصل سرد و 1 درجه سانتی گراد در زمان تابستان. در لایه متر بالایی خاک، دما با درون یابی بین دما در عمق 1 متر و دمای سطح تعیین می شود.

یکی از بهترین و منطقی ترین روش ها در ساخت گلخانه های دائمی، گلخانه قمقمه زیرزمینی است.
استفاده از این واقعیت از ثابت بودن دمای زمین در عمق در ساخت گلخانه باعث صرفه جویی بسیار زیادی در هزینه های گرمایش در فصل سرد می شود، تعمیر و نگهداری را آسان تر می کند و میکرو اقلیم را پایدارتر می کند..
چنین گلخانه ای در تلخ ترین یخبندان کار می کند، به شما امکان می دهد سبزیجات تولید کنید و گل ها را پرورش دهید در تمام طول سال.
یک گلخانه با تجهیزات مناسب در زمین امکان رشد محصولات گرما دوست جنوب را فراهم می کند. عملا هیچ محدودیتی وجود ندارد. مرکبات و حتی آناناس می توانند در گلخانه رشد کنند.
اما برای اینکه همه چیز در عمل به درستی عمل کند، پیروی از فناوری های آزمایش شده با زمان مورد استفاده برای ساخت گلخانه های زیرزمینی ضروری است. از این گذشته، این ایده حتی در زمان تزار در روسیه، گلخانه‌های غرق‌شده محصول آناناس را تولید می‌کردند که تجار مبتکر آن را برای فروش به اروپا صادر می‌کردند.
بنا به دلایلی، ساخت چنین گلخانه هایی در کشور ما گسترده نشده است، اما به سادگی فراموش شده است، اگرچه طراحی برای آب و هوای ما ایده آل است.
احتمالاً نیاز به حفر گودال عمیق و ریختن پی در اینجا نقش داشته است. ساخت یک گلخانه مدفون بسیار گران است.
کل روشنایی داخلی از دفن شدن در زمین از بین نمی رود، این ممکن است عجیب به نظر برسد، اما در برخی موارد اشباع نور حتی بیشتر از گلخانه های کلاسیک است.
غیرممکن است که از استحکام و قابلیت اطمینان این سازه سخنی نگوییم.

1. گودال

ایجاد گلخانه با حفر گودال آغاز می شود. برای استفاده از گرمای زمین برای گرم کردن فضای داخلی، گلخانه باید به اندازه کافی عمیق باشد. هر چه عمیق تر بروید زمین گرم تر می شود.
دما در طول سال در فاصله 2-2.5 متری از سطح تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. در عمق 1 متری، دمای خاک بیشتر در نوسان است، اما حتی در زمستان، مقدار آن معمولاً در منطقه میانی، بسته به زمان سال، 4-10 درجه سانتیگراد است.
گلخانه فرورفته در یک فصل ساخته می شود. یعنی در زمستان کاملاً قادر به فعالیت و درآمدزایی خواهد بود. ساخت و ساز ارزان نیست، اما با استفاده از نبوغ و مصالح مصالحه، می توان با ساختن نوعی نسخه اقتصادی گلخانه، با شروع از گودال پایه، به معنای واقعی کلمه یک مرتبه بزرگی صرفه جویی کرد.
به عنوان مثال، بدون استفاده از تجهیزات ساختمانی انجام دهید. اگرچه پر زحمت ترین بخش کار - حفر گودال - البته بهتر است آن را به بیل مکانیکی بدهید. برداشتن دستی چنین حجمی از خاک دشوار و زمان بر است.
عمق گودال حفاری باید حداقل دو متر باشد. در چنین عمقی، زمین شروع به تقسیم گرمای خود می کند و مانند نوعی قمقمه کار می کند. اگر عمق کمتر باشد، در اصل ایده کار خواهد کرد، اما به طور قابل توجهی کمتر موثر است. بنابراین توصیه می شود برای تعمیق گلخانه آینده از تلاش و هزینه دریغ نکنید.
گلخانه های زیرزمینی می توانند هر طولی داشته باشند، اما اگر عرض بیشتر باشد، بهتر است عرض آن را در عرض 5 متر نگه دارید، ویژگی های کیفی گرمایش و انعکاس نور بدتر می شود.
در طرفین افق، گلخانه های زیرزمینی باید مانند گلخانه ها و گلخانه های معمولی از شرق به غرب جهت گیری شوند، یعنی یکی از اضلاع رو به جنوب باشد. در این موقعیت، گیاهان حداکثر انرژی خورشیدی را دریافت خواهند کرد.

2. دیوارها و سقف

یک پایه ریخته می شود یا بلوک ها در اطراف محیط گودال گذاشته می شوند. فونداسیون به عنوان پایه ای برای دیوارها و قاب سازه عمل می کند. بهتر است دیوارها را از موادی با ویژگی های عایق حرارتی خوب بسازید.

قاب سقف اغلب از چوب، از میله های آغشته به مواد ضد عفونی کننده ساخته شده است. ساختار سقف معمولاً شیروانی مستقیم است. یک تیر پشته در مرکز سازه ثابت شده است، تکیه گاه های مرکزی در تمام طول گلخانه روی زمین نصب می شود.

تیر پشته و دیوارها توسط یک سری خروار به هم متصل می شوند. قاب را می توان بدون تکیه گاه های بالا ساخت. آنها با تیرهای کوچک جایگزین می شوند که روی تیرهای عرضی که طرف مقابل گلخانه را به هم متصل می کنند قرار می گیرند - این طرح فضای داخلی را آزادتر می کند.

به عنوان پوشش سقف، بهتر است از پلی کربنات سلولی استفاده کنید - محبوب مواد مدرن. فاصله بین تیرها در طول ساخت و ساز با عرض ورق های پلی کربنات تنظیم می شود. کار با مواد راحت است. این پوشش با تعداد کمی اتصالات به دست می آید، زیرا ورق ها به طول 12 متر تولید می شوند.

