Die Wärme der Erde. Ein im Boden vergrabenes Rohr ermöglicht es Ihnen, Heiz- und Kühlkosten für die Kühlung Ihres Hauses im Sommer zu sparen

Kirill Degtyarev, Forscher, Moskau Staatliche Universität ihnen. M. V. Lomonossow.

In unserem an Kohlenwasserstoffen reichen Land ist Geothermie eine Art exotische Ressource, die angesichts der aktuellen Lage kaum mit Öl und Gas konkurrieren kann. Allerdings lässt sich diese alternative Energieform nahezu überall und recht effektiv nutzen.

Foto von Igor Konstantinov.

Änderungen der Bodentemperatur mit der Tiefe.

Eine Erhöhung der Temperatur von Thermalwasser und trockenem Gestein, das es enthält, mit zunehmender Tiefe.

Temperaturänderungen mit der Tiefe in verschiedenen Regionen.

Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull - Illustration von Stürmen vulkanische Prozesse, kommt in aktiven tektonischen und vulkanischen Zonen mit einem starken Wärmefluss aus dem Erdinneren vor.

Installierte Kapazitäten von Geothermiekraftwerken nach Ländern, MW.

Verteilung geothermischer Ressourcen in ganz Russland. Die geothermischen Energiereserven sind Experten zufolge um ein Vielfaches größer als die Energiereserven organischer fossiler Brennstoffe. Nach Angaben der Geothermal Energy Society.

Geothermie ist die Wärme des Erdinneren. Es entsteht in der Tiefe und erreicht die Erdoberfläche verschiedene Formen und mit unterschiedlicher Intensität.

Die Temperatur der oberen Bodenschichten hängt hauptsächlich von äußeren (exogenen) Faktoren ab – Sonneneinstrahlung und Lufttemperatur. Im Sommer und tagsüber erwärmt sich der Boden bis zu bestimmten Tiefen, im Winter und in der Nacht kühlt er sich aufgrund von Änderungen der Lufttemperatur und mit einer mit der Tiefe zunehmenden Verzögerung ab. Der Einfluss täglicher Schwankungen der Lufttemperatur endet in Tiefen von einigen bis mehreren zehn Zentimetern. Saisonale Schwankungen wirken sich auf tiefere Bodenschichten aus – bis zu mehreren zehn Metern.

In einer gewissen Tiefe – von mehreren zehn bis zu Hunderten von Metern – bleibt die Bodentemperatur konstant und entspricht der durchschnittlichen jährlichen Lufttemperatur an der Erdoberfläche. Sie können dies leicht überprüfen, indem Sie in eine ziemlich tiefe Höhle hinabsteigen.

Wann Jahresdurchschnittstemperatur Wenn die Luft in einem bestimmten Gebiet unter Null liegt, äußert sich dies als Permafrost (genauer gesagt Permafrost). IN Ostsibirien Die Mächtigkeit, also die Mächtigkeit, ganzjährig gefrorener Böden erreicht mancherorts 200-300 m.

Ab einer bestimmten Tiefe (für jeden Punkt auf der Karte unterschiedlich) schwächt sich die Wirkung der Sonne und der Atmosphäre so stark ab, dass endogene (innere) Faktoren in den Vordergrund treten und sich das Erdinnere von innen erwärmt, so dass die Temperatur zu steigen beginnt mit Tiefgang.

Die Erwärmung der tiefen Erdschichten ist vor allem mit dem Zerfall der Erde verbunden radioaktive Elemente, obwohl auch andere Wärmequellen genannt werden, beispielsweise physikalisch-chemische, tektonische Prozesse in tiefen Schichten Erdkruste und Roben. Aber was auch immer der Grund sein mag, die Temperatur Felsen und damit verbundener flüssiger und gasförmiger Substanzen nimmt mit der Tiefe zu. Bergleute sind mit diesem Phänomen konfrontiert – in tiefen Minen ist es immer heiß. In einer Tiefe von 1 km sind 30 Grad Hitze normal, und tiefer ist die Temperatur sogar noch höher.

Der Wärmestrom aus dem Erdinneren, der die Erdoberfläche erreicht, ist gering – im Durchschnitt beträgt seine Leistung 0,03–0,05 W/m2.
oder etwa 350 Wh/m2 pro Jahr. Vor dem Hintergrund des Wärmestroms der Sonne und der von ihr erwärmten Luft ist dies ein nicht wahrnehmbarer Wert: Die Sonne gibt jeden Quadratmeter ab Erdoberfläche etwa 4000 kWh pro Jahr, also 10.000 Mal mehr (natürlich im Durchschnitt, mit einer großen Spanne zwischen polaren und äquatorialen Breiten und abhängig von anderen Klima- und Wetterfaktoren).

Die Bedeutungslosigkeit des Wärmeflusses vom Inneren zur Oberfläche in den meisten Teilen des Planeten hängt mit der geringen Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen und deren Eigenschaften zusammen geologische Struktur. Es gibt jedoch Ausnahmen – Orte, an denen der Wärmefluss hoch ist. Dies sind vor allem Zonen tektonischer Verwerfungen, erhöhter seismischer Aktivität und Vulkanismus, in denen die Energie des Erdinneren einen Abfluss findet. Solche Zonen sind durch thermische Anomalien der Lithosphäre gekennzeichnet; hier kann der Wärmefluss, der die Erdoberfläche erreicht, um ein Vielfaches und sogar um Größenordnungen stärker sein als „normal“. Vulkanausbrüche und heiße Quellen bringen in diesen Zonen enorme Hitzemengen an die Oberfläche.

Dies sind die Gebiete, die für die Entwicklung der Geothermie am günstigsten sind. Auf dem Territorium Russlands ist dies vor allem Kamtschatka, Kurilen und der Kaukasus.

Gleichzeitig ist die Erschließung der Geothermie fast überall möglich, da ein Temperaturanstieg mit der Tiefe ein universelles Phänomen ist und die Aufgabe darin besteht, der Tiefe Wärme zu „entziehen“, so wie von dort aus mineralische Rohstoffe gefördert werden.

