หนังสืออ้างอิงอุณหภูมิดินที่ความลึก 1 เมตร ความอบอุ่นของแผ่นดิน การคำนวณความลึกของบ่อที่ต้องการ
บ้าน
คำอธิบาย: ตรงกันข้ามกับการใช้ความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพสูง (ทรัพยากรความร้อนใต้พิภพ) แบบ "โดยตรง" การใช้ดินในชั้นผิวโลกเป็นแหล่งกำเนิดที่มีศักยภาพต่ำพลังงานความร้อน
สำหรับระบบทำความร้อนด้วยปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHSS) สามารถทำได้เกือบทุกที่ ปัจจุบันในโลกนี้เป็นหนึ่งในพื้นที่ที่มีการพัฒนาแบบไดนามิกมากที่สุดของการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม
ระบบจ่ายความร้อนของปั๊มความร้อนใต้พิภพและประสิทธิภาพการใช้งานในสภาพภูมิอากาศของรัสเซียจี.พี. วาซิลีฟ
ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของ OJSC "INSOLAR-INVEST"
ตรงกันข้ามกับการใช้ความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพสูง (ทรัพยากรความร้อนใต้พิภพ) แบบ "โดยตรง" การใช้ดินจากชั้นผิวโลกเป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำสำหรับระบบจ่ายความร้อนด้วยปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHST) คือ เป็นไปได้เกือบทุกที่ ปัจจุบันในโลกนี้เป็นหนึ่งในพื้นที่ที่มีการพัฒนาแบบไดนามิกมากที่สุดของการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม ดินของชั้นผิวโลกจริงๆ แล้วเป็นตัวสะสมความร้อนที่มีพลังงานไม่จำกัด ระบอบการปกครองความร้อนของดินเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสองปัจจัยหลัก - การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวและการไหลของความร้อนจากรังสีจากบาดาลของโลก การเปลี่ยนแปลงความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์และอุณหภูมิอากาศภายนอกตามฤดูกาลและรายวันทำให้เกิดความผันผวนของอุณหภูมิชั้นบนของดิน ความลึกของการแทรกซึมของความผันผวนรายวันของอุณหภูมิอากาศภายนอกและความเข้มของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบ ขึ้นอยู่กับดินเฉพาะ-สภาพภูมิอากาศ
ระบอบการระบายความร้อนของชั้นดินที่อยู่ต่ำกว่าความลึกนี้ ("โซนที่เป็นกลาง") ถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของพลังงานความร้อนที่มาจากบาดาลของโลกและในทางปฏิบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับฤดูกาลและยิ่งกว่านั้นการเปลี่ยนแปลงรายวันในพารามิเตอร์ของ สภาพอากาศภายนอก (รูปที่ 1) เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น อุณหภูมิพื้นดินก็จะเพิ่มขึ้นตามความลาดชันของความร้อนใต้พิภพด้วย (ประมาณ 3 °C ทุกๆ 100 เมตร) ขนาดของฟลักซ์ความร้อนจากรังสีที่มาจากภายในโลกจะแตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ ตามกฎแล้ว ค่านี้คือ 0.05–0.12 W/m2
รูปที่ 1. |
ในระหว่างการทำงานของ GTST มวลดินที่อยู่ภายในโซนอิทธิพลความร้อนของการลงทะเบียนท่อของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนในดินของระบบรวบรวม ความร้อนเกรดต่ำดิน (ระบบรวบรวมความร้อน) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในพารามิเตอร์ของสภาพอากาศภายนอกตลอดจนภายใต้อิทธิพลของภาระการปฏิบัติงานต่อระบบรวบรวมความร้อน มักจะถูกแช่แข็งและละลายซ้ำ ๆ ในกรณีนี้ ตามธรรมชาติแล้ว มีการเปลี่ยนแปลงในสถานะรวมของความชื้นที่มีอยู่ในรูพรุนของดิน และในกรณีทั่วไป ทั้งในสถานะของเหลว ของแข็ง และก๊าซพร้อมกัน นอกจากนี้ ในระบบที่มีรูพรุนของเส้นเลือดฝอย เช่น มวลดินของระบบรวบรวมความร้อน การมีความชื้นในพื้นที่รูพรุนมีผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดต่อกระบวนการแพร่กระจายความร้อน การคำนึงถึงอิทธิพลนี้อย่างถูกต้องในปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องกับปัญหาที่สำคัญซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการขาดแนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับธรรมชาติของการกระจายตัวของความชื้นในเฟสของแข็ง ของเหลว และก๊าซในโครงสร้างเฉพาะของระบบ หากมีการไล่ระดับอุณหภูมิตามความหนาของมวลดิน โมเลกุลของไอน้ำจะเคลื่อนที่ไปยังสถานที่ที่มีศักยภาพด้านอุณหภูมิต่ำ แต่ในขณะเดียวกันภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง การไหลของความชื้นในทิศทางตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นในสถานะของเหลว . นอกจากนี้บนระบอบการปกครองของอุณหภูมิ ชั้นบนของดินได้รับผลกระทบจากความชื้นการตกตะกอนของชั้นบรรยากาศ
ตลอดจนน้ำบาดาล ไปจนถึงลักษณะเด่นระบบรวบรวมความร้อนของดินในฐานะวัตถุการออกแบบควรรวมถึงสิ่งที่เรียกว่า "ความไม่แน่นอนของข้อมูล" ของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายกระบวนการดังกล่าวหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือการขาดข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับผลกระทบต่อระบบสิ่งแวดล้อม (บรรยากาศและดิน มวลที่อยู่นอกเขตอิทธิพลทางความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในดินของระบบรวบรวมความร้อน) และความซับซ้อนอย่างมากของการประมาณ แท้จริงแล้วหากการประมาณผลกระทบต่อระบบภูมิอากาศภายนอกแม้จะซับซ้อน แต่ก็ยังต้องใช้ “เวลาเครื่องจักร” และการใช้งานอยู่พอสมควร รุ่นที่มีอยู่(เช่น “ทั่วไป ภูมิอากาศปี") สามารถดำเนินการได้จากนั้นปัญหาในการคำนึงถึงอิทธิพลต่อระบบอิทธิพลของบรรยากาศในแบบจำลอง (น้ำค้างหมอกฝนหิมะ ฯลฯ ) รวมถึงการประมาณอิทธิพลทางความร้อนที่มีต่อมวลดินของ ระบบรวบรวมความร้อนของชั้นดินที่อยู่เบื้องล่างและโดยรอบในปัจจุบันนั้นแทบจะแก้ไขไม่ได้และอาจเป็นสาเหตุได้ การศึกษารายบุคคล- ตัวอย่างเช่นความรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับกระบวนการก่อตัวของการไหลของการกรองของน้ำใต้ดินระบอบความเร็วตลอดจนความเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับระบอบความร้อนและความชื้นของชั้นดินที่อยู่ใต้โซนอิทธิพลทางความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดิน ทำให้งานในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ถูกต้องของระบบการระบายความร้อนของดินระบบรวบรวมความร้อนคุณภาพต่ำมีความซับซ้อนอย่างมาก
เพื่อเอาชนะความยากลำบากที่อธิบายไว้ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อออกแบบ GTST สามารถแนะนำวิธีการที่สร้างและทดสอบในทางปฏิบัติได้ การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์รูปแบบการระบายความร้อนของระบบรวบรวมความร้อนในดินและวิธีการคำนึงถึงการเปลี่ยนเฟสของความชื้นในพื้นที่รูพรุนของมวลดินของระบบรวบรวมความร้อนเมื่อออกแบบ GTST
สาระสำคัญของวิธีการนี้คือการพิจารณาเมื่อสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ความแตกต่างระหว่างปัญหาสองประการ: ปัญหา "พื้นฐาน" ซึ่งอธิบายระบอบการปกครองความร้อนของดินในสภาพธรรมชาติ (โดยไม่มีอิทธิพลของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินของ ระบบรวบรวมความร้อน) และปัญหาที่ต้องแก้ไขซึ่งอธิบายระบอบการปกครองความร้อนของมวลดินที่มีแผงระบายความร้อน (แหล่งที่มา) เป็นผลให้วิธีนี้ช่วยให้ได้รับวิธีแก้ปัญหาเกี่ยวกับฟังก์ชันใหม่บางอย่างซึ่งเป็นหน้าที่ของอิทธิพลของแผ่นระบายความร้อนที่มีต่อระบบการระบายความร้อนตามธรรมชาติของดินและความแตกต่างที่เท่ากันในอุณหภูมิของมวลดินใน สภาพธรรมชาติและมวลดินพร้อมท่อระบายน้ำ (แหล่งความร้อน) - ด้วยตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในดินของระบบรวบรวมความร้อน
