Suhu bumi pada kedalaman 2. Sepuluh mitos tentang sistem pemanasan dan penyejukan geoterma

Bayangkan rumah yang sentiasa berada pada suhu yang selesa, tanpa sistem pemanasan atau penyejukan. Sistem ini berfungsi dengan cekap, tetapi tidak memerlukan penyelenggaraan yang kompleks atau pengetahuan khas daripada pemiliknya.

Udara yang segar, anda boleh mendengar kicauan burung dan angin malas bermain dengan daun di atas pokok. Rumah menerima tenaga dari bumi, seperti daun, yang menerima tenaga dari akar. Gambar yang bagus, bukan?

Sistem pemanasan dan penyejukan geoterma menjadikannya realiti. Sistem HVAC (pemanasan, pengudaraan dan penyaman udara) geoterma menggunakan suhu tanah untuk menyediakan pemanasan pada musim sejuk dan penyejukan pada musim panas.

Cara pemanasan dan penyejukan geoterma berfungsi

Suhu ambien berubah mengikut musim, tetapi suhu bawah tanah tidak banyak berubah disebabkan oleh sifat penebat bumi. Pada kedalaman 1.5-2 meter, suhu kekal agak malar sepanjang tahun. Sistem geoterma biasanya terdiri daripada peralatan pemprosesan dalaman, sistem paip bawah tanah yang dipanggil gelung bawah tanah, dan/atau pam edaran air. Sistem ini menggunakan suhu malar bumi untuk menyediakan tenaga "bersih dan bebas".

(Jangan mengelirukan konsep sistem NHC geoterma dengan "tenaga geoterma" - proses di mana elektrik dijana terus daripada haba di bumi. Dalam kes kedua, jenis peralatan dan proses lain yang berbeza digunakan, tujuannya yang biasanya memanaskan air hingga takat didih.)

Paip yang membentuk gelung bawah tanah biasanya diperbuat daripada polietilena dan boleh diletakkan secara mendatar atau menegak di bawah tanah, bergantung pada rupa bumi. Jika akuifer tersedia, jurutera boleh mereka bentuk sistem "gelung terbuka" dengan menggerudi telaga ke dalam jadual air. Air dipam keluar, melalui penukar haba, dan kemudian disuntik ke dalam akuifer yang sama melalui "suntikan semula".

Pada musim sejuk, air, melalui gelung bawah tanah, menyerap haba bumi. Peralatan dalaman meningkatkan lagi suhu dan mengedarkannya ke seluruh bangunan. Ia seperti penghawa dingin yang berfungsi secara terbalik. Semasa musim panas, sistem NWC geoterma menarik air panas dari bangunan dan membawanya melalui gelung/pam bawah tanah ke telaga suntikan semula, dari mana air memasuki tanah/akuifer yang lebih sejuk.

Tidak seperti sistem pemanasan dan penyejukan konvensional, sistem HVAC geoterma tidak menggunakan bahan api fosil untuk menjana haba. Mereka hanya mengambil haba dari bumi. Kebiasaannya, elektrik hanya digunakan untuk menjalankan kipas, pemampat dan pam.

Terdapat tiga komponen utama dalam sistem penyejukan dan pemanasan geoterma: pam haba, cecair pertukaran haba (sistem terbuka atau tertutup), dan sistem bekalan udara (sistem paip).

Untuk pam haba geoterma, serta untuk semua jenis pam haba lain, nisbah tindakan bergunanya kepada tenaga yang dibelanjakan untuk tindakan ini (KECEKAPAN) telah diukur. Kebanyakan sistem pam haba geoterma mempunyai kecekapan 3.0 hingga 5.0. Ini bermakna sistem menukar satu unit tenaga kepada 3-5 unit haba.

Sistem geoterma tidak memerlukan penyelenggaraan yang kompleks. Dipasang dengan betul, yang sangat penting, gelung bawah tanah boleh berfungsi dengan betul untuk beberapa generasi. Kipas, pemampat dan pam ditempatkan di dalam rumah dan dilindungi daripada keadaan cuaca yang berubah-ubah, supaya ia boleh bertahan bertahun-tahun, selalunya berdekad-dekad. Pemeriksaan berkala rutin, penggantian penapis tepat pada masanya dan pembersihan gegelung tahunan adalah satu-satunya penyelenggaraan yang diperlukan.

Pengalaman dalam penggunaan sistem NVC geoterma

Sistem NVC geoterma telah digunakan selama lebih daripada 60 tahun di seluruh dunia. Mereka bekerja dengan alam semula jadi, bukan menentangnya, dan mereka tidak mengeluarkan gas rumah hijau (seperti yang dinyatakan sebelum ini, mereka menggunakan kurang elektrik kerana mereka menggunakan suhu malar bumi).

Sistem NVC geoterma semakin menjadi atribut rumah hijau, sebagai sebahagian daripada pergerakan bangunan hijau yang semakin berkembang. Projek hijau menyumbang 20 peratus daripada semua rumah yang dibina di AS tahun lepas. Satu artikel dalam Wall Street Journal mengatakan bahawa menjelang 2016 bajet bangunan hijau akan meningkat daripada $36 bilion setahun kepada $114 bilion. Ini akan berjumlah 30-40 peratus daripada keseluruhan pasaran hartanah.

Tetapi kebanyakan maklumat tentang pemanasan dan penyejukan geoterma adalah berdasarkan data lapuk atau mitos yang tidak berasas.

Memusnahkan mitos tentang sistem NWC geoterma

1. Sistem NVC Geoterma bukanlah teknologi yang boleh diperbaharui kerana ia menggunakan tenaga elektrik.

Fakta: Sistem HVAC Geoterma hanya menggunakan satu unit elektrik untuk menghasilkan sehingga lima unit penyejukan atau pemanasan.

2. Tenaga suria dan tenaga angin adalah teknologi boleh diperbaharui yang lebih menguntungkan berbanding sistem NVC geoterma.

Fakta: Sistem NVC Geoterma untuk satu dolar memproses empat kali lebih kilowatt / jam daripada tenaga suria atau angin yang menjana untuk dolar yang sama. Teknologi ini, sudah tentu, boleh memainkan peranan penting untuk alam sekitar, tetapi sistem NHC geoterma selalunya merupakan cara yang paling cekap dan kos efektif untuk mengurangkan kesan alam sekitar.

3. Sistem NVC geoterma memerlukan banyak ruang untuk menampung paip polietilena gelung bawah tanah.

Fakta: Bergantung pada rupa bumi, gelung bawah tanah boleh diletakkan secara menegak, yang bermaksud kawasan permukaan yang kecil diperlukan. Sekiranya terdapat akuifer yang tersedia, maka hanya beberapa kaki persegi permukaan diperlukan. Ambil perhatian bahawa air kembali ke akuifer yang sama yang diambil selepas ia melalui penukar haba. Oleh itu, air tidak larian dan tidak mencemarkan akuifer.

4. Pam haba geoterma HVK bising.

Fakta: Sistemnya sangat sunyi dan tiada peralatan di luar supaya tidak mengganggu jiran.

5. Sistem geoterma akhirnya haus.

Fakta: Gelung bawah tanah boleh bertahan selama beberapa generasi. Peralatan penukar haba biasanya bertahan selama beberapa dekad kerana ia dilindungi di dalam rumah. Apabila tiba masanya untuk menggantikan peralatan, kos penggantian sedemikian jauh lebih rendah daripada sistem geoterma baharu, kerana gelung bawah tanah dan telaga adalah bahagian yang paling mahal. Penyelesaian teknikal baharu menghapuskan masalah pengekalan haba di dalam tanah, jadi sistem boleh menukar suhu dalam kuantiti tanpa had. Terdapat kes sistem tersalah kira pada masa lalu yang sebenarnya terlalu panas atau menyejukkan tanah sehingga tidak ada lagi perbezaan suhu yang diperlukan untuk mengendalikan sistem.

6. Sistem HVAC geoterma berfungsi hanya untuk pemanasan.

Fakta: Mereka berfungsi sama cekap untuk penyejukan dan boleh direka bentuk supaya tidak memerlukan sumber haba sandaran tambahan. Walaupun sesetengah pelanggan memutuskan bahawa lebih menjimatkan kos untuk mempunyai sistem sandaran kecil untuk masa yang paling sejuk. Ini bermakna bahawa gelung bawah tanah mereka akan menjadi lebih kecil dan oleh itu lebih murah.

7. Sistem HVAC Geoterma tidak boleh memanaskan air domestik, memanaskan air kolam dan memanaskan rumah secara serentak.

Fakta: Sistem boleh direka bentuk untuk melaksanakan banyak fungsi pada masa yang sama.

8. Sistem NHC geoterma mencemarkan tanah dengan bahan penyejuk.

Fakta: Kebanyakan sistem hanya menggunakan air dalam engsel.

9. Sistem NWC Geoterma menggunakan banyak air.

Fakta: Sistem geoterma sebenarnya tidak menggunakan air. Jika air bawah tanah digunakan untuk pertukaran suhu, maka semua air kembali ke akuifer yang sama. Pada masa lalu, sesetengah sistem memang digunakan yang membuang air selepas ia melalui penukar haba, tetapi sistem sedemikian hampir tidak digunakan hari ini. Melihat isu ini dari sudut komersial, sistem HC geoterma sebenarnya menjimatkan berjuta-juta liter air yang akan tersejat dalam sistem tradisional.

10. Teknologi NVC Geoterma tidak boleh dilaksanakan secara kewangan tanpa insentif cukai negeri dan wilayah.

Fakta: Insentif negeri dan serantau biasanya berjumlah 30 hingga 60 peratus daripada jumlah kos sistem geoterma, yang selalunya boleh menurunkan harga awal kepada harga peralatan konvensional. Sistem udara HVAC standard berharga kira-kira $3,000 setiap tan haba atau sejuk (rumah biasanya menggunakan satu hingga lima tan). Harga sistem NVC geoterma berkisar antara lebih kurang $5,000 setiap tan hingga $8,000-9,000. Walau bagaimanapun, kaedah pemasangan baru mengurangkan kos dengan ketara, sehingga harga sistem konvensional.

Penjimatan kos juga boleh dicapai melalui diskaun ke atas peralatan untuk kegunaan awam atau komersial, atau bahkan pesanan besar untuk rumah (terutamanya daripada jenama besar seperti Bosch, Carrier dan Trane). Gelung terbuka, menggunakan pam dan telaga suntikan semula, lebih murah untuk dipasang daripada sistem tertutup.

Sumber: energyblog.nationalgeographic.com

Daripada mukadimah.
Orang yang bijak dan baik hati menunjukkan kepada saya bukan bahawa kes ini harus dinilai hanya dalam keadaan tidak pegun, disebabkan oleh inersia haba bumi yang besar dan mengambil kira rejim tahunan perubahan suhu. Contoh yang lengkap telah diselesaikan untuk medan haba pegun, oleh itu ia mempunyai hasil yang jelas tidak betul, jadi ia harus dianggap hanya sebagai sejenis model ideal dengan sejumlah besar pemudahan yang menunjukkan taburan suhu dalam mod pegun. Jadi seperti yang mereka katakan, apa-apa kebetulan adalah kebetulan...

***************************************************

Seperti biasa, saya tidak akan memberikan banyak spesifik tentang kekonduksian terma dan ketebalan bahan yang diterima, saya akan mengehadkan diri saya untuk menerangkan hanya beberapa, kami menganggap bahawa elemen lain sedekat mungkin dengan struktur sebenar - ciri termofizik diberikan dengan betul, dan ketebalan bahan adalah mencukupi untuk kes sebenar amalan pembinaan. Tujuan artikel adalah untuk mendapatkan idea rangka kerja taburan suhu di sempadan Bangunan-Tanah di bawah pelbagai keadaan.

Sedikit tentang apa yang perlu diperkatakan. Skim yang dikira dalam contoh ini mengandungi 3 had suhu, yang pertama ialah udara dalaman premis bangunan yang dipanaskan +20 o C, yang kedua ialah udara luar -10 o C (-28 o C), dan yang ketiga ialah suhu dalam tanah pada kedalaman tertentu, di mana ia turun naik di sekitar nilai tetap tertentu. Dalam contoh ini, nilai kedalaman ini ialah 8 m dan suhu ialah +10 ° C. Di sini, seseorang boleh berhujah dengan saya mengenai parameter sempadan ke-3 yang diterima, tetapi pertikaian mengenai nilai yang tepat \u200b\u200bis bukan tugas artikel ini, sama seperti hasil yang diperolehi tidak menuntut ketepatan khas dan kemungkinan mengikat kes reka bentuk tertentu. Saya ulangi, tugasnya adalah untuk mendapatkan idea asas, rangka kerja pengagihan suhu, dan untuk menguji beberapa idea yang telah ditetapkan mengenai isu ini.

