מצב תרמי של פנים הגלובוס. טמפרטורת מעמקי כדור הארץ

הקושי הגדול ביותר הוא להימנע מיקרופלורה פתוגנית. וזה קשה לעשות בסביבה רווית לחות וחמה מספיק. אפילו במרתפים הטובים ביותר יש תמיד עובש. לכן, אנו זקוקים למערכת לניקוי צינורות בשימוש קבוע מכל הגועליות שמצטברת על הקירות. ולעשות את זה עם הנחת 3 מטר זה לא כל כך קל. הדבר הראשון שעולה בראש הוא שיטה מכנית- מברשת. לגבי ניקוי ארובות. שימוש בסוג של כימיקל נוזלי. או גז. אם אתה שואב פוגן דרך צינור, למשל, הכל ימות וזה עשוי להספיק לכמה חודשים. אבל כל גז נכנס לכימיה. מגיב עם רטיבות בצינור ובהתאם לכך מתיישב בו, מה שגורם לו לקחת הרבה זמן להתאוורר. ואוורור לטווח ארוך יוביל לשיקום פתוגנים. זה דורש גישה מוכשרת עם ידע אמצעים מודרנייםניקוי.

באופן כללי, אני מנוי על כל מילה! (אני באמת לא יודע ממה לשמוח כאן).

במערכת זו, אני רואה מספר בעיות שצריכות להיפתר:

1. האם אורכו של מחליף חום זה מספיק לשימוש היעיל שלו (ברור שתהיה השפעה מסוימת, אבל לא ברור מה)
2. עיבוי. בחורף זה לא יהיה קיים, שכן אוויר קר יישאב דרך הצינור. עיבוי ייפול מבחוץ של הצינור - באדמה (חם יותר). אבל בקיץ... הבעיה היא איך לשאוב קונדנסט מתחת לעומק של 3 מ' - כבר חשבתי להכין זכוכית באר אטומה בצד איסוף הקונדנסט כדי לאסוף קונדנסט. התקן בו משאבה שתשאוב מעת לעת עיבוי...
3. ההנחה היא שצנרת הביוב (פלסטיק) אטומה. אם כן, אז מי התהום מסביב לא צריכים לחדור ולא צריכים להשפיע על לחות האוויר. לכן, אני מאמין שלא תהיה שם לחות (כמו במרתף). על ידי לפחותבחורף. אני חושב שהמרתף לח בגלל אוורור לקוי. עובש לא אוהב אור שמש וטיוטות (יהיו טיוטות בצינור). ועכשיו נשאלת השאלה - כמה צפופים צנרת הביוב באדמה? כמה שנים הם יחזיקו לי? העובדה היא שהפרויקט הזה קשור - נחפרת תעלה לביוב (זה יהיה בעומק של 1-1.2 מ'), ואז בידוד (פוליסטירן מורחב) ועמוק יותר - מצבר אדמה). זה אומר שלא ניתן לתקן את המערכת הזו אם היא יורדת לחץ - אני לא אחפור אותה החוצה - אני פשוט אכסה אותה באדמה וזהו.
4. ניקוי צינורות. חשבתי לעשות באר צפייה בנקודה הנמוכה ביותר. עכשיו יש פחות "התלהבות" מהעניין הזה - מי תהום - אולי יתברר שהם יוצפו ויהיה אפס היגיון. ללא באר אין הרבה אפשרויות:
א. מתבצעות תיקונים משני הצדדים (עבור כל צינור של 110 מ"מ), המגיעים אל פני השטח, ונמשך כבל נירוסטה דרך הצינור. לניקוי, אנו מצמידים אליו קוואך. חסרונות - חבורה של צינורות מגיעים אל פני השטח, אשר ישפיעו על הטמפרטורה והתנאים ההידרודינמיים של הסוללה.
ב. הצפה מעת לעת את הצינורות במים ואקונומיקה, למשל (או חומר חיטוי אחר), השואבת מים מבאר העיבוי בקצה השני של הצינורות. ואז לייבש את הצינורות באוויר (אפשר במצב קפיץ - מהבית בחוץ, למרות שאני לא ממש אוהב את הרעיון הזה).
5. לא יהיה עובש (טיוטה). אבל מיקרואורגניזמים אחרים שחיים במשקה - מאוד. יש תקווה למשטר החורף - אוויר קר יבש מחטא היטב. אפשרות הגנה היא מסנן בשקע הסוללה. או אולטרה סגול (יקר)
6. עד כמה זה מלחיץ להעביר אוויר דרך מבנה כזה?
מסנן (רשת עדינה) בכניסה
-> סובב 90 מעלות למטה
-> צינור 4 מ' 200 מ"מ למטה
-> חלוקת הזרם ל-4 צינורות 110 מ"מ
-> 10 מטר אופקית
-> סובב 90 מעלות למטה
-> 1 מטר למטה
-> סובב 90 מעלות
-> 10 מטר אופקית
-> איסוף זרימה לתוך צינור 200 מ"מ
-> 2 מטר למעלה
-> סיבוב 90 מעלות (אל תוך הבית)
-> פילטר כיס נייר או בד
-> מאוורר

יש לנו 25 מ' של צינורות, 6 סיבובים על 90 מעלות (ניתן לעשות סיבובים חלקים יותר - 2x45), 2 מסננים. אני רוצה 300-400m3/h. מהירות זרימה ~4m/sek