การใช้วิธีนี้ในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบการเก็บความร้อนของระบบรวบรวมความร้อนในดินที่มีศักยภาพต่ำทำให้ไม่เพียง แต่จะหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการประมาณอิทธิพลภายนอกต่อระบบรวบรวมความร้อน แต่ยังใช้ข้อมูลเกี่ยวกับความร้อนตามธรรมชาติด้วย ระบอบการปกครองของดินที่ได้จากการทดลองโดยสถานีตรวจอากาศในแบบจำลอง สิ่งนี้ช่วยให้เราพิจารณาปัจจัยที่ซับซ้อนทั้งหมดได้บางส่วน (เช่น การมีอยู่ของน้ำใต้ดิน ความเร็วและระบอบความร้อน โครงสร้างและตำแหน่งของชั้นดิน พื้นหลัง "ความร้อน" ของโลก การตกตะกอน การเปลี่ยนแปลงเฟสของความชื้น ในพื้นที่รูพรุนและอื่น ๆ อีกมากมาย) ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อการก่อตัวของระบบการระบายความร้อนของระบบรวบรวมความร้อนและการพิจารณาร่วมกันซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติในการกำหนดปัญหาที่เข้มงวด
วิธีการคำนึงถึงการเปลี่ยนเฟสของความชื้นในพื้นที่รูพรุนของมวลดินเมื่อออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในดินนั้นขึ้นอยู่กับแนวคิดใหม่ของการนำความร้อนของดิน "เทียบเท่า" ซึ่งถูกกำหนดโดยการแทนที่ปัญหาของระบอบการปกครองความร้อน ของทรงกระบอกดินที่แข็งตัวรอบท่อของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในดินที่มีปัญหากึ่งคงที่ "เทียบเท่า" โดยมีสนามอุณหภูมิใกล้เคียงและเงื่อนไขค่าขอบเขตที่เหมือนกัน แต่มีค่าการนำความร้อน "เทียบเท่า" ที่แตกต่างกัน งานที่สำคัญที่สุดที่ได้รับการแก้ไขเมื่อออกแบบระบบจ่ายความร้อนใต้พิภพสำหรับอาคารคือการประเมินโดยละเอียดเกี่ยวกับความสามารถด้านพลังงานของสภาพภูมิอากาศของพื้นที่ก่อสร้างและบนพื้นฐานนี้การร่างข้อสรุปเกี่ยวกับประสิทธิภาพและความเป็นไปได้ของการใช้โซลูชันวงจร GTST โดยเฉพาะ . ค่าที่คำนวณได้ของพารามิเตอร์ภูมิอากาศที่กำหนดในปัจจุบันเอกสารกำกับดูแล พวกเขาไม่ให้สภาพภูมิอากาศภายนอกความแปรปรวนในแต่ละเดือนตลอดจนในบางช่วงเวลาของปี - ฤดูร้อนช่วงเวลาที่ร้อนเกินไป ฯลฯ ดังนั้นเมื่อตัดสินใจเกี่ยวกับศักยภาพอุณหภูมิของความร้อนใต้พิภพให้ประเมินความเป็นไปได้ของการรวมกับแหล่งความร้อนธรรมชาติอื่น ๆ มีศักยภาพต่ำ โดยประเมินระดับอุณหภูมิ (แหล่งที่มา) ในรอบปี จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับข้อมูลภูมิอากาศที่สมบูรณ์มากขึ้น เช่น ใน USSR Climate Directory (L.: Gidrometioizdat. ฉบับที่ 1–34)
ในบรรดาข้อมูลสภาพภูมิอากาศในกรณีของเรา เราควรเน้นเป็นอันดับแรก:
– ข้อมูลอุณหภูมิดินเฉลี่ยรายเดือนที่ระดับความลึกต่างๆ
– ข้อมูลการรับรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวที่มีทิศทางต่างกัน
ในตาราง ตารางที่ 1–5 แสดงข้อมูลอุณหภูมิพื้นดินเฉลี่ยรายเดือนที่ระดับความลึกต่างๆ สำหรับเมืองในรัสเซียบางแห่ง ในตาราง ตารางที่ 1 แสดงอุณหภูมิดินเฉลี่ยรายเดือนสำหรับ 23 เมืองของสหพันธรัฐรัสเซียที่ระดับความลึก 1.6 ม. ซึ่งดูเหมือนว่าจะมีเหตุผลมากที่สุดจากมุมมองของศักยภาพอุณหภูมิของดินและความเป็นไปได้ของการใช้เครื่องจักรในงานวางแนวนอน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดิน
| ตารางที่ 1 อุณหภูมิพื้นดินเฉลี่ยรายเดือนที่ระดับความลึก 1.6 เมตรสำหรับบางเมืองในรัสเซีย |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ตารางที่ 2 อุณหภูมิดินใน Stavropol (ดิน - ดินดำ) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ตารางที่ 3 อุณหภูมิพื้นดินในยาคุตสค์ (ดินเป็นทรายปนทรายที่มีส่วนผสมของฮิวมัส ด้านล่างเป็นทราย) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ตารางที่ 4 อุณหภูมิพื้นดินในปัสคอฟ (ด้านล่าง ดินร่วน ดินดินเหนียว) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ตารางที่ 5 อุณหภูมิดินในวลาดิวอสต็อก (ดินหินสีน้ำตาล ดินเทกอง) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ข้อมูลที่นำเสนอในตารางเกี่ยวกับเส้นทางธรรมชาติของอุณหภูมิดินที่ระดับความลึกสูงสุด 3.2 ม. (เช่น ในชั้นดิน "ทำงาน" สำหรับ GTST พร้อมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวนอน) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเป็นไปได้ของการใช้ดินในระดับต่ำ - แหล่งความร้อนที่อาจเกิดขึ้น เห็นได้ชัดว่ามีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของชั้นที่ค่อนข้างเล็กซึ่งอยู่ที่ระดับความลึกเดียวกันในดินแดนของรัสเซีย ตัวอย่างเช่นดินที่ความลึก 3.2 ม. จากพื้นผิวใน Stavropol คือ 7.4 °C และใน Yakutsk - (–4.4 °C) ดังนั้นช่วงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิดินที่ความลึกที่กำหนดคือ 11.8 องศา ข้อเท็จจริงนี้ช่วยให้เราวางใจในการสร้างอุปกรณ์ปั๊มความร้อนแบบครบวงจรที่เพียงพอซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานทั่วทั้งดินแดนเกือบทั้งหมดของรัสเซีย
ดังจะเห็นได้จากตารางที่นำเสนอ คุณลักษณะเฉพาะระบอบอุณหภูมิตามธรรมชาติของดินคือความล่าช้าของอุณหภูมิดินต่ำสุดเมื่อเทียบกับเวลาที่มาถึงของอุณหภูมิต่ำสุดของอากาศภายนอก อุณหภูมิอากาศกลางแจ้งขั้นต่ำจะสังเกตได้ทุกที่ในเดือนมกราคม อุณหภูมิต่ำสุดในพื้นดินที่ความลึก 1.6 เมตรใน Stavropol จะสังเกตได้ในเดือนมีนาคมใน Yakutsk - ในเดือนมีนาคมในโซชี - ในเดือนมีนาคมในวลาดิวอสต็อก - ในเดือนเมษายน . ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าเมื่ออุณหภูมิต่ำสุดในพื้นดินเกิดขึ้น โหลดบนระบบทำความร้อนด้วยปั๊มความร้อน (การสูญเสียความร้อนของอาคาร) จะลดลง จุดนี้เปิดโอกาสที่ค่อนข้างจริงจังในการลดกำลังการผลิตติดตั้งของ GTST (ประหยัดต้นทุนทุน) และจะต้องนำมาพิจารณาในระหว่างการออกแบบ
เพื่อประเมินประสิทธิผลของการใช้ระบบจ่ายความร้อนของปั๊มความร้อนใต้พิภพในสภาพภูมิอากาศของรัสเซีย อาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียถูกแบ่งเขตตามประสิทธิภาพของการใช้ความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพต่ำเพื่อการจ่ายความร้อน การแบ่งเขตดำเนินการตามผลการทดลองเชิงตัวเลขในการสร้างแบบจำลองโหมดการทำงานของ GTST ในสภาพภูมิอากาศของภูมิภาคต่างๆ ของสหพันธรัฐรัสเซีย
การทดลองเชิงตัวเลขดำเนินการโดยใช้ตัวอย่างของกระท่อมสองชั้นสมมุติที่มีพื้นที่ทำความร้อน 200 ตร.ม. ซึ่งติดตั้งระบบจ่ายความร้อนด้วยปั๊มความร้อนใต้พิภพ โครงสร้างปิดล้อมภายนอกของบ้านดังกล่าวมีความต้านทานการถ่ายเทความร้อนลดลงดังต่อไปนี้:
– ผนังภายนอก – 3.2 ม. 2 ชม. °C/W;
– หน้าต่างและประตู – 0.6 ม. 2 ชม. °C/W;
– วัสดุหุ้มและเพดาน – 4.2 ม. 2 ชม. °C/W.