Sekarang straight to the point. Jadi tesis untuk diuji.
1. Tanah di bawah bangunan yang dipanaskan mempunyai suhu positif.
2. Kedalaman normatif pembekuan tanah (ini lebih merupakan soalan daripada kenyataan). Adakah penutup salji tanah diambil kira semasa melaporkan data pembekuan dalam laporan geologi, kerana, sebagai peraturan, kawasan di sekeliling rumah dibersihkan daripada salji, laluan, kaki lima, kawasan buta, tempat letak kereta, dll dibersihkan?

Pembekuan tanah adalah proses dalam masa, jadi untuk pengiraan kami akan mengambil suhu luar sama dengan suhu purata bulan paling sejuk -10 o C. Kami akan mengambil tanah dengan lambda yang dikurangkan \u003d 1 untuk keseluruhan kedalaman.

Rajah 1. Skim pengiraan.

Rajah.2. Pengasingan suhu. Skim tanpa penutup salji.

Secara umum, suhu tanah di bawah bangunan adalah positif. Maksimum lebih dekat ke tengah bangunan, minima ke dinding luar. Pengasingan suhu sifar secara mendatar hanya melibatkan unjuran bilik yang dipanaskan pada satah mendatar.
Pembekuan tanah jauh dari bangunan (iaitu mencapai suhu negatif) berlaku pada kedalaman ~2.4 meter, iaitu lebih daripada nilai normatif untuk kawasan yang dipilih secara konvensional (1.4-1.6m).

Sekarang mari tambahkan 400mm salji sederhana tebal dengan lambda 0.3.

Rajah.3. Pengasingan suhu. Skim dengan penutup salji 400mm.

Isolin suhu positif menggantikan suhu negatif di luar, hanya suhu positif di bawah bangunan.
Pembekuan tanah di bawah penutup salji ~1.2 meter (-0.4m salji = 0.8m pembekuan tanah). "Selimut" salji dengan ketara mengurangkan kedalaman pembekuan (hampir 3 kali).
Nampaknya, kehadiran penutup salji, ketinggian dan tahap pemadatannya bukanlah nilai yang tetap, oleh itu, kedalaman pembekuan purata berada dalam julat hasil 2 skema, (2.4 + 0.8) * 0.5 = 1.6 meter, yang sepadan kepada nilai piawai.

Sekarang mari kita lihat apa yang berlaku jika fros yang teruk melanda (-28 o C) dan berdiri cukup lama untuk medan haba menjadi stabil, sementara tiada penutup salji di sekeliling bangunan.

Rajah.4. Skim pada -28 kira-kira Tanpa penutup salji.

Suhu negatif merangkak di bawah bangunan, suhu positif menekan lantai bilik yang dipanaskan. Di kawasan asas, tanah membeku. Pada jarak dari bangunan, tanah membeku sebanyak ~4.7 meter.

Lihat entri blog sebelum ini.

Di negara kita, yang kaya dengan hidrokarbon, tenaga geoterma adalah sejenis sumber eksotik yang, dalam keadaan semasa, tidak mungkin bersaing dengan minyak dan gas. Namun begitu, bentuk tenaga alternatif ini boleh digunakan hampir di mana-mana dan dengan cekap.

Tenaga geoterma ialah haba dalaman bumi. Ia dihasilkan di kedalaman dan datang ke permukaan Bumi dalam bentuk yang berbeza dan dengan intensiti yang berbeza.

Suhu lapisan atas tanah bergantung terutamanya kepada faktor luaran (eksogen) - cahaya matahari dan suhu udara. Pada musim panas dan pada siang hari, tanah menjadi panas sehingga kedalaman tertentu, dan pada musim sejuk dan pada waktu malam ia menjadi sejuk berikutan perubahan suhu udara dan dengan sedikit kelewatan, meningkat dengan kedalaman. Pengaruh turun naik harian dalam suhu udara berakhir pada kedalaman dari beberapa hingga beberapa puluh sentimeter. Turun naik bermusim menangkap lapisan tanah yang lebih dalam - sehingga berpuluh-puluh meter.

Pada kedalaman tertentu - dari puluhan hingga ratusan meter - suhu tanah dikekalkan malar, sama dengan purata suhu udara tahunan berhampiran permukaan Bumi. Ini mudah untuk disahkan dengan turun ke dalam gua yang agak dalam.

Apabila purata suhu udara tahunan di kawasan tertentu adalah di bawah sifar, ini menunjukkan dirinya sebagai permafrost (lebih tepat lagi, permafrost). Di Siberia Timur, ketebalan, iaitu, ketebalan, tanah beku sepanjang tahun mencapai 200-300 m di tempat.

Dari kedalaman tertentu (yang tersendiri untuk setiap titik pada peta), kesan Matahari dan atmosfera menjadi lemah sehingga faktor endogen (dalaman) didahulukan dan bahagian dalam bumi dipanaskan dari dalam, supaya suhu mula menjadi naik dengan mendalam.

Pemanasan lapisan dalam Bumi dikaitkan terutamanya dengan pereputan unsur radioaktif yang terletak di sana, walaupun sumber haba lain juga dinamakan, sebagai contoh, proses fizikokimia, tektonik dalam lapisan dalam kerak bumi dan mantel. Tetapi apa pun puncanya, suhu batu dan bahan cecair dan gas yang berkaitan meningkat dengan kedalaman. Pelombong menghadapi fenomena ini - ia sentiasa panas di lombong yang dalam. Pada kedalaman 1 km, haba tiga puluh darjah adalah normal, dan lebih dalam suhu lebih tinggi.

Aliran haba bahagian dalam bumi, mencapai permukaan Bumi, adalah kecil - secara purata, kuasanya ialah 0.03–0.05 W / m 2, atau kira-kira 350 W h / m 2 setahun. Dengan latar belakang aliran haba dari Matahari dan udara yang dipanaskan olehnya, ini adalah nilai yang tidak dapat dilihat: Matahari memberikan setiap meter persegi permukaan bumi kira-kira 4000 kWj setiap tahun, iaitu, 10,000 kali lebih banyak (sudah tentu, ini adalah secara purata, dengan penyebaran besar antara latitud kutub dan khatulistiwa dan bergantung kepada faktor iklim dan cuaca yang lain).

Ketidakpentingan aliran haba dari kedalaman ke permukaan di kebanyakan planet ini dikaitkan dengan kekonduksian terma rendah batuan dan keanehan struktur geologi. Tetapi terdapat pengecualian - tempat di mana aliran haba adalah tinggi. Ini adalah, pertama sekali, zon sesar tektonik, peningkatan aktiviti seismik dan gunung berapi, di mana tenaga dalaman bumi mencari jalan keluar. Zon sedemikian dicirikan oleh anomali terma litosfera, di sini aliran haba yang sampai ke permukaan Bumi boleh berkali-kali dan bahkan urutan magnitud lebih kuat daripada yang "biasa". Sebilangan besar haba dibawa ke permukaan di zon ini oleh letusan gunung berapi dan mata air panas.

Kawasan inilah yang paling sesuai untuk pembangunan tenaga geoterma. Di wilayah Rusia, ini adalah, pertama sekali, Kamchatka, Kepulauan Kuril dan Caucasus.

Pada masa yang sama, pembangunan tenaga panas bumi mungkin hampir di mana-mana, kerana peningkatan suhu dengan kedalaman adalah fenomena di mana-mana, dan tugasnya adalah untuk "mengeluarkan" haba dari usus, sama seperti bahan mentah mineral diekstrak dari sana.

Secara purata, suhu meningkat dengan kedalaman sebanyak 2.5–3°C untuk setiap 100 m. Nisbah perbezaan suhu antara dua titik yang terletak pada kedalaman yang berbeza kepada perbezaan kedalaman di antara mereka dipanggil kecerunan geoterma.

Timbal balik ialah langkah geoterma, atau selang kedalaman di mana suhu meningkat sebanyak 1°C.

Semakin tinggi kecerunan dan, oleh itu, semakin rendah langkahnya, semakin dekat haba kedalaman Bumi menghampiri permukaan dan semakin menjanjikan kawasan ini untuk pembangunan tenaga geoterma.

Di kawasan yang berbeza, bergantung pada struktur geologi dan keadaan serantau dan tempatan yang lain, kadar peningkatan suhu dengan kedalaman boleh berubah secara mendadak. Pada skala Bumi, turun naik nilai kecerunan dan langkah geoterma mencapai 25 kali ganda. Sebagai contoh, di negeri Oregon (AS) kecerunan ialah 150°C setiap 1 km, dan di Afrika Selatan ialah 6°C setiap 1 km.

Persoalannya, apakah suhu pada kedalaman yang hebat - 5, 10 km atau lebih? Jika trend berterusan, suhu pada kedalaman 10 km sepatutnya purata sekitar 250–300°C. Ini lebih kurang disahkan oleh pemerhatian langsung di telaga ultradeep, walaupun gambarnya jauh lebih rumit daripada peningkatan suhu secara linear.

Contohnya, dalam telaga superdeep Kola yang digerudi di Baltic Crystalline Shield, suhu berubah pada kadar 10°C/1 km hingga kedalaman 3 km, dan kemudian kecerunan geoterma menjadi 2–2.5 kali lebih besar. Pada kedalaman 7 km, suhu 120°C telah pun direkodkan, pada 10 km - 180°C, dan pada 12 km - 220°C.

Contoh lain ialah telaga yang diletakkan di Kaspia Utara, di mana pada kedalaman 500 m suhu 42°C direkodkan, pada 1.5 km - 70°C, pada 2 km - 80°C, pada 3 km - 108°C.

Diandaikan bahawa kecerunan geoterma berkurangan bermula dari kedalaman 20–30 km: pada kedalaman 100 km, anggaran suhu adalah kira-kira 1300–1500°C, pada kedalaman 400 km - 1600°C, di Bumi. teras (kedalaman lebih daripada 6000 km) - 4000–5000° C.

Pada kedalaman sehingga 10–12 km, suhu diukur melalui telaga yang digerudi; di mana ia tidak wujud, ia ditentukan oleh tanda tidak langsung dengan cara yang sama seperti pada kedalaman yang lebih mendalam. Tanda-tanda tidak langsung tersebut mungkin sifat laluan gelombang seismik atau suhu lava yang meletus.

Walau bagaimanapun, untuk tujuan tenaga geoterma, data mengenai suhu pada kedalaman lebih daripada 10 km masih belum menarik minat praktikal.

Terdapat banyak haba pada kedalaman beberapa kilometer, tetapi bagaimana untuk menaikkannya? Kadang-kadang alam semula jadi sendiri menyelesaikan masalah ini untuk kita dengan bantuan penyejuk semula jadi - air terma yang dipanaskan yang muncul ke permukaan atau terletak pada kedalaman yang boleh diakses oleh kita. Dalam sesetengah kes, air di kedalaman dipanaskan kepada keadaan wap.

Tiada definisi yang ketat tentang konsep "air terma". Sebagai peraturan, mereka bermaksud air bawah tanah panas dalam keadaan cair atau dalam bentuk wap, termasuk yang datang ke permukaan Bumi dengan suhu di atas 20 ° C, iaitu, sebagai peraturan, lebih tinggi daripada suhu udara.

Haba air bawah tanah, wap, campuran air wap adalah tenaga hidroterma. Sehubungan itu, tenaga berdasarkan penggunaannya dipanggil hidroterma.

Keadaan ini lebih rumit dengan pengeluaran haba terus dari batu kering - tenaga petroterma, terutamanya kerana suhu yang cukup tinggi, sebagai peraturan, bermula dari kedalaman beberapa kilometer.

Di wilayah Rusia, potensi tenaga petroterma adalah seratus kali lebih tinggi daripada tenaga hidroterma - masing-masing 3,500 dan 35 trilion tan bahan api standard. Ini agak semula jadi - kehangatan kedalaman Bumi ada di mana-mana, dan perairan terma ditemui secara tempatan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kesukaran teknikal yang jelas, kebanyakan air terma pada masa ini digunakan untuk menjana haba dan elektrik.