אחת השיטות הטובות והרציונליות ביותר בבניית חממות קבועות היא חממת תרמוס תת קרקעית.
שימוש בעובדה זו של קביעות טמפרטורת כדור הארץ בעומק בבניית חממה מספק חיסכון עצום בעלויות החימום בעונה הקרה, מקל על התחזוקה והופך את המיקרו אקלים ליציב יותר..
חממה כזו עובדת בכפור המר ביותר, מאפשרת לייצר ירקות ולגדל פרחים בכל ימות השנה.
חממה בקרקע מאובזרת כהלכה מאפשרת לגדל, בין היתר, גידולים דרומיים חובבי חום. אין כמעט הגבלות. פירות הדר ואפילו אננס יכולים לשגשג בחממה.
אבל כדי שהכל יתפקד כמו שצריך בפועל, חובה לעקוב אחר הטכנולוגיות שנבדקו בזמן המשמשות לבניית חממות תת-קרקעיות. אחרי הכל, הרעיון הזה אינו חדש: אפילו תחת הצאר ברוסיה, חממות שקועות יצרו קצירי אננס, שסוחרים יוזמים ייצאו למכירה לאירופה.
משום מה, בניית חממות כאלה לא הפכה לנפוצה בארצנו, בגדול היא פשוט נשכחה, ​​למרות שהעיצוב אידיאלי לאקלים שלנו.
כנראה, הצורך לחפור בור עמוק ולשפוך את הקרן שיחק כאן תפקיד. בניית חממה קבורה היא די יקרה, היא רחוקה מלהיות חממה מכוסה בפוליאתילן, אבל התמורה מהחממה גדולה הרבה יותר.
התאורה הפנימית הכוללת אינה אבודה מהטמנה באדמה; זה אולי נראה מוזר, אבל במקרים מסוימים רווית האור גבוהה אפילו מזו של חממות קלאסיות.
אי אפשר שלא להזכיר את החוזק והאמינות של המבנה; הוא חזק לאין ערוך מהרגיל, הוא יכול לעמוד ביתר קלות במשבי רוח של הוריקן, הוא מתנגד היטב לברד ופסולת שלג לא תהפוך למכשול.

1. בור

יצירת חממה מתחילה בחפירת בור. כדי להשתמש בחום האדמה כדי לחמם את הפנים, החממה חייבת להיות עמוקה מספיק. ככל שאתה מעמיק יותר, כך כדור הארץ מתחמם.
הטמפרטורה נשארת כמעט ללא שינוי לאורך כל השנה במרחק של 2-2.5 מטרים מפני השטח. בעומק של 1 מ' טמפרטורת הקרקע משתנה יותר, אך גם בחורף ערכה נשאר חיובי, בדרך כלל בשעה נתיב אמצעיהטמפרטורה היא 4-10 מעלות צלזיוס, תלוי בעונה בשנה.
חממה שקועה נבנית בעונה אחת. כלומר, בחורף הוא יוכל לתפקד באופן מלא ולייצר הכנסה. הבנייה אינה זולה, אך באמצעות כושר המצאה וחומרי פשרה, ניתן לחסוך ממש סדר גודל על ידי ביצוע מעין גרסה חסכונית של חממה, החל מבור היסוד.
לדוגמה, לעשות ללא שימוש בציוד בנייה. למרות שהחלק הרב ביותר של העבודה - חפירת בור - עדיף כמובן לתת אותו למחפר. הסרה ידנית של נפח כזה של אדמה היא קשה וגוזלת זמן.
עומק בור החפירה חייב להיות שני מטרים לפחות. בעומק כזה, כדור הארץ יתחיל לחלוק את החום שלו ולעבוד כמו סוג של תרמוס. אם העומק קטן יותר, אז באופן עקרוני הרעיון יעבוד, אבל בצורה פחות יעילה באופן ניכר. לכן, מומלץ לא לחסוך במאמץ וכסף בהעמקת החממה העתידית.
חממות תת קרקעיות יכולות להיות בכל אורך, אבל עדיף לשמור על הרוחב בתוך 5 מטרים; אם הרוחב גדול יותר, מאפייני האיכות של חימום והחזר אור מתדרדרים.
בצידי האופק יש לכוון חממות תת קרקעיות, כמו חממות וחממות רגילות, ממזרח למערב, כלומר כך שאחד הצדדים פונה דרומה. בעמדה זו, הצמחים יקבלו כמות מקסימליתאנרגיה סולארית.

2. קירות וגג

יוצקים יסוד או מונחים בלוקים סביב היקף הבור. הבסיס משמש כבסיס לקירות ולמסגרת המבנה. עדיף ליצור קירות מחומרים בעלי מאפייני בידוד תרמי טובים; בלוקים תרמיים הם אפשרות מצוינת.

מסגרת הגג עשויה לרוב מעץ, מסורגים ספוגים בחומרי חיטוי. מבנה הגג הוא בדרך כלל גמלון ישר. קרן רכס קבועה במרכז המבנה; לשם כך מותקנים תומכים מרכזיים על הרצפה לכל אורך החממה.

קורת הרכס והקירות מחוברים בשורה של קורות. המסגרת יכולה להתבצע ללא תמיכות גבוהות. הם מוחלפים בקטנים, המונחים על קורות רוחביות המחברים צדדים מנוגדים של החממה - עיצוב זה הופך את החלל הפנימי לחופשי יותר.

ככיסוי גג, עדיף לקחת פוליקרבונט סלולרי - פופולרי חומר מודרני. המרחק בין הקורות במהלך הבנייה מותאם לרוחב יריעות הפוליקרבונט. נוח לעבוד עם החומר. הציפוי מתקבל עם מספר קטן של חיבורים, שכן היריעות מיוצרות באורך 12 מ'.

הם מחוברים למסגרת עם ברגים הקשה עצמית; עדיף לבחור אותם עם מכסה בצורת מכונת כביסה. כדי למנוע פיצוח של הסדין, אתה צריך לקדוח חור בקוטר המתאים עבור כל בורג הקשה עצמית. באמצעות מברג או מקדחה רגילה עם ביט פיליפס, עבודת הזיגוג זזה מהר מאוד. על מנת להבטיח שלא יישארו רווחים, כדאי להניח מראש חומר איטום עשוי מגומי רך או חומר מתאים אחר בחלק העליון של הקורות ורק אז להבריג את היריעות. שיא הגג לאורך הרכס צריך להיות מונח בבידוד רך וללחוץ עם איזושהי פינה: פלסטיק, פח או חומר מתאים אחר.