آنها با پیچ های خودکشی به قاب وصل می شوند. برای جلوگیری از ترک خوردن ورق، باید سوراخی با قطر مناسب برای هر پیچ خودکشی دریل کنید. با استفاده از یک پیچ گوشتی یا یک مته معمولی با مته فیلیپس، کار لعاب بسیار سریع انجام می شود. برای اطمینان از اینکه هیچ شکافی باقی نمانده است، خوب است که یک درزگیر ساخته شده از لاستیک نرم یا مواد مناسب دیگر را از قبل در امتداد بالای تیرها قرار دهید و تنها پس از آن ورق ها را پیچ کنید. قله سقف در امتداد خط الراس باید با عایق نرم گذاشته شود و با نوعی گوشه فشرده شود: پلاستیک، قلع یا مواد مناسب دیگر.

برای عایق حرارتی خوب، سقف گاهی اوقات با دو لایه پلی کربنات ساخته می شود. اگرچه شفافیت حدود 10% کاهش می یابد، عملکرد عایق حرارتی عالی آن را پوشش می دهد. باید در نظر داشت که برف روی چنین سقفی ذوب نمی شود. بنابراین شیب باید با زاویه کافی حداقل 30 درجه باشد تا برف روی سقف جمع نشود. علاوه بر این، یک ویبراتور الکتریکی برای تکان دادن نصب شده است که در صورت تجمع برف از سقف محافظت می کند.

شیشه دوجداره به دو صورت انجام می شود:

یک پروفیل ویژه بین دو ورق قرار داده شده است، ورق ها از بالا به قاب متصل می شوند.

ابتدا لایه زیرین لعاب از داخل و به قسمت زیرین تیرها به قاب وصل می شود. سقف طبق معمول از بالا با لایه دوم پوشانده شده است.

پس از اتمام کار، توصیه می شود تمام اتصالات را با نوار چسب بزنید. سقف تمام شده بسیار چشمگیر به نظر می رسد: بدون اتصالات غیر ضروری، صاف، بدون قطعات بیرون زده.

3. عایق و گرمایش

عایق کاری دیوار به شرح زیر انجام می شود. ابتدا باید تمام اتصالات و درزهای دیوار را با محلول بپوشانید، در اینجا می توانید از فوم پلی اورتان نیز استفاده کنید. داخل دیوارها با فیلم عایق حرارتی پوشانده شده است.

در مناطق سردسیر کشور، بهتر است از فویل ضخیم استفاده شود که دیوار را با یک لایه دو لایه می پوشاند.

دمای عمق خاک گلخانه بالاتر از انجماد است، اما سردتر از دمای هوای لازم برای رشد گیاه است. لایه بالایی توسط پرتوهای خورشید و هوای گلخانه گرم می شود، اما هنوز خاک گرما را از بین می برد، بنابراین اغلب در گلخانه های زیرزمینی از فناوری "طبقه گرم" استفاده می کنند: عنصر گرمایش - یک کابل برق - با محافظت می شود. یک رنده فلزی یا پر شده با بتن.

در حالت دوم، خاک برای تخت ها روی بتن ریخته می شود یا سبزی ها در گلدان ها و گلدان ها رشد می کنند.

استفاده از گرمایش از کف می تواند برای گرم کردن کل گلخانه در صورت وجود توان کافی کافی باشد. اما استفاده از گرمایش ترکیبی برای گیاهان موثرتر و راحت تر است: گرمایش کف گرم + گرمایش هوا. برای رشد خوب آنها به دمای هوای 25-35 درجه با دمای زمین تقریباً 25 درجه سانتیگراد نیاز دارند.

نتیجه

البته ساخت گلخانه فرورفته نسبت به ساخت گلخانه مشابه با طرح معمولی هزینه و تلاش بیشتری را می طلبد. اما پول سرمایه گذاری شده در گلخانه قمقمه به مرور زمان نتیجه می دهد.

اولاً در گرمایش انرژی صرفه جویی می کند. مهم نیست که چگونه گرم می کنید زمان زمستانیک گلخانه معمولی روی زمین، همیشه گرانتر و دشوارتر از روش گرمایش مشابه در گلخانه زیرزمینی خواهد بود. دوم، صرفه جویی در روشنایی. عایق حرارتی فویل دیوارها با انعکاس نور، روشنایی را دو برابر می کند. ریزاقلیم در گلخانه عمیق در زمستان برای گیاهان مطلوب تر خواهد بود که مطمئناً بر عملکرد تأثیر می گذارد. نهال ها به راحتی ریشه می گیرند و گیاهان ظریف احساس خوبی خواهند داشت. چنین گلخانه ای عملکرد پایدار و بالا هر گیاهی را در تمام طول سال تضمین می کند.

شرح:

برخلاف استفاده مستقیم از گرمای زمین گرمایی با پتانسیل بالا (منابع گرمابی)، استفاده از خاک از لایه های سطحی زمین به عنوان منبع انرژی حرارتی کم پتانسیل برای سیستم های تامین حرارت پمپ حرارتی زمین گرمایی (GHST) است. تقریبا در همه جا امکان پذیر است در حال حاضر در جهان این یکی از پویاترین مناطق در حال توسعه استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر غیر سنتی است.