Suhu air dari 20-30 hingga 100°C sesuai untuk pemanasan, suhu dari 150°C dan ke atas - dan untuk penjanaan elektrik di loji kuasa geoterma.

Secara umum, sumber geoterma di wilayah Rusia, dari segi tan bahan api rujukan atau mana-mana unit pengukuran tenaga lain, adalah kira-kira 10 kali lebih tinggi daripada rizab bahan api fosil.

Secara teorinya, hanya tenaga geoterma yang dapat memenuhi sepenuhnya keperluan tenaga negara. Dalam amalan, pada masa ini, di kebanyakan wilayahnya, ini tidak dapat dilaksanakan atas sebab teknikal dan ekonomi.

Di dunia, penggunaan tenaga panas bumi paling kerap dikaitkan dengan Iceland - sebuah negara yang terletak di hujung utara Mid-Atlantic Ridge, dalam zon tektonik dan gunung berapi yang sangat aktif. Mungkin semua orang masih ingat letusan kuat gunung berapi Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) pada tahun 2010.

Berkat kekhususan geologi inilah Iceland mempunyai rizab tenaga panas bumi yang besar, termasuk mata air panas yang datang ke permukaan Bumi dan juga memancar dalam bentuk geiser.

Di Iceland, lebih daripada 60% daripada semua tenaga yang digunakan pada masa ini diambil dari Bumi. Termasuk disebabkan oleh sumber geoterma, 90% pemanasan dan 30% penjanaan elektrik disediakan. Kami menambah bahawa selebihnya tenaga elektrik di negara ini dihasilkan oleh loji janakuasa hidroelektrik, iaitu, juga menggunakan sumber tenaga boleh diperbaharui, terima kasih kepada Iceland yang kelihatan seperti sejenis piawaian alam sekitar global.

"Penjinakkan" tenaga geoterma pada abad ke-20 membantu Iceland dengan ketara dari segi ekonomi. Sehingga pertengahan abad yang lalu, ia adalah sebuah negara yang sangat miskin, kini ia menduduki tempat pertama di dunia dari segi kapasiti terpasang dan pengeluaran tenaga geoterma per kapita, dan berada dalam sepuluh teratas dari segi kapasiti terpasang mutlak kuasa geoterma. tumbuhan. Walau bagaimanapun, penduduknya hanya 300 ribu orang, yang memudahkan tugas beralih kepada sumber tenaga mesra alam: keperluan untuknya secara amnya kecil.

Sebagai tambahan kepada Iceland, bahagian tenaga panas bumi yang tinggi dalam jumlah baki pengeluaran elektrik disediakan di New Zealand dan negara-negara pulau di Asia Tenggara (Filipina dan Indonesia), negara-negara Amerika Tengah dan Afrika Timur, yang wilayahnya juga dicirikan. oleh aktiviti seismik dan gunung berapi yang tinggi. Bagi negara-negara ini, pada tahap pembangunan dan keperluan semasa mereka, tenaga geoterma memberi sumbangan besar kepada pembangunan sosio-ekonomi.

Penggunaan tenaga geoterma mempunyai sejarah yang sangat panjang. Salah satu contoh pertama yang diketahui ialah Itali, sebuah tempat di wilayah Tuscany, kini dipanggil Larderello, di mana, seawal awal abad ke-19, air panas tempatan, mengalir secara semula jadi atau diekstrak dari telaga cetek, digunakan untuk tenaga. tujuan.

Air dari sumber bawah tanah, kaya dengan boron, digunakan di sini untuk mendapatkan asid borik. Pada mulanya, asid ini diperoleh melalui penyejatan dalam dandang besi, dan kayu api biasa diambil sebagai bahan bakar dari hutan berdekatan, tetapi pada tahun 1827 Francesco Larderel mencipta sistem yang bekerja pada haba air itu sendiri. Pada masa yang sama, tenaga wap air semula jadi mula digunakan untuk operasi pelantar penggerudian, dan pada awal abad ke-20, untuk memanaskan rumah dan rumah hijau tempatan. Di tempat yang sama, di Larderello, pada tahun 1904, wap air terma menjadi sumber tenaga untuk menjana elektrik.

Contoh Itali pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 diikuti oleh beberapa negara lain. Sebagai contoh, pada tahun 1892, air terma pertama kali digunakan untuk pemanasan tempatan di Amerika Syarikat (Boise, Idaho), pada tahun 1919 - di Jepun, pada tahun 1928 - di Iceland.

Di Amerika Syarikat, loji kuasa hidroterma pertama muncul di California pada awal 1930-an, di New Zealand - pada tahun 1958, di Mexico - pada tahun 1959, di Rusia (GeoPP binari pertama di dunia) - pada tahun 1965 .

Prinsip lama pada sumber baru

Penjanaan elektrik memerlukan suhu sumber air yang lebih tinggi daripada pemanasan, melebihi 150°C. Prinsip operasi loji janakuasa geoterma (GeoES) adalah serupa dengan prinsip operasi loji janakuasa haba konvensional (TPP). Malah, loji janakuasa geoterma adalah sejenis loji kuasa haba.

Di loji kuasa haba, sebagai peraturan, arang batu, gas atau minyak bahan api bertindak sebagai sumber tenaga utama, dan wap air berfungsi sebagai bendalir kerja. Bahan api, pembakaran, memanaskan air kepada keadaan stim, yang memutarkan turbin stim, dan ia menjana elektrik.

Perbezaan antara GeoPP ialah sumber tenaga utama di sini adalah haba dalaman bumi dan bendalir kerja dalam bentuk stim memasuki bilah turbin penjana elektrik dalam bentuk "sedia" terus dari telaga pengeluaran.

Terdapat tiga skim utama operasi GeoPP: terus, menggunakan wap kering (geoterma); tidak langsung, berdasarkan air hidroterma, dan bercampur, atau binari.

Penggunaan satu atau skim lain bergantung pada keadaan pengagregatan dan suhu pembawa tenaga.

Skim yang paling mudah dan oleh itu yang pertama dikuasai adalah yang langsung, di mana wap yang datang dari telaga disalurkan terus melalui turbin. GeoPP pertama di dunia di Larderello pada tahun 1904 juga beroperasi pada wap kering.

GeoPP dengan skim operasi tidak langsung adalah yang paling biasa pada zaman kita. Mereka menggunakan air bawah tanah yang panas, yang dipam di bawah tekanan tinggi ke dalam penyejat, di mana sebahagian daripadanya tersejat, dan wap yang terhasil memutar turbin. Dalam sesetengah kes, peranti dan litar tambahan diperlukan untuk membersihkan air panas bumi dan wap daripada sebatian yang agresif.

Stim ekzos memasuki telaga suntikan atau digunakan untuk pemanasan ruang - dalam kes ini, prinsipnya adalah sama seperti semasa operasi CHP.

Pada GeoPP binari, air terma panas berinteraksi dengan cecair lain yang bertindak sebagai cecair kerja dengan takat didih yang lebih rendah. Kedua-dua cecair disalurkan melalui penukar haba, di mana air terma menyejat cecair kerja, wapnya memutarkan turbin.

Sistem ini ditutup, yang menyelesaikan masalah pelepasan ke atmosfera. Di samping itu, cecair bekerja dengan takat didih yang agak rendah memungkinkan untuk menggunakan air terma yang tidak terlalu panas sebagai sumber tenaga utama.

Ketiga-tiga skim menggunakan sumber hidroterma, tetapi tenaga petroterma juga boleh digunakan untuk menjana elektrik.

Gambar rajah litar dalam kes ini juga agak mudah. Ia adalah perlu untuk menggerudi dua telaga yang saling berkaitan - suntikan dan pengeluaran. Air dipam ke dalam perigi suntikan. Pada kedalaman, ia menjadi panas, kemudian air atau wap yang dipanaskan yang terbentuk akibat pemanasan yang kuat dibekalkan ke permukaan melalui telaga pengeluaran. Selanjutnya, semuanya bergantung pada bagaimana tenaga petroterma digunakan - untuk pemanasan atau untuk pengeluaran elektrik. Kitaran tertutup boleh dilakukan dengan mengepam wap ekzos dan air kembali ke dalam perigi suntikan atau kaedah pelupusan lain.

Kelemahan sistem sedemikian adalah jelas: untuk mendapatkan suhu cecair kerja yang cukup tinggi, perlu menggerudi telaga dengan kedalaman yang besar. Dan ini adalah kos yang serius dan risiko kehilangan haba yang ketara apabila bendalir bergerak ke atas. Oleh itu, sistem petroterma masih kurang biasa berbanding sistem hidroterma, walaupun potensi tenaga petroterma adalah urutan magnitud yang lebih tinggi.

Pada masa ini, peneraju dalam penciptaan sistem peredaran petroterma (PCS) yang dipanggil adalah Australia. Di samping itu, arah tenaga geoterma ini sedang berkembang secara aktif di Amerika Syarikat, Switzerland, Great Britain, dan Jepun.

Hadiah daripada Lord Kelvin

Penciptaan pam haba pada tahun 1852 oleh ahli fizik William Thompson (aka Lord Kelvin) memberikan manusia peluang sebenar untuk menggunakan haba gred rendah lapisan atas tanah. Sistem pam haba, atau pengganda haba seperti yang dipanggil Thompson, adalah berdasarkan proses fizikal pemindahan haba dari persekitaran ke penyejuk. Malah, ia menggunakan prinsip yang sama seperti dalam sistem petroterma. Perbezaannya adalah dalam sumber haba, yang berkaitan dengan persoalan istilah mungkin timbul: sejauh manakah pam haba boleh dianggap sebagai sistem geoterma? Hakikatnya ialah di lapisan atas, hingga kedalaman puluhan atau ratusan meter, batuan dan cecair yang terkandung di dalamnya dipanaskan bukan oleh haba bumi yang dalam, tetapi oleh matahari. Oleh itu, ia adalah matahari dalam kes ini yang merupakan sumber utama haba, walaupun ia diambil, seperti dalam sistem geoterma, dari bumi.

Operasi pam haba adalah berdasarkan kelewatan dalam pemanasan dan penyejukan tanah berbanding dengan atmosfera, akibatnya kecerunan suhu terbentuk di antara permukaan dan lapisan yang lebih dalam, yang mengekalkan haba walaupun pada musim sejuk, serupa dengan bagaimana ia berlaku di dalam takungan. Tujuan utama pam haba ialah pemanasan ruang. Malah, ia adalah "peti sejuk terbalik". Kedua-dua pam haba dan peti sejuk berinteraksi dengan tiga komponen: persekitaran dalaman (dalam kes pertama - bilik yang dipanaskan, di kedua - ruang peti sejuk yang disejukkan), persekitaran luaran - sumber tenaga dan penyejuk (penyejuk), yang juga merupakan penyejuk yang menyediakan pemindahan haba atau sejuk.

Bahan dengan takat didih yang rendah bertindak sebagai penyejuk, yang membolehkannya mengambil haba daripada sumber yang mempunyai suhu yang agak rendah sekalipun.

Di dalam peti sejuk, bahan penyejuk cecair memasuki penyejat melalui pendikit (pengatur tekanan), di mana, disebabkan penurunan tekanan yang mendadak, cecair menyejat. Penyejatan adalah proses endotermik yang memerlukan haba diserap dari luar. Akibatnya, haba diambil dari dinding dalaman penyejat, yang memberikan kesan penyejukan di dalam ruang peti sejuk. Lebih jauh dari penyejat, penyejuk disedut ke dalam pemampat, di mana ia kembali ke keadaan cair terkumpul. Ini adalah proses sebaliknya, yang membawa kepada pembebasan haba yang diambil ke dalam persekitaran luaran. Sebagai peraturan, ia dibuang ke dalam bilik, dan dinding belakang peti sejuk agak hangat.

Pam haba berfungsi dengan cara yang hampir sama, dengan perbezaan haba diambil dari persekitaran luaran dan memasuki persekitaran dalaman melalui penyejat - sistem pemanasan bilik.

Dalam pam haba sebenar, air dipanaskan, melalui litar luaran yang diletakkan di dalam tanah atau takungan, kemudian memasuki penyejat.