Im Durchschnitt steigt die Temperatur mit der Tiefe alle 100 m um 2,5–3 °C. Das Verhältnis des Temperaturunterschieds zwischen zwei Punkten, die in unterschiedlichen Tiefen liegen, zum Tiefenunterschied zwischen ihnen wird als geothermischer Gradient bezeichnet.

Der Kehrwert ist die geothermische Stufe oder das Tiefenintervall, in dem die Temperatur um 1 °C ansteigt.

Je höher der Gradient und damit je niedriger die Stufe, desto näher kommt die Wärme aus der Erdtiefe an die Oberfläche und desto vielversprechender ist dieses Gebiet für die Entwicklung der Geothermie.

In verschiedenen Gebieten kann die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs mit der Tiefe je nach geologischer Struktur und anderen regionalen und lokalen Bedingungen dramatisch variieren. Auf der Erdskala erreichen die Schwankungen der Größen der geothermischen Gradienten und Stufen das 25-fache. Im Bundesstaat Oregon (USA) beträgt das Gefälle beispielsweise 150 °C pro 1 km und in Südafrika- 6 °C pro 1 km.

Die Frage ist, wie hoch die Temperatur ist große Tiefen- 5, 10 km oder mehr? Wenn sich der Trend fortsetzt, sollte die Temperatur in einer Tiefe von 10 km durchschnittlich etwa 250–300 °C betragen. Dies wird mehr oder weniger durch direkte Beobachtungen in ultratiefen Bohrlöchern bestätigt, obwohl das Bild viel komplizierter ist als ein linearer Temperaturanstieg .

Beispielsweise ändert sich in der supertiefen Kola-Bohrung, die im baltischen Kristallschild gebohrt wurde, die Temperatur bis zu einer Tiefe von 3 km mit einer Rate von 10 °C/1 km, und dann wird der geothermische Gradient 2-2,5-mal größer. In einer Tiefe von 7 km wurde bereits eine Temperatur von 120 °C gemessen, in 10 km - 180 °C und in 12 km - 220 °C.

Ein weiteres Beispiel ist eine in der nördlichen Kaspischen Region gebohrte Bohrung, bei der in einer Tiefe von 500 m eine Temperatur von 42 °C, in 1,5 km Tiefe - 70 °C, in 2 km Tiefe - 80 °C und in 3 km Tiefe - 108 °C gemessen wurde .

Es wird angenommen, dass der geothermische Gradient ab einer Tiefe von 20–30 km abnimmt: In einer Tiefe von 100 km liegen die geschätzten Temperaturen im Erdboden bei etwa 1300–1500 °C, in einer Tiefe von 400 km bei 1600 °C Kern (Tiefen über 6000 km) - 4000-5000 o MIT.

In Tiefen von bis zu 10-12 km wird die Temperatur durch Bohrbrunnen gemessen; wo sie nicht vorhanden sind, wird sie wie in größeren Tiefen durch indirekte Zeichen bestimmt. Solche indirekten Anzeichen können die Art des Durchgangs seismischer Wellen oder die Temperatur der ausbrechenden Lava sein.

Für die Zwecke der Geothermie sind Daten über Temperaturen in Tiefen von mehr als 10 km jedoch noch nicht von praktischem Interesse.

In mehreren Kilometern Tiefe gibt es viel Hitze, aber wie kann man sie steigern? Manchmal löst die Natur selbst dieses Problem für uns mit Hilfe eines natürlichen Kühlmittels – erhitztem Thermalwasser, das an die Oberfläche kommt oder in einer für uns zugänglichen Tiefe liegt. In manchen Fällen wird das Wasser in der Tiefe bis zum Dampfzustand erhitzt.

Es gibt keine strenge Definition des Begriffs „Thermalwasser“. In der Regel handelt es sich dabei um heißes Grundwasser in flüssigem Zustand oder in Form von Dampf, auch solche, die mit einer Temperatur über 20 °C, also in der Regel höher als die Lufttemperatur, an die Erdoberfläche gelangen .

Warm Grundwasser, Dampf, Dampf-Wasser-Gemische – das ist hydrothermale Energie. Dementsprechend wird Energie, die auf ihrer Nutzung beruht, als hydrothermal bezeichnet.

Komplizierter ist die Situation bei der Gewinnung von Wärme direkt aus trockenem Gestein – petrothermische Energie, zumal es genug davon gibt hohe Temperaturen Sie beginnen in der Regel in Tiefen von mehreren Kilometern.

Auf dem Territorium Russlands ist das Potenzial der petrothermischen Energie hundertmal höher als das der hydrothermischen Energie – 3.500 bzw. 35 Billionen Tonnen Standardbrennstoff. Das ist ganz natürlich – die Wärme der Tiefen der Erde ist überall verfügbar und Thermalwasser gibt es lokal. Aufgrund offensichtlicher technischer Schwierigkeiten wird derzeit jedoch auf Wärme und Strom zurückgegriffen hauptsächlich Thermalwasser.

Wasser mit Temperaturen von 20-30 bis 100 °C eignet sich zum Heizen, bei Temperaturen ab 150 °C und darüber – und zur Stromerzeugung in Geothermiekraftwerken.

Im Allgemeinen sind die geothermischen Ressourcen in Russland, ausgedrückt in Tonnen äquivalentem Brennstoff oder einer anderen Energiemaßeinheit, etwa zehnmal höher als die Reserven an fossilen Brennstoffen.

Theoretisch könnte nur Geothermie den Energiebedarf des Landes vollständig decken. Fast dran dieser Moment In den meisten Gebieten ist dies aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht möglich.

Weltweit wird die Nutzung geothermischer Energie am häufigsten mit Island in Verbindung gebracht, einem Land am nördlichen Ende des Mittelatlantischen Rückens, in einer äußerst aktiven tektonischen und vulkanischen Zone. Jeder erinnert sich wahrscheinlich an den gewaltigen Ausbruch des Vulkans Eyjafjallajökull im Jahr 2010.