עבור בידוד תרמי טוב, הגג עשוי לעתים עם שכבה כפולה של פוליקרבונט. למרות שהשקיפות מופחתת בכ-10%, היא מכוסה בביצועי בידוד תרמי מעולים. יש לקחת בחשבון כי שלג על גג כזה אינו נמס. לכן, השיפוע חייב להיות בזווית מספקת, לפחות 30 מעלות, כדי שלא יצטבר שלג על הגג. בנוסף, מותקן ויברטור חשמלי לטלטול; הוא יגן על הגג אם אכן יצטבר שלג.

זיגוג כפול נעשה בשתי דרכים:

פרופיל מיוחד מוכנס בין שני יריעות, היריעות מחוברות למסגרת מלמעלה;

ראשית, השכבה התחתונה של הזיגוג מחוברת למסגרת מבפנים, אל החלק התחתון של הקורות. השכבה השנייה של הגג מכוסה, כרגיל, מלמעלה.

לאחר סיום העבודה, רצוי לאטום את כל המפרקים עם סרט. הגג המוגמר נראה מרשים מאוד: ללא חיבורים מיותרים, חלק, ללא חלקים בולטים.

3. בידוד וחימום

בידוד קירות מתבצע כדלקמן. ראשית עליך לצפות בזהירות את כל המפרקים והתפרים של הקיר בתמיסה; כאן אתה יכול גם להשתמש בקצף פוליאוריטן. צד פנימיהקירות מכוסים בסרט בידוד תרמי.

באזורים קרים בארץ כדאי להשתמש בנייר כסף עבה, המכסה את הקיר בשכבה כפולה.

הטמפרטורה בעומק אדמת החממה היא מעל הקפיא, אך קרה יותר מטמפרטורת האוויר הדרושה לצמיחת צמחים. השכבה העליונה מחוממת על ידי קרני השמש ואוויר החממה, אבל עדיין האדמה לוקחת חום, ולכן לעתים קרובות בחממות תת קרקעיות הם משתמשים בטכנולוגיה של "רצפות חמות": גוף החימום - כבל חשמלי - מוגן באמצעות סורג מתכת או מלא בבטון.

במקרה השני, אדמה עבור המיטות הוא שפך על גבי בטון או ירוקים גדלים בעציצים ועציצים.

השימוש בחימום תת רצפתי יכול להספיק לחימום החממה כולה, אם יש מספיק חשמל. אבל יותר יעיל ונוח לצמחים להשתמש בחימום משולב: רצפה חמה + חימום אוויר. לצמיחה טובה, הם זקוקים לטמפרטורת אוויר של 25-35 מעלות עם טמפרטורת קרקע של כ-25 C.

סיכום

כמובן שבניית חממה שקועה תעלה יותר ותדרוש יותר מאמץ מאשר בניית חממה דומה בעיצוב קונבנציונלי. אבל הכסף שהושקע בחממת תרמוס משתלם עם הזמן.

ראשית, זה חוסך אנרגיה בחימום. לא משנה איך מחממים את שעון חורףחממה רגילה מעל קרקע, היא תמיד תהיה יקרה וקשה יותר משיטת חימום דומה בחממה תת קרקעית. שנית, חיסכון בתאורה. בידוד תרמי בנייר כסף של הקירות, מחזיר אור, מכפיל את התאורה. המיקרו אקלים בחממה עמוקה בחורף יהיה נוח יותר לצמחים, מה שבוודאי ישפיע על התשואה. השתילים ישתרשו בקלות, וצמחים עדינים ירגישו נהדר. חממה כזו מבטיחה תשואה יציבה וגבוהה של כל הצמחים כל השנה.

בעיר אספו תושק בעוד שנתיים תחנת הכוח הגיאותרמית הראשונה של פינלנד. מהנדסים פינים מתכננים להשתמש בחום הטבעי של פנים כדור הארץ כדי לחמם מבנים. ואם הניסוי יצליח, אז ניתן לבנות תחנות חימום דומות בכל מקום, למשל באזור לנינגרד. השאלה היא עד כמה זה רווחי.

רתימת האנרגיה של כדור הארץ אינה רעיון חדש. מטבע הדברים, היו אלה בעיקר תושבי אותם אזורים שבהם הטבע עצמו יצר "מנועי קיטור" אשר החלו ליישם. לדוגמה, עוד בשנת 1904, הנסיך האיטלקי פיירו ג'ינורי קונטי הדליק ארבע נורות על ידי הצבת טורבינה עם גנרטור חשמלי ליד מוצא טבעיקיטור מחומם מכדור הארץ, באזור לדרלו (טוסקנה).

תשע שנים מאוחר יותר, ב-1913, הושקה שם התחנה הגיאותרמית המסחרית הראשונה בהספק של 250 קילוואט. התחנה השתמשה במשאב הרווחי ביותר, אך למרבה הצער, לעתים נדירות נמצא - קיטור מחומם-על יבש, שניתן למצוא רק במעמקי הרים געשיים. אבל, למעשה, ניתן למצוא את חום כדור הארץ לא רק ליד הרים נושמים אש. זה נמצא בכל מקום, מתחת לרגלינו.

פנים כוכב הלכת מחומם לכמה אלפי מעלות. מדענים עדיין לא הבינו בגלל אילו תהליכים כוכב הלכת שלנו אוגר כמות עצומה של חום במשך כמה מיליארדי שנים, ואי אפשר להעריך כמה מיליארדי שנים הוא יחזיק מעמד. ידוע באופן אמין שכאשר צוללים על כל 100 מטר לעומק האדמה, הטמפרטורה של הסלעים עולה ב-3 מעלות בממוצע. בממוצע, זה אומר שיש מקומות על פני כדור הארץ שבהם הטמפרטורה עולה בחצי מעלה, ואיפשהו ב-15 מעלות. ואלה אינם אזורים של געשיות פעילה.

