"การใช้พลังงานความร้อนเกรดต่ำของโลกในระบบปั๊มความร้อน"

Vasiliev G.P. ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของ OJSC INSOLAR-INVEST วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์ ประธานคณะกรรมการบริหารของ OJSC INSOLAR-INVEST
N.V. Shilkin วิศวกร NIISF (มอสโก)

การใช้เชื้อเพลิงและทรัพยากรพลังงานอย่างสมเหตุสมผลวันนี้เป็นตัวแทนของปัญหาโลกปัญหาหนึ่งของโลก การแก้ปัญหาที่ประสบความสำเร็จซึ่งเห็นได้ชัดว่าจะมีความสำคัญอย่างยิ่งยวดไม่เพียง แต่สำหรับการพัฒนาต่อไปของประชาคมโลกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการอนุรักษ์ถิ่นที่อยู่ของมันด้วย หนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มดีในการแก้ปัญหานี้คือ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงานใหม่ๆการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม (NRES)การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการเผาไหม้ได้นำไปสู่ ทศวรรษที่ผ่านมาความสนใจในเทคโนโลยีเหล่านี้เพิ่มขึ้นอย่างมากในเกือบทั้งหมด ประเทศที่พัฒนาแล้วความสงบ.

ข้อดีของเทคโนโลยีการจ่ายความร้อนที่ใช้เมื่อเปรียบเทียบกับคู่แบบดั้งเดิมนั้นไม่เพียงเกี่ยวข้องกับการลดต้นทุนพลังงานในระบบช่วยชีวิตของอาคารและโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังรวมถึงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมตลอดจนโอกาสใหม่ ๆ ในสาขานี้ด้วย เพิ่มระดับความเป็นอิสระของระบบช่วยชีวิต. เห็นได้ชัดว่าในอนาคตอันใกล้คุณสมบัติเหล่านี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดสถานการณ์การแข่งขันในตลาดอุปกรณ์สร้างความร้อน

การวิเคราะห์ขอบเขตการใช้งานที่เป็นไปได้ในเศรษฐกิจรัสเซียของการใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน แหล่งพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมแสดงให้เห็นว่าในรัสเซียพื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการนำไปใช้คือระบบช่วยชีวิตสำหรับอาคาร ในเวลาเดียวกัน การใช้อย่างแพร่หลายดูเหมือนจะเป็นทิศทางที่มีประสิทธิภาพมากในการนำเทคโนโลยีที่พิจารณาไปใช้ในการก่อสร้างภายในประเทศ ระบบทำความร้อนด้วยปั๊มความร้อน (HST)โดยใช้ดินชั้นผิวโลกเป็นแหล่งความร้อนที่มีศักยภาพต่ำที่เข้าถึงได้ทั่วไป

โดยใช้ ความร้อนของโลกพลังงานความร้อนสามารถแยกแยะได้สองประเภท - มีศักยภาพสูงและมีศักยภาพต่ำ แหล่งที่มาของพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพสูงคือแหล่งความร้อนใต้พิภพ - น้ำร้อนที่ได้รับความร้อนอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางธรณีวิทยาถึง อุณหภูมิสูงซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นเครื่องทำความร้อนในอาคารได้ อย่างไรก็ตาม การใช้ความร้อนที่มีศักยภาพสูงจากโลกนั้นจำกัดอยู่เฉพาะพื้นที่ที่มีพารามิเตอร์ทางธรณีวิทยาบางประการเท่านั้น ตัวอย่างเช่นในรัสเซียนี่คือ Kamchatka ภูมิภาคของน้ำแร่คอเคเซียน ในยุโรป มีแหล่งความร้อนที่มีศักยภาพสูงในฮังการี ไอซ์แลนด์ และฝรั่งเศส

ตรงกันข้ามกับการใช้ความร้อนคุณภาพสูง "โดยตรง" (แหล่งความร้อนใต้พิภพ) การใช้ความร้อนเกรดต่ำจากโลกการใช้ปั๊มความร้อนสามารถทำได้เกือบทุกที่ ปัจจุบันนี้เป็นหนึ่งในพื้นที่การใช้งานที่มีการพัฒนาแบบไดนามิกมากที่สุด แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม.

ความร้อนระดับต่ำของโลกสามารถนำมาใช้ในอาคารและโครงสร้างประเภทต่างๆ ได้หลายวิธี: สำหรับทำความร้อน, การจ่ายน้ำร้อน, เครื่องปรับอากาศ (ทำความเย็น), เส้นทางทำความร้อนในฤดูหนาว, เพื่อป้องกันน้ำแข็ง, สนามทำความร้อนในสนามกีฬาเปิด ฯลฯ ในวรรณกรรมทางเทคนิคภาษาอังกฤษ ระบบดังกล่าวเรียกว่า “GHP” – “ปั๊มความร้อนใต้พิภพ” ปั๊มความร้อนใต้พิภพ.

ลักษณะภูมิอากาศของประเทศในยุโรปกลางและยุโรปเหนือซึ่งเป็นพื้นที่หลักสำหรับการใช้ความร้อนคุณภาพต่ำจากโลกร่วมกับสหรัฐอเมริกาและแคนาดา ส่วนใหญ่จะกำหนดความจำเป็นในการทำความร้อน อากาศเย็นสบายแม้ใน ช่วงฤดูร้อนจำเป็นค่อนข้างน้อย ดังนั้นจึงไม่เหมือนกับสหรัฐอเมริกา ปั๊มความร้อนในประเทศยุโรปส่วนใหญ่จะทำงานในโหมดทำความร้อน ในสหรัฐอเมริกา ปั๊มความร้อนมักใช้ในระบบมากขึ้น เครื่องทำความร้อนด้วยอากาศผสมผสานกับการระบายอากาศซึ่งทำให้ทั้งความร้อนและความเย็นของอากาศภายนอก ใน ประเทศในยุโรป ปั๊มความร้อนมักใช้ในระบบทำน้ำร้อน เพราะว่า ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนเพิ่มขึ้นเมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องระเหยและคอนเดนเซอร์ลดลง ระบบทำความร้อนใต้พื้นมักใช้เพื่อให้ความร้อนในอาคาร ซึ่งสารหล่อเย็นจะไหลเวียนที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (35–40 °C)

ส่วนใหญ่ ปั๊มความร้อนในยุโรปซึ่งออกแบบให้ใช้ความร้อนเกรดต่ำจากโลกมีการติดตั้งคอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า

ในช่วงสิบปีที่ผ่านมามีการใช้ระบบความร้อนเกรดต่ำจากโลกเพื่อให้ความร้อนและความเย็นของอาคารผ่าน ปั๊มความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ระบบดังกล่าวมีจำนวนมากที่สุดที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา ระบบดังกล่าวจำนวนมากทำงานในแคนาดาและประเทศในยุโรปกลางและยุโรปเหนือ: ออสเตรีย เยอรมนี สวีเดน และสวิตเซอร์แลนด์ สวิตเซอร์แลนด์เป็นผู้นำในด้านการใช้พลังงานความร้อนเกรดต่ำของโลกต่อหัว ในรัสเซียในช่วงสิบปีที่ผ่านมา มีวัตถุเพียงไม่กี่ชิ้นเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีและมีส่วนร่วมของ OJSC INSOLAR-INVEST ซึ่งเชี่ยวชาญด้านนี้ ซึ่งมีการนำเสนอสิ่งที่น่าสนใจที่สุด

ในมอสโก ในเขตไมโครนิคูลิโน-2 มันถูกสร้างขึ้นจริงเป็นครั้งแรก ปั๊มความร้อน ระบบจ่ายน้ำร้อนอาคารพักอาศัยหลายชั้น โครงการนี้ดำเนินการในปี 2541-2545 โดยกระทรวงกลาโหมของสหพันธรัฐรัสเซียร่วมกับรัฐบาลมอสโก กระทรวงอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ของรัสเซีย สมาคม NP "ABOK" และอยู่ภายใต้กรอบการทำงาน “โครงการประหยัดพลังงานระยะยาวในมอสโก”.

เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำสำหรับเครื่องระเหยของปั๊มความร้อน ความร้อนของดินของชั้นผิวโลกตลอดจนความร้อนของสิ่งที่ถูกกำจัดออกไป อากาศระบายอากาศ. การติดตั้งเพื่อเตรียมการจ่ายน้ำร้อนอยู่ที่ชั้นใต้ดินของอาคาร ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้:

• หน่วยปั๊มความร้อนแบบอัดไอ (HPU);
• ถังเก็บน้ำร้อน
• ระบบรวบรวมพลังงานความร้อนระดับต่ำของดินและความร้อนระดับต่ำของอากาศถ่ายเทออก
• ปั๊มหมุนเวียน อุปกรณ์ควบคุมและตรวจวัด

องค์ประกอบการแลกเปลี่ยนความร้อนหลักของระบบรวบรวมความร้อนจากพื้นดินคุณภาพต่ำคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินชนิดโคแอกเซียลแนวตั้งซึ่งตั้งอยู่ด้านนอกตามแนวเส้นรอบวงของอาคาร เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้ประกอบด้วย 8 หลุม แต่ละหลุมลึก 32 ถึง 35 เมตร ตั้งอยู่ใกล้บ้าน เนื่องจากโหมดการทำงานของปั๊มความร้อนที่ใช้ ความอบอุ่นของโลกและความร้อนของอากาศที่ถูกกำจัดออกจะคงที่ และการใช้น้ำร้อนจะแปรผัน ระบบจ่ายน้ำร้อนมีถังเก็บ

