Температура земли на глубине 10 метров: Таблица зависимости температуры грунта от глубины и местоположения

Таблица зависимости температуры грунта от глубины и местоположения



Таблица зависимости температуры грунта от глубины и местоположения

Главная

Закопанная труба в землю позволяет экономить на обогреве и охлаждении дома / News / FEKO

Поверхностный слой почвы Земли — это естественный тепловой аккумулятор. Главный источник тепловой энергии, поступающей в верхние слои Земли — солнечная радиация. На глубине около 3 м и более (ниже уровня промерзания) температура почвы в течение года практически не меняется и примерно равна среднегодовой температуре наружного воздуха. На глубине 1.5-3.2 м зимой температура составляет от +5 до + 7°С, а летом от +10 до + 12°С. Этим теплом можно зимой не допустить замерзания дома, а летом не дать ему перегреться выше 18-20°С.

Самым простым способом использования тепла земли является использование почвенного теплообменника (ПТО). Под землей, ниже уровня промерзания грунта, укладывается система воздуховодов, которые выполняют функцию теплообменника между землей и воздухом, который проходит по этих воздуховодах. Зимой входящий холодный воздух, который поступает в дом и проходит по трубам — нагревается, а летом — охлаждается. При рациональном размещении воздуховодов можно отбирать из почвы значительное количество тепловой энергии с небольшими затратами электроэнергии.

Можно использовать теплообменник «труба в трубе». Внутренние воздуховоды из нержавеющей стали выступают здесь в роли рекуператоров.

Охлаждение в летний период

В теплое время года грунтовый теплообменник обеспечивает охлаждение приточного воздуха. Наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в грунтовый теплообменник, где охлаждается за счет грунта. Затем охлажденный воздух подается воздуховодами в приточно-вытяжную установку, в которой на летний период вместо рекуператора установлена ​​летняя вставка. Благодаря такому решению, происходит снижение температуры в помещениях, улучшается микроклимат в доме, снижаются затраты электроэнергии на кондиционирование.

Работа в межсезонье

Когда разница между температурой наружного и внутреннего воздуха небольшая, подачу свежего воздуха можно осуществлять через приточную решетку, размещенную на стене дома в надземной части. В тот период, когда разница существенная, подачу свежего воздуха можно осуществлять через ПТО, обеспечивая подогрев / охлаждение приточного воздуха.

Экономия в зимний период

В холодное время года наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в ПТО, где прогревается и затем поступает в приточно-вытяжную установку для нагрева в рекуператоре. Предварительный нагрев воздуха в ПТО снижает вероятность обледенения рекуператора приточно-вытяжной установки, увеличивая эффективное время использования рекуперации и минимизирует затраты на дополнительный нагрев воздуха в водяном / электрическом нагревателе.

Можно предварительно подсчитать затраты на нагрев воздуха в зимний период для помещения, куда поступает воздух при нормативе 300 м³/час. В зимний период среднесуточная температура в течение 80 дней составляет -5°С — ее нужно подогреть до + 20°С. Для нагрева такого количества воздуха нужно затрачивать 2.55 кВт в час (при отсутствии системы утилизации тепла). При использовании геотермальной системы происходит подогрев наружного воздуха до +5°С и тогда на догрев входящего воздуха к комфортному уходит 1.02 кВт. Еще лучше ситуация при использовании рекуперации — надо затрачивать только 0.714 кВт. За период 80 дней будет потрачено соответственно 2448 кВт*ч тепловой энергии, а геотермальные системы снизят затраты на 1175 или 685 кВт*ч.

В межсезонье в течение 180 дней среднесуточная температура составляет + 5°С — ее нужно подогреть до + 20°С. Плановые расходы составляют 3305 кВт*ч, а геотермальные системы снизят затраты на 1322 или 1102 кВт*ч.

В летний период в течение 60 дней среднесуточная температура около + 20°С, но в течение 8 часов она находится в пределах + 26°С. Затраты для охлаждения составят 206 кВт*ч, а геотермальная система снизит затраты на 137 кВт*ч.