Dalam penyejat, haba dipindahkan ke litar dalaman yang diisi dengan penyejuk dengan takat didih yang rendah, yang, melalui penyejat, berubah dari keadaan cecair ke keadaan gas, mengambil haba.

Selanjutnya, bahan pendingin gas memasuki pemampat, di mana ia dimampatkan kepada tekanan dan suhu tinggi, dan memasuki pemeluwap, di mana pertukaran haba berlaku antara gas panas dan pembawa haba dari sistem pemanasan.

Pemampat memerlukan tenaga elektrik untuk beroperasi, bagaimanapun, nisbah transformasi (nisbah tenaga yang digunakan dan dihasilkan) dalam sistem moden cukup tinggi untuk memastikan kecekapannya.

Pada masa ini, pam haba digunakan secara meluas untuk pemanasan ruang, terutamanya di negara maju dari segi ekonomi.

Tenaga eko-betul

Tenaga geoterma dianggap mesra alam, yang secara amnya benar. Pertama sekali, ia menggunakan sumber yang boleh diperbaharui dan boleh dikatakan tidak habis-habis. Tenaga geoterma tidak memerlukan kawasan yang luas, tidak seperti loji kuasa hidroelektrik besar atau ladang angin, dan tidak mencemarkan atmosfera, tidak seperti tenaga hidrokarbon. Secara purata, GeoPP menduduki 400 m 2 dari segi 1 GW tenaga elektrik yang dijana. Angka yang sama untuk loji janakuasa haba arang batu, sebagai contoh, ialah 3600 m 2. Faedah alam sekitar GeoPP juga termasuk penggunaan air yang rendah - 20 liter air tawar setiap 1 kW, manakala loji kuasa haba dan loji kuasa nuklear memerlukan kira-kira 1000 liter. Ambil perhatian bahawa ini ialah penunjuk alam sekitar bagi GeoPP "purata".

Tetapi masih terdapat kesan sampingan yang negatif. Antaranya, bunyi bising, pencemaran haba atmosfera dan pencemaran kimia air dan tanah, serta pembentukan sisa pepejal paling kerap dibezakan.

Sumber utama pencemaran kimia alam sekitar adalah air terma itu sendiri (dengan suhu dan kemasinan yang tinggi), yang selalunya mengandungi sejumlah besar sebatian toksik, dan oleh itu terdapat masalah air sisa dan pelupusan bahan berbahaya.

Kesan negatif tenaga geoterma boleh dikesan pada beberapa peringkat, bermula dengan telaga penggerudian. Di sini, bahaya yang sama timbul seperti ketika menggerudi mana-mana telaga: pemusnahan tanah dan penutup tumbuh-tumbuhan, pencemaran tanah dan air bawah tanah.

Pada peringkat operasi GeoPP, masalah pencemaran alam sekitar berterusan. Cecair terma - air dan wap - biasanya mengandungi karbon dioksida (CO 2), sulfur sulfida (H 2 S), ammonia (NH 3), metana (CH 4), garam biasa (NaCl), boron (B), arsenik (As). ), merkuri (Hg). Apabila dilepaskan ke alam sekitar, ia menjadi sumber pencemaran. Selain itu, persekitaran kimia yang agresif boleh menyebabkan kerosakan kakisan pada struktur GeoTPP.

Pada masa yang sama, pelepasan bahan pencemar di GeoPP secara purata lebih rendah daripada di TPP. Sebagai contoh, pelepasan karbon dioksida bagi setiap kilowatt-jam tenaga elektrik yang dijana adalah sehingga 380 g di GeoPP, 1042 g di loji janakuasa haba arang batu, 906 g pada minyak bahan api dan 453 g pada loji janakuasa terma gas.

Persoalannya timbul: apa yang perlu dilakukan dengan air buangan? Dengan kemasinan yang rendah, selepas penyejukan, ia boleh dilepaskan ke dalam air permukaan. Cara lain adalah dengan mengepamnya semula ke dalam akuifer melalui telaga suntikan, yang merupakan amalan pilihan dan utama pada masa ini.

Pengekstrakan air terma daripada akuifer (serta mengepam keluar air biasa) boleh menyebabkan penenggelaman dan pergerakan tanah, ubah bentuk lain lapisan geologi, dan gempa bumi mikro. Kebarangkalian fenomena sedemikian biasanya rendah, walaupun kes individu telah direkodkan (contohnya, di GeoPP di Staufen im Breisgau di Jerman).

Perlu ditegaskan bahawa kebanyakan GeoPP terletak di kawasan yang agak jarang penduduknya dan di negara dunia ketiga, di mana keperluan alam sekitar kurang ketat berbanding di negara maju. Di samping itu, pada masa ini bilangan GeoPP dan kapasitinya agak kecil. Dengan pembangunan tenaga geoterma yang lebih besar, risiko alam sekitar boleh meningkat dan berganda.

Berapakah tenaga Bumi?

Kos pelaburan untuk pembinaan sistem geoterma berbeza-beza dalam julat yang sangat luas - dari 200 hingga 5000 dolar setiap 1 kW kapasiti terpasang, iaitu, pilihan termurah adalah setanding dengan kos membina loji kuasa haba. Mereka bergantung, pertama sekali, pada keadaan berlakunya air terma, komposisi mereka, dan reka bentuk sistem. Penggerudian ke kedalaman yang besar, mewujudkan sistem tertutup dengan dua telaga, keperluan untuk rawatan air boleh melipatgandakan kos.

Sebagai contoh, pelaburan dalam penciptaan sistem peredaran petroterma (PTS) dianggarkan pada 1.6–4 ribu dolar setiap 1 kW kapasiti terpasang, yang melebihi kos membina loji tenaga nuklear dan setanding dengan kos membina angin dan loji tenaga solar.

Kelebihan ekonomi yang jelas bagi GeoTPP ialah pembawa tenaga percuma. Sebagai perbandingan, dalam struktur kos loji kuasa haba atau loji kuasa nuklear yang beroperasi, bahan api menyumbang 50–80% atau lebih, bergantung pada harga tenaga semasa. Oleh itu, satu lagi kelebihan sistem geoterma: kos operasi adalah lebih stabil dan boleh diramal, kerana ia tidak bergantung pada konjungtur luaran harga tenaga. Secara umum, kos operasi GeoTPP dianggarkan pada 2–10 sen (60 kopecks–3 rubel) setiap 1 kWj kapasiti terjana.

Item perbelanjaan kedua terbesar (dan sangat penting) selepas pembawa tenaga ialah, sebagai peraturan, gaji kakitangan stesen, yang boleh berbeza-beza secara mendadak mengikut negara dan wilayah.

Secara purata, kos 1 kWj tenaga panas bumi adalah setanding dengan loji kuasa haba (dalam keadaan Rusia - kira-kira 1 rubel / 1 kWj) dan sepuluh kali lebih tinggi daripada kos penjanaan elektrik di loji kuasa hidroelektrik (5–10 kopecks / 1 kWj).

Sebahagian daripada sebab kos yang tinggi ialah, tidak seperti loji kuasa terma dan hidraulik, GeoTPP mempunyai kapasiti yang agak kecil. Di samping itu, adalah perlu untuk membandingkan sistem yang terletak di rantau yang sama dan dalam keadaan yang sama. Jadi, sebagai contoh, di Kamchatka, menurut pakar, 1 kWj kos elektrik geoterma 2-3 kali lebih murah daripada elektrik yang dihasilkan di loji janakuasa haba tempatan.

Penunjuk kecekapan ekonomi sistem geoterma bergantung, sebagai contoh, sama ada perlu untuk membuang air sisa dan dalam cara apa ini dilakukan, sama ada penggunaan gabungan sumber itu mungkin. Oleh itu, unsur kimia dan sebatian yang diekstrak daripada air terma boleh memberikan pendapatan tambahan. Ingat contoh Larderello: ia adalah pengeluaran kimia yang utama di sana, dan penggunaan tenaga geoterma pada mulanya bersifat tambahan.

Tenaga Geoterma Hadapan

Tenaga geoterma berkembang agak berbeza daripada angin dan solar. Pada masa ini, ia sebahagian besarnya bergantung pada sifat sumber itu sendiri, yang berbeza secara mendadak mengikut kawasan, dan kepekatan tertinggi terikat dengan zon sempit anomali geoterma, biasanya dikaitkan dengan kawasan sesar tektonik dan gunung berapi.

Di samping itu, tenaga geoterma adalah kurang kapasiti teknologi berbanding angin dan lebih-lebih lagi dengan tenaga suria: sistem stesen geoterma agak mudah.

Dalam struktur keseluruhan pengeluaran elektrik dunia, komponen geoterma menyumbang kurang daripada 1%, tetapi di beberapa wilayah dan negara bahagiannya mencapai 25-30%. Disebabkan oleh kaitan dengan keadaan geologi, sebahagian besar kapasiti tenaga geoterma tertumpu di negara dunia ketiga, di mana terdapat tiga kelompok pembangunan terbesar industri - pulau-pulau di Asia Tenggara, Amerika Tengah dan Afrika Timur. Dua wilayah pertama adalah sebahagian daripada "Fire Belt of the Earth" Pasifik, yang ketiga terikat dengan Rift Afrika Timur. Dengan kebarangkalian yang paling besar, tenaga geoterma akan terus berkembang dalam tali pinggang ini. Prospek yang lebih jauh ialah pembangunan tenaga petroterma, menggunakan haba lapisan bumi yang terletak pada kedalaman beberapa kilometer. Ini adalah sumber yang hampir ada di mana-mana, tetapi pengekstrakannya memerlukan kos yang tinggi, jadi tenaga petroterma sedang membangun terutamanya di negara yang paling berkuasa dari segi ekonomi dan teknologi.

Secara umumnya, memandangkan keluasan sumber geoterma dan tahap keselamatan alam sekitar yang boleh diterima, terdapat sebab untuk mempercayai bahawa tenaga geoterma mempunyai prospek pembangunan yang baik. Terutama dengan ancaman yang semakin meningkat kekurangan pembawa tenaga tradisional dan kenaikan harga untuk mereka.

Dari Kamchatka ke Caucasus

Di Rusia, pembangunan tenaga geoterma mempunyai sejarah yang agak panjang, dan dalam beberapa kedudukan kami adalah antara pemimpin dunia, walaupun bahagian tenaga geoterma dalam keseimbangan tenaga keseluruhan sebuah negara yang besar masih diabaikan.

Perintis dan pusat pembangunan tenaga panas bumi di Rusia adalah dua wilayah - Kamchatka dan Caucasus Utara, dan jika dalam kes pertama kita bercakap terutamanya mengenai industri tenaga elektrik, maka di kedua - mengenai penggunaan tenaga haba air terma.

Di Caucasus Utara - di Wilayah Krasnodar, Chechnya, Dagestan - haba air terma digunakan untuk tujuan tenaga walaupun sebelum Perang Patriotik Besar. Pada 1980-an–1990-an, pembangunan tenaga geoterma di rantau ini, atas sebab-sebab yang jelas, terhenti dan belum pulih daripada keadaan genangan. Walau bagaimanapun, bekalan air panas bumi di Caucasus Utara menyediakan haba untuk kira-kira 500 ribu orang, dan, sebagai contoh, bandar Labinsk di Wilayah Krasnodar dengan populasi 60 ribu orang dipanaskan sepenuhnya oleh perairan geoterma.

Di Kamchatka, sejarah tenaga geoterma dikaitkan terutamanya dengan pembinaan GeoPP. Yang pertama daripada mereka, masih mengendalikan stesen Pauzhetskaya dan Paratunskaya, dibina pada tahun 1965–1967, manakala GeoPP Paratunskaya dengan kapasiti 600 kW menjadi stesen pertama di dunia dengan kitaran binari. Ia adalah perkembangan saintis Soviet S. S. Kutateladze dan A. M. Rosenfeld dari Institut Fizik Terma Cawangan Siberia Akademi Sains Rusia, yang menerima pada tahun 1965 sijil hak cipta untuk mengekstrak elektrik dari air dengan suhu 70 ° C. Teknologi ini kemudiannya menjadi prototaip untuk lebih daripada 400 GeoPP binari di dunia.