ข้อมูลการประเมินการใช้พลังงานความร้อนศักยภาพต่ำของโลกผ่านปั๊มความร้อนในระดับสากลแสดงไว้ในตาราง

ตารางที่ 1. การใช้พลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำของโลกผ่านปั๊มความร้อนในระดับโลก

ดินเป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำ

น้ำใต้ดินที่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำหรือดินจากพื้นผิวโลก (ลึกถึง 400 เมตร) สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำได้. โดยทั่วไปปริมาณความร้อนของมวลดินจะสูงกว่า ระบอบการปกครองความร้อนของดินในชั้นผิวโลกเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของปัจจัยหลักสองประการ - การตกลงบนพื้นผิว รังสีแสงอาทิตย์และการไหลของความร้อนจากรังสีจากภายในโลก. การเปลี่ยนแปลงความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์และอุณหภูมิอากาศภายนอกตามฤดูกาลและรายวันทำให้เกิดความผันผวนของอุณหภูมิ ชั้นบนดิน. ความลึกของการแทรกซึมของความผันผวนรายวันของอุณหภูมิอากาศภายนอกและความเข้มของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบ ขึ้นอยู่กับดินและสภาพภูมิอากาศที่เฉพาะเจาะจง อยู่ในช่วงตั้งแต่หลายสิบเซนติเมตรถึงหนึ่งเมตรครึ่ง ความลึกของการแทรกซึมของความผันผวนตามฤดูกาลของอุณหภูมิอากาศภายนอกและความเข้มของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบตามกฎแล้วไม่เกิน 15–20 ม.

ระบอบอุณหภูมิของชั้นดินที่อยู่ต่ำกว่าความลึกนี้ ("โซนที่เป็นกลาง") ถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของพลังงานความร้อนที่มาจากบาดาลของโลกและไม่ขึ้นอยู่กับฤดูกาลและการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของ สภาพอากาศภายนอก (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. กราฟการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิดินขึ้นอยู่กับความลึก

เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น อุณหภูมิพื้นดินจะเพิ่มขึ้นตามความลาดชันของความร้อนใต้พิภพ (ประมาณ 3 องศาเซลเซียส ทุกๆ 100 เมตร) ขนาดของฟลักซ์ความร้อนจากรังสีที่มาจากภายในโลกจะแตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ สำหรับ ยุโรปกลางค่านี้คือ 0.05–0.12 W/m2

ในช่วงระยะเวลาการดำเนินงาน มวลดินที่ตั้งอยู่ภายในเขตอิทธิพลความร้อนของการลงทะเบียนท่อของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินของระบบรวบรวมความร้อนในดินคุณภาพต่ำ (ระบบรวบรวมความร้อน) เนื่องจาก การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลตามกฎแล้วพารามิเตอร์สภาพอากาศภายนอกรวมถึงภายใต้อิทธิพลของภาระการปฏิบัติงานต่อระบบรวบรวมความร้อนจะต้องมีการแช่แข็งและละลายซ้ำ ๆ ในกรณีนี้ ตามธรรมชาติแล้ว มีการเปลี่ยนแปลงในสถานะรวมของความชื้นที่มีอยู่ในรูพรุนของดิน และในกรณีทั่วไป ทั้งในสถานะของเหลว ของแข็ง และก๊าซพร้อมกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง มวลดินของระบบรวบรวมความร้อนไม่ว่าสภาพนั้นจะอยู่ในสถานะใด (แช่แข็งหรือละลาย) เป็นระบบที่ต่างกันแบบโพลีดิสเพอร์สสามเฟสที่ซับซ้อน ซึ่งโครงกระดูกนั้นถูกสร้างขึ้นโดยอนุภาคของแข็งจำนวนมากของ รูปร่างและขนาดต่างๆ และสามารถแข็งตัวหรือเคลื่อนที่ได้ ขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคเกาะกันแน่นหรือแยกออกจากกันด้วยสสารในเฟสเคลื่อนที่ ช่องว่างระหว่างอนุภาคของแข็งสามารถเต็มไปด้วยความชื้นที่มีแร่ธาตุ ก๊าซ ไอน้ำ และน้ำแข็ง หรือทั้งสองอย่าง การสร้างแบบจำลองกระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวลที่สร้างระบอบการระบายความร้อนของระบบหลายองค์ประกอบนั้นเป็นงานที่ซับซ้อนมากเนื่องจากต้องคำนึงถึงและคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกลไกต่าง ๆ ในการใช้งาน: การนำความร้อนในแต่ละอนุภาค การถ่ายเทความร้อนจาก อนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่งเมื่อสัมผัสกัน ค่าการนำความร้อนระดับโมเลกุลในตัวกลางที่เติมเต็มช่องว่างระหว่างอนุภาค การพาไอน้ำและความชื้นที่มีอยู่ในช่องรูพรุน และอื่นๆ อีกมากมาย

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอิทธิพลของความชื้นของมวลดินและการเคลื่อนย้ายของความชื้นในพื้นที่รูพรุนต่อกระบวนการทางความร้อนที่กำหนดลักษณะของดินในฐานะแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำ

ในระบบที่มีรูพรุนของเส้นเลือดฝอย เช่น มวลดินของระบบรวบรวมความร้อน การมีความชื้นในพื้นที่รูพรุนมีผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดต่อกระบวนการแพร่กระจายความร้อน การคำนึงถึงอิทธิพลนี้อย่างถูกต้องในปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องกับปัญหาที่สำคัญซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการขาดแนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับธรรมชาติของการกระจายตัวของความชื้นในเฟสของแข็ง ของเหลว และก๊าซในโครงสร้างเฉพาะของระบบ ธรรมชาติของแรงยึดเหนี่ยวความชื้นกับอนุภาคโครงกระดูก การพึ่งพารูปแบบของการยึดเกาะความชื้นกับวัสดุในระยะต่างๆ ของการเปียก และกลไกการเคลื่อนที่ของความชื้นในพื้นที่รูพรุนยังไม่ได้รับการชี้แจง

หากมีการไล่ระดับอุณหภูมิตามความหนาของมวลดิน โมเลกุลของไอจะเคลื่อนที่ไปยังสถานที่ที่มีศักยภาพด้านอุณหภูมิต่ำ แต่ในขณะเดียวกัน ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง การไหลของความชื้นในทิศทางตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นในสถานะของเหลว นอกจากนี้ระบอบอุณหภูมิของชั้นบนของดินยังได้รับอิทธิพลจากความชื้นของการตกตะกอนในบรรยากาศเช่นเดียวกับ น้ำบาดาล.

ปัจจัยหลักภายใต้อิทธิพลที่เกิดขึ้น ระบอบการปกครองของอุณหภูมิระบบมวลดินสำหรับรวบรวมความร้อนของดินที่มีศักยภาพต่ำแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.

ข้าว. 2. ปัจจัยภายใต้อิทธิพลของระบอบอุณหภูมิของดิน

ประเภทของระบบการใช้พลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำของโลก

เชื่อมต่อเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดิน อุปกรณ์ปั๊มความร้อนกับเทือกเขาดิน นอกเหนือจากการ “ดึง” ความร้อนของโลกแล้ว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินยังสามารถใช้เพื่อสะสมความร้อน (หรือความเย็น) ในมวลดินได้อีกด้วย

โดยทั่วไป ระบบการใช้พลังงานความร้อนศักย์ต่ำของโลกสามารถจำแนกได้สองประเภท::

• ระบบเปิด:น้ำใต้ดินที่จ่ายให้กับปั๊มความร้อนโดยตรงจะใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อนคุณภาพต่ำ
• ระบบปิด:เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตั้งอยู่ในมวลดิน เมื่อสารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าสัมพันธ์กับพื้นดินไหลเวียนผ่านพลังงานความร้อนจะถูก "เลือก" จากพื้นดินและถ่ายโอนไปยังเครื่องระเหย ปั๊มความร้อน (หรือเมื่อใช้สารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นสัมพันธ์กับการระบายความร้อน)

ส่วนหลักของระบบเปิดคือบ่อน้ำ ซึ่งทำให้สามารถแยกน้ำใต้ดินออกจากชั้นหินอุ้มน้ำและคืนน้ำกลับสู่ชั้นหินอุ้มน้ำเดิมได้ โดยปกติจะมีการติดตั้งหลุมคู่เพื่อจุดประสงค์นี้ แผนภาพของระบบดังกล่าวแสดงในรูปที่ 1 3.