سیستم های تامین حرارت پمپ حرارتی زمین گرمایی و کارایی استفاده از آنها در شرایط آب و هوایی روسیه

G. P. Vasilievمدیر علمی OJSC "INSOLAR-INVEST"

خاک لایه های سطحی زمین در واقع یک انباشته کننده حرارتی با قدرت نامحدود است. رژیم حرارتی خاک تحت تأثیر دو عامل اصلی تشکیل می شود - تابش تابش خورشیدی بر روی سطح و جریان گرمای پرتوزایی از روده های 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 حرارتی لایه های خاک واقع در زیر این عمق ("منطقه خنثی") تحت تأثیر انرژی حرارتی حاصل از روده های زمین تشکیل می شود و عملاً مستقل از تغییرات فصلی و حتی بیشتر از آن روزانه در پارامترهای خارجی است. آب و هوا (شکل 1). با افزایش عمق، دمای زمین نیز 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. به عنوان یک قاعده، این مقدار 0.05-0.12 W/m2 است.

تصویر 1.

در طول عملیات GTST، توده خاک واقع در منطقه نفوذ حرارتی رجیستر لوله های مبدل حرارتی خاک سیستم جمع آوری حرارت کم پتانسیل خاک (سیستم جمع آوری حرارت)، به دلیل تغییرات فصلی در پارامترهای آب و هوای خارجی، 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. علاوه بر این، در سیستم های مویین متخلخل، مانند توده خاک سیستم جمع آوری 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. اگر یک گرادیان دما در ضخامت توده خاک وجود داشته باشد، مولکول های بخار آب به مکان هایی با پتانسیل دمای پایین حرکت می کنند، اما در همان زمان، تحت تأثیر نیروهای گرانشی، جریان رطوبت با جهت مخالف در فاز مایع رخ می دهد. . علاوه بر این، در رژیم دمالایه های بالایی خاک تحت تأثیر رطوبت قرار می گیرند بارش جویو همچنین آب های زیرزمینی.

ویژگی‌های بارز رژیم حرارتی سیستم‌های جمع‌آوری حرارت خاک به‌عنوان یک شی طراحی، همچنین شامل به اصطلاح «عدم قطعیت اطلاعاتی» مدل‌های ریاضی توصیف‌کننده چنین فرآیندهایی، یا به عبارت دیگر، فقدان اطلاعات قابل اعتماد در مورد اثرات بر محیط‌زیست است. سیستم (اتمسفر و توده خاک واقع در خارج از منطقه نفوذ حرارتی مبدل حرارتی زمینی سیستم جمع آوری حرارت) و پیچیدگی شدید تقریب آنها. در واقع، اگر تقریب تأثیرات بر سیستم آب و هوای خارجی، اگرچه پیچیده است، اما همچنان می‌تواند با هزینه معینی از «زمان رایانه‌ای» و استفاده از مدل‌های موجود (به عنوان مثال، «سال آب و هوایی معمولی») محقق شود، پس مشکل در نظر گرفتن تأثیر بر سیستم جوی در تأثیرات مدل (شبنم، مه، باران، برف و غیره) و همچنین تقریب تأثیر حرارتی بر توده خاک سیستم جمع آوری حرارت زیرین و اطراف آن امروزه حل لایه های خاک عملا غیرممکن است و می تواند موضوع مطالعات جداگانه ای باشد. به عنوان مثال، دانش کمی از فرآیندهای تشکیل جریان های تصفیه آب زیرزمینی، آنها محدودیت سرعت، و همچنین عدم توانایی در به دست آوردن اطلاعات قابل اعتماداطلاعات در مورد رژیم حرارتی و رطوبتی لایه های خاک واقع در زیر منطقه تأثیر حرارتی مبدل حرارتی خاک به طور قابل توجهی کار ساخت یک مدل ریاضی صحیح از رژیم حرارتی سیستم جمع آوری حرارت خاک با پتانسیل پایین را پیچیده می کند.

برای غلبه بر مشکلات توصیف شده که هنگام طراحی GTST به وجود می آیند، می توان روش های ایجاد شده و آزمایش شده در عمل را توصیه کرد. مدل سازی ریاضیرژیم حرارتی سیستم های جمع آوری حرارت خاک و روشی برای در نظر گرفتن انتقال فاز رطوبت در فضای منافذ توده خاک سیستم های جمع آوری حرارت هنگام طراحی GTST.

ماهیت روش این است که هنگام ساخت یک مدل ریاضی، تفاوت بین دو مسئله را در نظر بگیریم: مسئله "اساسی" که رژیم حرارتی خاک را در حالت طبیعی آن (بدون تأثیر مبدل حرارتی زمین) توصیف می کند. سیستم جمع آوری حرارت)، و مشکلی که باید حل شود، که رژیم حرارتی توده خاک را با سینک های حرارتی (منابع) توصیف می کند. در نتیجه، این روش امکان دستیابی به یک راه حل در مورد یک عملکرد جدید را فراهم می کند، که تابعی از تأثیر هیت سینک بر رژیم حرارتی طبیعی خاک و تفاوت مساوی در دمای توده خاک در آن است. حالت طبیعی و توده خاک با زهکشی (منابع گرما) - با مبدل حرارتی خاک سیستم جمع آوری حرارت. استفاده از این روش در ساخت مدل‌های ریاضی رژیم حرارتی سیستم‌های جمع‌آوری گرمای خاک با پتانسیل پایین این امکان را فراهم می‌آورد که نه تنها مشکلات مربوط به تقریب تأثیرات خارجی بر سیستم جمع‌آوری حرارت را دور بزنیم، بلکه در مدل‌ها از اطلاعات مربوط به آن نیز استفاده کنیم. رژیم حرارتی طبیعی خاک به طور تجربی توسط ایستگاه های هواشناسی به دست آمده است. این به ما امکان می دهد تا حدی کل مجموعه عوامل را در نظر بگیریم (مانند وجود آب های زیرزمینی، سرعت و رژیم های حرارتی آنها، ساختار و مکان لایه های خاک، پس زمینه "حرارتی" زمین، بارش، تبدیل فاز رطوبت در فضای منافذ و موارد دیگر) که به طور قابل توجهی بر شکل گیری رژیم حرارتی سیستم جمع آوری گرما تأثیر می گذارد و در نظر گرفتن مشترک آن در یک فرمول دقیق مشکل عملاً غیرممکن است.