Kapasiti GeoPP Pauzhetskaya, yang ditugaskan pada tahun 1966, pada mulanya adalah 5 MW dan kemudiannya meningkat kepada 12 MW. Pada masa ini, stesen itu sedang dalam pembinaan blok binari, yang akan meningkatkan kapasitinya sebanyak 2.5 MW lagi.

Perkembangan tenaga panas bumi di USSR dan Rusia terhalang oleh ketersediaan sumber tenaga tradisional - minyak, gas, arang batu, tetapi tidak pernah berhenti. Kemudahan kuasa geoterma terbesar pada masa ini ialah GeoPP Verkhne-Mutnovskaya dengan jumlah kapasiti unit kuasa 12 MW, yang ditugaskan pada tahun 1999, dan GeoPP Mutnovskaya dengan kapasiti 50 MW (2002).

Mutnovskaya dan Verkhne-Mutnovskaya GeoPP adalah objek unik bukan sahaja untuk Rusia, tetapi juga pada skala global. Stesen-stesen tersebut terletak di kaki gunung berapi Mutnovsky, pada ketinggian 800 meter di atas paras laut, dan beroperasi dalam keadaan iklim yang melampau, di mana musim sejuk selama 9-10 bulan setahun. Peralatan Mutnovsky GeoPP, yang kini merupakan salah satu yang paling moden di dunia, telah dibuat sepenuhnya di perusahaan domestik kejuruteraan kuasa.

Pada masa ini, bahagian stesen Mutnovsky dalam struktur keseluruhan penggunaan tenaga hab tenaga Kamchatka Tengah ialah 40%. Peningkatan kapasiti dirancang pada tahun-tahun akan datang.

Secara berasingan, ia harus dikatakan mengenai perkembangan petroterma Rusia. Kami belum mempunyai PDS yang besar, bagaimanapun, terdapat teknologi canggih untuk penggerudian ke kedalaman yang hebat (kira-kira 10 km), yang juga tidak mempunyai analog di dunia. Pembangunan selanjutnya mereka akan memungkinkan untuk mengurangkan secara drastik kos mencipta sistem petroterma. Pemaju teknologi dan projek ini ialah N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institut Geologi Akademi Sains Rusia), A. S. Nekrasov (Institut Ramalan Ekonomi Akademi Sains Rusia) dan pakar dari Loji Turbin Kaluga. Pada masa ini, projek sistem peredaran petroterma di Rusia berada di peringkat perintis.

Terdapat prospek untuk tenaga geoterma di Rusia, walaupun ia agak jauh: pada masa ini, potensinya agak besar dan kedudukan tenaga tradisional adalah kukuh. Pada masa yang sama, di beberapa kawasan terpencil di negara ini, penggunaan tenaga geoterma menguntungkan dari segi ekonomi dan mendapat permintaan sehingga kini. Ini adalah wilayah yang mempunyai potensi geotenaga tinggi (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - bahagian Rusia "Fire Belt of the Earth" Pasifik, pergunungan Siberia Selatan dan Caucasus) dan pada masa yang sama terpencil dan terputus daripada tenaga terpusat bekalan.

Berkemungkinan dalam dekad yang akan datang, tenaga geoterma di negara kita akan berkembang dengan tepat di wilayah tersebut.

Salah satu kaedah terbaik dan rasional dalam pembinaan rumah hijau modal ialah rumah hijau termos bawah tanah.
Penggunaan fakta ini tentang kestabilan suhu bumi pada kedalaman dalam pembinaan rumah hijau memberikan penjimatan yang besar dalam kos pemanasan pada musim sejuk, memudahkan penjagaan, menjadikan iklim mikro lebih stabil.
Rumah hijau sedemikian berfungsi dalam fros yang paling teruk, membolehkan anda menghasilkan sayur-sayuran, menanam bunga sepanjang tahun.
Rumah hijau terkubur yang dilengkapi dengan betul memungkinkan untuk menanam, antara lain, tanaman selatan yang menyukai haba. Terdapat praktikal tiada sekatan. Buah sitrus dan juga nanas boleh berasa hebat di rumah hijau.
Tetapi agar segala-galanya berfungsi dengan baik dalam amalan, adalah penting untuk mengikuti teknologi yang telah diuji masa yang digunakan untuk membina rumah hijau bawah tanah. Lagipun, idea ini bukan baru, walaupun di bawah tsar di Rusia, menanam rumah hijau menghasilkan tanaman nanas, yang peniaga giat dieksport ke Eropah untuk dijual.
Atas sebab tertentu, pembinaan rumah hijau sedemikian tidak menemui pengedaran yang meluas di negara kita, secara amnya, ia dilupakan begitu sahaja, walaupun reka bentuknya sesuai untuk iklim kita.
Mungkin, keperluan untuk menggali lubang yang dalam dan menuangkan asas memainkan peranan di sini. Pembinaan rumah hijau terkubur agak mahal, ia jauh dari rumah hijau yang ditutup dengan polietilena, tetapi pulangan ke atas rumah hijau jauh lebih besar.
Dari pendalaman ke dalam tanah, pencahayaan dalaman keseluruhan tidak hilang, ini mungkin kelihatan pelik, tetapi dalam beberapa kes ketepuan cahaya lebih tinggi daripada rumah hijau klasik.
Tidak mustahil untuk tidak menyebut kekuatan dan kebolehpercayaan strukturnya, ia adalah lebih kuat daripada biasa, lebih mudah untuk bertolak ansur dengan tiupan angin taufan, ia menahan hujan batu dengan baik, dan penyumbatan salji tidak akan menjadi penghalang.

1. Lubang

Penciptaan rumah hijau bermula dengan menggali lubang asas. Untuk menggunakan haba bumi untuk memanaskan isipadu dalaman, rumah hijau mesti cukup dalam. Semakin dalam bumi semakin panas.
Suhu hampir tidak berubah sepanjang tahun pada jarak 2-2.5 meter dari permukaan. Pada kedalaman 1 m, suhu tanah lebih banyak turun naik, tetapi pada musim sejuk nilainya kekal positif, biasanya di zon tengah suhu adalah 4-10 C, bergantung pada musim.
Rumah hijau terkubur dibina dalam satu musim. Iaitu, pada musim sejuk ia sudah boleh berfungsi dan menjana pendapatan. Pembinaan tidak murah, tetapi dengan menggunakan kepintaran, bahan kompromi, adalah mungkin untuk menjimatkan secara literal susunan magnitud dengan membuat pilihan ekonomi untuk rumah hijau, bermula dengan lubang asas.
Sebagai contoh, lakukan tanpa penglibatan peralatan pembinaan. Walaupun bahagian kerja yang paling memakan masa - menggali lubang - sudah tentu, lebih baik untuk diberikan kepada penggali. Mengalih keluar jumlah tanah sedemikian secara manual adalah sukar dan memakan masa.
Kedalaman lubang penggalian hendaklah sekurang-kurangnya dua meter. Pada kedalaman sedemikian, bumi akan mula berkongsi habanya dan berfungsi seperti sejenis termos. Sekiranya kedalaman kurang, maka pada dasarnya idea itu akan berfungsi, tetapi nyata kurang cekap. Oleh itu, adalah disyorkan bahawa anda tidak perlu berusaha dan wang untuk memperdalam rumah hijau masa depan.
Rumah hijau bawah tanah boleh menjadi apa-apa panjang, tetapi lebih baik untuk mengekalkan lebar dalam 5 meter, jika lebarnya lebih besar, maka ciri kualiti untuk pemanasan dan pantulan cahaya merosot.
Di sisi ufuk, rumah hijau bawah tanah perlu berorientasikan, seperti rumah hijau biasa dan rumah hijau, dari timur ke barat, iaitu, supaya salah satu sisi menghadap ke selatan. Dalam kedudukan ini, tumbuhan akan menerima jumlah maksimum tenaga suria.

2. Dinding dan bumbung

Di sepanjang perimeter lubang, asas dituangkan atau blok dibentangkan. Asas berfungsi sebagai asas untuk dinding dan bingkai struktur. Dinding terbaik diperbuat daripada bahan dengan ciri penebat haba yang baik, thermoblocks adalah pilihan yang sangat baik.

Bingkai bumbung selalunya diperbuat daripada kayu, dari bar yang diresapi dengan agen antiseptik. Struktur bumbung biasanya gable lurus. Rasuk rabung dipasang di tengah-tengah struktur; untuk ini, sokongan tengah dipasang di lantai di sepanjang keseluruhan rumah hijau.

Rasuk rabung dan dinding disambungkan oleh deretan kasau. Bingkai boleh dibuat tanpa sokongan tinggi. Mereka digantikan dengan yang kecil, yang diletakkan pada rasuk melintang yang menghubungkan sisi bertentangan rumah hijau - reka bentuk ini menjadikan ruang dalaman lebih bebas.

Sebagai penutup bumbung, lebih baik mengambil polikarbonat selular - bahan moden yang popular. Jarak antara kasau semasa pembinaan diselaraskan dengan lebar kepingan polikarbonat. Ia adalah mudah untuk bekerja dengan bahan. Salutan diperoleh dengan sebilangan kecil sambungan, kerana kepingan dihasilkan dengan panjang 12 m.

Mereka dilekatkan pada bingkai dengan skru mengetuk sendiri, lebih baik memilihnya dengan topi dalam bentuk mesin basuh. Untuk mengelakkan lembaran retak, lubang dengan diameter yang sesuai mesti digerudi di bawah setiap skru mengetuk sendiri dengan gerudi. Dengan pemutar skru, atau gerudi konvensional dengan bit Phillips, kerja kaca bergerak dengan sangat cepat. Untuk mengelakkan jurang, adalah baik untuk meletakkan kasau di sepanjang bahagian atas dengan pengedap yang diperbuat daripada getah lembut atau bahan lain yang sesuai terlebih dahulu dan kemudian skru helaian. Puncak bumbung di sepanjang rabung mesti diletakkan dengan penebat lembut dan ditekan dengan beberapa jenis sudut: plastik, timah, atau bahan lain yang sesuai.

Untuk penebat haba yang baik, bumbung kadangkala dibuat dengan lapisan dua polikarbonat. Walaupun ketelusan dikurangkan sebanyak kira-kira 10%, tetapi ini dilindungi oleh prestasi penebat haba yang sangat baik. Perlu diingatkan bahawa salji di atas bumbung sedemikian tidak cair. Oleh itu, cerun mestilah pada sudut yang mencukupi, sekurang-kurangnya 30 darjah, supaya salji tidak terkumpul di atas bumbung. Di samping itu, penggetar elektrik dipasang untuk menggegarkan, ia akan menjimatkan bumbung sekiranya salji masih terkumpul.

Kaca berganda dilakukan dalam dua cara:

Profil khas dimasukkan di antara dua helaian, helaian dilampirkan pada bingkai dari atas;

Pertama, lapisan bawah kaca dilekatkan pada bingkai dari dalam, ke bahagian bawah kasau. Bumbung ditutup dengan lapisan kedua, seperti biasa, dari atas.

Selepas menyelesaikan kerja, adalah wajar untuk melekatkan semua sendi dengan pita. Bumbung siap kelihatan sangat mengagumkan: tanpa sendi yang tidak perlu, licin, tanpa bahagian yang menonjol.

3. Pemanasan dan pemanasan

Penebat dinding dijalankan seperti berikut. Mula-mula anda perlu berhati-hati melapisi semua sendi dan jahitan dinding dengan penyelesaian, di sini anda juga boleh menggunakan buih pelekap. Bahagian dalam dinding ditutup dengan filem penebat haba.

Di bahagian sejuk di negara ini, adalah baik untuk menggunakan filem tebal foil, menutup dinding dengan lapisan berganda.

Suhu jauh di dalam tanah rumah hijau adalah melebihi sifar, tetapi lebih sejuk daripada suhu udara yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan. Lapisan atas dipanaskan oleh sinaran matahari dan udara rumah hijau, tetapi tanah tetap menghilangkan haba, oleh itu, teknologi "lantai hangat" sering digunakan di rumah hijau bawah tanah: elemen pemanasan - kabel elektrik - adalah dilindungi oleh gril logam atau dituangkan dengan konkrit.

Dalam kes kedua, tanah untuk katil dituangkan ke atas konkrit atau sayur-sayuran ditanam dalam pasu dan pasu bunga.