ข้าว. 3. โครงการระบบเปิดสำหรับการใช้พลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำของน้ำใต้ดิน

ข้อดีของระบบเปิดคือความสามารถในการรับพลังงานความร้อนจำนวนมากด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม บ่อน้ำจำเป็นต้องมีการบำรุงรักษา นอกจากนี้การใช้งานระบบดังกล่าวไม่สามารถทำได้ในทุกพื้นที่ ข้อกำหนดหลักสำหรับดินและน้ำใต้ดินมีดังนี้:

• การซึมผ่านของดินเพียงพอทำให้สามารถเติมน้ำประปาได้
• ดี องค์ประกอบทางเคมีน้ำบาดาล (เช่น ปริมาณธาตุเหล็กต่ำ) หลีกเลี่ยงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับขนาดท่อและการกัดกร่อน

ระบบเปิดมักใช้เพื่อจ่ายความร้อนหรือความเย็นให้กับอาคารขนาดใหญ่ ระบบปั๊มความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดในโลกใช้น้ำใต้ดินเป็นแหล่งพลังงานความร้อนเกรดต่ำ ระบบนี้ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกาในเมืองหลุยส์วิลล์ รัฐเคนตักกี้ ระบบนี้ใช้สำหรับการจ่ายความร้อนและความเย็นของอาคารสำนักงานโรงแรม มีกำลังผลิตประมาณ 10 เมกะวัตต์

บางครั้งระบบที่ใช้ความร้อนของโลกยังรวมถึงระบบที่ใช้ความร้อนคุณภาพต่ำจากแหล่งน้ำเปิด ทั้งจากธรรมชาติและของเทียม แนวทางนี้ถูกนำมาใช้โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา ระบบที่ใช้ความร้อนคุณภาพต่ำจากอ่างเก็บน้ำจัดอยู่ในประเภทเปิด เช่นเดียวกับระบบที่ใช้ความร้อนคุณภาพต่ำจากน้ำใต้ดิน

ในทางกลับกันระบบปิดจะแบ่งออกเป็นแนวนอนและแนวตั้ง

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวนอน(ในวรรณคดีอังกฤษยังใช้คำว่า "ตัวเก็บความร้อนจากพื้นดิน" และ "วงแนวนอน" ด้วย) โดยปกติจะติดตั้งไว้ข้างบ้านที่ระดับความลึกตื้น (แต่ต่ำกว่าระดับการแช่แข็งของดินในฤดูหนาว) การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวนอนถูกจำกัดด้วยขนาดของไซต์งานที่มีอยู่

ในประเทศแถบตะวันตกและยุโรปกลาง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวนอนมักจะเป็นท่อเดี่ยว วางค่อนข้างแน่นและเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมหรือขนาน (รูปที่ 4a, 4b) เพื่อประหยัดพื้นที่ จึงได้มีการพัฒนาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทที่ได้รับการปรับปรุง เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีรูปร่างเป็นเกลียวในแนวนอนหรือแนวตั้ง (รูปที่ 4e, 4f) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนรูปแบบนี้พบได้ทั่วไปในสหรัฐอเมริกา

ข้าว. 4. ประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นแนวนอน
ก – ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำจากท่อต่อแบบอนุกรม
b – ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำจากท่อเชื่อมต่อแบบขนาน
c – ตัวสะสมแนวนอนวางอยู่ในคูน้ำ
d – เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบวง;
d – เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในรูปแบบของเกลียวที่อยู่ในแนวนอน (เรียกว่าตัวสะสม "ลื่น"
e – เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในรูปแบบของเกลียวที่อยู่ในแนวตั้ง

ถ้าระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแนวนอนถูกใช้เพื่อผลิตความร้อนเท่านั้น การทำงานตามปกติจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีความร้อนเพียงพอที่นำเข้าจากพื้นผิวโลกเนื่องจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ ด้วยเหตุนี้ พื้นผิวเหนือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจึงต้องโดนแสงแดด

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวตั้ง(ในวรรณคดีภาษาอังกฤษยอมรับการกำหนด "BHE" - "เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลุมเจาะ") อนุญาตให้ใช้พลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำของมวลดินที่อยู่ด้านล่าง "โซนที่เป็นกลาง" (10-20 ม. จากระดับพื้นดิน) ระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้งไม่ต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่ และไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวตั้งทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในสื่อทางธรณีวิทยาเกือบทุกประเภท ยกเว้นดินที่มีค่าการนำความร้อนต่ำ เช่น ทรายแห้งหรือกรวดแห้ง ระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินแนวตั้งแพร่หลายมาก

แผนภาพการทำความร้อนและการจ่ายน้ำร้อนสำหรับอาคารพักอาศัยแบบอพาร์ตเมนต์เดี่ยวโดยใช้การติดตั้งปั๊มความร้อนพร้อมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวตั้งแสดงในรูปที่ 1 5.

ข้าว. 5. โครงการทำความร้อนและจ่ายน้ำร้อนของอาคารพักอาศัยแบบอพาร์ทเมนต์เดี่ยวโดยใช้การติดตั้งปั๊มความร้อนพร้อมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินในแนวตั้ง

สารหล่อเย็นไหลเวียนผ่านท่อ (ส่วนใหญ่มักเป็นโพลีเอทิลีนหรือโพลีโพรพีลีน) ที่วางอยู่ในบ่อแนวตั้งที่มีความลึก 50 ถึง 200 ม. โดยปกติจะใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้งสองประเภท (รูปที่ 6):

• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนรูปตัว U ประกอบด้วยท่อคู่ขนาน 2 ท่อเชื่อมต่อที่ด้านล่าง ท่อดังกล่าวหนึ่งหรือสองคู่ (น้อยกว่าสาม) คู่อยู่ในบ่อเดียว ข้อดีของโครงการนี้คือต้นทุนการผลิตค่อนข้างต่ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน Double U เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้งชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในยุโรป
• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบโคแอกเชียล (ศูนย์กลาง) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโคแอกเซียลที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยท่อสองท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะอยู่ภายในท่ออื่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบโคแอกเชียลอาจมีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น

ข้าว. 6. ภาพตัดขวางของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินแนวตั้งประเภทต่างๆ

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนช่องว่างระหว่างผนังของบ่อน้ำและท่อจะเต็มไปด้วยวัสดุนำความร้อนพิเศษ

ระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินแนวตั้งสามารถใช้ในการทำความร้อนและความเย็นให้กับอาคารได้ ขนาดต่างๆ. สำหรับอาคารขนาดเล็ก ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนตัวเดียวก็เพียงพอแล้ว สำหรับอาคารขนาดใหญ่อาจจำเป็นต้องติดตั้งบ่อทั้งกลุ่มพร้อมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแนวตั้ง หลุมจำนวนใหญ่ที่สุดในโลกถูกใช้ในระบบทำความร้อนและความเย็นของวิทยาลัย Richard Stockton ในสหรัฐอเมริกาในรัฐนิวเจอร์ซีย์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแนวตั้งของวิทยาลัยแห่งนี้ตั้งอยู่ใน 400 หลุมที่มีความลึก 130 ม. ในยุโรป หลุมจำนวนมากที่สุด (154 หลุมที่มีความลึก 70 ม.) ถูกนำมาใช้ในระบบจ่ายความร้อนและความเย็นของส่วนกลาง สำนักงานควบคุมการจราจรทางอากาศของเยอรมนี (“Deutsche Flugsicherung”)

กรณีพิเศษของระบบปิดแนวตั้งคือการใช้โครงสร้างอาคารเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดิน เช่น เสาเข็มฐานรากที่มีท่อฝังอยู่ ภาพตัดขวางของกองดังกล่าวที่มีวงจรสามวงจรของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินแสดงในรูปที่ 1 7.

ข้าว. 7. แผนผังของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินที่ฝังอยู่ในเสาเข็มฐานรากของอาคารและภาพตัดขวางของเสาเข็มดังกล่าว

มวลดิน (ในกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินในแนวตั้ง) และโครงสร้างอาคารที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินไม่เพียงแต่สามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวสะสมพลังงานความร้อนตามธรรมชาติหรือ "ความเย็น" เช่น ความร้อนของแสงอาทิตย์ด้วย รังสี

มีระบบที่ไม่สามารถจำแนกได้อย่างชัดเจนว่าเป็นเปิดหรือปิด ตัวอย่างเช่นความลึกเดียวกัน (ความลึก 100 ถึง 450 ม.) ที่เติมน้ำได้ดีสามารถเป็นได้ทั้งการผลิตและการฉีด เส้นผ่านศูนย์กลางของบ่อน้ำมักจะอยู่ที่ 15 ซม. ปั๊มจะถูกวางไว้ที่ส่วนล่างของบ่อน้ำซึ่งน้ำจากบ่อจะถูกส่งไปยังเครื่องระเหยของปั๊มความร้อน น้ำกลับคืนสู่ยอดเสาน้ำในบ่อเดียวกัน บ่อน้ำมีการชาร์จน้ำใต้ดินอย่างต่อเนื่องและ ระบบเปิดทำงานเหมือนปิด ระบบประเภทนี้ในวรรณคดีอังกฤษเรียกว่า "ระบบบ่อน้ำแบบยืน" (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. แผนผัง “เสายืนดี” ชนิดดี

โดยทั่วไปแล้วบ่อประเภทนี้ยังใช้เพื่อจ่ายน้ำดื่มให้กับอาคารอีกด้วย. อย่างไรก็ตาม ระบบดังกล่าวสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในดินที่ให้น้ำแก่บ่อน้ำสม่ำเสมอเท่านั้น ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้กลายเป็นน้ำแข็ง หากชั้นหินอุ้มน้ำอยู่ลึกเกินไป จะต้องใช้ปั๊มกำลังสูงเพื่อให้ระบบทำงานได้ตามปกติ ซึ่งต้องใช้พลังงานเพิ่มขึ้น ความลึกของบ่อน้ำขนาดใหญ่ทำให้ระบบดังกล่าวมีราคาค่อนข้างสูงดังนั้นจึงไม่ได้ใช้สำหรับการจ่ายความร้อนและความเย็นในอาคารขนาดเล็ก ขณะนี้มีระบบดังกล่าวหลายระบบที่ทำงานในโลกในสหรัฐอเมริกา เยอรมนี และยุโรป

ทิศทางที่น่าหวังประการหนึ่งคือการใช้น้ำจากเหมืองและอุโมงค์เป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำ อุณหภูมิของน้ำนี้คงที่ตลอดทั้งปี น้ำจากเหมืองและอุโมงค์เข้าถึงได้ง่าย