เมื่อทำการทดลองเชิงตัวเลข ให้พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:
– ระบบรวบรวมความร้อนในดินที่มีความหนาแน่นพลังงานความร้อนใต้พิภพต่ำ
– ระบบรวบรวมความร้อนแนวนอนทำจากท่อโพลีเอทิลีนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.05 ม. และความยาว 400 ม.
– ระบบรวบรวมความร้อนในดินที่มีการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพความหนาแน่นสูง
การศึกษาพบว่าการใช้พลังงานความร้อนจากมวลดินเมื่อสิ้นสุดฤดูร้อนทำให้อุณหภูมิดินใกล้กับบันทึกของท่อของระบบรวบรวมความร้อนลดลงซึ่งอยู่ในดินและสภาพภูมิอากาศส่วนใหญ่ อาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียไม่มีเวลาชดเชย ช่วงฤดูร้อนและเมื่อถึงต้นฤดูร้อนถัดไป ดินจะมีอุณหภูมิลดลง การใช้พลังงานความร้อนในช่วงฤดูร้อนถัดไปทำให้อุณหภูมิดินลดลงอีก และเมื่อเริ่มต้นฤดูร้อนครั้งที่ 3 ศักยภาพของอุณหภูมิจะแตกต่างจากธรรมชาติมากยิ่งขึ้น และอื่น ๆ... อย่างไรก็ตาม ขอบเขตของอิทธิพลทางความร้อนของการทำงานระยะยาวของระบบรวบรวมความร้อนต่อระบอบอุณหภูมิตามธรรมชาติของดินนั้นมีลักษณะเอกซ์โปเนนเชียลที่เด่นชัดและเมื่อถึงปีที่ห้าของการดำเนินการ ดินก็จะถึงระดับใหม่ ระบอบการปกครองที่ใกล้เคียงกับระยะ เช่น เริ่มต้นจากการดำเนินงานปีที่ห้า การใช้พลังงานความร้อนในระยะยาวจากมวลดินของระบบรวบรวมความร้อนจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นระยะ ดังนั้นเมื่อดำเนินการแบ่งเขตอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียจำเป็นต้องคำนึงถึงอุณหภูมิที่ลดลงของมวลดินที่เกิดจากการทำงานของระบบรวบรวมความร้อนเป็นเวลาหลายปีและต้องใช้อุณหภูมิของดินที่คาดไว้สำหรับ ปีที่ 5 ของการดำเนินงานของ GTST เป็นพารามิเตอร์ที่คำนวณได้สำหรับอุณหภูมิของมวลดิน
เมื่อพิจารณาถึงสถานการณ์นี้เมื่อแบ่งเขตอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียตามประสิทธิภาพของการใช้ GTST ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความร้อนเฉลี่ย K p tr ได้รับเลือกให้เป็นเกณฑ์สำหรับประสิทธิภาพของระบบจ่ายความร้อนของปั๊มความร้อนใต้พิภพสำหรับปีที่ 5 ของการดำเนินการ ซึ่งเป็นอัตราส่วนของพลังงานความร้อนที่เป็นประโยชน์ที่สร้างโดย GTST ต่อพลังงานที่ใช้ไปกับชุดขับเคลื่อน และถูกกำหนดไว้สำหรับวงจรคาร์โนต์ทางอุณหพลศาสตร์ในอุดมคติดังต่อไปนี้:
K tr = T o / (T o – T i), (1)
โดยที่ T o คือศักย์อุณหภูมิของความร้อนที่ถูกกำจัดไปยังระบบทำความร้อนหรือแหล่งจ่ายความร้อน K;
ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงของระบบทำความร้อนของปั๊มความร้อน K tr คืออัตราส่วนของความร้อนที่มีประโยชน์ที่ถูกลบออกไปยังระบบจ่ายความร้อนของผู้บริโภคต่อพลังงานที่ใช้ในการทำงานของ GTST และมีค่าเท่ากับตัวเลขของปริมาณความร้อนที่มีประโยชน์ที่ได้รับที่อุณหภูมิ T o และ T และต่อหน่วยพลังงานที่ใช้ไปกับการขับเคลื่อนของ GTST ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงนั้นแตกต่างจากค่าสัมประสิทธิ์อุดมคติที่อธิบายไว้ในสูตร (1) โดยค่าของสัมประสิทธิ์ h ซึ่งคำนึงถึงระดับความสมบูรณ์ทางอุณหพลศาสตร์ของ GTST และการสูญเสียพลังงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ระหว่างการนำวัฏจักรไปใช้
การทดลองเชิงตัวเลขดำเนินการโดยใช้โปรแกรมที่สร้างขึ้นที่ INSOLAR-INVEST OJSC ซึ่งช่วยให้มั่นใจในการกำหนดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมของระบบรวบรวมความร้อนโดยขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศของพื้นที่ก่อสร้าง คุณภาพฉนวนความร้อนของอาคาร ลักษณะการปฏิบัติงาน ของอุปกรณ์ปั๊มความร้อน ปั๊มหมุนเวียน อุปกรณ์ทำความร้อนของระบบทำความร้อน รวมถึงการทำงานของโหมดต่างๆ โปรแกรมนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้สำหรับการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบการระบายความร้อนของระบบเพื่อรวบรวมความร้อนของดินที่มีศักยภาพต่ำซึ่งทำให้สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความไม่แน่นอนของข้อมูลของแบบจำลองและการประมาณอิทธิพลภายนอก เนื่องจากใช้ในโปรแกรมข้อมูลที่ได้จากการทดลองเกี่ยวกับระบอบความร้อนตามธรรมชาติของดินซึ่งช่วยให้คำนึงถึงปัจจัยที่ซับซ้อนทั้งหมดบางส่วน (เช่นการมีอยู่ของน้ำใต้ดินความเร็วและระบอบความร้อนโครงสร้างและที่ตั้ง ของชั้นดิน, พื้นหลัง "ความร้อน" ของโลก, การตกตะกอน, การเปลี่ยนแปลงเฟสของความชื้นในพื้นที่รูพรุนและอื่น ๆ อีกมากมาย) ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อการก่อตัวของระบบการระบายความร้อนของการรวบรวมความร้อนของระบบ และการบัญชีร่วมซึ่งใน การกำหนดปัญหาอย่างเข้มงวดเป็นไปไม่ได้เลยในปัจจุบัน เพื่อแก้ปัญหา "พื้นฐาน" เราใช้ข้อมูลจากคู่มือสภาพภูมิอากาศของสหภาพโซเวียต (L.: Gidrometioizdat. ฉบับที่ 1–34)
โปรแกรมนี้ช่วยให้คุณสามารถแก้ปัญหาการปรับให้เหมาะสมหลายพารามิเตอร์ของการกำหนดค่า GTST สำหรับอาคารและพื้นที่ก่อสร้างเฉพาะได้
ผลลัพธ์ของการทดลองเชิงตัวเลขและการแบ่งเขตดินแดนรัสเซียตามประสิทธิภาพของการใช้ความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพต่ำเพื่อวัตถุประสงค์ในการทำความร้อนอาคารจะแสดงเป็นกราฟิกในรูปที่ 1 2–9.