Dieser geologischen Besonderheit ist es zu verdanken, dass Island über riesige Reserven an geothermischer Energie verfügt, darunter heiße Quellen, die an der Erdoberfläche entspringen und sogar in Form von Geysiren hervorsprudeln.

In Island stammen derzeit über 60 % der gesamten verbrauchten Energie aus der Erde. Geothermische Quellen liefern 90 % der Wärme und 30 % der Stromerzeugung. Fügen wir hinzu, dass der restliche Strom des Landes durch Wasserkraftwerke erzeugt wird, also ebenfalls unter Nutzung einer erneuerbaren Energiequelle, was Island wie eine Art globalen Umweltstandard erscheinen lässt.

Die Domestizierung der Geothermie im 20. Jahrhundert brachte Island große wirtschaftliche Vorteile. Bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts war es ein sehr armes Land, heute steht es weltweit an erster Stelle in Bezug auf die installierte Kapazität und Produktion von Geothermie pro Kopf und gehört zu den Top Ten in Bezug auf die absolute installierte Leistung von Geothermiekraftwerken . Die Bevölkerungszahl beträgt jedoch nur 300.000 Menschen, was die Umstellung auf umweltfreundliche Energiequellen vereinfacht: Der Bedarf dafür ist im Allgemeinen gering.

Neben Island wird ein hoher Anteil geothermischer Energie an der Gesamtbilanz der Stromerzeugung in Neuseeland und den Inselstaaten Südostasiens (Philippinen und Indonesien) bereitgestellt Zentralamerika Und Ostafrika, dessen Territorium auch durch hohe seismische und vulkanische Aktivität. Für diese Länder leistet Geothermie bei ihrem derzeitigen Entwicklungsstand und Bedarf einen wesentlichen Beitrag zur sozioökonomischen Entwicklung.

(Das Ende folgt.)

Anstelle eines Vorworts.
Kluge und freundliche Leute wiesen mich darauf hin, dass dieser Fall aufgrund der enormen thermischen Trägheit der Erde nur in einem instationären Umfeld beurteilt werden sollte und das jährliche Regime der Temperaturänderungen berücksichtigt werden sollte. Das fertige Beispiel wurde für ein stationäres thermisches Feld gelöst, daher liefert es offensichtlich falsche Ergebnisse und sollte daher nur als eine Art idealisiertes Modell mit einer Vielzahl von Vereinfachungen betrachtet werden, die die Temperaturverteilung im stationären Modus zeigen. Wie man so schön sagt: Jeder Zufall ist reiner Zufall ...

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Wie üblich werde ich nicht viele Einzelheiten zu den akzeptierten Wärmeleitfähigkeiten und Dicken von Materialien machen, ich werde mich darauf beschränken, nur einige zu beschreiben. Wir gehen davon aus, dass andere Elemente den realen Strukturen möglichst nahe kommen – die thermophysikalischen Eigenschaften werden zugeordnet korrekt verarbeitet und die Materialstärken sind ausreichend echte Fälle Baupraxis. Der Zweck des Artikels besteht darin, ein allgemeines Verständnis der Temperaturverteilung an der Grenze zwischen Gebäude und Erdreich unter verschiedenen Bedingungen zu erhalten.

Ein wenig darüber, was gesagt werden muss. Berechnete Schemata in in diesem Beispiel enthalten 3 Temperaturgrenzen, die erste ist die Innenluft der Räumlichkeiten eines beheizten Gebäudes +20 °C, die zweite ist die Außenluft -10 °C (-28 °C) und die dritte ist die Temperatur im Boden bei eine bestimmte Tiefe, in der es um einen konstanten Wert schwankt. In diesem Beispiel beträgt der akzeptierte Wert dieser Tiefe 8 m und die Temperatur beträgt +10 °C. Hier kann jemand mit mir über die akzeptierten Parameter der 3. Grenze streiten, aber der Streit geht um genaue Werte ist nicht der Zweck dieses Artikels, ebenso wenig wie die gewonnenen Ergebnisse keinen Anspruch auf besondere Genauigkeit erheben und auf einen konkreten Auslegungsfall bezogen werden können. Ich wiederhole, die Aufgabe besteht darin, ein grundlegendes Rahmenverständnis der Temperaturverteilung zu erlangen und einige etablierte Ideen zu diesem Thema zu testen.

Kommen wir nun gleich zur Sache. Das sind also die Punkte, die getestet werden müssen.
1. Der Boden unter dem beheizten Gebäude hat eine positive Temperatur.
2. Standardtiefe des Bodengefrierens (dies ist eher eine Frage als eine Aussage). Wird bei der Bereitstellung von Frostdaten in geologischen Gutachten die Schneebedeckung des Bodens berücksichtigt, da in der Regel die Umgebung des Hauses vom Schnee geräumt, Wege, Gehwege, Blindbereiche, Parkplätze usw. gereinigt werden?

Das Gefrieren des Bodens ist ein Prozess im Laufe der Zeit, daher nehmen wir zur Berechnung die Außentemperatur an Durchschnittstemperatur der kälteste Monat ist -10 o C. Wir nehmen den Boden mit dem reduzierten Lambda = 1 für die gesamte Tiefe.

Abb.1. Berechnungsschema.

Abb.2. Temperaturisolinien. Schema ohne Schneedecke.

Im Allgemeinen ist die Bodentemperatur unter dem Gebäude positiv. Die Maxima liegen näher an der Gebäudemitte, die Minima an den Außenwänden. Die horizontale Nulltemperatur-Isolinie berührt nur die Projektion des beheizten Raumes auf die horizontale Ebene.
Das Gefrieren des Bodens außerhalb des Gebäudes (d. h. das Erreichen negativer Temperaturen) erfolgt in einer Tiefe von ~2,4 Metern, was über dem Standardwert für die bedingt ausgewählte Region (1,4–1,6 m) liegt.