שיפוע הטמפרטורה, כמובן, עולה בצורה לא אחידה. מומחים פינים מצפים להגיע לאזור בעומק של 7 ק"מ בו טמפרטורת הסלעים תהיה 120 מעלות צלזיוס, למרות העובדה ששיפוע הטמפרטורה באספו הוא כ-1.7 מעלות ל-100 מטר, וזה אפילו מתחת לממוצע רָמָה. ובכל זאת, זו כבר טמפרטורה מספקת כדי להפעיל מתקן חימום גיאותרמי.

מהות המערכת היא, עקרונית, פשוטה. שתי בארות נקדחות במרחק של כמה מאות מטרים זו מזו. ביניהם בחלק התחתון נשאבים מים בלחץ לשבירת השכבות ויצירת מערכת סדקים חדירים ביניהן. הטכנולוגיה הוכחה: נפט וגז מפצללים מופקים כיום בשיטה דומה.

ואז מים נשאבים לתוך אחת הבארות מפני השטח, ומהשנייה, להיפך, הם נשאבים החוצה. מים זורמים דרך סדקים בין הסלעים החמים, ואז זורמים דרך באר שנייה אל פני השטח, שם הם מעבירים חום לתחנת חימום עירונית קונבנציונלית. מערכות כאלה כבר הושקו בארצות הברית, וכיום מפותחות באוסטרליה ובמדינות האיחוד האירופי.

צילום: www.facepla.net (צילום מסך)

יתר על כן, החום מספיק כדי להתחיל לייצר חשמל. עדיפות בפיתוח טמפרטורה נמוכה אנרגיה גיאותרמיתשייך למדענים סובייטים - הם הם שפתרו את סוגיית השימוש באנרגיה כזו בקמצ'טקה לפני יותר מחצי מאה. מדענים הציעו להשתמש בנוזל אורגני, פריאון12, בתור נוזל קירור רותח, שנקודת הרתיחה שלו בלחץ אטמוספרי רגיל היא מינוס 30 מעלות. מים מהבאר בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס העבירו את החום שלהם לפראון, שסובב את הטורבינות. תחנת הכוח הראשונה בעולם שפעלה עם מים בטמפרטורה זו הייתה תחנת הכוח הגיאותרמית Pauzhetskaya בקמצ'טקה, שנבנתה ב-1967.

היתרונות של תכנית כזו ברורים - בכל מקום על פני כדור הארץ, האנושות תוכל לספק לעצמה חום וחשמל, גם אם השמש תכבה. עובי קרום כדור הארץ מכיל אנרגיה עצומה, גדולה יותר מפי 10,000 מכל צריכת הדלק של הציוויליזציה המודרנית בשנה. ואנרגיה זו מתחדשת כל הזמן עקב זרימת החום מבטן הפלנטה. טכנולוגיות חדישותלאפשר ייצור של סוג זה של אנרגיה.

ישנם גם מקומות מעניינים לבניית תחנות כוח גיאותרמיות דומות באזור לנינגרד. הביטוי "סנט פטרסבורג עומדת בביצה" ישים רק מנקודת מבט של בניית בניינים נמוכים, ומנקודת מבט של "גיאולוגיה גדולה" - הכיסוי המשקע בסביבת סנט פטרסבורג הוא דק למדי, עשרות מטרים בלבד, ואז, כמו בפינלנד, מקורם של סלעי בטן בסלע . מגן הסלע הזה הוא הטרוגני: הוא מנוקד בשברים, שלאורך חלקם זרימת החום עולה כלפי מעלה.

בוטנאים היו הראשונים לשים לב לתופעה זו, שמצאו איי חום באיי חום על האיים הקרליאני ועל רמת Izhora, שם צמחים גדלים או עם קצב רבייה גבוה או שייכים לתת-אזורים בוטניים דרומיים יותר. וליד Gatchina, התגלתה חריגה בוטנית - צמחים של הצומח האלפיני-קרפטי. צמחים קיימים הודות לזרמי חום המגיעים מתחת לאדמה.

לפי תוצאות הקידוח באזור פולקובו בעומק של 1000 מטר, הטמפרטורה של סלעים גבישיים הייתה פלוס 30 מעלות, כלומר בממוצע היא עלתה ב-3 מעלות כל 100 מטר. זוהי רמה "בינונית" של שיפוע טמפרטורה, אך היא כמעט פי שניים מזו של אזור אספו בפינלנד. המשמעות היא שבפולקובו מספיק לקדוח באר לעומק של 3,500 מטרים בלבד; בהתאם, תחנת חימום כזו תעלה הרבה פחות מאשר באספו.

כדאי לקחת בחשבון שתקופת ההחזר עבור תחנות כאלה תלויה גם בתעריפי אספקת החום והחשמל לצרכנים במדינה או באזור זה. בחודש מאי 2015, התעריף עבור בנייני דירותללא חימום חשמלי מהלסינגין אנרג'יה היה 6.19 יורו סנט לקוט"ש, עם חימום חשמלי, בהתאמה, - 7.12 מרכז אירו לקוט"ש (in שְׁעוֹת הַיוֹם). בהשוואה לתעריפים של סנט פטרסבורג, ההפרש למי שמשתמש בחשמל וחימום עומד על כ-40%, כשיש לקחת בחשבון גם משחקי קורס. מחיר נמוך כל כך לחשמל בפינלנד נובע, בין היתר, מהעובדה שלמדינה יש יכולת ייצור גרעינית משלה.