روش برای در نظر گرفتن انتقال فاز رطوبت در فضای منافذ توده خاک هنگام طراحی مبدل حرارتی خاک مبتنی بر مفهوم جدید هدایت حرارتی "معادل" خاک است که با جایگزینی مشکل رژیم حرارتی تعیین می شود. یک سیلندر خاک منجمد شده در اطراف لوله‌های مبدل حرارتی خاک با یک مشکل شبه ثابت "معادل" با میدان دمایی نزدیک و شرایط مقادیر مرزی یکسان، اما با هدایت حرارتی "معادل" متفاوت.

مهمترین وظیفه حل شده هنگام طراحی سیستم های تامین حرارت زمین گرمایی برای ساختمان ها، ارزیابی دقیق قابلیت های انرژی آب و هوای منطقه ساخت و ساز و بر این اساس، نتیجه گیری در مورد اثربخشی و امکان سنجی استفاده از یک راه حل مدار GTST خاص است. . مقادیر محاسبه شده پارامترهای آب و هوایی ارائه شده در اسناد نظارتی فعلی توصیف کاملی از آب و هوای خارجی، تغییرپذیری آن بر اساس ماه، و همچنین در دوره های خاصی از سال - فصل گرما، دوره گرمای بیش از حد و غیره ارائه نمی دهد. ، هنگام تصمیم گیری در مورد پتانسیل دمایی گرمای زمین گرمایی، ارزیابی امکان ترکیب آن با سایر منابع گرمایی طبیعی با پتانسیل پایین، ارزیابی سطح دمای (منابع) آنها در چرخه سالانه مستلزم استفاده از داده های آب و هوایی کامل تر است، به عنوان مثال، در فهرست آب و هوای اتحاد جماهیر شوروی (L.: Gidrometioizdat. شماره 1-34).

در میان چنین اطلاعات آب و هوایی در مورد ما، اول از همه باید برجسته کنیم:

- داده های میانگین دمای ماهانه خاک در اعماق مختلف؛

- داده های دریافت تابش خورشیدی در سطوح با جهت گیری متفاوت.

روی میز جداول 1-5 داده هایی را در مورد میانگین دمای ماهانه زمین در اعماق مختلف برای برخی از شهرهای روسیه نشان می دهد. روی میز جدول 1 میانگین دمای ماهانه خاک را برای 23 شهر فدراسیون روسیه در عمق 1.6 متر نشان می دهد که از نظر پتانسیل دمایی خاک و امکان مکانیزه کردن کار در تخمگذار منطقی ترین به نظر می رسد. مبدل های حرارتی زمینی افقی

میز 1
میانگین دمای زمین بر اساس ماه در عمق 1.6 متر برای برخی از شهرهای روسیه

شهر	من	II	III	IV	V	VI	VII	هشتم	IX	ایکس	XI	XII
آرخانگلسک	4,0	3,5	3,1	2,7	2,5	3,0	4,5	6,0	7,1	7,0	6,1	4,9
آستاراخان	7,5	6,1	5,9	7,3	11	14,6	17,4	19,1	19,1	16,7	13,6	10,2
بارنائول	2,6	1,7	1,2	1,4	4,3	8,2	11,0	12,4	11,6	9,2	6,2	3,9
براتسک	0,4	-0,2	-0,6	-0,5	-0,2	0	3,0	6,8	7,2	5,4	2,9	1,4
ولادی وستوک	3,7	2,0	1,2	1,0	1,5	5,3	9,1	12,4	13,8	12,7	9,7	6,4
ایرکوتسک	-0,8	-2,8	-2,7	-1,1	-0,5	-0,2	1,7	5,0	6,7	5,6	3,2	1,2
کومسومولسک- روی آمور	0,8	-0,4	-0,9	-0,4	0	1,9	6,7	10,5	11,3	9,0	5,5	2,7
ماگادان	-6,5	-8,0	-8,8	-8,7	-3,9	-2,6	-0,8	0,1	0,4	0,1	-0,2	-2,0
مسکو	3,8	3,2	2,7	3,0	6,2	9,6	12,1	13,4	12,5	10,1	7,3	5,0
مورمانسک	0,7	0,3	0	-0,3	-0,3	0,2	4,0	6,7	6,6	4,2	2,7	1,0
نووسیبیرسک	2,1	1,2	0,6	0,5	1,3	5,0	9,1	11,3	10,9	8,8	5,8	3,6
اورنبورگ	4,1	2,6	1,9	2,2	4,9	8,0	10,7	12,4	12,6	11,2	8,6	6,0
پرمین	2,9	2,3	1,9	1,6	3,4	7,2	10,5	12,1	11,5	9,0	6,0	4,0
پتروپاولوفسک- کامچاتسکی	2,6	1,9	1,5	1,1	1,2	3,4	6,7	9,1	9,6	8,3	5,6	3,8
روستوف-آن-دون	8,0	6,6	5,9	6,8	9,9	12,9	15,5	17,3	17,5	15,8	13,0	10,0
سالخارد	1,6	1,0	0,7	0,5	0,4	0,9	3,9	6,8	7,1	5,6	3,5	2,3
سوچی	11,2	9,8	9,6	11,0	13,4	16,2	18,9	20,8	21,0	19,2	16,8	13,5
توروخانسک	0,9	0,5	0,2	0	0	0,1	1,6	6,2	6,4	4,5	2,8	1,8
تورا	-0,9	-0,3	-5,2	-5,3	-3,2	-1,6	-0,7	1,2	2,0	0,7	0	-0,2
نهنگ	-6,9	-8,0	-8,6	-8,7	-6,3	-1,2	-0,4	0,1	0,2	0	-0,8	-3,7
خاباروفسک	0,3	-1,8	-2,3	-1,1	-0,4	2,5	9,5	13,3	13,5	10,9	6,7	3,0
یاکوتسک	-5,6	-7,4	-7,9	-7,0	-4,1	-1,8	0,3	1,5	1,1	0,1	-0,1	-2,4
یاروسلاول	2,8	2,2	1,9	1,7	3,9	7,8	10,7	12,4	11,5	9,5	6,3	3,9