ในรูป รูปที่ 2 แสดงค่าและไอโซไลน์ของค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงของระบบจ่ายความร้อนของปั๊มความร้อนใต้พิภพพร้อมระบบรวบรวมความร้อนในแนวนอนและในรูปที่ 2 3 – สำหรับ GTST ที่มีระบบรวบรวมความร้อนในแนวตั้ง ดังที่เห็นได้จากตัวเลข ค่าสูงสุดของ K p tr 4.24 สำหรับระบบรวบรวมความร้อนในแนวนอนและ 4.14 สำหรับระบบรวบรวมความร้อนในแนวตั้งสามารถคาดหวังได้ทางตอนใต้ของรัสเซีย และค่าต่ำสุดตามลำดับคือ 2.87 และ 2.73 ทางตอนเหนือในอูเอเลน สำหรับ โซนกลางในรัสเซียค่า K p tr สำหรับระบบรวบรวมความร้อนแนวนอนอยู่ในช่วง 3.4–3.6 และสำหรับระบบแนวตั้งในช่วง 3.2–3.4 ดึงดูดให้มากพอ ค่าสูง K r tr (3.2–3.5) สำหรับภูมิภาคตะวันออกไกล ภูมิภาคที่มีสภาพการจัดหาเชื้อเพลิงที่ยากลำบากตามธรรมเนียม เห็นได้ชัดว่า ตะวันออกไกลเป็นภูมิภาคที่มีลำดับความสำคัญในการดำเนินการตาม GTST
ในรูป รูปที่ 4 แสดงค่าและการแยกของต้นทุนพลังงานรายปีเฉพาะสำหรับการขับเคลื่อน "แนวนอน" GTST+PD (จุดสูงสุด) รวมถึงต้นทุนพลังงานสำหรับการทำความร้อน การระบายอากาศ และการจ่ายน้ำร้อน ลดลงเหลือ 1 ตารางเมตรของพื้นที่ทำความร้อน และ ในรูป 5 – สำหรับ GTST ที่มีระบบรวบรวมความร้อนในแนวตั้ง ดังที่เห็นได้จากตัวเลข การใช้พลังงานเฉพาะต่อปีสำหรับการขับเคลื่อน GTST แนวนอน ลดลงเหลือ 1 ตารางเมตรของพื้นที่ทำความร้อนของอาคาร ซึ่งแตกต่างกันไปจาก 28.8 kWh/(ปี m2) ทางตอนใต้ของรัสเซีย เป็น 241 kWh /(ปี ตร.ม.) ในเมือง ยาคุตสค์ และสำหรับ GTST แนวตั้ง ตามลำดับ จาก 28.7 kWh// (ปี ตร.ม.) ในภาคใต้ และถึง 248 กิโลวัตต์ชั่วโมง// (ปี ตร.ม.) ในยาคุตสค์ หากเราคูณค่าของการใช้พลังงานเฉพาะรายปีสำหรับไดรฟ์ GTST ที่แสดงในตัวเลขสำหรับพื้นที่เฉพาะด้วยค่าสำหรับพื้นที่นี้ K p tr ลดลง 1 เราจะได้ปริมาณพลังงานที่ GTST ประหยัดได้ต่อ 1 พื้นที่ทำความร้อน m 2 ต่อปี ตัวอย่างเช่น สำหรับมอสโกสำหรับ GTST แนวตั้ง ค่านี้จะเท่ากับ 189.2 kWh ต่อ 1 m 2 ต่อปี สำหรับการเปรียบเทียบ เราสามารถอ้างอิงค่าของการใช้พลังงานเฉพาะที่กำหนดโดยมาตรฐานการประหยัดพลังงานของมอสโก MGSN 2.01–99 สำหรับอาคารแนวราบที่ 130 และสำหรับอาคารสูง 95 kWh/(ปี m2) ในเวลาเดียวกัน ต้นทุนพลังงานที่เป็นมาตรฐานโดย MGSN 2.01–99 จะรวมเฉพาะต้นทุนพลังงานสำหรับการทำความร้อนและการระบายอากาศ ในกรณีของเรา ต้นทุนพลังงานยังรวมต้นทุนพลังงานสำหรับการจัดหาน้ำร้อนด้วย ความจริงก็คือแนวทางการประเมินต้นทุนพลังงานสำหรับการดำเนินงานอาคารที่มีอยู่ในมาตรฐานปัจจุบันระบุ แต่ละบทความต้นทุนพลังงานสำหรับการทำความร้อนและการระบายอากาศของอาคารและต้นทุนพลังงานสำหรับการจัดหาน้ำร้อน ในขณะเดียวกันการใช้พลังงานสำหรับการจ่ายน้ำร้อนไม่ได้มาตรฐาน แนวทางนี้ดูเหมือนจะไม่ถูกต้อง เนื่องจากต้นทุนพลังงานสำหรับการจ่ายน้ำร้อนมักจะเทียบเคียงกับต้นทุนพลังงานสำหรับการทำความร้อนและการระบายอากาศ
ในรูป รูปที่ 6 แสดงค่าและไอโซไลน์ของอัตราส่วนเหตุผลของกำลังความร้อนของจุดเข้าใกล้จุดสูงสุด (PD) และกำลังไฟฟ้าที่ติดตั้งของ GTST แนวนอนเป็นเศษส่วนของความสามัคคีและในรูปที่ 6 7 – สำหรับ GTST ด้วย ระบบแนวตั้งการรวบรวมความร้อน เกณฑ์สำหรับความสัมพันธ์เชิงเหตุผลระหว่างกำลังความร้อนของจุดเข้าใกล้จุดสูงสุดและกำลังไฟฟ้าที่ติดตั้งของ GTST (ไม่รวม PD) คือปริมาณการใช้ไฟฟ้าขั้นต่ำต่อปีสำหรับไดรฟ์ GTST+PD ดังที่เห็นได้จากตัวเลข อัตราส่วนเหตุผลของกำลังของ PD ความร้อนและ GTST ไฟฟ้า (ไม่มี PD) จะแตกต่างกันไปจาก 0 ทางใต้ของรัสเซียเป็น 2.88 สำหรับ GTST แนวนอนและ 2.92 สำหรับระบบแนวตั้งใน Yakutsk ในโซนกลางของสหพันธรัฐรัสเซีย อัตราส่วนเหตุผลของกำลังความร้อนของระยะใกล้และกำลังไฟฟ้าที่ติดตั้งของ GTST + PD อยู่ในช่วง 1.1–1.3 สำหรับ GTST ทั้งแนวนอนและแนวตั้ง ประเด็นนี้จะต้องมีการหารือในรายละเอียดเพิ่มเติม ความจริงก็คือเมื่อเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าในเขตภาคกลางของรัสเซียเรามีโอกาสที่จะลดพลังงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ติดตั้งในอาคารที่ให้ความร้อนลงได้ 35-40% และลดพลังงานไฟฟ้าที่ร้องขอ จาก RAO UES ซึ่งปัจจุบัน "ราคา » ประมาณ 50,000 รูเบิล สำหรับกำลังไฟฟ้าที่ติดตั้งในบ้าน 1 kW ตัวอย่างเช่นสำหรับกระท่อมที่มีการสูญเสียความร้อนโดยประมาณในช่วงระยะเวลาห้าวันที่หนาวที่สุดเท่ากับ 15 กิโลวัตต์เราจะประหยัดพลังงานไฟฟ้าที่ติดตั้งได้ 6 กิโลวัตต์และตามนั้นประมาณ 300,000 รูเบิล หรือ 11.5 พันดอลลาร์สหรัฐ ตัวเลขนี้เกือบเท่ากับต้นทุนของ GTST ของพลังงานความร้อนดังกล่าว
ดังนั้นหากเราคำนึงถึงต้นทุนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่ออาคารกับแหล่งจ่ายไฟแบบรวมศูนย์อย่างถูกต้องปรากฎว่าด้วยอัตราค่าไฟฟ้าในปัจจุบันและการเชื่อมต่อกับเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟแบบรวมศูนย์ในแถบกลางของสหพันธรัฐรัสเซียแม้แต่ที่เดียว- ต้นทุนเวลา GTST กลายเป็นผลกำไรมากกว่าเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า และยังประหยัดพลังงานได้ถึง 60 %