Fügen wir nun 400 mm Schnee mittlerer Dichte mit Lambda 0,3 hinzu.

Abb. 3. Temperaturisolinien. Schema mit 400 mm Schneedecke.

Isolinien positiver Temperaturen verdrängen negative Temperaturen nach außen, unter dem Gebäude herrschen nur positive Temperaturen.
Das Gefrieren des Bodens unter der Schneedecke beträgt ~1,2 Meter (-0,4 m Schnee = 0,8 m Bodengefrieren). Die Schneedecke reduziert die Gefriertiefe deutlich (fast um das Dreifache).
Anscheinend sind das Vorhandensein einer Schneedecke, ihre Höhe und ihr Verdichtungsgrad keine konstanten Werte, daher liegt die durchschnittliche Gefriertiefe im Bereich der Ergebnisse der beiden Schemata (2,4 + 0,8) * 0,5 = 1,6 Meter, was entspricht auf den Standardwert.

Nun wollen wir sehen, was passiert, wenn sie treffen sehr kalt(-28 °C) und lange genug stehen, damit sich das Wärmefeld stabilisiert, während um das Gebäude herum keine Schneedecke liegt.

Abb.4. Schema bei -28Ö Ohne Schneedecke.

Negative Temperaturen kriechen unter das Gebäude, positive Temperaturen werden gegen den Boden des beheizten Raumes gedrückt. Im Bereich von Fundamenten gefriert der Boden. In einer Entfernung vom Gebäude gefriert der Boden auf ~4,7 Meter.

Siehe frühere Blogbeiträge.

Das könnte fantastisch erscheinen, wenn es nicht wahr wäre. Es stellt sich heraus, dass man unter den rauen sibirischen Bedingungen Wärme direkt aus dem Boden beziehen kann. Die ersten Anlagen mit geothermischen Heizsystemen entstanden im vergangenen Jahr in der Region Tomsk, und obwohl sie die Wärmekosten im Vergleich zu herkömmlichen Quellen um etwa das Vierfache senken können, gibt es noch keine „Untergrund“-Masse. Aber der Trend ist spürbar und vor allem nimmt er Fahrt auf. Tatsächlich ist dies das günstigste alternative Quelle Energie für Sibirien, wo beispielsweise Sonnenkollektoren oder Windgeneratoren ihre Wirksamkeit nicht immer unter Beweis stellen können. Geothermie liegt im Wesentlichen nur unter unseren Füßen.

„Die Tiefe des Bodengefrierens beträgt 2–2,5 Meter. Die Temperatur der Erde unterhalb dieser Marke bleibt im Winter und Sommer gleich und liegt zwischen plus einem und plus fünf Grad Celsius. Der Betrieb der Wärmepumpe basiert auf dieser Eigenschaft, sagt der Energieingenieur der Bildungsabteilung der Tomsker Bezirksverwaltung Roman Alekseenko. - Verbindungsrohre werden bis zu einer Tiefe von 2,5 Metern in einem Abstand von etwa anderthalb Metern voneinander in die Erdkontur eingegraben. Im Rohrsystem zirkuliert das Kühlmittel Ethylenglykol. Der externe horizontale Erdungskreislauf kommuniziert mit der Kühleinheit, in der das Kältemittel Freon, ein Gas mit niedrigem Siedepunkt, zirkuliert. Bei plus drei Grad Celsius beginnt dieses Gas zu sieden, und wenn der Kompressor das siedende Gas stark verdichtet, steigt dessen Temperatur auf plus 50 Grad Celsius. Das erhitzte Gas wird zu einem Wärmetauscher geleitet, in dem gewöhnliches destilliertes Wasser zirkuliert. Die Flüssigkeit erwärmt sich und verteilt die Wärme im gesamten im Boden verlegten Heizsystem.“

Reine Physik und keine Wunder

Im Dorf Turuntaevo in der Nähe von Tomsk wurde im vergangenen Sommer ein Kindergarten eröffnet, der mit einem modernen dänischen Geothermie-Heizsystem ausgestattet ist. Laut dem Direktor des Tomsker Unternehmens „Ekoklimat“ Georgy Granin Durch ein energieeffizientes System konnten die Heizkosten um ein Vielfaches gesenkt werden. Das Tomsker Unternehmen hat im Laufe von acht Jahren bereits rund zweihundert Anlagen in verschiedenen Regionen Russlands mit geothermischen Heizsystemen ausgestattet und tut dies auch weiterhin in der Region Tomsk. Es besteht also kein Zweifel an Granins Worten. Ein Jahr vor der Eröffnung des Kindergartens in Turuntaevo richtete Ecoclimate einen weiteren ein Kindergarten„Sunny Bunny“ im Mikrobezirk „Green Hills“ von Tomsk. Tatsächlich war dies die erste Erfahrung dieser Art. Und es erwies sich als recht erfolgreich.

Bereits im Jahr 2012 gelang es dem Unternehmen bei einem Besuch in Dänemark, der im Rahmen des Programms des Euro Info Correspondent Centre (EICC-Region Tomsk) organisiert wurde, eine Zusammenarbeit mit dem dänischen Unternehmen Danfoss zu vereinbaren. Und heute hilft dänische Ausrüstung dabei, Wärme aus den Tiefen von Tomsk zu extrahieren, und das erweist sich, wie Experten ohne übermäßige Bescheidenheit sagen, als recht effektiv. Der Hauptindikator für Effizienz ist die Effizienz. „Die Heizung eines Kindergartengebäudes mit einer Fläche von 250 Quadratmetern in Turuntaevo kostete 1,9 Millionen Rubel“, sagt Granin. „Und die Heizkosten betragen 20–25.000 Rubel pro Jahr.“ Dieser Betrag ist nicht vergleichbar mit dem, was der Kindergarten für Wärme aus herkömmlichen Quellen bezahlen würde.