אבל בלטביה, שנאלצת לרכוש כל הזמן חשמל ודלק, מחיר המכירה של החשמל גבוה כמעט פי שניים מאשר בפינלנד. עם זאת, הפינים נחושים להקים תחנה באספו, במקום שאינו נוח במיוחד מבחינת שיפוע גיאותרמי.

העובדה היא שאנרגיה גיאותרמית דורשת השקעה לטווח ארוך. במובן זה, הוא קרוב יותר לכוח הידרו גדול ולכוח גרעיני. תחנת כוח גיאותרמית קשה הרבה יותר לבנייה מאשר תחנת כוח סולארית או רוח. וצריך להיות בטוחים שפוליטיקאים לא יתחילו לשחק עם המחירים והכללים לא ישתנו תוך כדי תנועה.

זו הסיבה שהפינים מחליטים על הניסוי התעשייתי החשוב הזה. אם הם יצליחו להוציא לפועל את תוכניותיהם, ולפחות מלכתחילה, לחמם את תושביהם בחום שלעולם לא ייגמר (אפילו בקנה המידה של החיים על הפלנטה שלנו בכלל) - זה יאפשר לנו לחשוב על עתיד הגיאותרמיה אנרגיה במרחבים הרוסיים העצומים. עכשיו ברוסיה הם מתחממים בחמימות כדור הארץ בקמצ'טקה ובדאגסטן, אבל אולי הזמן של פולקובו יגיע.

קונסטנטין דרג

טמפרטורה בתוך כדור הארץ.קביעת הטמפרטורה בקונכיות כדור הארץ מבוססת על נתונים שונים, לרוב עקיפים. נתוני הטמפרטורה המהימנים ביותר מתייחסים לחלק העליון של קרום כדור הארץ, שנחשף על ידי מוקשים ובחורי קידוח לעומק מרבי של 12 ק"מ (באר קולה).

עליית הטמפרטורה במעלות צלזיוס ליחידת עומק נקראת שיפוע גיאותרמי,והעומק במטרים, שבמהלכו הטמפרטורה עולה ב-1 0 C - שלב גיאותרמי.השיפוע הגיאותרמי ובהתאם גם המדרגה הגיאותרמית משתנים ממקום למקום בהתאם לתנאים הגיאולוגיים, לפעילות אנדוגנית באזורים שונים וכן למוליכות התרמית ההטרוגנית של סלעים. יתרה מכך, לפי ב' גוטנברג, גבולות התנודות נבדלים ביותר מפי 25. דוגמה לכך הם שני שיפועים שונים בתכלית: 1) 150 o לכל ק"מ אחד באורגון (ארה"ב), 2) 6 o לכל ק"מ אחד הרשום ב- דרום אפריקה. לפי שיפועים גיאותרמיים אלו, המדרגה הגיאותרמית משתנה גם מ-6.67 מ' במקרה הראשון ל-167 מ' במקרה השני. תנודות השיפוע השכיחות ביותר הן בטווח של 20-50 o, והצעד הגיאותרמי הוא 15-45 מ'. השיפוע הגיאותרמי הממוצע מקובל זה מכבר ב-30 o C לכל 1 ק"מ.

על פי V.N. Zharkov, השיפוע הגיאותרמי ליד פני כדור הארץ מוערך ב-20 oC לכל ק"מ אחד. בהתבסס על שני הערכים הללו של השיפוע הגיאותרמי וקביעותו בעומק כדור הארץ, אז בעומק של 100 ק"מ אמורה להיות טמפרטורה של 3000 או 2000 o C. עם זאת, זה עומד בסתירה לנתונים בפועל. בעומקים אלה עולים מעת לעת תאי מאגמה, שמהם זורמת לבה אל פני השטח, בטמפרטורה מקסימלית של 1200-1250 o. בהתחשב ב"מדחום" המוזר הזה, מספר מחברים (V.A. Lyubimov, V.A. Magnitsky) מאמינים שבעומק של 100 ק"מ הטמפרטורה לא יכולה לעלות על 1300-1500 מעלות צלזיוס.

בטמפרטורות גבוהות יותר, סלעי המעטפת יימסו לחלוטין, מה שסותר את המעבר החופשי של גלים סיסמיים גזירה. לפיכך, ניתן לאתר את השיפוע הגיאותרמי הממוצע רק לעומק מסוים קטן יחסית מפני השטח (20-30 ק"מ), ואז הוא אמור לרדת. אבל גם במקרה זה, באותו מקום, השינוי בטמפרטורה עם העומק אינו אחיד. ניתן לראות זאת בדוגמה של שינויי טמפרטורה עם עומק לאורך באר קולה, הממוקמת בתוך המגן הגבישי היציב של הפלטפורמה. כאשר הנחת באר זו, הם ציפו לשיפוע גיאותרמי של 10 o לכל 1 ק"מ, ולכן, בעומק התכנון (15 ק"מ) הם ציפו לטמפרטורה בסדר גודל של 150 o C. עם זאת, שיפוע כזה היה רק ​​עד עומק של 3 ק"מ, ואז הוא התחיל לעלות פי 1.5 -2.0. בעומק של 7 ק"מ הטמפרטורה הייתה 120 o C, ב-10 ק"מ -180 o C, ב-12 ק"מ -220 o C. ההנחה היא שבעומק התכנון הטמפרטורה תהיה קרובה ל-280 o C. הדוגמה השנייה הם נתונים מבאר הממוקמת בסברני באזור הכספי, באזור של משטר אנדוגני פעיל יותר. בו, בעומק של 500 מ', התברר שהטמפרטורה היא 42.2 מעלות צלזיוס, ב-1500 מ' - 69.9 מעלות צלזיוס, ב-2000 מ' - 80.4 מעלות צלזיוס, ב-3000 מ' - 108.3 מעלות צלזיוס.