جدول 2
دمای خاک در استاوروپل (خاک - خاک سیاه)

عمق، متر	من	II	III	IV	V	VI	VII	هشتم	IX	ایکس	XI	XII
0,4	1,2	1,3	2,7	7,7	13,8	17,9	20,3	19,6	15,4	11,4	6,0	2,8
0,8	3,0	1,9	2,5	6,0	11,5	15,4	17,6	17,6	15,3	12,2	7,8	4,6
1,6	5,0	4,0	3,8	5,3	8,8	12,2	14,4	15,7	15,1	12,7	9,7	6,8
3,2	8,9	8,0	7,4	7,4	8,4	9,9	11,3	12,6	13,2	12,7	11,6	10,1

جدول 3
دمای زمین در یاکوتسک
(خاک سیلتی-شنی با ترکیبی از هوموس، زیر ماسه)

عمق، متر	من	II	III	IV	V	VI	VII	هشتم	IX	ایکس	XI	XII
0,2	-19,2	-19,4	-16,2	-7,9	4,3	13,4	17,5	15,5	7,0	-3,1	-10,8	-15,6
0,4	-16,8	17,4	-15,2	-8,4	2,5	11,0	15,0	13,8	6,7	-1,9	-8,0	-12,9
0,6	-14,3	-15,3	-13,7	-8,5	0,2	7,9	12,1	11,8	6,2	-0,5	-5,2	-10,3
0,8	-12,4	-14,1	-12,7	-8,4	-1,4	5,0	9,4	9,6	5,3	0	-3,4	-8,1
1,2	-8,7	-10,2	-10,2	-8,0	-3,3	0,1	4,1	5,0	2,8	0	-0,9	-4,9
1,6	-5,6	-7,4	-7,9	-7,0	-4,1	-1,8	0,3	1,5	1,1	0,1	-0,1	-2,4
2,4	-2,6	-4,4	-5,4	-5,6	-4,4	-3,0	-2,0	-1,4	-1,0	-0,9	-0,9	-1,0
3,2	-1,7	-2,6	-3,8	-4,4	-4,2	-3,4	-2,8	-2,3	-1,9	-1,8	-1,6	-1,5

جدول 4
دمای زمین در پسکوف (پایین، خاک لومی، زیر خاک رسی)

عمق، متر	من	II	III	IV	V	VI	VII	هشتم	IX	ایکس	XI	XII
0,2	-0,8	-1,1	-0,3	3,3	11,4	15,1	19	17,2	12,3	6,7	2,6	0,2
0,4	0,6	0	0	2,4	9,6	13,5	16,9	16,5	12,9	7,8	4,2	1,7
0,8	1,7	0,9	0,8	2,0	7,8	11,6	15,0	15,6	13,2	8,8	5,4	2,9
1,6	3,2	2,4	1,9	2,2	5,6	9,2	11,9	13,2	12,0	9,7	6,9	4,6

جدول 5
دمای خاک در ولادیووستوک (صخره ای قهوه ای، خاک توده ای)

عمق، متر	من	II	III	IV	V	VI	VII	هشتم	IX	ایکس	XI	XII
0,2	-6,1	-5,5	-1,3	2,7	9,3	14,8	18,9	21,2	18,4	11,6	3,2	-2,3
0,4	-3,7	-3,8	-1,1	1,0	7,3	12,7	16,7	19,5	17,5	12,3	5,2	0,2
0,8	-0,1	-1,4	-0,6	0	4,4	10,4	14,2	17,3	17,0	13,5	7,8	2,9
1,6	3,6	2,0	1,3	1,1	2,9	7,7	11,0	14,2	15,4	13,8	10,2	6,4
3,2	8,0	6,4	5,2	4,4	4,2	5,5	7,5	9,4	11,3	12,4	11,7	10

اطلاعات ارائه شده در جداول در مورد سیر طبیعی دمای خاک در عمق حداکثر 3.2 متری (یعنی در لایه خاک "کار" برای GTST با موقعیت افقی مبدل حرارتی خاک) به وضوح امکان استفاده از خاک را نشان می دهد. به عنوان منبع حرارتی کم پتانسیل واضح است که دامنه تغییرات نسبتاً کمی در دمای لایه های واقع در همان عمق در خاک روسیه وجود دارد. برای مثال، حداقل دمای زمین در عمق 3.2 متری از سطح در شهر استاوروپل 7.4 درجه سانتیگراد و در شهر یاکوتسک - (4.4- درجه سانتیگراد) است. بر این اساس، دامنه تغییرات دمای خاک در عمق معین 11.8 درجه است. این واقعیت به ما امکان می دهد روی ایجاد تجهیزات پمپ حرارتی به اندازه کافی یکپارچه و مناسب برای کار در تقریباً کل قلمرو روسیه حساب کنیم.