Im sibirischen Winter funktionierte das System problemlos. Es wurde eine Compliance-Berechnung durchgeführt thermische Ausrüstung SanPiN-Standards, nach denen bei einer Außenlufttemperatur von -40°C eine Temperatur im Kindergartengebäude von mindestens +19°C aufrechterhalten werden muss. Insgesamt wurden rund vier Millionen Rubel für die Sanierung, Reparatur und Neuausstattung des Gebäudes ausgegeben. Einschließlich der Wärmepumpe waren es knapp sechs Millionen. Dank Wärmepumpen ist die Heizung eines Kindergartens heute komplett isoliert und unabhängiges System. Das Gebäude verfügt nun über keine herkömmlichen Heizkörper mehr und der Raum wird über ein „warmes Fußbodensystem“ beheizt.

Der Turuntaevsky-Kindergarten ist, wie man so sagt, „von“ bis „bis“ isoliert – das Gebäude ist mit einer zusätzlichen Wärmedämmung ausgestattet: Auf der bestehenden Wand wird eine 10 Zentimeter dicke Dämmschicht, was zwei bis drei Ziegelsteinen entspricht, angebracht (drei Ziegelsteine ​​dick). Hinter der Isolierung befindet sich eine Luftschicht und dann eine Metallverkleidung. Auch das Dach wird auf die gleiche Weise gedämmt. Das Hauptaugenmerk der Bauherren lag auf dem „warmen Boden“ – dem Heizsystem des Gebäudes. Es entstanden mehrere Schichten: ein Betonboden, eine 50 mm dicke Schaumschicht, ein Rohrsystem, in dem die Heißes Wasser und Linoleum. Obwohl die Wassertemperatur im Wärmetauscher +50 °C erreichen kann, überschreitet die maximale Erwärmung des eigentlichen Bodenbelags +30 °C nicht. Die tatsächliche Temperatur jedes Raums kann manuell angepasst werden. Mit automatischen Sensoren können Sie die Bodentemperatur so einstellen, dass sich der Kindergartenraum auf die von den Hygienestandards geforderten Grad erwärmt.

Die Pumpenleistung im Turuntaevsky-Kindergarten beträgt 40 kW erzeugte Wärmeenergie, für deren Erzeugung die Wärmepumpe 10 kW elektrische Leistung benötigt. Somit wird 1 kW verbraucht elektrische Energie Die Wärmepumpe erzeugt 4 kW Wärme. „Wir hatten ein wenig Angst vor dem Winter – wir wussten nicht, wie sich die Wärmepumpen verhalten würden. Aber auch bei starkem Frost sei es im Kindergarten konstant warm gewesen – von plus 18 bis 23 Grad Celsius, sagt der Direktor des Turuntaevskaya-Gymnasiums Evgeniy Belonogov. - Natürlich ist hier zu bedenken, dass das Gebäude selbst gut isoliert war. Die Ausrüstung ist anspruchslos in der Wartung und trotz der Tatsache, dass es sich um eine westliche Entwicklung handelt, hat sie sich unter unseren rauen sibirischen Bedingungen als recht effektiv erwiesen.“

Ein umfassendes Projekt zum Erfahrungsaustausch im Bereich Ressourcenschonung wurde von der EICC-Region Tomsk der Tomsker Industrie- und Handelskammer umgesetzt. Teilnehmer waren kleine und mittelständische Unternehmen, die ressourcenschonende Technologien entwickeln und umsetzen. Im Mai letzten Jahres besuchten dänische Experten Tomsk im Rahmen des russisch-dänischen Projekts, und das Ergebnis war, wie sie sagen, offensichtlich.

Innovation kommt in die Schule

Eine neue Schule im Dorf Vershinino, Region Tomsk, gebaut von einem Bauern Michail Kolpakow ist die dritte Anlage in der Region, die Erdwärme als Wärmequelle zur Heizung und Warmwasserbereitung nutzt. Einzigartig ist die Schule auch dadurch, dass sie die höchste Energieeffizienzklasse „A“ aufweist. Das Heizsystem wurde von der gleichen Firma „Ekoklimat“ entworfen und eingeführt.

„Als wir uns entschieden, welche Art von Heizung wir in der Schule installieren wollten, hatten wir mehrere Optionen – ein Kohlekesselhaus und Wärmepumpen“, sagt Mikhail Kolpakov. - Wir haben die Erfahrungen eines energieeffizienten Kindergartens in Zeleny Gorki untersucht und berechnet, dass das Heizen auf die altmodische Art und Weise mit Kohle uns mehr als 1,2 Millionen Rubel pro Winter kosten würde und wir außerdem heißes Wasser benötigen. Und mit Wärmepumpen belaufen sich die Kosten für das ganze Jahr auf etwa 170.000, inklusive Warmwasser.“

Das System benötigt lediglich Strom zur Wärmeerzeugung. Bei einem Stromverbrauch von 1 kW erzeugen die Wärmepumpen in der Schule etwa 7 kW Wärmeenergie. Darüber hinaus ist die Erdwärme im Gegensatz zu Kohle und Gas eine sich selbst erneuernde Energiequelle. Die Installation einer modernen Heizungsanlage in der Schule kostete rund 10 Millionen Rubel. Zu diesem Zweck wurden auf dem Schulgelände 28 Brunnen gebohrt.

„Die Arithmetik hier ist einfach. Wir haben berechnet, dass die Wartung eines Kohlekesselhauses unter Berücksichtigung des Heizergehalts und der Brennstoffkosten mehr als eine Million Rubel pro Jahr kosten wird“, bemerkt der Leiter der Bildungsabteilung Sergej Jefimow. - Bei der Nutzung von Wärmepumpen müssen Sie für alle Ressourcen etwa fünfzehntausend Rubel pro Monat bezahlen. Die unbestrittenen Vorteile des Einsatzes von Wärmepumpen sind ihre Effizienz und Umweltfreundlichkeit. Mit dem Wärmeversorgungssystem können Sie die Wärmezufuhr je nach Außenwetter regulieren, wodurch die sogenannte „Unterheizung“ oder „Überhitzung“ des Raumes vermieden wird.