מהי הטמפרטורה באזורים העמוקים יותר של מעטפת כדור הארץ וליבה? נתונים אמינים פחות או יותר התקבלו על הטמפרטורה של בסיס שכבה B של המעטפת העליונה (ראה איור 1.6). לדברי V.N. Zharkov, "מחקרים מפורטים של דיאגרמת הפאזות Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 אפשרו לקבוע את טמפרטורת הייחוס בעומק המתאים לאזור הראשון של מעברי פאזה (400 ק"מ)" (כלומר, המעבר של אוליבין לספינל). הטמפרטורה כאן, כתוצאה ממחקרים אלה, היא בערך 1600 50 מעלות צלזיוס.

שאלת התפלגות הטמפרטורות במעטפת מתחת לשכבה B וליבת כדור הארץ טרם נפתרה, ולכן הובעו רעיונות שונים. אפשר רק להניח שהטמפרטורה עולה עם העומק עם ירידה משמעותית בשיפוע הגיאותרמי ועלייה בצעד הגיאותרמי. ההנחה היא שהטמפרטורה בליבת כדור הארץ היא בטווח של 4000-5000 מעלות צלזיוס.

מְמוּצָע תרכובת כימיתכדור הארץ. כדי לשפוט את ההרכב הכימי של כדור הארץ, נעשה שימוש בנתונים על מטאוריטים, שהם הדגימות הסבירות ביותר של חומר פרוטופלנטרי שמהם נוצרו כוכבי לכת יבשתיים ואסטרואידים. עד עכשיו, הרבה מהדברים שנפלו על כדור הארץ נחקרו היטב. זמנים שוניםובתוך מקומות שוניםמטאוריטים. בהתבסס על הרכבם, ישנם שלושה סוגים של מטאוריטים: 1) בַּרזֶל,מורכב בעיקר מברזל ניקל (90-91% Fe), עם תערובת קטנה של זרחן וקובלט; 2) אבן ברזל(סידרוליטים), המורכבים מברזל ומינרלים סיליקטים; 3) אֶבֶן,אוֹ אירוליטים,המורכב בעיקר מסיליקט ברזל-מגנזיאן ותכלילים של ברזל ניקל.

הנפוצים ביותר הם מטאוריטים מאבן - כ-92.7% מכלל הממצאים, אבן ברזל 1.3% וברזל 5.6%. מטאוריטי האבן מתחלקים לשתי קבוצות: א) כונדריטים בעלי גרגירים מעוגלים קטנים - כונדרולים (90%); ב) אכונדריטים שאינם מכילים כונדרולים. ההרכב של מטאוריטים אבנים קרוב לסלעים אולטרה-מאפיים. לדברי M. Bott, הם מכילים כ-12% פאזה ברזל-ניקל.

בהתבסס על ניתוח ההרכב של מטאוריטים שונים, כמו גם הנתונים הגיאוכימיים והגיאופיזיים הניסויים שהתקבלו, מספר חוקרים נותנים הערכה מודרנית של הרכב היסודות הגולמי של כדור הארץ, המוצגת בטבלה. 1.3.

כפי שניתן לראות מנתוני הטבלה, ההתפלגות המוגברת מתייחסת לארבעה אלמנטים הכרחיים- O, Fe, Si, Mg, המהווים מעל 91%. קבוצת האלמנטים הפחות נפוצים כוללת Ni, S, Ca, A1. אלמנטים אחרים טבלה מחזוריתמנדלייב פנימה בקנה מידה עולמימבחינת התפלגות כללית יש להם חשיבות משנית. אם נשווה את הנתונים הנתונים להרכב קרום כדור הארץ, הבדל משמעותי נראה בבירור, המורכב מירידה חדה ב-O, A1, Si ועלייה משמעותית ב-Fe, Mg והופעת כמויות ניכרות של S ו-Ni. .

צורת כדור הארץ נקראת גיאואיד.המבנה העמוק של כדור הארץ נשפט על ידי גלים סיסמיים אורכיים ורוחביים, אשר, המתפשטים בתוך כדור הארץ, חווים שבירה, השתקפות והשתהות, מה שמעיד על הריבוד של כדור הארץ. ישנם שלושה תחומים עיקריים:

קרום כדור הארץ;

מעטפת: עליון לעומק של 900 ק"מ, תחתון לעומק של 2900 ק"מ;

הליבה החיצונית של כדור הארץ לעומק של 5120 ק"מ, הליבה הפנימית לעומק של 6371 ק"מ.

החום הפנימי של כדור הארץ קשור להתפרקות של יסודות רדיואקטיביים - אורניום, תוריום, אשלגן, רובידיום וכו'. הערך הממוצע של זרימת החום הוא 1.4-1.5 µcal/cm2.s.

1. מה הצורה והגודל של כדור הארץ?

2. אילו שיטות קיימות לחקר המבנה הפנימי של כדור הארץ?

3. מהו המבנה הפנימי של כדור הארץ?

4. אילו קטעים סייסמיים מסדר ראשון מזוהים בבירור בעת ניתוח מבנה כדור הארץ?

5. מהם הגבולות של הקטעים מוהורוביץ' וגוטנברג?

6. מהי הצפיפות הממוצעת של כדור הארץ וכיצד היא משתנה בגבול המעטפת והגרעין?

7. כיצד משתנה זרימת החום באזורים שונים? כיצד מובן השינוי בשיפוע הגיאותרמי ובצעד הגיאותרמי?

8. באילו נתונים משתמשים כדי לקבוע את ההרכב הכימי הממוצע של כדור הארץ?

סִפְרוּת

• ויטקביץ' ג.ו.יסודות התיאוריה של מקור כדור הארץ. מ', 1988.

• Zharkov V.N. מבנה פנימיכדור הארץ וכוכבי לכת. מ', 1978.

• Magnitsky V.A.מבנה פנימי ופיזיקה של כדור הארץ. מ', 1965.