همانطور که از جداول ارائه شده مشخص است، ویژگی مشخصهرژیم دمای طبیعی خاک، تأخیر حداقل دمای خاک نسبت به زمان رسیدن حداقل دمای هوای بیرون است. حداقل دمای هوای بیرون در همه جا در ژانویه مشاهده می شود، حداقل درجه حرارت در زمین در عمق 1.6 متر در استاوروپل در ماه مارس، در یاکوتسک - در مارس، در سوچی - در ماه مارس، در ولادی وستوک - در آوریل مشاهده می شود. بنابراین، بدیهی است که با رسیدن دمای حداقل در زمین، بار روی سیستم گرمایش پمپ حرارتی (اتلاف حرارت ساختمان) کاهش می یابد. این نکته فرصت های کاملاً جدی را برای کاهش ظرفیت نصب شده GTST (صرفه جویی در هزینه های سرمایه) باز می کند و باید در طول طراحی مورد توجه قرار گیرد.

برای ارزیابی اثربخشی استفاده از سیستم های تامین حرارت پمپ حرارتی زمین گرمایی در شرایط آب و هوایی روسیه، قلمرو فدراسیون روسیه با توجه به کارایی استفاده از گرمای زمین گرمایی کم پتانسیل برای اهداف تامین گرما به مناطق تقسیم شد. منطقه بندی بر اساس نتایج آزمایش های عددی در مدل سازی حالت های عملیاتی GTST در شرایط آب و هوایی مناطق مختلف فدراسیون روسیه انجام شد. آزمایش‌های عددی با استفاده از مثال یک کلبه فرضی دو طبقه با مساحت 200 متر مربع، مجهز به سیستم تامین حرارت پمپ حرارتی زمین‌گرمایی انجام شد. ساختارهای محصور بیرونی خانه مورد نظر دارای مقاومت کمتری در انتقال حرارت زیر هستند:

- دیوارهای خارجی - 3.2 متر و 2 ساعت درجه سانتیگراد / غربی؛

- پنجره ها و درها - 0.6 متر و 2 ساعت درجه سانتی گراد / W;

- پوشش ها و سقف ها - 4.2 متر و 2 ساعت درجه سانتی گراد / W.

هنگام انجام آزمایش های عددی، موارد زیر در نظر گرفته شد:

- سیستم جمع آوری حرارت خاک با چگالی مصرف انرژی زمین گرمایی کم؛

- سیستم جمع آوری حرارت افقی ساخته شده از لوله های پلی اتیلن با قطر 0.05 متر و طول 400 متر؛

- یک سیستم جمع آوری حرارت خاک با چگالی بالای مصرف انرژی زمین گرمایی؛

- سیستم جمع آوری حرارت عمودی از یک چاه حرارتی با قطر 0.16 متر و طول 40 متر.

بررسی های انجام شده نشان داد 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 فدراسیون روسیه زمانی برای جبران در فصل تابستان سال ندارد و تا آغاز فصل گرمایش بعدی خاک با پتانسیل دمایی کاهش یافته خارج می شود. 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 گرما بر رژیم دمایی طبیعی خاک دارای یک ویژگی نمایی مشخص است و تا سال پنجم عملیات، خاک به یک وضعیت جدید می‌رسد. رژیم، نزدیک به دوره ای، یعنی از سال پنجم بهره برداری، مصرف طولانی مدت انرژی حرارتی از توده خاک سیستم جمع آوری گرما با تغییرات دوره ای در دمای آن همراه است. بنابراین، هنگام انجام منطقه بندی قلمرو فدراسیون روسیه، لازم بود افت دمای توده خاک ناشی از چندین سال کارکرد سیستم جمع آوری گرما را در نظر گرفت و از دمای خاک مورد انتظار برای سال پنجم بهره برداری GTST به عنوان پارامترهای محاسبه شده برای دمای توده خاک. با در نظر گرفتن این شرایط، هنگام منطقه بندی قلمرو فدراسیون روسیه با توجه به کارایی استفاده از GTST، میانگین ضریب تبدیل گرما K p tr به عنوان معیاری برای کارایی سیستم تامین حرارت پمپ حرارتی زمین گرمایی برای سال پنجم بهره برداری انتخاب شد. ، که نسبت انرژی گرمایی مفید تولید شده توسط GTST به انرژی صرف شده برای درایو آن است و برای چرخه کارنو ترمودینامیکی ایده آل به صورت زیر تعریف می شود:

K tr = T o / (T o – T i)، (1)

که در آن T o پتانسیل دمایی گرمای حذف شده به سیستم گرمایش یا تامین گرما، K است.

T و – پتانسیل دمایی منبع گرما، K.

ضریب تبدیل سیستم گرمایش پمپ حرارتی K tr نسبت گرمای مفید حذف شده به سیستم تامین گرمای مصرف کننده به انرژی صرف شده برای عملکرد GTST است و از نظر عددی برابر با مقدار گرمای مفید دریافتی در دماهای T o است. و T و به ازای هر واحد انرژی صرف شده در درایو GTST . ضریب تبدیل واقعی با ضریب تبدیل واقعی با فرمول (1) با مقدار ضریب h متفاوت است که درجه کمال ترمودینامیکی GTST و تلفات انرژی غیرقابل برگشت را در طول اجرای چرخه در نظر می گیرد.