“ความยั่งยืน” ของระบบการใช้ความร้อนเกรดต่ำจากโลก

เมื่อใช้งานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดิน สถานการณ์อาจเกิดขึ้นเมื่อ, ระหว่าง ฤดูร้อนอุณหภูมิของดินใกล้กับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินลดลงและในฤดูร้อนดินไม่มีเวลาอุ่นเครื่องจนถึงอุณหภูมิเริ่มต้น - ศักยภาพของอุณหภูมิจะลดลง การใช้พลังงานในช่วงฤดูร้อนถัดไปทำให้อุณหภูมิพื้นดินลดลงอีก และศักยภาพของอุณหภูมิก็ลดลงอีก แรงนี้เมื่อออกแบบระบบ การใช้ความร้อนระดับต่ำของโลกพิจารณาถึงปัญหา “ความยั่งยืน” ของระบบดังกล่าว ทรัพยากรพลังงานมักถูกใช้อย่างเข้มข้นเพื่อลดระยะเวลาคืนทุนของอุปกรณ์ ซึ่งอาจนำไปสู่การสิ้นเปลืองอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรักษาระดับการผลิตพลังงานที่สามารถใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานได้เป็นเวลานาน ความสามารถของระบบในการรักษาระดับการผลิตพลังงานความร้อนที่ต้องการในระยะเวลานานเรียกว่า "ความยั่งยืน" สำหรับระบบที่มีศักยภาพต่ำ ความร้อนของโลกให้คำจำกัดความของความยั่งยืนดังต่อไปนี้: “สำหรับแต่ละระบบการใช้ความร้อนระดับต่ำของโลกและสำหรับโหมดการทำงานของแต่ละระบบนี้ จะมีการผลิตพลังงานในระดับสูงสุดที่แน่นอน การผลิตพลังงานที่ต่ำกว่าระดับนี้สามารถรักษาไว้ได้นาน (100–300 ปี)”

ดำเนินการใน OJSC "INSOLAR-ลงทุน"การศึกษาพบว่าการใช้พลังงานความร้อนจากมวลดินเมื่อสิ้นสุดฤดูร้อนทำให้อุณหภูมิดินลดลงใกล้กับบันทึกของท่อของระบบรวบรวมความร้อนซึ่งอยู่ในดินและสภาพภูมิอากาศของพื้นที่ส่วนใหญ่ ของรัสเซียไม่มีเวลาชดเชยในช่วงฤดูร้อนของปีและเมื่อถึงต้นฤดูร้อนถัดไปดินจะมีโอกาสลดอุณหภูมิลง การใช้พลังงานความร้อนในช่วงฤดูร้อนถัดไปทำให้อุณหภูมิดินลดลงอีก และเมื่อเริ่มต้นฤดูร้อนครั้งที่ 3 ศักยภาพของอุณหภูมิจะแตกต่างจากธรรมชาติมากยิ่งขึ้น และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ขอบเขตของอิทธิพลทางความร้อนของการทำงานระยะยาวของระบบรวบรวมความร้อนต่อระบอบอุณหภูมิตามธรรมชาติของดินมีลักษณะเอกซ์โปเนนเชียลที่เด่นชัดและในปีที่ห้าของการดำเนินการ ดินจะเข้าสู่ระบอบการปกครองใหม่ซึ่งใกล้เคียงกับช่วงระยะเวลา นั่นคือตั้งแต่ปีที่ห้าของการดำเนินงานการใช้พลังงานความร้อนในระยะยาวจากระบบรวบรวมความร้อนของมวลดินจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นระยะ ดังนั้นเมื่อทำการออกแบบ ระบบทำความร้อนปั๊มความร้อนดูเหมือนว่าจำเป็นต้องคำนึงถึงอุณหภูมิที่ลดลงของมวลดินที่เกิดจากการทำงานของระบบรวบรวมความร้อนเป็นเวลาหลายปี และใช้อุณหภูมิของมวลดินที่คาดไว้สำหรับการทำงานของปีที่ 5 ของ TST เป็นพารามิเตอร์การออกแบบ

ใน ระบบรวม ใช้สำหรับจ่ายความร้อนและความเย็น สมดุลความร้อนถูกตั้งค่า "อัตโนมัติ": ในฤดูหนาว (จำเป็นต้องมีการจ่ายความร้อน) มวลดินจะถูกทำให้เย็นลงใน เวลาฤดูร้อน(ต้องแช่เย็น) – การให้ความร้อนแก่มวลดิน ในระบบที่ใช้ความร้อนจากน้ำบาดาลคุณภาพต่ำ การเติมอย่างต่อเนื่องจะเกิดขึ้น น้ำสำรองเนื่องจากมีน้ำไหลซึมจากผิวดินและมีน้ำมาจากชั้นลึกของดิน ดังนั้นปริมาณความร้อนของน้ำใต้ดินจึงเพิ่มขึ้นทั้ง "จากด้านบน" (เนื่องจากความร้อน อากาศในชั้นบรรยากาศ) และ “จากด้านล่าง” (เนื่องจากความร้อนของโลก); ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า "จากด้านบน" และ "จากด้านล่าง" ขึ้นอยู่กับความหนาและความลึกของชั้นหินอุ้มน้ำ เนื่องจากปัจจัยความร้อนเหล่านี้ อุณหภูมิของน้ำใต้ดินจึงคงที่ตลอดทั้งฤดูกาลและเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยระหว่างการทำงาน

ในระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินแนวตั้ง สถานการณ์จะแตกต่างออกไปเมื่อนำความร้อนออกไป อุณหภูมิของดินรอบๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินจะลดลง การลดลงของอุณหภูมิได้รับผลกระทบจากทั้งคุณสมบัติการออกแบบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและโหมดการทำงานของเครื่อง ตัวอย่างเช่น ในระบบที่มีค่าการกระจายพลังงานความร้อนสูง (ความยาวตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลายสิบวัตต์ต่อเมตร) หรือในระบบที่มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินซึ่งอยู่ในดินที่มีค่าการนำความร้อนต่ำ (เช่น ในทรายแห้งหรือแห้ง กรวด) อุณหภูมิที่ลดลงจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษและอาจนำไปสู่การแช่แข็งของมวลดินรอบ ๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดิน

ผู้เชี่ยวชาญชาวเยอรมันวัดอุณหภูมิของมวลดินที่ติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้งลึก 50 ม. ตั้งอยู่ใกล้กับเมืองแฟรงก์เฟิร์ต อัมไมน์ ในการทำเช่นนี้ ได้มีการเจาะหลุมที่มีความลึกเท่ากัน 9 หลุมรอบๆ หลุมหลักที่ระยะ 2.5, 5 และ 10 ม. ในหลุมทั้ง 10 หลุม มีการติดตั้งเซ็นเซอร์ทุกๆ 2 เมตรเพื่อวัดอุณหภูมิ - รวมเซ็นเซอร์ 240 ตัว ในรูป รูปที่ 9 แสดงแผนภาพแสดงการกระจายตัวของอุณหภูมิในมวลดินรอบๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินในแนวตั้งที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของฤดูร้อนครั้งแรก เมื่อสิ้นสุดฤดูร้อนอุณหภูมิของมวลดินรอบ ๆ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด การไหลของความร้อนเกิดขึ้นโดยตรงไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจากมวลดินโดยรอบ ซึ่งชดเชยบางส่วนสำหรับอุณหภูมิดินที่ลดลงซึ่งเกิดจากการ "กำจัด" ความร้อน ขนาดของการไหลนี้เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดของความร้อนที่ไหลจากภายในของโลกในพื้นที่ที่กำหนด (80–100 mW/ตร.ม.) ถือว่าค่อนข้างสูง (หลายวัตต์ต่อตารางเมตร)

ข้าว. 9. แบบแผนการกระจายอุณหภูมิในมวลดินรอบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้งเมื่อเริ่มต้นและสิ้นสุดฤดูร้อนครั้งแรก

เนื่องจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแนวตั้งเริ่มแพร่หลายเมื่อประมาณ 15-20 ปีที่แล้ว จึงขาดข้อมูลการทดลองทั่วโลกที่ได้รับจากการทำงานของระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้เป็นเวลานาน (หลายทศวรรษ) คำถามเกิดขึ้นเกี่ยวกับความเสถียรของระบบเหล่านี้ เกี่ยวกับความน่าเชื่อถือตลอดระยะเวลาการทำงานที่ยาวนาน ความร้อนระดับต่ำของโลกเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนหรือไม่? ระยะเวลาของการ "ต่ออายุ" ของแหล่งข้อมูลนี้คืออะไร?