Nach vorläufigen Berechnungen amortisieren sich die teuren dänischen Geräte in vier bis fünf Jahren. Die Lebensdauer der Danfoss-Wärmepumpen, mit denen Ekoklimat LLC zusammenarbeitet, beträgt 50 Jahre. Durch den Empfang von Informationen über die Außenlufttemperatur bestimmt der Computer, wann die Schule geheizt werden muss und wann nicht. Daher entfällt die Frage nach dem Datum des Ein- und Ausschaltens der Heizung ganz. Unabhängig vom Wetter vor den Fenstern in der Schule funktioniert die Klimatisierung für die Kinder immer.

„Als der außerordentliche und bevollmächtigte Botschafter des Königreichs Dänemark letztes Jahr zum gesamtrussischen Treffen kam und unseren Kindergarten in Green Gorki besuchte, war er angenehm überrascht, dass in Tomsk jene Technologien angewendet werden und funktionieren, die selbst in Kopenhagen als innovativ gelten Region“, sagt der kaufmännische Leiter des Unternehmens Ecoclimate Alexander Granin.

Im Allgemeinen ist die Nutzung lokaler erneuerbarer Energiequellen in verschiedenen Wirtschaftszweigen in in diesem Fall V soziale Sphäre, zu dem auch Schulen und Kindergärten gehören, ist einer der Schwerpunkte, die in der Region im Rahmen des Programms zur Energieeinsparung und Steigerung der Energieeffizienz umgesetzt werden. Der Ausbau erneuerbarer Energien wird vom Regionalgouverneur aktiv unterstützt Sergej Schwatschkin. Und drei Haushaltsinstitutionen mit einer Erdwärmeheizung sind nur die ersten Schritte zur Umsetzung eines großen und vielversprechenden Projekts.

Der Kindergarten in Green Hills wurde bei einem Wettbewerb in Skolkovo als beste energieeffiziente Einrichtung Russlands ausgezeichnet. Dann erschien auch die Werschininskaja-Schule mit Erdwärmeheizung höchste Kategorie Energieeffizienz. Die nächste Einrichtung, die für die Region Tomsk nicht weniger bedeutsam ist, ist ein Kindergarten in Turuntaevo. In diesem Jahr haben die Unternehmen Gazkhimstroyinvest und Stroygarant bereits mit dem Bau von Kindergärten für 80 bzw. 60 Kinder in den Dörfern Kopylovo und Kandinka im Tomsker Gebiet begonnen. Die Beheizung beider neuer Anlagen erfolgt über geothermische Heizsysteme – also über Wärmepumpen. Insgesamt will die Bezirksverwaltung in diesem Jahr fast 205 Millionen Rubel für den Bau neuer Kindergärten und die Renovierung bestehender Kindergärten ausgeben. Im Dorf Takhtamyshevo muss das Gebäude für einen Kindergarten rekonstruiert und neu ausgestattet werden. Auch in diesem Gebäude wird die Beheizung mit Wärmepumpen realisiert, da sich das System bewährt hat.

Eine der besten und rationellsten Methoden beim Bau permanenter Gewächshäuser ist ein unterirdisches Thermosgewächshaus.
Die Nutzung dieser Tatsache der Konstanz der Erdtemperatur in der Tiefe beim Bau eines Gewächshauses führt zu enormen Heizkosteneinsparungen in der kalten Jahreszeit, erleichtert die Wartung und macht das Mikroklima stabiler..
Ein solches Gewächshaus funktioniert auch bei strengstem Frost und ermöglicht den Anbau von Gemüse und den Anbau von Blumen das ganze Jahr.
Ein entsprechend ausgestattetes Erdgewächshaus ermöglicht unter anderem den Anbau wärmeliebender Südfrüchte. Es gibt praktisch keine Einschränkungen. Zitrusfrüchte und sogar Ananas können in einem Gewächshaus gedeihen.
Damit in der Praxis jedoch alles ordnungsgemäß funktioniert, ist es unbedingt erforderlich, die bewährten Technologien für den Bau unterirdischer Gewächshäuser zu befolgen. Schließlich ist diese Idee nicht neu; schon unter dem Zaren in Russland wurden in versunkenen Gewächshäusern Ananasernten produziert, die unternehmungslustige Kaufleute zum Verkauf nach Europa exportierten.
Aus irgendeinem Grund ist der Bau solcher Gewächshäuser in unserem Land nicht weit verbreitet, im Großen und Ganzen wurde er einfach vergessen, obwohl das Design für unser Klima ideal ist.
Wahrscheinlich spielte hier die Notwendigkeit eine Rolle, eine tiefe Grube auszuheben und das Fundament zu gießen. Der Bau eines vergrabenen Gewächshauses ist ziemlich teuer; es handelt sich bei weitem nicht um ein mit Polyethylen bedecktes Gewächshaus, aber der Ertrag aus dem Gewächshaus ist viel höher.
Die gesamte Innenbeleuchtung geht durch die Versenkung im Boden nicht verloren; das mag seltsam erscheinen, aber in manchen Fällen ist die Lichtsättigung sogar höher als bei klassischen Gewächshäusern.
Es ist unmöglich, die Stärke und Zuverlässigkeit der Struktur nicht zu erwähnen; sie ist unvergleichlich stärker als gewöhnlich, sie kann Hurrikan-Windböen leichter standhalten, sie widersteht Hagel gut und Schneereste werden kein Hindernis sein.