آزمایشات عددی با استفاده از برنامه ایجاد شده در INSOLAR-INVEST OJSC انجام شد که تعیین پارامترهای بهینه سیستم جمع آوری گرما را بسته به شرایط آب و هوایی منطقه ساخت و ساز، کیفیت عایق حرارتی ساختمان، ویژگی های عملیاتی تضمین می کند. تجهیزات پمپ حرارتی، پمپ های گردش خون، دستگاه های گرمایشی سیستم گرمایش و همچنین حالت های عملکرد آنها. این برنامه بر اساس روش توصیف شده قبلی برای ساخت مدل‌های ریاضی رژیم حرارتی سیستم‌های جمع‌آوری گرمای خاک با پتانسیل پایین است که امکان دور زدن مشکلات مربوط به عدم قطعیت اطلاعاتی مدل‌ها و تقریب تأثیرات خارجی را فراهم می‌کند. استفاده از اطلاعات به دست آمده تجربی در مورد رژیم حرارتی طبیعی خاک در برنامه، که به ما امکان می دهد تا حدی کل مجموعه عوامل را در نظر بگیریم (مانند وجود آب های زیرزمینی، سرعت آنها و رژیم های حرارتی، ساختار و مکان). لایه های خاک، پس زمینه "حرارتی" زمین، بارش، تبدیل فاز رطوبت در فضای منافذ و موارد دیگر) که به طور قابل توجهی بر شکل گیری رژیم حرارتی مجموعه حرارتی سیستم و محاسبه مشترک آن تأثیر می گذارد. فرمول دقیق مشکل امروزه عملا غیرممکن است. برای حل مشکل "اساسی"، از داده های کتاب راهنمای آب و هوا اتحاد جماهیر شوروی (L.: Gidrometioizdat. شماره 1-34) استفاده کردیم.

این برنامه در واقع به شما امکان می دهد مشکل بهینه سازی چند پارامتری پیکربندی GTST را برای یک ساختمان و منطقه ساخت و ساز خاص حل کنید. در این حالت تابع هدف مسئله بهینه‌سازی حداقل هزینه‌های انرژی سالانه برای عملیات GTST است و معیارهای بهینه‌سازی شعاع لوله‌های مبدل حرارتی زمین، طول (مبدل حرارتی) و عمق نصب آن است.

نتایج آزمایش‌های عددی و منطقه‌بندی قلمرو روسیه با توجه به کارایی استفاده از گرمای زمین‌گرمایی کم پتانسیل برای گرمایش ساختمان‌ها به صورت گرافیکی در شکل 1 ارائه شده است. 2-9.

در شکل شکل 2 مقادیر و خطوط ایزوله ضریب تبدیل سیستم های تامین حرارت پمپ حرارتی زمین گرمایی با سیستم های جمع آوری حرارت افقی را نشان می دهد و در شکل 1. 3 - برای GTST با سیستم های جمع آوری حرارت عمودی. همانطور که از شکل ها مشاهده می شود، حداکثر مقادیر K p tr 4.24 برای سیستم های جمع آوری حرارت افقی و 4.14 برای سیستم های عمودی را می توان در جنوب روسیه انتظار داشت و حداقل مقادیر به ترتیب 2.87 و 2.73 در سیستم های جمع آوری حرارت است. شمال، در Uelen. برای روسیه مرکزی، مقادیر K p tr برای سیستم های جمع آوری حرارت افقی در محدوده 3.4-3.6 و برای سیستم های عمودی در محدوده 3.2-3.4 است. قابل توجه مقادیر نسبتاً بالای K p tr (3.2-3.5) برای مناطق خاور دور، مناطقی با شرایط سنتی تامین سوخت دشوار است. ظاهرا شرق دورمنطقه ای از اولویت اجرای GTST است.

در شکل شکل 4 مقادیر و خطوط ایزوله مصرف انرژی سالانه ویژه را برای درایو GTST + PD "افقی" (نزدیکتر به پیک)، از جمله مصرف انرژی برای گرمایش، تهویه و تامین آب گرم، به 1 متر مربع از منطقه گرم شده کاهش می یابد و در شکل. 5 - برای GTST با سیستم های جمع آوری حرارت عمودی. همانطور که از شکل ها مشاهده می شود، مصرف انرژی ویژه سالانه برای درایو GTST افقی که به 1 متر مربع از سطح گرمایش ساختمان کاهش می یابد، از 28.8 کیلووات ساعت / (سال متر مربع) در جنوب روسیه تا 241 کیلووات ساعت متغیر است. /(سال متر مربع) در شهر یاکوتسک و برای GTST عمودی به ترتیب از 28.7 کیلووات ساعت// (سال متر مربع) در جنوب و تا 248 کیلووات ساعت// (سال متر مربع) در یاکوتسک. اگر مقدار مصرف انرژی ویژه سالانه برای درایو GTST نشان داده شده در شکل های یک منطقه خاص را در مقدار این ناحیه K p tr که با 1 کاهش می یابد ضرب کنیم، مقدار انرژی ذخیره شده توسط GTST را از 1 به دست خواهیم آورد. متر مربع از منطقه گرم در سال. به عنوان مثال، برای مسکو برای GTST عمودی این مقدار 189.2 کیلووات ساعت در هر 1 متر مربع در سال خواهد بود. برای مقایسه، می‌توانیم مقادیر مصرف انرژی ویژه تعیین شده توسط استانداردهای صرفه‌جویی انرژی مسکو MGSN 2.01-99 را برای ساختمان‌های کم‌مرتبه در 130 و برای ساختمان‌های بلند 95 کیلووات ساعت / (سال متر مربع) ذکر کنیم. در عین حال، هزینه های انرژی استاندارد شده توسط MGSN 2.01-99 فقط شامل هزینه های انرژی برای گرمایش و تهویه در مورد ما می شود، هزینه های انرژی نیز شامل هزینه های انرژی برای تامین آب گرم می شود. واقعیت این است که رویکرد ارزیابی هزینه های انرژی برای بهره برداری از یک ساختمان، که در استانداردهای فعلی وجود دارد، هزینه های انرژی برای گرمایش و تهویه ساختمان و هزینه های انرژی برای تامین آب گرم آن را به موارد جداگانه اختصاص می دهد. در عین حال، مصرف انرژی برای تامین آب گرم استاندارد نیست. این رویکرد صحیح به نظر نمی رسد، زیرا هزینه های انرژی برای تامین آب گرم اغلب متناسب با هزینه های انرژی برای گرمایش و تهویه است.