เมื่อเปิดดำเนินการโรงเรียนในชนบทในภูมิภาคยาโรสลัฟล์พร้อมอุปกรณ์ครบครัน ระบบปั๊มความร้อนเมื่อใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้ง ค่าการกำจัดความร้อนจำเพาะเฉลี่ยอยู่ที่ระดับ 120–190 W/เชิงเส้น ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนยาว เมตร

ตั้งแต่ปี 1986 เป็นต้นมา ได้มีการวิจัยเกี่ยวกับระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพื้นดินแนวตั้งในสวิตเซอร์แลนด์ใกล้กับเมืองซูริก มีการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินชนิดโคแอกเชียลแนวตั้งที่ความลึก 105 ม. ในมวลดิน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้ใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อนเกรดต่ำสำหรับระบบปั๊มความร้อนที่ติดตั้งในอาคารพักอาศัยแบบอพาร์ตเมนต์เดี่ยว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นดินแนวตั้งให้กำลังสูงสุดประมาณ 70 วัตต์ต่อความยาวเมตร ทำให้เกิดภาระความร้อนอย่างมีนัยสำคัญบนมวลพื้นดินโดยรอบ การผลิตพลังงานความร้อนต่อปีอยู่ที่ประมาณ 13 MWh

ที่ระยะห่าง 0.5 และ 1 ม. จากบ่อหลักมีการเจาะเพิ่มอีก 2 บ่อซึ่งติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ความลึก 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 และ 105 ม. หลังจากนั้นจึงเติมส่วนผสมดินเหนียวและซีเมนต์ลงในบ่อน้ำ วัดอุณหภูมิทุกๆ สามสิบนาที นอกจากอุณหภูมิพื้นดินแล้ว ยังมีการบันทึกพารามิเตอร์อื่นๆ ด้วย: ความเร็วของสารหล่อเย็น การใช้พลังงานโดยตัวขับคอมเพรสเซอร์ของปั๊มความร้อน อุณหภูมิอากาศ ฯลฯ

ระยะสังเกตครั้งแรกเริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ. 2529 ถึง พ.ศ. 2534 การวัดแสดงให้เห็นว่าอิทธิพลของความร้อนของอากาศภายนอกและการแผ่รังสีแสงอาทิตย์นั้นสังเกตได้ในชั้นผิวดินที่ระดับความลึกสูงสุด 15 เมตร ต่ำกว่าระดับนี้ระบอบความร้อนของดินเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนเป็นหลัก ของส่วนภายในของโลก ในช่วง 2-3 ปีแรกของการดำเนินงาน อุณหภูมิดินรอบๆ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแนวตั้งลดลงอย่างรวดเร็ว แต่ทุกๆ ปีอุณหภูมิก็ลดลง และหลังจากนั้นไม่กี่ปี ระบบก็เข้าใกล้ระดับคงที่ เมื่ออุณหภูมิของมวลดินรอบๆ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิ 1-2 °C อันเดิม

ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1996 สิบปีหลังจากที่ระบบเริ่มทำงาน การวัดก็กลับมาดำเนินการอีกครั้ง การวัดเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิพื้นดินไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ในปีต่อๆ มา มีการบันทึกความผันผวนเล็กน้อยของอุณหภูมิพื้นดินภายใน 0.5 องศาเซลเซียส โดยขึ้นอยู่กับภาระความร้อนต่อปี ดังนั้น ระบบจึงเข้าสู่โหมดกึ่งหยุดนิ่งหลังจากใช้งานไปสองสามปีแรก

จากข้อมูลการทดลอง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการที่เกิดขึ้นในมวลดินได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งทำให้สามารถคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของมวลดินในระยะยาวได้

การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่ลดลงในแต่ละปีจะค่อยๆ ลดลง และปริมาตรของมวลดินรอบๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ลดลง) จะเพิ่มขึ้นทุกปี เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการทำงาน กระบวนการฟื้นฟูจะเริ่มขึ้น: อุณหภูมิของดินเริ่มสูงขึ้น ธรรมชาติของกระบวนการฟื้นฟูนั้นคล้ายคลึงกับธรรมชาติของกระบวนการ "เลือก" ความร้อน: ในปีแรกของการทำงาน อุณหภูมิของดินเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและในปีต่อ ๆ มา อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะลดลง ระยะเวลาของช่วง "การฟื้นฟู" ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของระยะเวลาปฏิบัติการ สองช่วงเวลานี้ใกล้เคียงกัน ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ระยะเวลาการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินคือสามสิบปีและระยะเวลา "การฟื้นฟู" ก็ประมาณไว้ที่สามสิบปีเช่นกัน

ดังนั้นระบบทำความร้อนและความเย็นสำหรับอาคารที่ใช้ความร้อนเกรดต่ำจากโลกจึงเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถใช้ได้ทุกที่ แหล่งที่มานี้สามารถใช้งานได้ค่อนข้างนานและสามารถต่ออายุได้เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการทำงาน

วรรณกรรม

1. Rybach L. สถานะและแนวโน้มของปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHP) ในยุโรปและทั่วโลก ด้านความยั่งยืนของ GHP หลักสูตรนานาชาติเรื่องปั๊มความร้อนใต้พิภพ 2545

2. Vasiliev G.P., ครันดีเชฟ เอ็น.เอส. โรงเรียนชนบทประหยัดพลังงานในภูมิภาคยาโรสลัฟล์ อบอค ครั้งที่ 5 พ.ศ. 2545

3. Sanner B. แหล่งความร้อนจากพื้นดินสำหรับปั๊มความร้อน (การจำแนกประเภท คุณลักษณะ ข้อดี) 2545

4. Rybach L. สถานะและแนวโน้มของปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHP) ในยุโรปและทั่วโลก ด้านความยั่งยืนของ GHP หลักสูตรนานาชาติเรื่องปั๊มความร้อนใต้พิภพ 2545

5. คณะทำงาน ORKUSTOFNUN, ไอซ์แลนด์ (2001): การผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพอย่างยั่งยืน – คำจำกัดความที่แนะนำ ไอจีเอนิวส์ # 43 มกราคม-มีนาคม 2544 1-2

6. Rybach L., Sanner B. ระบบปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์ – ประสบการณ์ของชาวยุโรป GeoHeat- เซ็นเตอร์บูล 21/1, 2000

7. ประหยัดพลังงานด้วยปั๊มความร้อนที่อยู่อาศัยในสภาพอากาศหนาวเย็น โบรชัวร์ Maxi 08. CADDET, 1997

8. Atkinson Schaefer L. การวิเคราะห์ปั๊มความร้อนแบบดูดซับแรงดันเดี่ยว วิทยานิพนธ์ที่นำเสนอต่อคณะวิชาการ. สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย 2543

9. Morley T. เครื่องยนต์ความร้อนแบบย้อนกลับเป็นวิธีการทำความร้อนในอาคาร วิศวกร 133: 1922

10. Fearon J. ประวัติและพัฒนาการของปั๊มความร้อน เครื่องทำความเย็น และ เครื่องปรับอากาศ. 1978

11. วาซิลิฟ จี.พี. อาคารประหยัดพลังงานพร้อมระบบทำความร้อนด้วยปั๊มความร้อน นิตยสารการเคหะและสาธารณูปโภค ฉบับที่ 12, 2545

12. แนวทางการใช้ปั๊มความร้อนโดยใช้แหล่งพลังงานทุติยภูมิและแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม มอสโคมาร์ฮีเทคทูรา. รัฐวิสาหกิจรวม "NIAC", 2544

13. อาคารพักอาศัยประหยัดพลังงานในมอสโก อบอค ฉบับที่ 4 พ.ศ. 2542

14. วาซิลีฟ จี.พี. อาคารพักอาศัยทดลองประหยัดพลังงานในเขตไมโคร Nikulino-2 อบอค ฉบับที่ 4 พ.ศ. 2545

อุณหภูมิภายในโลกการกำหนดอุณหภูมิในเปลือกโลกขึ้นอยู่กับข้อมูลต่างๆ ที่มักเป็นทางอ้อม ข้อมูลอุณหภูมิที่เชื่อถือได้มากที่สุดอยู่ที่ด้านบนสุด เปลือกโลกเปิดโดยเหมืองและหลุมเจาะลึกสูงสุด 12 กม. (บ่อโคลา)

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียสต่อหน่วยความลึกเรียกว่า การไล่ระดับความร้อนใต้พิภพ,และความลึกเป็นเมตรในระหว่างที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 0 C - เวทีความร้อนใต้พิภพการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพและด้วยเหตุนี้ ขั้นตอนความร้อนใต้พิภพจึงเปลี่ยนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยขึ้นอยู่กับสภาพทางธรณีวิทยา กิจกรรมภายนอกในพื้นที่ต่าง ๆ เช่นเดียวกับการนำความร้อนที่แตกต่างกันของหิน ยิ่งไปกว่านั้น ตามข้อมูลของ B. Gutenberg ขีดจำกัดของความผันผวนนั้นแตกต่างกันมากกว่า 25 เท่า ตัวอย่างนี้คือการไล่ระดับสีที่แตกต่างกันอย่างมากสองแบบ: 1) 150 o ต่อ 1 กม. ในรัฐโอเรกอน (สหรัฐอเมริกา) 2) 6 o ต่อ 1 กม. ที่บันทึกไว้ในแอฟริกาใต้ จากการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพเหล่านี้ ขั้นตอนความร้อนใต้พิภพยังเปลี่ยนจาก 6.67 ม. ในกรณีแรกเป็น 167 ม. ในกรณีที่สอง ความแปรปรวนของการไล่ระดับสีที่พบบ่อยที่สุดอยู่ที่ภายใน 20-50 o และขั้นความร้อนใต้พิภพอยู่ที่ 15-45 ม. การไล่ระดับความร้อนใต้พิภพโดยเฉลี่ยได้รับการยอมรับมานานแล้วที่ 30 o C ต่อ 1 กม.