1. Grube

Der Bau eines Gewächshauses beginnt mit dem Graben einer Grube. Um die Erdwärme zur Beheizung des Innenraums nutzen zu können, muss das Gewächshaus tief genug sein. Je tiefer man geht, desto wärmer wird die Erde.
In einer Entfernung von 2 bis 2,5 Metern von der Oberfläche bleibt die Temperatur das ganze Jahr über nahezu unverändert. In einer Tiefe von 1 m schwankt die Bodentemperatur stärker, aber auch im Winter bleibt ihr Wert positiv; normalerweise beträgt die Temperatur in der mittleren Zone je nach Jahreszeit 4-10 °C.
Ein Einbaugewächshaus wird in einer Saison gebaut. Das heißt, im Winter ist es voll funktionsfähig und erwirtschaftet Einnahmen. Der Bau ist nicht billig, aber durch den Einsatz von Einfallsreichtum und Kompromissmaterialien ist es möglich, buchstäblich eine Größenordnung einzusparen, indem man ausgehend von der Baugrube eine Art wirtschaftliche Version eines Gewächshauses baut.
Verzichten Sie zum Beispiel auf Anziehung Baumaschinen. Auch wenn der arbeitsintensivste Teil der Arbeit – das Ausheben einer Grube – natürlich besser einem Bagger überlassen werden sollte. Das manuelle Entfernen einer solchen Erdmenge ist schwierig und zeitaufwändig.
Die Tiefe der Baugrube muss mindestens zwei Meter betragen. In dieser Tiefe beginnt die Erde, ihre Wärme abzugeben und wie eine Art Thermoskanne zu wirken. Ist die Tiefe geringer, funktioniert die Idee grundsätzlich, allerdings deutlich weniger effektiv. Daher wird empfohlen, weder Mühe noch Geld für die Vertiefung des zukünftigen Gewächshauses zu scheuen.
Unterirdische Gewächshäuser können beliebig lang sein, es ist jedoch besser, die Breite innerhalb von 5 Metern zu halten; wenn die Breite größer ist, verschlechtern sich die Qualitätseigenschaften der Heizung und der Lichtreflexion.
An den Seiten des Horizonts müssen unterirdische Gewächshäuser wie gewöhnliche Gewächshäuser und Gewächshäuser von Ost nach West ausgerichtet sein, also so, dass eine der Seiten nach Süden zeigt. In dieser Position erhalten die Pflanzen die maximale Menge an Sonnenenergie.

2. Wände und Dach

Um den Umfang der Grube herum wird ein Fundament gegossen oder Blöcke verlegt. Das Fundament dient als Basis für die Wände und den Rahmen des Bauwerks. Es ist besser, Wände aus Materialien mit guten Wärmedämmeigenschaften herzustellen; Thermoblöcke sind eine ausgezeichnete Option.

Der Dachrahmen besteht oft aus Holz, aus mit antiseptischen Mitteln imprägnierten Stäben. Die Dachkonstruktion ist in der Regel ein gerader Giebel. In der Mitte der Konstruktion wird ein Firstbalken befestigt, dazu werden über die gesamte Länge des Gewächshauses Mittelstützen auf dem Boden angebracht.

Der Firstbalken und die Wände sind durch eine Reihe Sparren verbunden. Der Rahmen kann ohne hohe Stützen hergestellt werden. Sie werden durch kleine ersetzt, die auf Querträgern platziert werden, die gegenüberliegende Seiten des Gewächshauses verbinden – diese Konstruktion macht den Innenraum freier.

Als Dacheindeckung ist es besser, zelliges Polycarbonat zu verwenden – ein beliebtes modernes Material. Der Abstand zwischen den Sparren wird beim Bau an die Breite der Polycarbonatplatten angepasst. Es ist bequem, mit dem Material zu arbeiten. Die Beschichtung wird mit erhalten eine kleine Menge Verbindungen, da die Platten in Längen von 12 m hergestellt werden.

Sie werden mit selbstschneidenden Schrauben am Rahmen befestigt, besser ist es, sie mit einer scheibenförmigen Kappe zu wählen. Um Risse im Blech zu vermeiden, müssen Sie für jede selbstschneidende Schraube ein Loch mit dem entsprechenden Durchmesser bohren. Mit einem Schraubendreher oder einer normalen Bohrmaschine mit Kreuzschlitzbohrer gehen die Glasurarbeiten sehr schnell vonstatten. Um sicherzustellen, dass keine Lücken entstehen, empfiehlt es sich, vorab eine Dichtmasse aus weichem Gummi oder einem anderen geeigneten Material entlang der Dachsparrenoberseite aufzutragen und die Bleche erst dann zu verschrauben. Die Dachspitze entlang des Firsts muss mit einer weichen Isolierung versehen und mit einer Ecke gedrückt werden: Kunststoff, Blech oder ein anderes geeignetes Material.

Für eine gute Wärmedämmung wird das Dach manchmal mit einer Doppelschicht aus Polycarbonat hergestellt. Obwohl die Transparenz um ca. 10 % reduziert wird, wird sie durch eine hervorragende Wärmedämmleistung abgedeckt. Es ist zu berücksichtigen, dass der Schnee auf einem solchen Dach nicht schmilzt. Daher muss die Neigung einen ausreichenden Winkel von mindestens 30 Grad haben, damit sich kein Schnee auf dem Dach ansammelt. Zusätzlich ist ein elektrischer Rüttler zum Rütteln installiert, der das Dach schützt, falls sich Schnee ansammelt.

Die Doppelverglasung erfolgt auf zwei Arten:

Zwischen zwei Bleche wird ein Spezialprofil eingelegt, die Bleche werden von oben am Rahmen befestigt;

Zunächst wird die untere Verglasungsschicht von innen an der Unterseite der Sparren am Rahmen befestigt. Die zweite Dachschicht wird wie gewohnt von oben abgedeckt.

Nach Abschluss der Arbeiten empfiehlt es sich, alle Fugen mit Klebeband abzudichten. Das fertige Dach sieht sehr beeindruckend aus: ohne unnötige Fugen, glatt, ohne hervorstehende Teile.