در شکل شکل 6 مقادیر و ایزولاین های نسبت منطقی توان حرارتی پیک نزدیکتر (PD) و توان الکتریکی نصب شده GTST افقی را در کسری از وحدت نشان می دهد و در شکل. 7 - برای GTST با سیستم های جمع آوری حرارت عمودی. معیار رابطه منطقی بین توان حرارتی پیک نزدیکتر و توان الکتریکی نصب شده GTST (به استثنای PD) حداقل مصرف برق سالانه برای درایو GTST + PD بود. همانطور که از شکل ها مشاهده می شود، نسبت منطقی توان های PD حرارتی و GTST الکتریکی (بدون PD) از 0 در جنوب روسیه تا 2.88 برای GTST افقی و 2.92 برای سیستم های عمودی در یاکوتسک متغیر است. در منطقه مرکزی فدراسیون روسیه، نسبت منطقی توان حرارتی نزدیکتر و توان الکتریکی نصب شده GTST + PD در محدوده 1.1-1.3 برای GTST افقی و عمودی است. این نکته باید با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار گیرد. واقعیت این است که هنگام جایگزینی، به عنوان مثال، گرمایش الکتریکی در منطقه مرکزی روسیه، ما در واقع این فرصت را داریم که 35-40٪ قدرت تجهیزات الکتریکی نصب شده در یک ساختمان گرم را کاهش دهیم و بر این اساس، توان الکتریکی درخواستی را کاهش دهیم. از RAO UES، که امروز "هزینه آن" حدود 50 هزار روبل است. برای 1 کیلو وات برق نصب شده در خانه. بنابراین، به عنوان مثال، برای یک کلبه با تلفات حرارتی تخمینی در سردترین دوره پنج روزه معادل 15 کیلو وات، 6 کیلو وات برق نصب شده و بر این اساس، حدود 300 هزار روبل صرفه جویی می کنیم. یا ≈ 11.5 هزار دلار آمریکا. این رقم تقریباً برابر با هزینه GTST چنین توان حرارتی است.

بنابراین، اگر ما به درستی تمام هزینه های مربوط به اتصال یک ساختمان به منبع تغذیه متمرکز را در نظر بگیریم، معلوم می شود که با تعرفه های فعلی برق و اتصال به شبکه های تامین برق متمرکز در کمربند مرکزی فدراسیون روسیه، حتی در یک هزینه های زمانی، GTST سودآورتر از گرمایش الکتریکی است، نه اینکه 60٪ صرفه جویی در انرژی را ذکر کنیم.

در شکل شکل 8 مقادیر و خطوط ایزوله وزن مخصوص انرژی حرارتی تولید شده در طول سال توسط سیم پیچ پیک (PD) را در کل انرژی مصرفی سالانه سیستم افقی GTST+PD به صورت درصد نشان می دهد و در شکل. 9 - برای GTST با سیستم های جمع آوری حرارت عمودی. همانطور که از شکل ها مشخص است، سهم انرژی حرارتی تولید شده در طول سال توسط سیم پیچ پیک (PD) در کل مصرف انرژی سالانه سیستم افقی GTST+PD از 0٪ در جنوب روسیه تا 38-40 متغیر است. ٪ در شهرهای Yakutsk و Tours، و برای GTST + PD عمودی - به ترتیب، از 0٪ در جنوب و تا 48.5٪ در Yakutsk. در منطقه مرکزی روسیه، این مقادیر برای GTST عمودی و افقی حدود 5-7٪ است. اینها هزینه های انرژی اندکی هستند و بنابراین باید هنگام انتخاب یک نقطه نزدیک تر مراقب باشید. منطقی ترین از نقطه نظر هر دو سرمایه گذاری خاص به ازای هر 1 کیلووات توان و اتوماسیون، بسته های الکتریکی اوج هستند. استفاده از دیگ های پلت شایسته توجه است.

در پایان، من می خواهم در مورد یک موضوع بسیار مهم صحبت کنم: مشکل انتخاب سطح منطقی حفاظت حرارتی برای ساختمان ها. این مشکل امروزه نشان دهنده یک کار بسیار جدی است که حل آن نیاز به تجزیه و تحلیل عددی جدی دارد، با در نظر گرفتن ویژگی های آب و هوای ما، و ویژگی های تجهیزات مهندسی مورد استفاده، زیرساخت شبکه های متمرکز و همچنین وضعیت محیطیدر شهرها، به معنای واقعی کلمه در برابر چشمان ما رو به وخامت است، و خیلی بیشتر. بدیهی است که امروزه دیگر درست نیست که هیچ الزامی برای پوشش ساختمان بدون در نظر گرفتن رابطه آن (ساختمان) با اقلیم و سیستم تامین انرژی تدوین کنیم. ارتباطات مهندسیدر نتیجه، در آینده بسیار نزدیک، حل مشکل انتخاب سطح منطقی حفاظت حرارتی تنها بر اساس در نظر گرفتن ساختمان مجتمع + سیستم تامین انرژی + اقلیم + امکان پذیر خواهد بود. محیطبه عنوان یک سیستم انرژی زیست محیطی یکپارچه، و با این رویکرد، مزیت های رقابتی GTST در بازار داخلی به سختی قابل برآورد است.

ادبیات

1. Sanner B. منابع حرارتی زمین برای پمپ های حرارتی (طبقه بندی، ویژگی ها، مزایا). دوره آموزشی پمپ های حرارتی زمین گرمایی، 2002.

2. Vasiliev G. P. سطح اقتصادی امکان پذیر حفاظت حرارتی ساختمان ها // صرفه جویی در انرژی. – 2002. – شماره 5.

3. Vasiliev G.P. تامین گرما و سرمای ساختمان ها و سازه ها با استفاده از انرژی حرارتی کم پتانسیل لایه های سطحی زمین: مونوگراف. انتشارات "گرانیتسا". - M.: ستاره سرخ، 2006.