จากข้อมูลของ V.N. Zharkov การไล่ระดับความร้อนใต้พิภพใกล้พื้นผิวโลกอยู่ที่ประมาณ 20 o C ต่อ 1 กม. จากค่าทั้งสองของการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพและความคงที่ของมันลึกลงไปในโลกจากนั้นที่ความลึก 100 กม. ควรมีอุณหภูมิ 3,000 หรือ 2,000 o C อย่างไรก็ตามนี่ขัดแย้งกับข้อมูลจริง ที่ระดับความลึกเหล่านี้จะมีห้องแมกมาเกิดขึ้นเป็นระยะซึ่งมีลาวาไหลลงสู่พื้นผิว อุณหภูมิสูงสุด 1200-1250 โอ เมื่อคำนึงถึง "เทอร์โมมิเตอร์" ที่แปลกประหลาดนี้ ผู้เขียนหลายคน (V.A. Lyubimov, V.A. Magnitsky) เชื่อว่าที่ความลึก 100 กม. อุณหภูมิจะต้องไม่เกิน 1300-1500 o C

ที่อุณหภูมิสูงขึ้น หินที่ปกคลุมเนื้อโลกจะละลายจนหมด ซึ่งขัดแย้งกับคลื่นไหวสะเทือนแบบเฉือนที่ผ่านอย่างอิสระ ดังนั้นการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพโดยเฉลี่ยสามารถติดตามได้เฉพาะกับความลึกที่ค่อนข้างเล็กจากพื้นผิว (20-30 กม.) จากนั้นจึงควรลดลง แต่ในกรณีนี้ ในสถานที่เดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่มีความลึกก็ไม่เท่ากัน สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามความลึกตามแนวบ่อ Kola ซึ่งอยู่ภายในเกราะป้องกันผลึกที่มั่นคงของแท่น เมื่อวางบ่อนี้ พวกเขาคาดว่าจะมีความลาดชันของความร้อนใต้พิภพ 10 o ต่อ 1 กม. ดังนั้นที่ความลึกการออกแบบ (15 กม.) พวกเขาคาดว่าอุณหภูมิจะอยู่ที่ 150 o C อย่างไรก็ตาม การไล่ระดับสีดังกล่าวขึ้นอยู่กับ ความลึก 3 กม. จากนั้นเริ่มเพิ่มขึ้น 1.5 -2.0 เท่า ที่ความลึก 7 กม. อุณหภูมิอยู่ที่ 120 o C ที่ 10 กม. -180 o C ที่ 12 กม. -220 o C สันนิษฐานว่าที่ความลึกการออกแบบอุณหภูมิจะใกล้เคียงกับ 280 o C ตัวอย่างที่สอง เป็นข้อมูลจากที่ตั้งที่ดีในภูมิภาค Severny The Caspian ในพื้นที่ของระบอบการปกครองภายนอกที่กระตือรือร้นมากขึ้น ในนั้นที่ความลึก 500 ม. อุณหภูมิกลายเป็น 42.2 o C ที่ 1,500 ม. - 69.9 o C ที่ 2,000 ม. - 80.4 o C ที่ 3,000 ม. - 108.3 o C

อุณหภูมิในส่วนลึกของเนื้อโลกและแกนโลกคือเท่าไร? ได้รับข้อมูลที่น่าเชื่อถือไม่มากก็น้อยเกี่ยวกับอุณหภูมิของฐานของชั้น B ของเนื้อโลกตอนบน (ดูรูปที่ 1.6) ตามข้อมูลของ V.N. Zharkov “การศึกษาโดยละเอียดของแผนภาพเฟส Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 ทำให้สามารถกำหนดอุณหภูมิอ้างอิงที่ความลึกที่สอดคล้องกับโซนแรกของการเปลี่ยนเฟส (400 กม.)” (เช่น การเปลี่ยน จากโอลิวีนถึงสปิเนล) จากการศึกษาเหล่านี้ อุณหภูมิที่นี่อยู่ที่ประมาณ 1,600 50 o C

คำถามเกี่ยวกับการกระจายตัวของอุณหภูมิในเนื้อโลกใต้ชั้น B และแกนโลกยังไม่ได้รับการแก้ไข ดังนั้นจึงมีการแสดงแนวคิดที่แตกต่างกันออกไป เราสามารถสรุปได้ว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความลึกโดยมีการลดลงอย่างมากในการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพและการเพิ่มขึ้นของขั้นตอนความร้อนใต้พิภพ สันนิษฐานว่าอุณหภูมิในแกนโลกอยู่ในช่วง 4,000-5,000 o C

องค์ประกอบทางเคมีโดยเฉลี่ยของโลก ในการตัดสินองค์ประกอบทางเคมีของโลก จะใช้ข้อมูลเกี่ยวกับอุกกาบาต ซึ่งเป็นตัวอย่างที่เป็นไปได้มากที่สุดของวัสดุก่อกำเนิดดาวเคราะห์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินและดาวเคราะห์น้อย ถึงตอนนี้มีหลายสิ่งที่ตกลงบนโลกได้รับการศึกษาอย่างดีแล้ว เวลาที่ต่างกันและตามสถานที่ต่าง ๆ ของอุกกาบาต ตามองค์ประกอบของพวกมันมีอุกกาบาตสามประเภท: 1) เหล็ก,ประกอบด้วยเหล็กนิกเกิลเป็นส่วนใหญ่ (90-91% Fe) โดยมีส่วนผสมของฟอสฟอรัสและโคบอลต์เล็กน้อย 2) หินเหล็ก(ซิเดอโรไลต์) ประกอบด้วยแร่เหล็กและซิลิเกต 3) หิน,หรือ แอโรไลต์,ประกอบด้วยซิลิเกตเหล็ก-แมกนีเซียนเป็นส่วนใหญ่ และการรวมตัวของเหล็กนิกเกิล

ที่พบมากที่สุดคืออุกกาบาตที่เป็นหิน - ประมาณ 92.7% ของการค้นพบทั้งหมด หินเหล็ก 1.3% และเหล็ก 5.6% อุกกาบาตหินแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ก) chondrite ที่มีเม็ดกลมเล็ก - chondrules (90%); b) อะคอนไดรต์ที่ไม่มีคอนดรูล องค์ประกอบของอุกกาบาตที่เต็มไปด้วยหินนั้นอยู่ใกล้กับหินอัคนีอุลตร้ามาฟิค จากข้อมูลของ M. Bott พวกมันมีเฟสเหล็ก-นิกเกิลประมาณ 12%

จากการวิเคราะห์องค์ประกอบของอุกกาบาตต่างๆ รวมถึงข้อมูลธรณีเคมีและธรณีฟิสิกส์เชิงทดลองที่ได้รับ นักวิจัยจำนวนหนึ่งให้การประเมินองค์ประกอบองค์ประกอบมวลรวมของโลกสมัยใหม่ ดังแสดงในตาราง 1 1.3.

ดังที่เห็นได้จากข้อมูลในตาราง ความอุดมสมบูรณ์ที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสี่องค์ประกอบ ได้แก่ O, Fe, Si, Mg ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 91% กลุ่มขององค์ประกอบที่พบน้อย ได้แก่ Ni, S, Ca, A1 องค์ประกอบอื่นๆ ตารางธาตุ Mendeleev ในระดับโลกในแง่ของการกระจายทั่วไปมีความสำคัญรองลงมา หากเราเปรียบเทียบข้อมูลที่ให้มากับองค์ประกอบของเปลือกโลก จะมองเห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญได้อย่างชัดเจน ประกอบด้วยการลดลงอย่างรวดเร็วของ O, A1, Si และการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของ Fe, Mg และการปรากฏตัวของ S และ Ni ในปริมาณที่เห็นได้ชัดเจน .

รูปร่างของโลกเรียกว่าจีออยด์โครงสร้างลึกของโลกถูกตัดสินโดยคลื่นแผ่นดินไหวตามยาวและตามขวางซึ่งแพร่กระจายภายในโลก พบกับการหักเห การสะท้อน และการลดทอน ซึ่งบ่งบอกถึงการแบ่งชั้นของโลก มีสามพื้นที่หลัก:

เปลือกโลก;

เสื้อคลุม: บนถึงความลึก 900 กม., ล่างถึงความลึก 2,900 กม.

แก่นโลกชั้นนอกลึก 5,120 กม. แก่นโลกชั้นในลึก 6,371 กม.

ความร้อนภายในของโลกสัมพันธ์กับการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียม ทอเรียม โพแทสเซียม รูบิเดียม ฯลฯ ค่าเฉลี่ยของการไหลของความร้อนคือ 1.4-1.5 µcal/cm2.s

1. รูปร่างและขนาดของโลกคืออะไร?

2. มีวิธีใดบ้างในการศึกษาโครงสร้างภายในของโลก?

3. โครงสร้างภายในของโลกคืออะไร?

4. ส่วนแผ่นดินไหวลำดับที่หนึ่งใดที่ได้รับการระบุอย่างชัดเจนเมื่อวิเคราะห์โครงสร้างโลก?

5. ขอบเขตของส่วน Mohorovicic และ Gutenberg คืออะไร?

6. ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกคือเท่าใด และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรที่ขอบเขตของเนื้อโลกและแกนกลาง?

7. การไหลของความร้อนเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละโซนอย่างไร? การเปลี่ยนแปลงของการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพและขั้นตอนความร้อนใต้พิภพเป็นอย่างไร

8. ข้อมูลใดที่ใช้ในการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีโดยเฉลี่ยของโลก?

วรรณกรรม

• Voitkevich G.V.พื้นฐานของทฤษฎีการกำเนิดของโลก ม., 1988.

• Zharkov V.N.โครงสร้างภายในของโลกและดาวเคราะห์ ม., 1978.

• แม็กนิตสกี้ วี.เอ.โครงสร้างภายในและฟิสิกส์ของโลก ม., 1965.

• บทความดาวเคราะห์วิทยาเปรียบเทียบ ม., 1981.

• ริงวูด เอ.อี.องค์ประกอบและกำเนิดของโลก ม., 1981.