Penggunaan pemanasan bawah lantai boleh mencukupi untuk memanaskan keseluruhan rumah hijau jika terdapat kuasa yang mencukupi. Tetapi lebih cekap dan lebih selesa untuk tumbuhan menggunakan pemanasan gabungan: pemanasan bawah lantai + pemanasan udara. Untuk pertumbuhan yang baik, mereka memerlukan suhu udara 25-35 darjah pada suhu bumi kira-kira 25 C.

KESIMPULAN

Sudah tentu, pembinaan rumah hijau yang tertimbus akan menelan kos lebih tinggi, dan lebih banyak usaha akan diperlukan daripada pembinaan rumah hijau yang serupa dengan reka bentuk konvensional. Tetapi dana yang dilaburkan dalam rumah hijau-termos adalah wajar dari semasa ke semasa.

Pertama, ia menjimatkan tenaga pada pemanasan. Tidak kira bagaimana rumah hijau berasaskan tanah biasa dipanaskan pada musim sejuk, ia akan sentiasa lebih mahal dan lebih sukar daripada kaedah pemanasan yang serupa di rumah hijau bawah tanah. Kedua, menjimatkan pencahayaan. Kerajang penebat haba dinding, memantulkan cahaya, menggandakan pencahayaan. Iklim mikro dalam rumah hijau yang mendalam pada musim sejuk akan lebih baik untuk tumbuhan, yang pastinya akan menjejaskan hasil. Anak benih akan mudah berakar, tumbuhan lembut akan berasa hebat. Rumah hijau sedemikian menjamin hasil yang stabil dan tinggi bagi mana-mana tumbuhan sepanjang tahun.

Penerangan:

Berbeza dengan penggunaan "secara langsung" haba geoterma berpotensi tinggi (sumber hidroterma), penggunaan tanah lapisan permukaan Bumi sebagai sumber tenaga haba gred rendah untuk sistem bekalan haba pam haba geoterma (GHPS) boleh dilakukan hampir di mana-mana. Pada masa ini, ini adalah salah satu kawasan yang paling dinamik membangun untuk penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui bukan tradisional di dunia.

Sistem pam haba geoterma bekalan haba dan kecekapan penggunaannya dalam keadaan iklim Rusia

G. P. Vasiliev, pengarah saintifik JSC "INSOLAR-INVEST"

Berbeza dengan penggunaan "secara langsung" haba geoterma berpotensi tinggi (sumber hidroterma), penggunaan tanah lapisan permukaan Bumi sebagai sumber tenaga haba gred rendah untuk sistem bekalan haba pam haba geoterma (GHPS) boleh dilakukan hampir di mana-mana. Pada masa ini, ini adalah salah satu kawasan yang paling dinamik membangun untuk penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui bukan tradisional di dunia.

Tanah lapisan permukaan Bumi sebenarnya adalah penumpuk haba kuasa yang tidak terhad. Rejim terma tanah terbentuk di bawah pengaruh dua faktor utama - kejadian sinaran suria di permukaan dan aliran haba radiogenik dari bahagian dalam bumi. Perubahan bermusim dan harian dalam keamatan sinaran suria dan suhu luar menyebabkan turun naik suhu lapisan atas tanah. Kedalaman penembusan turun naik harian dalam suhu udara luar dan keamatan sinaran suria kejadian, bergantung pada tanah tertentu dan keadaan iklim, berkisar antara beberapa puluh sentimeter hingga satu setengah meter. Kedalaman penembusan turun naik bermusim dalam suhu udara luar dan keamatan kejadian sinaran suria tidak, sebagai peraturan, melebihi 15-20 m.

Rejim terma lapisan tanah yang terletak di bawah kedalaman ini ("zon neutral") terbentuk di bawah pengaruh tenaga haba yang datang dari perut Bumi dan praktikalnya tidak bergantung pada bermusim, dan lebih-lebih lagi perubahan harian dalam parameter iklim luar ( Rajah 1). Dengan kedalaman yang semakin meningkat, suhu tanah juga meningkat mengikut kecerunan geoterma (kira-kira 3 °C untuk setiap 100 m). Magnitud fluks haba radiogenik yang datang dari perut bumi berbeza-beza untuk lokaliti yang berbeza. Sebagai peraturan, nilai ini ialah 0.05–0.12 W / m 2.

Gambar 1.

Semasa operasi loji janakuasa turbin gas, jisim tanah yang terletak di dalam zon pengaruh haba daftar paip penukar haba tanah sistem untuk mengumpul haba tanah gred rendah (sistem pengumpulan haba), disebabkan oleh perubahan bermusim dalam parameter iklim luaran, serta di bawah pengaruh beban operasi pada sistem pengumpulan haba, sebagai peraturan, tertakluk kepada pembekuan dan penyahbekuan berulang. Dalam kes ini, secara semula jadi, terdapat perubahan dalam keadaan pengagregatan lembapan yang terkandung dalam liang tanah dan, dalam kes umum, kedua-dua dalam cecair dan dalam fasa pepejal dan gas secara serentak. Pada masa yang sama, dalam sistem berliang kapilari, yang merupakan jisim tanah sistem pengumpulan haba, kehadiran lembapan dalam ruang liang mempunyai kesan yang ketara pada proses penyebaran haba. Perakaunan yang betul mengenai pengaruh ini hari ini dikaitkan dengan kesukaran yang ketara, yang dikaitkan terutamanya dengan kekurangan idea yang jelas tentang sifat pengagihan fasa pepejal, cecair dan gas lembapan dalam struktur tertentu sistem. Sekiranya terdapat kecerunan suhu dalam ketebalan jisim tanah, molekul wap air bergerak ke tempat dengan potensi suhu yang lebih rendah, tetapi pada masa yang sama, di bawah tindakan daya graviti, aliran lembapan yang berlawanan arah dalam fasa cecair berlaku. . Di samping itu, rejim suhu lapisan atas tanah dipengaruhi oleh kelembapan pemendakan atmosfera, serta air bawah tanah.

Ciri ciri rejim terma sistem pengumpulan haba tanah sebagai objek reka bentuk juga harus termasuk apa yang dipanggil "ketidakpastian bermaklumat" model matematik yang menerangkan proses sedemikian, atau, dengan kata lain, kekurangan maklumat yang boleh dipercayai tentang kesan ke atas sistem alam sekitar (suasana dan jisim tanah yang terletak di luar zon pengaruh haba penukar haba tanah sistem pengumpulan haba) dan kerumitan melampau penghampiran mereka. Sesungguhnya, jika anggaran kesan ke atas sistem iklim luar, walaupun rumit, masih boleh dilaksanakan pada kos tertentu "masa komputer" dan penggunaan model sedia ada (contohnya, "tahun iklim biasa"), maka masalahnya mengambil kira kesan ke atas sistem atmosfera dalam pengaruh model (embun, kabus, hujan, salji, dll.), serta penghampiran kesan haba pada jisim tanah sistem pengumpulan haba asas dan sekitarnya lapisan tanah, boleh dikatakan tidak dapat diselesaikan hari ini dan boleh menjadi subjek kajian berasingan. Jadi, sebagai contoh, sedikit pengetahuan tentang proses pembentukan aliran penapisan air bawah tanah, rejim kelajuannya, serta ketidakmungkinan mendapatkan maklumat yang boleh dipercayai tentang rejim haba dan kelembapan lapisan tanah yang terletak di bawah zon pengaruh haba haba tanah. penukar, sangat merumitkan tugas untuk membina model matematik yang betul bagi rejim terma sistem pengumpulan haba berpotensi rendah. tanah.

Untuk mengatasi kesukaran yang dijelaskan yang timbul apabila mereka bentuk loji kuasa turbin gas, kaedah pemodelan matematik yang dibangunkan dan diuji dalam amalan rejim terma sistem pengumpulan haba tanah dan kaedah mengambil kira peralihan fasa kelembapan dalam ruang liang jisim tanah sistem pengumpulan haba semasa mereka bentuk loji kuasa turbin gas boleh disyorkan.

Intipati kaedah ini adalah untuk mempertimbangkan, apabila membina model matematik, perbezaan antara dua masalah: masalah "asas" yang menggambarkan rejim haba tanah dalam keadaan semula jadi (tanpa pengaruh penukar haba tanah sistem pengumpulan), dan masalah yang perlu diselesaikan yang menerangkan rejim haba jisim tanah dengan sink haba (sumber). Akibatnya, kaedah ini memungkinkan untuk mendapatkan penyelesaian untuk beberapa fungsi baru, yang merupakan fungsi pengaruh penyerap haba pada rejim terma semulajadi tanah dan sama dengan perbezaan suhu antara jisim tanah secara semula jadi. keadaan dan jisim tanah dengan sinki (sumber haba) - dengan penukar haba tanah sistem pengumpulan haba. Penggunaan kaedah ini dalam pembinaan model matematik rejim terma sistem untuk mengumpul haba tanah berpotensi rendah memungkinkan bukan sahaja untuk memintas kesukaran yang berkaitan dengan menghampiri pengaruh luaran pada sistem pengumpulan haba, tetapi juga untuk digunakan dalam memodelkan maklumat yang diperoleh secara eksperimen oleh stesen meteorologi mengenai rejim haba semula jadi tanah. Ini membolehkan sebahagiannya mengambil kira keseluruhan kompleks faktor (seperti kehadiran air bawah tanah, halaju dan rejim haba, struktur dan susunan lapisan tanah, latar belakang "terma" Bumi, pemendakan atmosfera, perubahan fasa kelembapan dalam ruang liang, dan banyak lagi), yang paling ketara mempengaruhi pembentukan rejim terma sistem pengumpulan haba dan akaun bersama yang dalam rumusan yang ketat masalah itu boleh dikatakan mustahil.

Kaedah mengambil kira peralihan fasa kelembapan dalam ruang liang jisim tanah apabila mereka bentuk loji janakuasa turbin gas adalah berdasarkan konsep baru kekonduksian terma "setara" tanah, yang ditentukan dengan menggantikan masalah terma rejim silinder tanah dibekukan di sekeliling paip penukar haba tanah dengan masalah separa pegun "bersamaan" dengan medan suhu rapat dan keadaan sempadan yang sama, tetapi dengan kekonduksian terma "bersamaan" yang berbeza.

Tugas yang paling penting untuk diselesaikan dalam reka bentuk sistem bekalan haba geoterma untuk bangunan adalah penilaian terperinci tentang keupayaan tenaga iklim kawasan pembinaan dan, atas dasar ini, membuat kesimpulan mengenai keberkesanan dan kemungkinan menggunakan satu. atau reka bentuk litar lain bagi GTTS. Nilai pengiraan parameter iklim yang diberikan dalam dokumen pengawalseliaan semasa tidak memberikan penerangan lengkap tentang iklim luar, kebolehubahannya mengikut bulan, serta dalam tempoh tertentu dalam setahun - musim pemanasan, tempoh terlalu panas, dsb. Oleh itu, apabila membuat keputusan mengenai potensi suhu haba geoterma, menilai kemungkinan gabungannya dengan sumber haba semula jadi berpotensi rendah yang lain, penilaian tahap suhu (sumber) mereka dalam kitaran tahunan, adalah perlu untuk melibatkan data iklim yang lebih lengkap. , diberikan, sebagai contoh, dalam Buku Panduan Iklim USSR (L.: Gidrometioizdat. Isu 1–34).

Di antara maklumat iklim sedemikian, dalam kes kami, kami harus menyerlahkan, pertama sekali:

– data purata suhu tanah bulanan pada kedalaman yang berbeza;

– data mengenai kedatangan sinaran suria pada permukaan berorientasikan berbeza.

Dalam jadual. Jadual 1–5 menunjukkan data purata suhu tanah bulanan pada pelbagai kedalaman untuk beberapa bandar Rusia. Dalam jadual. Jadual 1 menunjukkan purata suhu tanah bulanan untuk 23 bandar di Persekutuan Rusia pada kedalaman 1.6 m, yang nampaknya paling rasional dari segi potensi suhu tanah dan kemungkinan mekanisasi pengeluaran kerja pada peletakan. penukar haba tanah mendatar.