3. Isolierung und Heizung

Die Wanddämmung erfolgt wie folgt. Zuerst müssen Sie alle Fugen und Nähte der Wand sorgfältig mit der Lösung bestreichen; hier können Sie auch Polyurethanschaum verwenden. Die Innenseite der Wände ist mit einer Wärmedämmfolie abgedeckt.

In kalten Gegenden des Landes empfiehlt es sich, eine dicke Folie zu verwenden und die Wand mit einer doppelten Schicht abzudecken.

Die Temperatur tief im Boden des Gewächshauses liegt über dem Gefrierpunkt, aber kälter als die für das Pflanzenwachstum notwendige Lufttemperatur. Die oberste Schicht wird durch die Sonnenstrahlen und die Luft des Gewächshauses erwärmt, der Boden entzieht jedoch immer noch Wärme. Daher wird in unterirdischen Gewächshäusern häufig die Technologie „warmer Böden“ verwendet: Das Heizelement – ​​ein Elektrokabel – ist geschützt ein Metallgitter oder mit Beton gefüllt.

Im zweiten Fall wird die Erde für die Beete auf Beton gegossen oder Grünpflanzen werden in Töpfen und Blumentöpfen angebaut.

Der Einsatz einer Fußbodenheizung kann ausreichen, um das gesamte Gewächshaus zu heizen, sofern genügend Strom vorhanden ist. Für Pflanzen ist es jedoch effektiver und komfortabler, eine kombinierte Heizung zu verwenden: warmer Boden + Luftheizung. Für ein gutes Wachstum benötigen sie eine Lufttemperatur von 25–35 Grad bei einer Bodentemperatur von etwa 25 °C.

ABSCHLUSS

Natürlich ist der Bau eines Einbaugewächshauses teurer und erfordert mehr Aufwand als der Bau eines ähnlichen Gewächshauses herkömmlicher Bauart. Aber das in ein Thermosgewächshaus investierte Geld zahlt sich mit der Zeit aus.

Erstens spart es Energie beim Heizen. Unabhängig davon, wie ein herkömmliches oberirdisches Gewächshaus im Winter beheizt wird, ist es immer teurer und schwieriger als eine ähnliche Heizmethode in einem unterirdischen Gewächshaus. Zweitens, Einsparungen bei der Beleuchtung. Die lichtreflektierende Folien-Wärmedämmung der Wände verdoppelt die Ausleuchtung. Das Mikroklima in einem tiefen Gewächshaus ist im Winter für Pflanzen günstiger, was sich sicherlich auf den Ertrag auswirkt. Die Sämlinge werden leicht Wurzeln schlagen und empfindliche Pflanzen fühlen sich großartig an. Ein solches Gewächshaus garantiert das ganze Jahr über einen stabilen und hohen Ertrag aller Pflanzen.

Die Temperatur im Erdinneren ist meist ein eher subjektiver Indikator, da die genaue Temperatur nur an zugänglichen Orten angegeben werden kann, z.B. Kola gut(Tiefe 12 km). Aber dieser Ort gehört zum äußeren Teil der Erdkruste.

Temperaturen in verschiedenen Tiefen der Erde

Wie Wissenschaftler herausgefunden haben, steigt die Temperatur in der Tiefe der Erde alle 100 Meter um 3 Grad. Diese Zahl ist für alle Kontinente und Teile konstant Globus. Dieser Temperaturanstieg findet im oberen Teil der Erdkruste statt, etwa auf den ersten 20 Kilometern, danach verlangsamt sich der Temperaturanstieg.

Der stärkste Anstieg wurde in den Vereinigten Staaten verzeichnet, wo die Temperaturen 1.000 Meter tief in der Erde um 150 Grad anstiegen. Das langsamste Wachstum verzeichnete Südafrika, dort stieg das Thermometer nur um 6 Grad Celsius.

In einer Tiefe von etwa 35-40 Kilometern schwankt die Temperatur um 1400 Grad. Die Grenze zwischen Mantel und äußerem Kern in einer Tiefe von 25 bis 3000 km erwärmt sich von 2000 auf 3000 Grad. Der innere Kern wird auf 4000 Grad erhitzt. Die Temperatur im Zentrum der Erde beträgt nach neuesten Erkenntnissen aus aufwendigen Experimenten etwa 6000 Grad. Die Sonne kann auf ihrer Oberfläche die gleiche Temperatur aufweisen.

Minimale und maximale Temperaturen in den Tiefen der Erde

Bei der Berechnung der minimalen und maximalen Temperaturen im Erdinneren werden Daten aus dem Konstanttemperaturgürtel nicht berücksichtigt. In dieser Zone ist die Temperatur das ganze Jahr über konstant. Der Gürtel liegt in einer Tiefe von 5 Metern (Tropen) und bis zu 30 Metern (hohe Breiten).

Die maximale Temperatur wurde in einer Tiefe von etwa 6000 Metern gemessen und aufgezeichnet und betrug 274 Grad Celsius. Die Tiefsttemperatur im Erdinneren wird vor allem in den nördlichen Regionen unseres Planeten gemessen, wo das Thermometer selbst in einer Tiefe von mehr als 100 Metern Minustemperaturen anzeigt.

Woher kommt Wärme und wie verteilt sie sich im Inneren des Planeten?

Die Wärme im Erdinneren stammt aus mehreren Quellen:

1) Zerfall radioaktiver Elemente;

2) Gravitationsdifferenzierung der im Erdkern erhitzten Materie;

3) Gezeitenreibung (die Wirkung des Mondes auf die Erde, begleitet von einer Verlangsamung der Erde).

Dies sind einige Möglichkeiten für das Auftreten von Hitze im Erdinneren, aber die Frage ist volle Liste und die Richtigkeit des bereits Bestehenden ist noch offen.

Der vom Inneren unseres Planeten ausgehende Wärmefluss variiert je nach Strukturzone. Daher weist die Wärmeverteilung an einem Ort mit Meer, Bergen oder Ebenen völlig unterschiedliche Indikatoren auf.