ใครบ้างจะไม่อยากทำความร้อนให้บ้านฟรีๆ โดยเฉพาะในช่วงวิกฤตที่เงินทุกบาทมีค่า

เราได้พูดคุยกันแล้วในหัวข้อว่าอย่างไร ตอนนี้ถึงจุดเปลี่ยนของการโต้เถียงแล้ว เทคโนโลยีในการทำความร้อนบ้านโดยใช้พลังงานดิน ( ความร้อนใต้พิภพ).

ในระดับความลึกประมาณ 15 เมตร อุณหภูมิของโลกอยู่ที่ประมาณ 10 องศาเซลเซียส ทุกๆ 33 เมตร อุณหภูมิจะสูงขึ้น 1 องศา เป็นผลให้เพื่อให้ความร้อนแก่บ้านขนาดประมาณ 100 ตร.ม. ได้ฟรีก็เพียงพอที่จะเจาะบ่อน้ำประมาณ 600 เมตรและรับความร้อน 22 องศาตลอดชีวิตของคุณ!

ตามทฤษฎีแล้ว ระบบทำความร้อนอิสระจากพลังงานโลกค่อนข้างง่าย มันถูกสูบเข้าไปในบ่อ น้ำเย็นซึ่งให้ความร้อนสูงถึง 22 องศา และตามกฎฟิสิกส์ด้วยความช่วยเหลือเล็กน้อยจากปั๊ม (400-600 วัตต์) ก็จะลอยขึ้นผ่านท่อหุ้มฉนวนเข้าไปในบ้าน

ข้อเสียของการใช้พลังงานโลกเพื่อให้ความร้อนแก่บ้านส่วนตัว:

— มาดูต้นทุนทางการเงินของการสร้างระบบทำความร้อนกันดีกว่า ต้นทุนเฉลี่ยของการเจาะบ่อน้ำ 1 เมตรคือประมาณ 3,000 รูเบิล ความลึกรวม 600 เมตรจะมีราคา 1,800,000 รูเบิล และนั่นเป็นเพียงการเจาะ! โดยไม่ต้องติดตั้งอุปกรณ์สูบน้ำและยกน้ำยาหล่อเย็น

- ใน ภูมิภาคต่างๆรัสเซียมีลักษณะดินเป็นของตัวเอง ในบางพื้นที่ การเจาะบ่อน้ำลึก 50 เมตรไม่ใช่เรื่องง่าย จำเป็นต้องเสริมแรง ปลอก, เสริมความแข็งแกร่งให้กับเหมือง ฯลฯ

— ฉนวนปล่องเหมืองให้มีความลึกดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ ตามมาว่าน้ำจะไม่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิ 22 องศา

— การเจาะบ่อน้ำลึก 600 เมตร ต้องมีใบอนุญาต

— สมมติว่าน้ำอุ่นถึง 22 องศาเข้าบ้าน คำถามคือจะ "กำจัด" พลังงานทั้งหมดของโลกออกจากพาหะได้อย่างไร? สูงสุดเมื่อผ่านท่อในบ้านที่อบอุ่นจะลดลงเหลือ 15 องศา ดังนั้น คุณจำเป็นต้องมีปั๊มที่ทรงพลังที่จะขับน้ำได้มากกว่าสิบเท่าจากความลึก 600 เมตรเพื่อให้ได้ผลลัพธ์บางอย่างเป็นอย่างน้อย ที่นี่เราคำนึงถึงปริมาณการใช้ไฟฟ้าที่ไม่สามารถเทียบได้กับการประหยัด

ที่ความลึกประมาณ 15 เมตร อุณหภูมิพื้นดินประมาณ 10 องศาเซลเซียส

ข้อสรุปเชิงตรรกะตามมาว่าการให้ความร้อนแก่บ้านด้วยพลังงานของโลกซึ่งห่างไกลจากความเป็นอิสระสามารถทำได้โดยบุคคลที่อยู่ห่างไกลจากความยากจนและผู้ที่ไม่จำเป็นต้องประหยัดความร้อนเป็นพิเศษ แน่นอนว่าเราสามารถพูดได้ว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะให้บริการทั้งเด็กและลูกหลานไปอีกหลายร้อยปี แต่ทั้งหมดนี้เป็นเพียงจินตนาการ

นักอุดมคตินิยมจะบอกว่าเขากำลังสร้างบ้านให้ยั่งยืน แต่นักสัจนิยมมักจะพึ่งพาองค์ประกอบการลงทุนเสมอ - ฉันกำลังสร้างเพื่อตัวเอง แต่ฉันจะขายมันเมื่อใดก็ได้ ไม่ใช่ว่าลูกจะติดบ้านหลังนี้และไม่อยากขาย

พลังงานโลกเพื่อให้ความร้อนในบ้านมีประสิทธิภาพในภูมิภาคต่อไปนี้:

ในคอเคซัสมีตัวอย่างการทำงานของบ่อน้ำที่มีอยู่ด้วย น้ำแร่ออกมาเองด้วยอุณหภูมิ 45 องศา โดยคำนึงถึงอุณหภูมิลึกประมาณ 90 องศา

ใน Kamchatka การใช้แหล่งความร้อนใต้พิภพที่มีอุณหภูมิทางออกประมาณ 100 องศาเป็นวิธีที่ดีที่สุด ตัวเลือกที่ดีที่สุดการใช้พลังงานของโลกเพื่อให้ความร้อนแก่บ้าน

เทคโนโลยีกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพ ระบบคลาสสิกความร้อนกำลังเพิ่มขึ้นต่อหน้าต่อตาเรา ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการทำความร้อนบ้านด้วยพลังงานจากโลกจะมีราคาถูกลง

วิดีโอ: การทำความร้อนใต้พิภพ พลังงานโลก

อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงตามความลึก เนื่องจากการจ่ายความร้อนจากแสงอาทิตย์ไม่สม่ำเสมอ บางครั้งพื้นผิวโลกจึงร้อนขึ้นและบางครั้งก็เย็นลง ความผันผวนของอุณหภูมิเหล่านี้ทะลุผ่านความหนาของโลกได้ตื้นมาก ดังนั้นความผันผวนรายวันที่ระดับความลึก 1 มโดยปกติแล้วพวกเขาแทบจะไม่รู้สึกอีกต่อไป สำหรับความผันผวนประจำปีนั้นเจาะลึกลงไปที่ระดับความลึกต่างๆ: ในประเทศที่อบอุ่นประมาณ 10-15 ปี ม.และในประเทศด้วย ฤดูหนาวที่หนาวเย็นและในฤดูร้อนมากถึง 25-30 และ 40 ด้วยซ้ำ ม.ลึก 30-40 มทุกที่บนโลกอุณหภูมิยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น เทอร์โมมิเตอร์ที่วางอยู่ในชั้นใต้ดินของหอดูดาวปารีสจะแสดงอุณหภูมิ 11°.85C เสมอมาเป็นเวลากว่า 100 ปี

สังเกตชั้นที่มีอุณหภูมิคงที่ตลอด โลกและเรียกว่าโซนอุณหภูมิคงที่หรือเป็นกลาง ความลึกของแถบนี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ และอุณหภูมิจะเท่ากับอุณหภูมิเฉลี่ยต่อปีของสถานที่นั้นๆ โดยประมาณ

เมื่อเจาะลึกเข้าไปในโลกใต้ชั้นอุณหภูมิคงที่ มักจะสังเกตเห็นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทีละน้อย สิ่งนี้ถูกสังเกตเห็นครั้งแรกโดยคนงานในเหมืองลึก สิ่งนี้สังเกตได้เมื่อวางอุโมงค์ ตัวอย่างเช่น เมื่อวางอุโมงค์ Simplon (ในเทือกเขาแอลป์) อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 60° ซึ่งสร้างความยากลำบากในการทำงานอย่างมาก อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังพบได้ในหลุมเจาะลึก 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.นอกจากนี้ ขั้นความร้อนใต้พิภพขนาดเล็กยังพบเห็นได้ในพื้นที่ภูเขาไฟ ซึ่งที่ระดับความลึกตื้นอาจยังมีชั้นหินอัคนีที่ยังไม่เย็นลง แต่กรณีดังกล่าวทั้งหมดไม่ได้มีกฎเกณฑ์มากนักเป็นข้อยกเว้น

มีสาเหตุหลายประการที่ส่งผลต่อระยะความร้อนใต้พิภพ (นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว เราสามารถชี้ให้เห็นค่าการนำความร้อนที่แตกต่างกันของหิน ธรรมชาติของการเกิดชั้นต่างๆ เป็นต้น

ความสำคัญอย่างยิ่งการกระจายอุณหภูมิขึ้นอยู่กับภูมิประเทศ ส่วนหลังสามารถเห็นได้ชัดเจนในภาพวาดที่แนบมา (รูปที่ 23) ซึ่งแสดงภาพตัดขวางของเทือกเขาแอลป์ตามแนวอุโมงค์ซิมปลอน โดยมี geoisotherms แบบประ (เช่น เส้นที่มีอุณหภูมิเท่ากันภายในโลก) ความร้อนใต้พิภพที่นี่ดูเหมือนจะเป็นไปตามความโล่งใจ 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 การสังเกตอุณหภูมิของลูกหินบะซอลต์ที่เย็นตัวลง และ การคำนวณทางทฤษฎีให้เหตุผลว่าขนาดของขั้นความร้อนใต้พิภพจะเพิ่มขึ้นตามความลึก แต่การเพิ่มขึ้นดังกล่าวเกิดขึ้นในระดับใดและเชิงลึกเพียงใดเรายังไม่สามารถพูดได้