ในรูป รูปที่ 8 แสดงค่าและไอโซไลน์ของน้ำหนักเฉพาะของพลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นในระหว่างปีโดยพีคคอยล์ (PD) ในการใช้พลังงานรวมต่อปีของระบบ GTST+PD แนวนอนเป็นเปอร์เซ็นต์ และในรูปที่ 8 9 – สำหรับ GTST ที่มีระบบรวบรวมความร้อนในแนวตั้ง ดังที่เห็นได้จากตัวเลข ส่วนแบ่งพลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นในระหว่างปีโดยพีคคอยล์ (PD) ในการใช้พลังงานรวมต่อปีของระบบ GTST+PD แนวนอนจะแตกต่างกันไปจาก 0% ทางใต้ของรัสเซียเป็น 38–40 % ใน Yakutsk และ Tours และสำหรับ GTST+PD แนวตั้ง - ตามลำดับ จาก 0% ในภาคใต้และถึง 48.5% ใน Yakutsk
ในเขตภาคกลางของรัสเซียค่าเหล่านี้อยู่ที่ประมาณ 5–7% สำหรับ GTST ทั้งแนวตั้งและแนวนอน นี่เป็นต้นทุนพลังงานเล็กน้อย ดังนั้นคุณจึงต้องระมัดระวังในการเลือกจุดสูงสุดที่ใกล้ยิ่งขึ้น เหตุผลที่สมเหตุสมผลที่สุดจากมุมมองของการลงทุนทั้งด้านพลังงานและระบบอัตโนมัติ 1 กิโลวัตต์คือตัวปิดไฟฟ้าสูงสุด การใช้หม้อไอน้ำแบบเม็ดสมควรได้รับความสนใจ
โดยสรุป ฉันอยากจะพูดถึงประเด็นที่สำคัญมาก: ปัญหาในการเลือกระดับการป้องกันความร้อนสำหรับอาคารอย่างสมเหตุสมผล ปัญหานี้ในปัจจุบันถือเป็นงานที่จริงจังมาก การแก้ปัญหาต้องใช้การวิเคราะห์เชิงตัวเลขอย่างจริงจัง โดยคำนึงถึงสภาพอากาศเฉพาะของเรา และคุณลักษณะของอุปกรณ์ทางวิศวกรรมที่ใช้ โครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายแบบรวมศูนย์ ตลอดจนสถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมในเมืองต่างๆ ซึ่งกำลังเสื่อมโทรมลงอย่างแท้จริงต่อหน้าต่อตาเรา และอื่นๆ อีกมากมาย เห็นได้ชัดว่าทุกวันนี้การกำหนดข้อกำหนดใดๆ สำหรับขอบเขตของอาคารนั้นไม่ถูกต้องอีกต่อไป โดยไม่คำนึงถึงความสัมพันธ์ (ของอาคาร) กับสภาพอากาศและระบบการจัดหาพลังงาน สาธารณูปโภค ฯลฯ ด้วยเหตุนี้ ในอนาคตอันใกล้นี้ การแก้ปัญหาการเลือกระดับการป้องกันความร้อนอย่างมีเหตุผลจะเป็นไปได้โดยพิจารณาจากอาคารที่ซับซ้อน + ระบบจ่ายพลังงาน + สภาพอากาศ + สภาพแวดล้อมเป็นระบบพลังงานเชิงนิเวศระบบเดียว และด้วยแนวทางนี้ ความได้เปรียบทางการแข่งขันของ GTST ใน ตลาดภายในประเทศไม่สามารถประเมินสูงเกินไปได้
วรรณกรรม
1. Sanner B. แหล่งความร้อนจากพื้นดินสำหรับปั๊มความร้อน (การจำแนกประเภท คุณลักษณะ ข้อดี) หลักสูตรปั๊มความร้อนใต้พิภพ 2545
3. Vasiliev G.P. การจ่ายความร้อนและความเย็นของอาคารและโครงสร้างโดยใช้พลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำของชั้นผิวโลก: เอกสาร สำนักพิมพ์ "Granitsa" – อ.: ดาวแดง, 2549.
พลวัตของการเปลี่ยนแปลงในฤดูหนาว (2555-56) อุณหภูมิพื้นดินที่ความลึก 130 เซนติเมตรใต้บ้าน (ใต้ขอบด้านในของฐานราก) รวมถึงที่ระดับพื้นดินและอุณหภูมิของน้ำที่มาจากบ่อน้ำคือ เผยแพร่ที่นี่ ทั้งหมดนี้อยู่บนยอดที่มาจากบ่อน้ำกราฟอยู่ที่ด้านล่างของบทความ
Dacha (บริเวณชายแดนของ New Moscow และ ภูมิภาคคาลูกา) ฤดูหนาว การเยี่ยมชมเป็นระยะ (2-4 ครั้งต่อเดือนเป็นเวลาสองสามวัน)
พื้นที่ตาบอดและห้องใต้ดินของบ้านไม่ได้รับการหุ้มฉนวนเนื่องจากมีปลั๊กฉนวนความร้อนปิดฤดูใบไม้ร่วง (โฟม 10 ซม.) การสูญเสียความร้อนจากระเบียงที่ไรเซอร์ออกไปมีการเปลี่ยนแปลงในเดือนมกราคม ดูหมายเหตุ 10
การวัดที่ความลึก 130 ซม. ทำโดยระบบ Xital GSM (), แยก - 0.5 * C เพิ่มเติม ข้อผิดพลาด - ประมาณ 0.3*C
เซ็นเซอร์ได้รับการติดตั้งในท่อ HDPE ขนาด 20 มม. ซึ่งเชื่อมจากด้านล่างใกล้กับไรเซอร์ (ด้วย ข้างนอกฉนวนกันความร้อนของไรเซอร์ แต่อยู่ภายในท่อขนาด 110 มม.)
แกนอับซิสซาแสดงวันที่ แกนกำหนดแสดงอุณหภูมิ
หมายเหตุ 1:
ฉันจะตรวจสอบอุณหภูมิของน้ำในบ่อน้ำและที่ระดับพื้นดินใต้บ้านบนยกระดับที่ไม่มีน้ำ แต่เมื่อมาถึงเท่านั้น ข้อผิดพลาดประมาณ +-0.6*C
หมายเหตุ 2:
อุณหภูมิ ที่ระดับพื้นดินใต้บ้าน ใกล้ท่อน้ำ หากไม่มีคนและน้ำลดเหลือลบ 5*C นี่แสดงให้เห็นว่าฉันไม่ได้สร้างระบบโดยเปล่าประโยชน์ - อย่างไรก็ตามเทอร์โมสตัทที่แสดง -5 * C มาจากระบบนี้ (RT-12-16)
หมายเหตุ 3:
อุณหภูมิของน้ำ "ในบ่อน้ำ" วัดโดยใช้เซ็นเซอร์ตัวเดียวกัน (ในหมายเหตุ 2 ด้วย) เป็น "ที่ระดับพื้นดิน" โดยจะตั้งตรงบนตัวยกใต้ฉนวนกันความร้อน ใกล้กับตัวยกที่ระดับพื้นดิน การวัดทั้งสองนี้ดำเนินการที่จุดเวลาต่างกัน “ที่ระดับพื้นดิน” - ก่อนสูบน้ำเข้าถังยกระดับและ “ในบ่อ” - หลังจากสูบน้ำประมาณ 50 ลิตรเป็นเวลาครึ่งชั่วโมงโดยหยุดพัก
หมายเหตุ 4:
อุณหภูมิของน้ำในบ่ออาจจะถูกประเมินต่ำไปบ้างเพราะ... ฉันไม่สามารถมองหาเส้นกำกับเวรนี้ด้วยการสูบน้ำ (ของฉัน) อย่างไม่มีที่สิ้นสุด... ฉันเล่นให้ดีที่สุดเท่าที่จะทำได้
หมายเหตุ 5: ไม่เกี่ยวข้อง ลบแล้ว
หมายเหตุ 6:
ข้อผิดพลาดในการบันทึกอุณหภูมิถนนคือประมาณ +-(3-7)*C
หมายเหตุ 7:
อัตราการทำความเย็นของน้ำที่ระดับพื้นดิน (โดยไม่ต้องเปิดปั๊ม) อยู่ที่ประมาณ 1-2*C ต่อชั่วโมง (ซึ่งอยู่ที่ลบ 5*C ที่ระดับพื้นดิน)
หมายเหตุ 8:
ฉันลืมอธิบายว่าไรเซอร์ใต้ดินของฉันถูกจัดเรียงและเป็นฉนวนอย่างไร PND-32 มาพร้อมกับถุงน่องฉนวน 2 ตัว สูงรวม 2 ซม. (เห็นได้ชัดว่าเป็นโฟมโพลีเอทิลีน) ทั้งหมดนี้ถูกสอดเข้าไปในท่อระบายน้ำทิ้งขนาด 110 มม. และทำให้เกิดฟองที่ระดับความลึก 130 ซม. จริงอยู่เนื่องจาก PND-32 ไม่ได้ผ่านจุดศูนย์กลางของท่อที่ 110 และมวลของโฟมธรรมดาที่อยู่ตรงกลางอาจไม่แข็งตัวเป็นเวลานานดังนั้นจึงไม่กลายเป็นฉนวนฉันจึงสงสัยอย่างยิ่งถึงคุณภาพของ ฉนวนเพิ่มเติมดังกล่าว .. คงจะดีกว่าถ้าใช้โฟมสององค์ประกอบซึ่งฉันได้เรียนรู้ในภายหลังเท่านั้น...