• מאמריםפלנטולוגיה השוואתית. מ', 1981.

• Ringwood A.E.הרכב ומקור כדור הארץ. מ', 1981.

דמיינו בית שתמיד נשמר בטמפרטורה נוחה, ללא מערכות חימום או קירור באופק. מערכת זו פועלת ביעילות, אך אינה דורשת תחזוקה מורכבת או ידע מיוחד מהבעלים.

האוויר צח, אפשר לשמוע את ציוץ הציפורים ואת הרוח משחקת בעצלתיים עם העלים על העצים. הבית מקבל אנרגיה מהאדמה, בדיוק כמו שעלים מקבלים אנרגיה מהשורשים. תמונה נפלאה, לא?

מערכות חימום וקירור גיאותרמיות הופכות את החזון הזה למציאות. מערכת HVAC גיאותרמית (חימום, אוורור ומיזוג אוויר) משתמשת בטמפרטורת הקרקע כדי לספק חימום בחורף וקירור בקיץ.

כיצד פועל חימום וקירור גיאותרמי

טֶמפֶּרָטוּרָה סביבהמשתנה עם העונות המתחלפות, אך הטמפרטורה התת-קרקעית אינה משתנה באופן כה משמעותי בשל תכונות הבידוד של כדור הארץ. בעומק של 1.5-2 מטר הטמפרטורה נשארת קבועה יחסית כל השנה. מערכת גיאותרמית מורכבת בדרך כלל מציוד טיפול פנימי, מערכת צינורות תת-קרקעית הנקראת לולאה תת-קרקעית ו/או משאבה להזרמת המים. המערכת משתמשת בטמפרטורה הקבועה של כדור הארץ כדי לספק אנרגיה "נקייה וחופשית".

(אל תבלבלו את המושג של מערכת NVC גיאותרמית עם " אנרגיה גיאותרמית" - תהליך שבו חשמל מופק ישירות מטמפרטורות גבוהות בקרקע. IN המקרה האחרוןמשתמשים בסוגים אחרים של ציוד ותהליכים אחרים, שמטרתם היא בדרך כלל לחמם מים לנקודת רתיחה.)

הצינורות המרכיבים את הלולאה התת-קרקעית עשויים לרוב מפוליאתילן וניתן להתקין אותם אופקית או אנכית מתחת לאדמה, בהתאם לשטח. אם אקוויפר נגיש, מהנדסים יכולים לתכנן מערכת "לולאה פתוחה" על ידי קידוח באר למי התהום. המים נשאבים החוצה, עוברים דרך מחליף חום, ואז מוזרקים מחדש לאותו אקוויפר באמצעות "הזרקה חוזרת".

בחורף, מים העוברים דרך לולאה תת-קרקעית סופגים את חום כדור הארץ. ציוד פנימי מעלה עוד יותר את הטמפרטורה ומפיץ אותה בכל הבניין. זה כמו מזגן שעובד הפוך. במהלך הקיץ, מערכת HVAC גיאותרמית שואבת מים בטמפרטורה גבוהה מהמבנה ומובילה אותם דרך לולאה תת קרקעית/משאבה לבאר הזרקה חוזרת, שם המים זורמים לקרקע/אקוויפר הקרירים יותר.

בניגוד למערכות חימום וקירור קונבנציונליות, מערכות HVAC גיאותרמיות אינן משתמשות בדלקים מאובנים לייצור חום. הם פשוט לוקחים טמפרטורה גבוההמהקרקע. בדרך כלל, החשמל משמש רק להפעלת המאוורר, המדחס והמשאבה.

ישנם שלושה מרכיבים עיקריים במערכת קירור וחימום גיאותרמית: משאבת החום, נוזל חילופי החום (מערכת לולאה פתוחה או סגורה) ומערכת אספקת האוויר (מערכת צנרת).

עבור משאבות חום גיאותרמיות, כמו גם עבור כל שאר סוגי משאבות החום, היחס שלהם פעולה שימושיתלאנרגיה שהושקעה לפעולה זו (יעילות). לרוב מערכות משאבת החום הגיאותרמית יש יעילות של 3.0 עד 5.0. המשמעות היא שהמערכת ממירה יחידת אנרגיה אחת ל-3-5 יחידות חום.

מערכות גיאותרמיות אינן דורשות תחזוקה גבוהה. מותקן כהלכה, וזה מאוד חשוב, לולאה תת קרקעית יכולה לשרת היטב במשך כמה דורות. המאוורר, המדחס והמשאבה נמצאים בתוך הבית ומוגנים מתנאי מזג אוויר משתנים, כך שחיי השירות שלהם יכולים להימשך שנים רבות, לרוב עשרות שנים. בדיקות תקופתיות שגרתיות, החלפת מסנן בזמן וניקוי סליל שנתי הם התחזוקה היחידה הנדרשת.

ניסיון בשימוש במערכות NVC גיאותרמיות

מערכות NVC גיאותרמיות נמצאות בשימוש במשך יותר מ-60 שנה בכל רחבי העולם. הם עובדים עם הטבע, לא נגדו, והם לא פולטים גזי חממה (כפי שצוין קודם, הם צורכים פחות חשמל כי הם מנצלים את הטמפרטורה הקבועה של כדור הארץ).

מערכות HVAC גיאותרמיות הופכות יותר ויותר לתכונות של בתים ידידותיים לסביבה, כחלק מהתנועה הגוברת של בנייה ירוקה. פרויקטים ירוקים היוו 20 אחוז מכלל הבתים שנבנו בארה"ב מעל שנה שעברה. מאמר בוול סטריט ג'ורנל מעריך שעד 2016, תקציב הבנייה הירוקה יגדל מ-36 מיליארד דולר בשנה ל-114 מיליארד דולר. זה יהווה 30-40 אחוז מכלל שוק הנדל"ן.