หากเราสมมุติว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามความลึก ก็ควรวัดที่ใจกลางโลกเป็นหมื่นองศา ที่อุณหภูมิดังกล่าว หินทั้งหมดที่เรารู้จักควรเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลว จริงอยู่ที่มีความกดดันมหาศาลภายในโลก และเราไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับสถานะของวัตถุภายใต้ความกดดันดังกล่าว อย่างไรก็ตาม เราไม่มีหลักฐานใดๆ ที่บอกว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามความลึก ปัจจุบันนักธรณีฟิสิกส์ส่วนใหญ่สรุปว่าอุณหภูมิภายในโลกแทบจะไม่เกิน 2,000°

แหล่งความร้อน สำหรับแหล่งความร้อนที่กำหนดอุณหภูมิภายในของโลกนั้นอาจแตกต่างกัน ตามสมมติฐานที่พิจารณาว่าโลกก่อตัวจากมวลที่ร้อนและหลอมเหลว ความร้อนภายในควรถือเป็นความร้อนตกค้างของร่างกายที่เย็นตัวลงจากพื้นผิว อย่างไรก็ตาม มีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าสาเหตุของอุณหภูมิสูงภายในโลกอาจเกิดจากการสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม ทอเรียม แอกตินูเรเนียม โพแทสเซียม และองค์ประกอบอื่นๆ ที่มีอยู่ในหิน ธาตุกัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่กระจายอยู่ในหินที่เป็นกรดของเปลือกโลก แต่พบน้อยในหินพื้นฐานที่ลึก ในเวลาเดียวกันหินพื้นฐานนั้นมีความสมบูรณ์มากกว่าอุกกาบาตเหล็กซึ่งถือเป็นชิ้นส่วนของส่วนภายในของวัตถุในจักรวาล

แม้จะมีสารกัมมันตภาพรังสีในหินจำนวนเล็กน้อยและการสลายตัวช้าของพวกมัน แต่ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากการสลายกัมมันตภาพรังสีนั้นมีมาก นักธรณีวิทยาโซเวียต วี.จี. คลอปินคำนวณว่าธาตุกัมมันตภาพรังสีที่อยู่ในเปลือกโลกตอนบนระยะทาง 90 กิโลเมตร เพียงพอที่จะครอบคลุมการสูญเสียความร้อนจากดาวเคราะห์ด้วยการแผ่รังสี พร้อมทั้งสลายกัมมันตภาพรังสี พลังงานความร้อนปล่อยออกมาเมื่อสสารของโลกถูกบีบอัดเมื่อใด ปฏิกริยาเคมีและอื่น ๆ

ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดคือการหลีกเลี่ยงจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค และนี่เป็นเรื่องยากที่จะทำในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นอิ่มตัวและอบอุ่นเพียงพอ แม้แต่ในห้องใต้ดินที่ดีที่สุดก็ยังมีเชื้อราอยู่เสมอ ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องมีระบบในการทำความสะอาดท่อที่ใช้เป็นประจำจากความน่ารังเกียจที่สะสมอยู่บนผนัง และการทำเช่นนี้โดยการวางระยะ 3 เมตรนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย สิ่งแรกที่เข้ามาในใจก็คือ วิธีการทางกล- แปรง. วิธีทำความสะอาด ปล่องไฟ. โดยใช้สารเคมีเหลวบางชนิด หรือแก๊ส. ตัวอย่างเช่นหากคุณสูบฟอสเจนผ่านท่อทุกอย่างก็จะตายและอาจเพียงพอสำหรับสองสามเดือน แต่ก๊าซใด ๆ จะเข้าสู่เคมี ทำปฏิกิริยากับความชื้นในท่อและเกาะตัวอยู่ในท่อซึ่งทำให้ต้องใช้เวลานานในการระบายอากาศ และการระบายอากาศในระยะยาวจะนำไปสู่การฟื้นฟูเชื้อโรค สิ่งนี้ต้องใช้แนวทางที่มีความรู้ วิธีการที่ทันสมัยทำความสะอาด

โดยทั่วไปฉันสมัครรับทุกคำ! (ฉันไม่รู้ว่าจะมีความสุขอะไรที่นี่จริงๆ)

ในระบบนี้ ฉันเห็นปัญหาหลายประการที่ต้องแก้ไข:

1. ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนนี้มีความยาวเพียงพอต่อการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่ (จะมีผลบ้างอย่างเห็นได้ชัดแต่ยังไม่แน่ชัดว่าเป็นอย่างไร)
2. การควบแน่น จะไม่มีในฤดูหนาวเนื่องจากอากาศเย็นจะถูกสูบผ่านท่อ การควบแน่นจะตกลงมาจากด้านนอกของท่อ - ลงสู่พื้นดิน (อุ่นกว่า) แต่ในฤดูร้อน... ปัญหาคือจะสูบคอนเดนเสทออกจากความลึกไม่เกิน 3 เมตรได้อย่างไร - ฉันคิดอยู่แล้วว่าจะสร้างกระจกอย่างดีที่ปิดสนิทที่ฝั่งรวบรวมคอนเดนเสทเพื่อรวบรวมคอนเดนเสท ติดตั้งปั๊มในตัวซึ่งจะสูบคอนเดนเสทออกเป็นระยะ...
3. สันนิษฐานว่าท่อน้ำทิ้ง (พลาสติก) ปิดสนิท หากเป็นเช่นนั้นน้ำบาดาลรอบๆ ไม่ควรซึมเข้าไปและไม่ควรส่งผลต่อความชื้นในอากาศ เลยเชื่อว่าที่นั่นจะไม่มีความชื้น(เหมือนห้องใต้ดิน)ครับ อย่างน้อยก็ในฤดูหนาว ฉันคิดว่าห้องใต้ดินชื้นเนื่องจากการระบายอากาศไม่ดี เชื้อราไม่ชอบแสงแดดและลม (จะมีลมอยู่ในท่อ) และตอนนี้คำถามก็คือ - ท่อระบายน้ำทิ้งบนพื้นแน่นแค่ไหน? พวกเขาจะอยู่กับฉันได้กี่ปี? ความจริงก็คือโครงการนี้เกี่ยวข้องกัน - กำลังขุดคูน้ำเพื่อระบายน้ำทิ้ง (จะอยู่ที่ความลึก 1-1.2 ม.) จากนั้นฉนวน (โพลีสไตรีนขยาย) และลึกลงไป - ตัวสะสมดิน) ซึ่งหมายความว่า ระบบนี้มันเกินกว่าจะซ่อมได้ถ้าถูกกดดัน - ฉันจะไม่ขุดมันขึ้นมา - ฉันจะคลุมมันไว้ด้วยดินก็แค่นั้นแหละ
4.ทำความสะอาดท่อ ผมคิดว่าจะทำบ่อน้ำดูที่จุดต่ำสุด ขณะนี้ "ความกระตือรือร้น" น้อยลงในเรื่องนี้ - น้ำบาดาล - อาจกลายเป็นว่าจะถูกน้ำท่วมและจะไม่มีความรู้สึกเป็นศูนย์ หากไม่มีบ่อน้ำก็มีตัวเลือกไม่มากนัก:
ก. มีการแก้ไขทั้งสองด้าน (สำหรับท่อขนาด 110 มม. แต่ละท่อ) ซึ่งเข้าถึงพื้นผิวและดึงสายสแตนเลสผ่านท่อ สำหรับการทำความสะอาดเราแนบ kvach ไว้ด้วย ข้อเสีย - มีท่อจำนวนมากขึ้นสู่พื้นผิวซึ่งจะส่งผลต่ออุณหภูมิและสภาวะอุทกพลศาสตร์ของแบตเตอรี่
ข. ให้น้ำท่วมท่อเป็นระยะด้วยน้ำและสารฟอกขาว เช่น (หรือน้ำยาฆ่าเชื้ออื่นๆ) โดยสูบน้ำจากบ่อควบแน่นที่ปลายอีกด้านของท่อ จากนั้นทำให้ท่อแห้งด้วยอากาศ (อาจอยู่ในโหมดสปริง - จากบ้านนอกบ้านแม้ว่าฉันจะไม่ชอบแนวคิดนี้ก็ตาม)
5. จะไม่มีเชื้อรา (ร่าง) แต่จุลินทรีย์อื่นๆ ที่อาศัยอยู่ในเครื่องดื่มก็เป็นเช่นนั้นมาก มีความหวังสำหรับระบอบฤดูหนาว - อากาศเย็นแห้งฆ่าเชื้อได้ดี ตัวเลือกการป้องกันคือตัวกรองที่เต้ารับแบตเตอรี่ หรือรังสีอัลตราไวโอเลต (ราคาแพง)
6. การเคลื่อนย้ายอากาศผ่านโครงสร้างดังกล่าวมีความเครียดเพียงใด?
กรอง (ตะแกรงละเอียด) ที่ทางเข้า
-> หันลง 90 องศา
-> ท่อยาว 4 ม. 200 มม
-> การแบ่งการไหลออกเป็นท่อขนาด 110 มม. จำนวน 4 ท่อ
-> 10 เมตรในแนวนอน
-> หันลง 90 องศา
-> ลงไป 1 เมตร
-> หมุน 90 องศา
-> 10 เมตรในแนวนอน
-> การรวบรวมการไหลลงท่อขนาด 200 มม
-> ขึ้นไป 2 เมตร
-> หัน 90 องศา (เข้าบ้าน)
-> กระดาษกรองกระเป๋าหรือผ้า
-> แฟน

เรามีท่อยาว 25 ม. 6 รอบ x 90 องศา (การเลี้ยวสามารถทำให้นุ่มนวลขึ้นได้ - 2x45) ตัวกรอง 2 ตัว ฉันต้องการ 300-400m3/ชม. ความเร็วการไหล ~4ม./วินาที