หมายเหตุ 9:
ผมอยากให้ผู้อ่านสนใจกับการวัดอุณหภูมิ “ที่ระดับพื้นดิน” ลงวันที่ 12 มกราคม 2556 และตั้งแต่วันที่ 18/01/2556 ในความคิดของฉัน ค่า +0.3*C นั้นสูงกว่าที่คาดไว้อย่างเห็นได้ชัด ฉันคิดว่านี่เป็นผลมาจากปฏิบัติการ "เติมหิมะที่ฐานใกล้จุดยก" ซึ่งดำเนินการเมื่อวันที่ 31 ธันวาคม 2555
หมายเหตุ 10:
ตั้งแต่วันที่ 12 มกราคมถึง 3 กุมภาพันธ์ฉันทำฉนวนเพิ่มเติมที่ระเบียงซึ่งมีผู้ยกใต้ดินไป
ผลจากการประมาณการคร่าวๆ การสูญเสียความร้อนของระเบียงลดลงจาก 100 วัตต์/ตร.ม. สูงถึงประมาณ 50 องศา (อุณหภูมิภายนอกลบ 20*C)
สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในกราฟ ดูอุณหภูมิที่ระดับพื้นดินในวันที่ 9 กุมภาพันธ์: +1.4*C และ 16 กุมภาพันธ์: +1.1 - ยังไม่เห็นอุณหภูมิสูงขนาดนี้ตั้งแต่ต้นฤดูหนาวที่แท้จริง
และอีกอย่างหนึ่ง: ตั้งแต่วันที่ 4 กุมภาพันธ์ถึง 16 กุมภาพันธ์ เป็นครั้งแรกในรอบ 2 ฤดูหนาว ตั้งแต่วันอาทิตย์ถึงวันศุกร์ หม้อน้ำไม่ได้เปิดเพื่อรักษาอุณหภูมิต่ำสุดที่ตั้งไว้ เนื่องจากไม่ถึงอุณหภูมิต่ำสุดนี้...
หมายเหตุ 11:
ตามที่สัญญาไว้ (สำหรับ "การสั่งซื้อ" และเพื่อให้เสร็จสิ้น รอบปี) ฉันจะเผยแพร่อุณหภูมิในช่วงฤดูร้อนเป็นระยะ แต่ - ไม่อยู่ในกำหนดการเพื่อไม่ให้ "บัง" ฤดูหนาว แต่อยู่ที่นี่ใน Note-11
11 พฤษภาคม 2556
หลังจากการระบายอากาศเป็นเวลา 3 สัปดาห์ ช่องระบายอากาศจะถูกปิดจนถึงฤดูใบไม้ร่วงเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมตัวของการควบแน่น
13 พฤษภาคม 2556(ตอนนี้ข้างนอก +25-30*C มาหนึ่งสัปดาห์แล้ว):
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +10.5*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +6*С,
12 มิถุนายน 2556:
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +14.5*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +10*ซ.
- น้ำในบ่อจากความลึก 25 ม. ไม่สูงกว่า +8*C
26 มิถุนายน 2556:
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +16*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +11*ซ.
- น้ำในบ่อจากความลึก 25 ม. ไม่สูงกว่า +9.3*C
19 สิงหาคม 2556:
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +15.5*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +13.5*ซ.
- น้ำในบ่อจากความลึก 25 ม. ไม่สูงกว่า +9.0*C
28 กันยายน 2556:
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +10.3*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +12*ซ.
- น้ำในบ่อจากความลึก 25 ม. = +8.0*C
26 ตุลาคม 2556:
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +8.5*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +9.5*ซ.
- น้ำในบ่อจากความลึก 25 ม. ไม่สูงกว่า +7.5*C
16 พฤศจิกายน 2556:
- ใต้บ้านที่ระดับพื้นดิน +7.5*C
- ใต้บ้านลึก 130 ซม. +9.0*ซ.
- น้ำในบ่อจากความลึก 25 ม. +7.5*C
20 กุมภาพันธ์ 2557:
นี่อาจเป็นรายการสุดท้ายในบทความนี้
เราอาศัยอยู่ในบ้านตลอดเวลาตลอดฤดูหนาว ไม่มีจุดใดที่จะทำซ้ำการวัดของปีที่แล้ว ดังนั้นจึงมีเพียงตัวเลขนัยสำคัญเพียงสองตัวเท่านั้น:
- อุณหภูมิต่ำสุดใต้บ้านที่ระดับพื้นดินในช่วงที่มีน้ำค้างแข็งเย็นที่สุด (-20 - -30*C) หนึ่งสัปดาห์หลังจากเริ่มต้น ลดลงซ้ำแล้วซ้ำอีกต่ำกว่า +0.5*C ในช่วงเวลาเหล่านี้มันได้ผลสำหรับฉัน
อุณหภูมิภายในโลกมักเป็นตัวบ่งชี้เชิงอัตวิสัย เนื่องจากอุณหภูมิที่แน่นอนสามารถระบุได้เฉพาะในสถานที่ที่สามารถเข้าถึงได้เท่านั้น เช่น ในบ่อน้ำโคลา (ความลึก 12 กม.) แต่สถานที่แห่งนี้เป็นของภายนอก เปลือกโลก.
อุณหภูมิในระดับความลึกต่างๆ ของโลก
ตามที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบ อุณหภูมิจะสูงขึ้น 3 องศาทุกๆ 100 เมตรลึกลงไปในโลก ตัวเลขนี้คงที่ในทุกทวีปและส่วนต่างๆ ของโลก อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นที่ส่วนบนของเปลือกโลกประมาณ 20 กิโลเมตรแรก จากนั้นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะช้าลง
การเพิ่มขึ้นที่ใหญ่ที่สุดถูกบันทึกไว้ในสหรัฐอเมริกา โดยที่อุณหภูมิสูงขึ้น 150 องศา ลึกลงไปถึงพื้นโลก 1,000 เมตร มีการเติบโตช้าที่สุดบันทึกไว้ใน แอฟริกาใต้เทอร์โมมิเตอร์เพิ่มขึ้นเพียง 6 องศาเซลเซียส
ที่ความลึกประมาณ 35-40 กิโลเมตร อุณหภูมิผันผวนประมาณ 1,400 องศา ขอบเขตระหว่างเนื้อโลกและแก่นโลกชั้นนอกที่ระดับความลึก 25 ถึง 3,000 กม. จะมีความร้อนเพิ่มขึ้นจาก 2,000 ถึง 3,000 องศา แกนด้านในถูกให้ความร้อนถึง 4000 องศา ตามข้อมูลล่าสุดที่ได้รับจากการทดลองที่ซับซ้อน อุณหภูมิในใจกลางโลกอยู่ที่ประมาณ 6,000 องศา ดวงอาทิตย์สามารถอวดอุณหภูมิบนพื้นผิวของมันได้เท่ากัน
อุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุดของความลึกของโลก
เมื่อคำนวณอุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุดภายในโลก ข้อมูลจากแถบอุณหภูมิคงที่จะไม่ถูกนำมาพิจารณา ในเขตนี้อุณหภูมิจะคงที่ตลอดทั้งปี สายพานตั้งอยู่ที่ความลึก 5 เมตร (เขตร้อน) และสูงสุด 30 เมตร (ละติจูดสูง)
อุณหภูมิสูงสุดวัดและบันทึกที่ความลึกประมาณ 6,000 เมตร และมีค่าเท่ากับ 274 องศาเซลเซียส อุณหภูมิต่ำสุดภายในโลกจะถูกบันทึกไว้ในพื้นที่ทางตอนเหนือของโลกเป็นหลัก ซึ่งแม้จะอยู่ที่ระดับความลึกมากกว่า 100 เมตร เทอร์โมมิเตอร์ก็แสดงอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์
ความร้อนมาจากไหน และกระจายไปภายในดาวเคราะห์อย่างไร?