אבל הרבה מהמידע על חימום וקירור גיאותרמי מבוסס על נתונים מיושנים או מיתוסים לא מבוססים.

לשבור מיתוסים על מערכות NVC גיאותרמיות

1. מערכות NVC גיאותרמיות אינן טכנולוגיה מתחדשת מכיוון שהן משתמשות בחשמל.

עובדה: מערכות HVAC גיאותרמיות משתמשות רק ביחידת חשמל אחת לייצור עד חמש יחידות קירור או חימום.

2. אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח הן טכנולוגיות מתחדשות טובות יותר בהשוואה למערכות NVC גיאותרמיות.

עובדה: מערכות HVAC גיאותרמיות בדולר אחד מייצרות פי ארבעה יותר קילוואט-שעה מאשר אנרגיה סולארית או רוח מפיקה באותו דולר. טכנולוגיות אלו יכולות, כמובן, למלא תפקיד חשוב עבור הסביבה, אך מערכת NVC גיאותרמית היא לרוב הדרך היעילה והחסכונית ביותר לצמצם את ההשפעה הסביבתית.

3. מערכת NVC גיאותרמית דורשת הרבה מקום כדי להכיל את צינורות הפוליאתילן התת-קרקעיים.

עובדה: בהתאם לשטח, הלולאה התת-קרקעית עשויה להיות אנכית, כלומר נדרש שטח פנים קטן. אם יש אקוויפר נגיש, יש צורך רק בכמה מטרים רבועים של שטח פנים. שימו לב שהמים חוזרים לאותו אקוויפר ממנו נלקחו לאחר שעברו דרך מחליף החום. לפיכך, המים אינם נגר ואינם מזהמים את האקוויפר.

4. משאבות חום גיאותרמיות של NVK רועשות.

עובדה: המערכות שקטות מאוד ואין ציוד בחוץ כדי למנוע הפרעה לשכנים.

5. מערכות גיאותרמיות מתבלות בסופו של דבר.

עובדה: לולאות תת-קרקעיות יכולות להימשך דורות. ציוד לחילופי חום מחזיק מעמד בדרך כלל עשרות שנים מכיוון שהוא מוגן בתוך הבית. כשמגיע הזמן להחליף ציוד, עלות ההחלפה נמוכה בהרבה ממערכת גיאותרמית חדשה מכיוון שהלולאה התת-קרקעית והבאר הם החלקים היקרים ביותר. פתרונות טכניים חדשים מבטלים את בעיית שימור החום בקרקע, כך שהמערכת יכולה להחליף טמפרטורות בכמויות בלתי מוגבלות. היו מקרים בעבר של מערכות שהוחמצו שלמעשה חיממו יתר על המידה או קיררו את הקרקע עד כדי כך שלא היה עוד הפרש הטמפרטורה הדרוש להפעלת המערכת.

6. מערכות NVC גיאותרמיות פועלות רק לחימום.

עובדה: הם פועלים באותה יעילות לקירור וניתן לעצב אותם כך שאין צורך במקור חום נוסף לגיבוי. למרות שחלק מהלקוחות מחליטים שזה חסכוני יותר להחזיק מערכת גיבוי קטנה לזמנים הקרים ביותר. המשמעות היא שהלולאה התת-קרקעית שלהם תהיה קטנה יותר ולכן זולה יותר.

7. מערכות HVAC גיאותרמיות אינן יכולות לחמם בו זמנית מים למטרות ביתיות, לחמם את המים בבריכה ולחמם את הבית.

עובדה: ניתן לעצב מערכות לביצוע פונקציות רבות בו-זמנית.

8. מערכות NVC גיאותרמיות מזהמות את כדור הארץ בחומרי קירור.

עובדה: רוב המערכות משתמשות רק במים בלולאות.

9. מערכות NVC גיאותרמיות משתמשות בהרבה מים.

עובדה: מערכות גיאותרמיות למעשה אינן משתמשות במים. אם מי תהום משמש להחלפת טמפרטורה, אז כל המים חוזרים לאותו אקוויפר. אכן היו בעבר כמה מערכות שבזבוז מים לאחר שעברו דרך מחליף החום, אבל במערכות כאלה כמעט ולא נעשה שימוש כיום. אם מסתכלים על הנושא מנקודת מבט מסחרית, מערכות NVC גיאותרמיות למעשה חוסכות מיליוני ליטרים של מים שהיו מתאדים במערכות מסורתיות.

10. טכנולוגיית NVC גיאותרמית אינה כדאית כלכלית ללא תמריצי מס של המדינה והאזור.

עובדה: הממשלה ו הטבות אזוריותבדרך כלל מהווים 30 עד 60 אחוזים מהעלות הכוללת של מערכת גיאותרמית, מה שיכול לעתים קרובות להוריד את המחיר ההתחלתי כמעט לאותה רמה של ציוד רגיל. מערכות אוויר HVAC סטנדרטיות עולות כ-3,000 דולר לטון של חום או קור (בתים משתמשים בדרך כלל בטון אחד עד חמישה). המחיר של מערכות NVC גיאותרמיות נע בין כ-5,000 דולר לטון ל-8,000-9,000. עם זאת, שיטות התקנה חדשות מפחיתות משמעותית את העלויות, עד למחירי המערכות הקונבנציונליות.

ניתן להשיג הפחתת עלויות גם באמצעות הנחות על ציוד לשימוש ציבורי או מסחרי, או אפילו הזמנות גדולות בעלות אופי מגורים (בעיקר ממותגים גדולים כמו Bosch, Carrier ו-Trane). לולאות פתוחות, באמצעות משאבה ובאר הזרקה מחדש, זולות יותר להתקנה מאשר מערכות לולאות סגורות.

מבוסס על חומרים מ: energyblog.nationalgeographic.com