Jadual 1 Purata suhu tanah mengikut bulan pada kedalaman 1.6 m untuk beberapa bandar Rusia

Bandar saya II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Arkhangelsk 4,0 3,5 3,1 2,7 2,5 3,0 4,5 6,0 7,1 7,0 6,1 4,9 Astrakhan 7,5 6,1 5,9 7,3 11 14,6 17,4 19,1 19,1 16,7 13,6 10,2 Barnaul 2,6 1,7 1,2 1,4 4,3 8,2 11,0 12,4 11,6 9,2 6,2 3,9 Bratsk 0,4 -0,2 -0,6 -0,5 -0,2 0 3,0 6,8 7,2 5,4 2,9 1,4 Vladivostok 3,7 2,0 1,2 1,0 1,5 5,3 9,1 12,4 13,8 12,7 9,7 6,4 Irkutsk -0,8 -2,8 -2,7 -1,1 -0,5 -0,2 1,7 5,0 6,7 5,6 3,2 1,2 Komsomolsk- di Amur 0,8 -0,4 -0,9 -0,4 0 1,9 6,7 10,5 11,3 9,0 5,5 2,7 Magadan -6,5 -8,0 -8,8 -8,7 -3,9 -2,6 -0,8 0,1 0,4 0,1 -0,2 -2,0 Moscow 3,8 3,2 2,7 3,0 6,2 9,6 12,1 13,4 12,5 10,1 7,3 5,0 Murmansk 0,7 0,3 0 -0,3 -0,3 0,2 4,0 6,7 6,6 4,2 2,7 1,0 Novosibirsk 2,1 1,2 0,6 0,5 1,3 5,0 9,1 11,3 10,9 8,8 5,8 3,6 Orenburg 4,1 2,6 1,9 2,2 4,9 8,0 10,7 12,4 12,6 11,2 8,6 6,0 Permian 2,9 2,3 1,9 1,6 3,4 7,2 10,5 12,1 11,5 9,0 6,0 4,0 Petropavlovsk- Kamchatsky 2,6 1,9 1,5 1,1 1,2 3,4 6,7 9,1 9,6 8,3 5,6 3,8 Rostov-on-Don 8,0 6,6 5,9 6,8 9,9 12,9 15,5 17,3 17,5 15,8 13,0 10,0 Salehard 1,6 1,0 0,7 0,5 0,4 0,9 3,9 6,8 7,1 5,6 3,5 2,3 Sochi 11,2 9,8 9,6 11,0 13,4 16,2 18,9 20,8 21,0 19,2 16,8 13,5 Turukhansk 0,9 0,5 0,2 0 0 0,1 1,6 6,2 6,4 4,5 2,8 1,8 Tura -0,9 -0,3 -5,2 -5,3 -3,2 -1,6 -0,7 1,2 2,0 0,7 0 -0,2 Whalen -6,9 -8,0 -8,6 -8,7 -6,3 -1,2 -0,4 0,1 0,2 0 -0,8 -3,7 Khabarovsk 0,3 -1,8 -2,3 -1,1 -0,4 2,5 9,5 13,3 13,5 10,9 6,7 3,0 Yakutsk -5,6 -7,4 -7,9 -7,0 -4,1 -1,8 0,3 1,5 1,1 0,1 -0,1 -2,4 Yaroslavl 2,8 2,2 1,9 1,7 3,9 7,8 10,7 12,4 11,5 9,5 6,3 3,9

jadual 2 Suhu tanah di Stavropol (tanah - chernozem)

Kedalaman, m saya II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0,4 1,2 1,3 2,7 7,7 13,8 17,9 20,3 19,6 15,4 11,4 6,0 2,8 0,8 3,0 1,9 2,5 6,0 11,5 15,4 17,6 17,6 15,3 12,2 7,8 4,6 1,6 5,0 4,0 3,8 5,3 8,8 12,2 14,4 15,7 15,1 12,7 9,7 6,8 3,2 8,9 8,0 7,4 7,4 8,4 9,9 11,3 12,6 13,2 12,7 11,6 10,1

Jadual 3 Suhu tanah di Yakutsk (tanah berpasir berkelodak dengan campuran humus, di bawah - pasir)

Kedalaman, m saya II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0,2 -19,2 -19,4 -16,2 -7,9 4,3 13,4 17,5 15,5 7,0 -3,1 -10,8 -15,6 0,4 -16,8 17,4 -15,2 -8,4 2,5 11,0 15,0 13,8 6,7 -1,9 -8,0 -12,9 0,6 -14,3 -15,3 -13,7 -8,5 0,2 7,9 12,1 11,8 6,2 -0,5 -5,2 -10,3 0,8 -12,4 -14,1 -12,7 -8,4 -1,4 5,0 9,4 9,6 5,3 0 -3,4 -8,1 1,2 -8,7 -10,2 -10,2 -8,0 -3,3 0,1 4,1 5,0 2,8 0 -0,9 -4,9 1,6 -5,6 -7,4 -7,9 -7,0 -4,1 -1,8 0,3 1,5 1,1 0,1 -0,1 -2,4 2,4 -2,6 -4,4 -5,4 -5,6 -4,4 -3,0 -2,0 -1,4 -1,0 -0,9 -0,9 -1,0 3,2 -1,7 -2,6 -3,8 -4,4 -4,2 -3,4 -2,8 -2,3 -1,9 -1,8 -1,6 -1,5

Jadual 4 Suhu tanah di Pskov (bawah, tanah liat, tanah bawah - tanah liat)

Kedalaman, m saya II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0,2 -0,8 -1,1 -0,3 3,3 11,4 15,1 19 17,2 12,3 6,7 2,6 0,2 0,4 0,6 0 0 2,4 9,6 13,5 16,9 16,5 12,9 7,8 4,2 1,7 0,8 1,7 0,9 0,8 2,0 7,8 11,6 15,0 15,6 13,2 8,8 5,4 2,9 1,6 3,2 2,4 1,9 2,2 5,6 9,2 11,9 13,2 12,0 9,7 6,9 4,6

Jadual 5 Suhu tanah di Vladivostok (tanah berbatu coklat, pukal)

Kedalaman, m saya II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0,2 -6,1 -5,5 -1,3 2,7 9,3 14,8 18,9 21,2 18,4 11,6 3,2 -2,3 0,4 -3,7 -3,8 -1,1 1,0 7,3 12,7 16,7 19,5 17,5 12,3 5,2 0,2 0,8 -0,1 -1,4 -0,6 0 4,4 10,4 14,2 17,3 17,0 13,5 7,8 2,9 1,6 3,6 2,0 1,3 1,1 2,9 7,7 11,0 14,2 15,4 13,8 10,2 6,4 3,2 8,0 6,4 5,2 4,4 4,2 5,5 7,5 9,4 11,3 12,4 11,7 10

Maklumat yang dibentangkan dalam jadual mengenai perjalanan semula jadi suhu tanah pada kedalaman sehingga 3.2 m (iaitu, dalam lapisan tanah "berfungsi" untuk loji janakuasa turbin gas dengan penukar haba tanah mendatar) jelas menggambarkan kemungkinan penggunaan tanah sebagai sumber haba berpotensi rendah. Selang perubahan yang agak kecil dalam suhu lapisan yang terletak pada kedalaman yang sama di wilayah Rusia adalah jelas. Jadi, sebagai contoh, suhu tanah minimum pada kedalaman 3.2 m dari permukaan di bandar Stavropol ialah 7.4 °C, dan di bandar Yakutsk - (-4.4 °C); sewajarnya, julat perubahan suhu tanah pada kedalaman tertentu ialah 11.8 darjah. Fakta ini membolehkan kita bergantung pada penciptaan peralatan pam haba yang cukup bersatu yang sesuai untuk operasi secara praktikal di seluruh Rusia.

Seperti yang dapat dilihat dari jadual yang dibentangkan, ciri ciri rejim suhu semula jadi tanah adalah kelewatan dalam suhu tanah minimum berbanding dengan masa ketibaan suhu udara luar minimum. Suhu udara luar minimum di mana-mana diperhatikan pada bulan Januari, suhu minimum di dalam tanah pada kedalaman 1.6 m di Stavropol diperhatikan pada bulan Mac, di Yakutsk - pada bulan Mac, di Sochi - pada bulan Mac, di Vladivostok - pada bulan April . Oleh itu, adalah jelas bahawa pada masa permulaan suhu minimum di dalam tanah, beban pada sistem bekalan haba pam haba (kehilangan haba bangunan) berkurangan. Perkara ini membuka peluang yang agak serius untuk mengurangkan kapasiti pemasangan GTTS (penjimatan kos modal) dan mesti diambil kira semasa mereka bentuk.

Untuk menilai keberkesanan penggunaan sistem bekalan haba pam haba panas bumi dalam keadaan iklim Rusia, pengezonan wilayah Persekutuan Rusia telah dijalankan mengikut kecekapan menggunakan haba geoterma berpotensi rendah untuk tujuan bekalan haba. Pengezonan dilakukan berdasarkan hasil eksperimen berangka pada pemodelan mod operasi GTTS dalam keadaan iklim di pelbagai wilayah di wilayah Persekutuan Rusia. Eksperimen berangka telah dijalankan pada contoh kotej dua tingkat hipotesis dengan keluasan 200 m 2 yang dipanaskan, dilengkapi dengan sistem bekalan haba pam haba panas bumi. Struktur penutup luar rumah yang sedang dipertimbangkan mempunyai rintangan pemindahan haba yang dikurangkan berikut:

- dinding luar - 3.2 m 2 h ° C / W;

- tingkap dan pintu - 0.6 m 2 h ° C / W;

- salutan dan siling - 4.2 m 2 h ° C / W.

Semasa menjalankan eksperimen berangka, perkara berikut dipertimbangkan:

– sistem pengumpulan haba tanah dengan ketumpatan rendah penggunaan tenaga geoterma;

– sistem pengumpulan haba mendatar diperbuat daripada paip polietilena dengan diameter 0.05 m dan panjang 400 m;

– sistem pengumpulan haba tanah dengan ketumpatan tinggi penggunaan tenaga geoterma;

– sistem pengumpulan haba menegak dari satu telaga terma dengan diameter 0.16 m dan panjang 40 m.

Kajian yang dijalankan telah menunjukkan bahawa penggunaan tenaga haba daripada jisim tanah menjelang akhir musim pemanasan menyebabkan penurunan suhu tanah berhampiran daftar paip sistem pengumpulan haba, yang, di bawah tanah dan keadaan iklim kebanyakan wilayah Persekutuan Rusia, tidak mempunyai masa untuk diberi pampasan dalam tempoh musim panas tahun ini, dan pada permulaan musim pemanasan seterusnya, tanah keluar dengan potensi suhu yang dikurangkan. Penggunaan tenaga haba semasa musim pemanasan seterusnya menyebabkan penurunan selanjutnya dalam suhu tanah, dan pada permulaan musim pemanasan ketiga, potensi suhunya lebih berbeza daripada yang semula jadi. Dan seterusnya... Walau bagaimanapun, sampul surat pengaruh haba operasi jangka panjang sistem pengumpulan haba pada rejim suhu semula jadi tanah mempunyai watak eksponen yang jelas, dan pada tahun kelima operasi, tanah memasuki rejim baru hampir berkala, iaitu, bermula dari operasi tahun kelima, penggunaan jangka panjang tenaga haba dari jisim tanah sistem pengumpulan haba disertai dengan perubahan berkala dalam suhunya. Oleh itu, apabila mengezonkan wilayah Persekutuan Rusia, adalah perlu untuk mengambil kira penurunan suhu jisim tanah, yang disebabkan oleh operasi jangka panjang sistem pengumpulan haba, dan menggunakan suhu tanah yang dijangkakan untuk tahun ke-5. pengendalian GTTS sebagai parameter reka bentuk untuk suhu jisim tanah. Mengambil kira keadaan ini, apabila mengezonkan wilayah Persekutuan Rusia mengikut kecekapan penggunaan GTES, sebagai kriteria untuk keberkesanan sistem bekalan haba pam haba panas bumi, pekali transformasi haba purata untuk tahun ke-5 operasi telah dipilih Kr tr, iaitu nisbah tenaga haba berguna yang dijana oleh GTST kepada tenaga yang dibelanjakan pada pemacunya, dan ditakrifkan untuk kitaran Carnot termodinamik yang ideal seperti berikut:

K tr \u003d T o / (T o - T u), (1)

di mana T o ialah potensi suhu haba yang dikeluarkan ke sistem pemanasan atau bekalan haba, K;

T dan - potensi suhu sumber haba, K.