ความร้อนภายในโลกมาจากหลายแหล่ง:
1) การสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี;
2) การแยกความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงของสสารที่ได้รับความร้อนในแกนโลก;
3) แรงเสียดทานจากกระแสน้ำ (ผลกระทบของดวงจันทร์บนโลกพร้อมกับการชะลอตัวของดวงจันทร์ในภายหลัง).
เหล่านี้คือทางเลือกบางประการสำหรับการเกิดความร้อนในบาดาลของโลกแต่คำถามของ รายการทั้งหมดและความถูกต้องของสิ่งที่มีอยู่แล้วยังคงเปิดอยู่
กระแสความร้อนที่เล็ดลอดออกมาจากภายในโลกของเราแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโซนโครงสร้าง ดังนั้นการกระจายความร้อนในบริเวณที่มีมหาสมุทร ภูเขา หรือที่ราบ จึงมีตัวชี้วัดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง
เครื่องสะสมแนวตั้งดึงพลังงานจากพื้นดินโดยใช้เครื่องตรวจวัดความร้อนใต้พิภพ เหล่านี้เป็นระบบปิดที่มีบ่อน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 145-150 มม. และความลึก 50 ถึง 150 ม. ซึ่งวางท่อผ่าน มีการติดตั้งข้อศอกกลับ U ที่ส่วนท้ายของท่อ โดยทั่วไป การติดตั้งจะดำเนินการโดยใช้โพรบวงจรเดียวที่มีท่อ 2x d40 (“ระบบสวีเดน”) หรือโพรบวงจรคู่ที่มีท่อ 4x d32 หัววัดแบบสองวงจรควรสามารถระบายความร้อนได้มากขึ้น 10-15% สำหรับหลุมที่ลึกกว่า 150 ม. ต้องใช้ท่อ 4xd40 (เพื่อลดการสูญเสียแรงดัน)
ตอนนี้ ที่สุดบ่อดึงความร้อนจากดินมีความลึก 150 ม. ที่ระดับความลึกมากขึ้นสามารถรับความร้อนได้มากขึ้น แต่ต้นทุนของบ่อดังกล่าวจะสูงมาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องคำนวณต้นทุนการติดตั้งตัวสะสมแนวตั้งล่วงหน้าเปรียบเทียบกับการประหยัดที่คาดหวังในอนาคต ในกรณีของการติดตั้งระบบทำความเย็นแบบแอคทีฟ-พาสซีฟ จะไม่ทำหลุมลึกเนื่องจากอุณหภูมิในดินสูงขึ้นและศักยภาพที่ต่ำกว่าในขณะที่ปล่อยความร้อนออกจากสารละลาย สิ่งแวดล้อม- ส่วนผสมสารป้องกันการแข็งตัว (แอลกอฮอล์, กลีเซอรีน, ไกลคอล) ไหลเวียนอยู่ในระบบ เจือจางด้วยน้ำเพื่อให้ได้ความคงตัวของสารป้องกันการแข็งตัวที่ต้องการ ในปั๊มความร้อน จะถ่ายเทความร้อนจากพื้นดินไปยังสารทำความเย็น อุณหภูมิของโลกที่ความลึก 20 เมตร อยู่ที่ประมาณ 10°C และเพิ่มขึ้น 1°C ทุกๆ 30 เมตร ไม่ได้รับอิทธิพลจากสภาพภูมิอากาศ ดังนั้นคุณจึงสามารถวางใจในการเลือกใช้พลังงานคุณภาพสูงทั้งในฤดูหนาวและฤดูร้อน ควรเสริมว่าอุณหภูมิในพื้นดินจะแตกต่างกันเล็กน้อยในช่วงต้นฤดูกาล (กันยายน-ตุลาคม) จากอุณหภูมิปลายฤดูกาล (มีนาคม-เมษายน) ดังนั้นเมื่อคำนวณความลึกของตัวสะสมแนวตั้งจำเป็นต้องคำนึงถึงความยาวของฤดูร้อนที่สถานที่ติดตั้งด้วย
เมื่อรวบรวมความร้อนโดยใช้โพรบความร้อนใต้พิภพแนวตั้ง การคำนวณและการออกแบบตัวสะสมที่ถูกต้องมีความสำคัญมาก ในการคำนวณอย่างมีประสิทธิภาพคุณจำเป็นต้องทราบว่าการเจาะที่ไซต์การติดตั้งสามารถทำได้ตามความลึกที่ต้องการหรือไม่
สำหรับปั๊มความร้อนที่มีกำลัง 10kW ต้องใช้บ่อน้ำประมาณ 120-180 ม. บ่อน้ำควรอยู่ห่างกันอย่างน้อย 8 เมตร จำนวนและความลึกของหลุมขึ้นอยู่กับสภาพทางธรณีวิทยาและความพร้อมใช้งาน น้ำบาดาลความสามารถของดินในการกักเก็บความร้อนและเทคโนโลยีการขุดเจาะ เมื่อเจาะหลายหลุม ความยาวหลุมที่ต้องการทั้งหมดจะถูกหารด้วยจำนวนหลุม
ข้อดีของตัวสะสมแนวตั้งเหนือแนวนอนคือพื้นที่ใช้งานน้อยกว่าแหล่งความร้อนที่เสถียรกว่าและความเป็นอิสระของแหล่งความร้อน สภาพอากาศ- ข้อเสียของตัวสะสมแนวตั้งคือต้นทุนสูงในการขุดค้นและการระบายความร้อนของโลกอย่างค่อยเป็นค่อยไปใกล้กับตัวสะสม (จำเป็นต้องมีการคำนวณพลังงานที่ต้องการอย่างเหมาะสมในระหว่างการออกแบบ)
การคำนวณความลึกของบ่อที่ต้องการ
ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการคำนวณความลึกและจำนวนหลุมเบื้องต้น:
กำลังปั๊มความร้อน
ประเภทเครื่องทำความร้อนที่เลือก - "พื้นอุ่น", หม้อน้ำ, รวม
จำนวนชั่วโมงการทำงานของปั๊มความร้อนโดยประมาณต่อปี ครอบคลุมความต้องการพลังงาน
สถานที่ติดตั้ง
การใช้งาน ความร้อนใต้พิภพอย่างดี- เครื่องทำความร้อน, เครื่องทำความร้อนน้ำร้อน, เครื่องทำความร้อนในสระว่ายน้ำตามฤดูกาล, เครื่องทำความร้อนในสระว่ายน้ำตลอดทั้งปี
การใช้ฟังก์ชันการทำความเย็นแบบพาสซีฟ (แอคทีฟ) ในวัตถุ
ปริมาณการใช้ความร้อนทั้งหมดเพื่อให้ความร้อนต่อปี (MW/h)
อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงตามความลึก เนื่องจากการจ่ายความร้อนจากแสงอาทิตย์ไม่สม่ำเสมอ บางครั้งพื้นผิวโลกจึงร้อนขึ้นและบางครั้งก็เย็นลง ความผันผวนของอุณหภูมิเหล่านี้ทะลุผ่านความหนาของโลกได้ตื้นมาก ดังนั้นความผันผวนรายวันที่ระดับความลึก 1 มโดยปกติแล้วพวกเขาแทบจะไม่รู้สึกอีกต่อไป สำหรับความผันผวนประจำปีนั้น พวกมันเจาะลึกลงไปที่ระดับต่างๆ: ประเทศที่อบอุ่นเวลา 10-15 น ม.และในประเทศด้วย ฤดูหนาวที่หนาวเย็นและในฤดูร้อนมากถึง 25-30 และ 40 ด้วยซ้ำ ม.ลึก 30-40 มทุกที่บนโลกอุณหภูมิยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น เทอร์โมมิเตอร์ที่วางอยู่ในชั้นใต้ดินของหอดูดาวปารีสจะแสดงอุณหภูมิ 11°.85C เสมอมาเป็นเวลากว่า 100 ปี
สังเกตชั้นที่มีอุณหภูมิคงที่ตลอด โลกและเรียกว่าโซนอุณหภูมิคงที่หรือเป็นกลาง ความลึกของสายพานนี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ และมีอุณหภูมิเฉลี่ยโดยประมาณ อุณหภูมิประจำปีของสถานที่แห่งนี้
เมื่อเจาะลึกเข้าไปในโลกใต้ชั้นอุณหภูมิคงที่ มักจะสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไป สิ่งนี้ถูกสังเกตเห็นครั้งแรกโดยคนงานในเหมืองลึก สิ่งนี้สังเกตได้เมื่อวางอุโมงค์ ตัวอย่างเช่น เมื่อวางอุโมงค์ Simplon (ในเทือกเขาแอลป์) อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 60° ซึ่งสร้างความยากลำบากอย่างมากในการทำงาน อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังพบได้ในหลุมเจาะลึกอีกด้วย ตัวอย่างคือบ่อ Chukhovskaya (Upper Silesia) ซึ่งมีความลึก 2220 มอุณหภูมิเกิน 80° (83°, 1) เป็นต้น จากการสังเกตหลายๆ ครั้งในสถานที่ต่างๆ บนโลก สามารถสรุปได้ว่าโดยเฉลี่ยแล้วจะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 33 องศา มอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 1°C
เรียกว่าจำนวนเมตรที่คุณต้องเจาะลึกลงไปในโลกเพื่อให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1°C ขั้นตอนความร้อนใต้พิภพระยะความร้อนใต้พิภพไม่เหมือนกันในแต่ละกรณี และส่วนใหญ่มักจะอยู่ในช่วง 30 ถึง 35 ม.ในบางกรณีความผันผวนเหล่านี้อาจสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ในรัฐมิชิแกน (สหรัฐอเมริกา) ในหลุมเจาะแห่งหนึ่งซึ่งอยู่ใกล้ทะเลสาบ มิชิแกน ระยะความร้อนใต้พิภพกลายเป็นไม่ใช่ 33 แต่ 70 ม.ในทางตรงกันข้าม มีการสังเกตขั้นความร้อนใต้พิภพขนาดเล็กมากในบ่อน้ำแห่งหนึ่งในเม็กซิโก ที่ระดับความลึก 670 มน้ำปรากฏด้วยอุณหภูมิ 70° ดังนั้นระยะความร้อนใต้พิภพจึงมีเพียงประมาณ 12 เท่านั้น ม.ขั้นความร้อนใต้พิภพขนาดเล็กยังพบเห็นได้ในพื้นที่ภูเขาไฟ ซึ่งที่ระดับความลึกตื้นอาจยังมีชั้นหินอัคนีที่ยังไม่เย็นลง แต่กรณีดังกล่าวทั้งหมดไม่ได้มีกฎเกณฑ์มากนักเป็นข้อยกเว้น
มีสาเหตุหลายประการที่ส่งผลต่อระยะความร้อนใต้พิภพ (นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว เราสามารถชี้ให้เห็นค่าการนำความร้อนที่แตกต่างกันของหิน ธรรมชาติของการเกิดชั้นต่างๆ เป็นต้น
ภูมิประเทศมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกระจายอุณหภูมิ ส่วนหลังสามารถเห็นได้ชัดเจนในภาพวาดที่แนบมา (รูปที่ 23) ซึ่งแสดงภาพตัดขวางของเทือกเขาแอลป์ตามแนวอุโมงค์ซิมปลอน โดยมี geoisotherms แบบประ (เช่น เส้นที่มีอุณหภูมิเท่ากันภายในโลก) ธรณีไอโซเทอร์มที่นี่ดูเหมือนจะเป็นไปตามความโล่งใจ แต่ด้วยความลึก อิทธิพลของการบรรเทาจะค่อยๆ ลดลง (การโค้งงอลงอย่างแรงของอุณหภูมิไอโซเทอร์มที่ Balle เกิดจากการไหลเวียนของน้ำที่รุนแรงที่สังเกตได้ที่นี่)
อุณหภูมิของโลกที่ระดับความลึกมาก การสังเกตอุณหภูมิในหลุมเจาะซึ่งมีความลึกไม่เกิน 2-3 กม.โดยธรรมชาติแล้วพวกเขาไม่สามารถให้ความคิดเกี่ยวกับอุณหภูมิของชั้นลึกของโลกได้ แต่ปรากฏการณ์บางอย่างจากชีวิตของเปลือกโลกก็เข้ามาช่วยเหลือเรา ภูเขาไฟเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์เหล่านี้ ภูเขาไฟที่แผ่กระจายไปทั่วพื้นผิวโลก ทำให้เกิดลาวาหลอมเหลวขึ้นสู่พื้นผิวโลก ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า 1,000° ดังนั้น ที่ระดับความลึกมาก เรามีอุณหภูมิเกิน 1,000°
มีช่วงเวลาหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ซึ่งใช้ระยะความร้อนใต้พิภพพยายามคำนวณความลึกที่อาจเกิดอุณหภูมิได้สูงถึง 1,000-2,000° อย่างไรก็ตามการคำนวณดังกล่าวไม่สามารถพิสูจน์ได้เพียงพอ การสังเกตอุณหภูมิของลูกบอลบะซอลต์ที่เย็นตัวลงและการคำนวณทางทฤษฎีให้เหตุผลว่าขนาดของขั้นความร้อนใต้พิภพจะเพิ่มขึ้นตามความลึก แต่การเพิ่มขึ้นดังกล่าวเกิดขึ้นในระดับใดและเชิงลึกเพียงใดเรายังไม่สามารถพูดได้
หากเราสมมุติว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามความลึก ก็ควรวัดที่ใจกลางโลกเป็นหมื่นองศา ที่อุณหภูมิดังกล่าว หินทั้งหมดที่เรารู้จักควรเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลว จริงอยู่ที่มีความกดดันมหาศาลภายในโลก และเราไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับสถานะของวัตถุภายใต้ความกดดันดังกล่าว อย่างไรก็ตาม เราไม่มีหลักฐานใดๆ ที่บอกว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามความลึก ปัจจุบันนักธรณีฟิสิกส์ส่วนใหญ่สรุปว่าอุณหภูมิภายในโลกแทบจะไม่เกิน 2,000°
แหล่งความร้อน สำหรับแหล่งความร้อนที่กำหนดอุณหภูมิภายในของโลกนั้นอาจแตกต่างกัน ตามสมมติฐานที่พิจารณาว่าโลกก่อตัวจากมวลที่ร้อนและหลอมเหลว ความร้อนภายในควรถือเป็นความร้อนตกค้างของร่างกายที่เย็นตัวลงจากพื้นผิว อย่างไรก็ตาม มีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าสาเหตุเกิดจากภายใน อุณหภูมิสูงโลกอาจเป็นการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม ทอเรียม แอกตินูเรเนียม โพแทสเซียม และธาตุอื่น ๆ ที่มีอยู่ในนั้น หิน- ธาตุกัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่กระจายอยู่ในหินที่เป็นกรดของเปลือกโลก แต่พบน้อยในหินพื้นฐานที่ลึก ในเวลาเดียวกันหินพื้นฐานนั้นมีความสมบูรณ์มากกว่าอุกกาบาตเหล็กซึ่งถือเป็นชิ้นส่วนของส่วนภายในของวัตถุในจักรวาล
แม้จะมีสารกัมมันตภาพรังสีในหินจำนวนเล็กน้อยและการสลายตัวช้าของพวกมัน แต่ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากการสลายกัมมันตภาพรังสีนั้นมีมาก นักธรณีวิทยาโซเวียต วี.จี. คลอปินคำนวณว่าธาตุกัมมันตภาพรังสีที่อยู่ในเปลือกโลกตอนบนระยะทาง 90 กิโลเมตร เพียงพอที่จะครอบคลุมการสูญเสียความร้อนจากดาวเคราะห์ด้วยการแผ่รังสี พร้อมทั้ง การสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีพลังงานความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเมื่อสสารของโลกถูกบีบอัดเมื่อใด ปฏิกิริยาเคมีฯลฯ
- แหล่งที่มา-
โปโลวินคิน, เอ.เอ. ความรู้พื้นฐานธรณีศาสตร์ทั่วไป/ A.A. Polovinkin - M.: สำนักพิมพ์ด้านการศึกษาและการสอนของรัฐของกระทรวงศึกษาธิการของ RSFSR, 2501 - 482 หน้า
ยอดดูโพสต์: 179