Pekali transformasi sistem bekalan haba pam haba K tr ialah nisbah haba berguna yang dikeluarkan kepada sistem bekalan haba pengguna kepada tenaga yang dibelanjakan untuk pengendalian GTST, dan secara berangka sama dengan jumlah haba berguna yang diperoleh pada suhu T o dan T dan per unit tenaga yang dibelanjakan untuk pemacu GTST . Nisbah transformasi sebenar berbeza daripada yang ideal, yang diterangkan oleh formula (1), dengan nilai pekali h, yang mengambil kira tahap kesempurnaan termodinamik GTST dan kehilangan tenaga tak boleh balik semasa pelaksanaan kitaran.

Eksperimen berangka telah dijalankan dengan bantuan program yang dibuat di INSOLAR-INVEST OJSC, yang memastikan penentuan parameter optimum sistem pengumpulan haba bergantung pada keadaan iklim kawasan pembinaan, kualiti pelindung haba bangunan, ciri prestasi peralatan pam haba, pam edaran, peranti pemanasan sistem pemanasan, serta mod operasinya. Program ini berdasarkan kaedah yang diterangkan sebelum ini untuk membina model matematik rejim terma sistem untuk mengumpul haba tanah berpotensi rendah, yang memungkinkan untuk memintas kesukaran yang berkaitan dengan ketidakpastian bermaklumat model dan penghampiran pengaruh luaran, disebabkan oleh penggunaan dalam program maklumat yang diperoleh secara eksperimen mengenai rejim haba semula jadi tanah, yang memungkinkan untuk mengambil kira sebahagian daripada keseluruhan kompleks faktor (seperti kehadiran air bawah tanah, kelajuan dan rejim haba mereka, struktur dan lokasi lapisan tanah, latar belakang "terma" Bumi, pemendakan, perubahan fasa lembapan dalam ruang liang, dan banyak lagi) yang paling ketara mempengaruhi pembentukan rejim terma pengumpulan haba sistem, dan perakaunan bersama yang dalam rumusan yang ketat masalah itu boleh dikatakan mustahil hari ini. Sebagai penyelesaian kepada masalah "asas", data dari Buku Panduan Iklim USSR (L.: Gidrometioizdat. Isu 1–34) telah digunakan.

Program ini sebenarnya membenarkan menyelesaikan masalah pengoptimuman berbilang parameter konfigurasi GTTS untuk bangunan dan kawasan pembinaan tertentu. Pada masa yang sama, fungsi sasaran masalah pengoptimuman ialah kos tenaga tahunan minimum untuk operasi loji janakuasa turbin gas, dan kriteria pengoptimuman ialah jejari paip penukar haba tanah, panjangnya (penukar haba). dan kedalaman.

Keputusan eksperimen berangka dan pengezonan wilayah Rusia dari segi kecekapan menggunakan haba geoterma berpotensi rendah untuk tujuan bekalan haba ke bangunan dibentangkan secara grafik dalam Rajah 1. 2–9.

Pada rajah. 2 menunjukkan nilai dan isolin bagi pekali transformasi sistem bekalan haba pam haba panas bumi dengan sistem pengumpulan haba mendatar, dan dalam rajah. 3 - untuk GTST dengan sistem pengumpulan haba menegak. Seperti yang dapat dilihat dari angka, nilai maksimum Крр 4.24 untuk sistem pengumpulan haba mendatar dan 4.14 untuk sistem menegak boleh dijangkakan di selatan Rusia, dan nilai minimum, masing-masing, 2.87 dan 2.73 di utara, dalam Uelen. Untuk Rusia tengah, nilai Кр tr untuk sistem pengumpulan haba mendatar adalah dalam julat 3.4–3.6, dan untuk sistem menegak, dalam julat 3.2–3.4. Nilai Кр tr (3.2–3.5) yang agak tinggi patut diberi perhatian untuk wilayah Timur Jauh, kawasan dengan keadaan bekalan bahan api yang sukar secara tradisinya. Nampaknya, Timur Jauh adalah wilayah keutamaan pelaksanaan GTST.

Pada rajah. Rajah 4 menunjukkan nilai dan isolin kos tenaga tahunan khusus untuk pemacuan GTST + PD "mendatar" (puncak lebih dekat), termasuk kos tenaga untuk pemanasan, pengudaraan dan bekalan air panas, dikurangkan kepada 1 m 2 daripada yang dipanaskan. kawasan, dan dalam rajah. 5 - untuk GTST dengan sistem pengumpulan haba menegak. Seperti yang dapat dilihat dari rajah, penggunaan tenaga khusus tahunan untuk pemacu loji janakuasa turbin gas mendatar, dikurangkan kepada 1 m 2 kawasan yang dipanaskan bangunan, berbeza dari 28.8 kWj / (tahun m 2) di selatan Rusia kepada 241 kWj / (tahun m 2) di Moscow. Yakutsk, dan untuk stesen janakuasa turbin gas menegak, masing-masing, dari 28.7 kWj / / (tahun m 2) di selatan dan sehingga 248 kWj / / ( tahun m 2) di Yakutsk. Jika kita mendarabkan nilai penggunaan tenaga khusus tahunan untuk pemacu loji janakuasa turbin gas yang ditunjukkan dalam angka untuk kawasan tertentu dengan nilai untuk kawasan ini K p tr, dikurangkan sebanyak 1, kita akan mendapat jumlah tenaga yang dijimatkan. oleh loji janakuasa turbin gas dari 1 m 2 kawasan yang dipanaskan setahun. Sebagai contoh, untuk Moscow, untuk loji kuasa turbin gas menegak, nilai ini akan menjadi 189.2 kWj setiap 1 m 2 setahun. Sebagai perbandingan, kita boleh memetik nilai penggunaan tenaga khusus yang ditetapkan oleh piawaian penjimatan tenaga Moscow MGSN 2.01–99 untuk bangunan bertingkat rendah pada tahap 130, dan untuk bangunan berbilang tingkat 95 kWj / (tahun m 2) . Pada masa yang sama, kos tenaga yang dinormalkan oleh MGSN 2.01–99 termasuk hanya kos tenaga untuk pemanasan dan pengudaraan, dalam kes kami, kos tenaga juga termasuk kos tenaga untuk bekalan air panas. Hakikatnya ialah pendekatan untuk menilai kos tenaga untuk operasi bangunan, yang sedia ada dalam piawaian semasa, memilih kos tenaga untuk pemanasan dan pengudaraan bangunan dan kos tenaga untuk bekalan air panasnya sebagai item berasingan. Pada masa yang sama, kos tenaga untuk bekalan air panas tidak diseragamkan. Pendekatan ini nampaknya tidak betul, kerana kos tenaga untuk bekalan air panas selalunya sepadan dengan kos tenaga untuk pemanasan dan pengudaraan.

Pada rajah. 6 menunjukkan nilai dan isolin nisbah rasional kuasa haba puncak lebih dekat (PD) dan kuasa elektrik terpasang GTST mendatar dalam pecahan unit, dan dalam rajah. 7 - untuk GTST dengan sistem pengumpulan haba menegak. Kriteria untuk nisbah rasional kuasa terma puncak yang lebih dekat dan kuasa elektrik terpasang GTST (tidak termasuk PD) ialah kos elektrik tahunan minimum untuk pemacu GTST + PD. Seperti yang dapat dilihat dari angka, nisbah rasional kapasiti PD terma dan GTPP elektrik (tanpa PD) berbeza dari 0 di selatan Rusia, hingga 2.88 untuk GTPP mendatar dan 2.92 untuk sistem menegak di Yakutsk. Di jalur tengah wilayah Persekutuan Rusia, nisbah rasional kuasa haba pintu yang lebih dekat dan kuasa elektrik yang dipasang GTST + PD adalah dalam lingkungan 1.1–1.3 untuk GTST mendatar dan menegak. Pada ketika ini adalah perlu untuk membincangkan dengan lebih terperinci. Hakikatnya ialah apabila menggantikan, sebagai contoh, pemanasan elektrik di Rusia Tengah, kami sebenarnya mempunyai peluang untuk mengurangkan kuasa peralatan elektrik yang dipasang di bangunan yang dipanaskan sebanyak 35-40% dan, dengan itu, mengurangkan kuasa elektrik yang diminta daripada RAO UES , yang hari ini "kos » kira-kira 50 ribu rubel. setiap 1 kW kuasa elektrik yang dipasang di dalam rumah. Jadi, sebagai contoh, untuk sebuah pondok dengan kehilangan haba yang dikira dalam tempoh lima hari yang paling sejuk bersamaan dengan 15 kW, kami akan menjimatkan 6 kW kuasa elektrik yang dipasang dan, dengan itu, kira-kira 300 ribu rubel. atau ≈ 11.5 ribu dolar AS. Angka ini boleh dikatakan sama dengan kos GTST kapasiti haba sedemikian.

Oleh itu, jika kita mengambil kira dengan betul semua kos yang berkaitan dengan menyambungkan bangunan ke bekalan kuasa berpusat, ternyata dengan tarif semasa untuk elektrik dan sambungan ke rangkaian bekalan kuasa berpusat di Jalur Tengah wilayah Persekutuan Rusia , walaupun dari segi kos sekali sahaja, GTST ternyata lebih menguntungkan daripada pemanasan elektrik, apatah lagi 60 % penjimatan tenaga.

Pada rajah. 8 menunjukkan nilai dan isolin bahagian tenaga haba yang dijana sepanjang tahun dengan puncak yang lebih dekat (PD) dalam jumlah penggunaan tenaga tahunan sistem GTST + PD mendatar sebagai peratusan, dan dalam rajah. 9 - untuk GTST dengan sistem pengumpulan haba menegak. Seperti yang dapat dilihat daripada angka, bahagian tenaga haba yang dijana sepanjang tahun dengan puncak yang lebih dekat (PD) dalam jumlah penggunaan tenaga tahunan sistem GTST + PD mendatar berbeza daripada 0% di selatan Rusia hingga 38–40 % di Yakutsk dan Tura, dan untuk GTST+PD menegak - masing-masing, daripada 0% di selatan dan sehingga 48.5% di Yakutsk. Di zon Tengah Rusia, nilai ini adalah kira-kira 5-7% untuk GTS menegak dan mendatar. Ini adalah kos tenaga yang kecil, dan dalam hal ini, anda perlu berhati-hati dalam memilih puncak yang lebih dekat. Yang paling rasional dari sudut pandangan kedua-dua pelaburan modal khusus dalam 1 kW kuasa dan automasi ialah pemacu elektrik puncak. Perlu diberi perhatian ialah penggunaan dandang pelet.

Sebagai kesimpulan, saya ingin membincangkan isu yang sangat penting: masalah memilih tahap rasional perlindungan haba bangunan. Masalah ini hari ini merupakan tugas yang sangat serius, penyelesaiannya memerlukan analisis berangka yang serius yang mengambil kira spesifik iklim kita, dan ciri-ciri peralatan kejuruteraan yang digunakan, infrastruktur rangkaian berpusat, serta keadaan persekitaran dalam bandar, yang semakin merosot di hadapan mata kita, dan banyak lagi. Adalah jelas bahawa hari ini sudah tidak betul untuk merumuskan sebarang keperluan untuk cangkang bangunan tanpa mengambil kira hubungannya (bangunan) dengan iklim dan sistem bekalan tenaga, utiliti, dll. Akibatnya, dalam masa terdekat, penyelesaian kepada masalah memilih tahap perlindungan terma yang rasional akan mungkin hanya berdasarkan pertimbangan bangunan kompleks + sistem bekalan tenaga + iklim + persekitaran sebagai sistem eko-tenaga tunggal, dan dengan pendekatan ini, kelebihan daya saing GTTS dalam pasaran domestik hampir tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi.

kesusasteraan

1. Sanner B. Sumber Haba Tanah untuk Pam Haba (pengkelasan, ciri, kelebihan). Kursus tentang pam haba geoterma, 2002.

2. Vasiliev G. P. Tahap perlindungan haba bangunan yang boleh dilaksanakan secara ekonomi // Penjimatan tenaga. - 2002. - No. 5.

3. Vasiliev G. P. Bekalan haba dan sejuk bangunan dan struktur menggunakan tenaga haba berpotensi rendah lapisan permukaan Bumi: Monograf. Rumah penerbitan "Border". – M. : Krasnaya Zvezda, 2006.