На протяжении года работу такой геотермальной системы оценивают с помощью коэффициента — SPF (фактор сезонной мощности), который определяется как отношение количества полученной тепловой энергии к количеству потребленной электрической с учетом сезонных изменений температуры воздуха/грунта.

Для получения от грунта 2634 кВт*ч тепловой мощности в год вентиляционной установкой тратится 635 кВт*ч электроэнергии.
SPF = 2634/635 = 4.14.

По материалам: EcoTown

9.2 Температура недр Земли – физическая геология

Глава 9 Недра Земли

Как мы уже говорили в контексте метаморфизма, внутренняя температура Земли увеличивается с глубиной. Однако, как показано на рис. 9.10, скорость роста не является линейной. Градиент температуры составляет от 15° до 30°C/км в пределах верхних 100 км; затем она резко падает в мантии, быстрее увеличивается в основании мантии, а затем медленно увеличивается в ядре. Температура составляет около 1000°C в основании земной коры, около 3500°C в основании мантии и около 5000°C в центре Земли. Градиент температуры в пределах литосферы (верхние 100 км) весьма изменчив в зависимости от тектонической обстановки. Градиенты наименьшие в центральных частях континентов, выше вблизи зон субдукции и еще выше на расходящихся границах.

Рисунок 9.10. Обобщенная скорость повышения температуры с глубиной внутри Земли. Температура увеличивается вправо, поэтому чем более пологая линия, тем круче температурный градиент. Наше понимание температурного градиента основано на информации о сейсмических волнах и знаниях о точках плавления земных материалов. [SE]

Рис. 9.11 Скорость повышения температуры с глубиной в верхних 500 км Земли по сравнению с кривой плавления сухой мантийной породы (красная пунктирная линия). LVZ= зона низких скоростей [SE]

На рис. 9.11 показана типичная температурная кривая для верхних 500 км мантии в сравнении с кривой плавления сухой мантийной породы. В интервале глубин от 100 до 250 км температурная кривая очень близко подходит к границе плавления сухих пород мантии. Следовательно, на этих глубинах мантийные породы либо почти расплавлены, либо частично расплавлены. В некоторых ситуациях, когда присутствует дополнительное тепло и линия температуры пересекает линию плавления, или когда присутствует вода, она может быть полностью расплавлена. Эта область мантии известна как зона низких скоростей, потому что сейсмические волны замедляются в горной породе, близкой к точке плавления, и, конечно же, она также известна как астеносфера. Ниже 250 км температура остается слева от линии плавления; другими словами, мантия тверда отсюда вплоть до границы ядра и мантии.  

Тот факт, что температурный градиент в основной части мантии намного меньше, чем в литосфере, был истолкован как указание на конвекцию мантии, и, следовательно, на то, что тепло из глубины выносится к поверхности быстрее, чем это было бы при только теплопроводность. Как мы увидим в главе 10, конвектирующая мантия — неотъемлемая черта тектоники плит.

Конвекция мантии является продуктом передачи тепла от ядра к нижней мантии. Как в кастрюле с супом на горячей плите (рис. 9)..12), материал рядом с источником тепла нагревается и расширяется, делая его легче, чем материал над ним. Сила плавучести заставляет его подниматься, и более холодный материал поступает с боков. Мантия конвектируется таким образом, потому что теплопередача снизу не идеально равномерна, а также потому, что, хотя материал мантии представляет собой твердую породу, он достаточно пластичен, чтобы медленно течь (со скоростью несколько сантиметров в год) до тех пор, пока действует постоянная сила. применяется к нему.

Как и в примере с горшком для супа, мантия Земли больше не будет конвектировать после того, как ядро ​​остынет до точки, при которой теплопередачи будет недостаточно, чтобы преодолеть прочность породы. Это уже произошло на меньших планетах, таких как Меркурий и Марс, а также на Луне.

Рисунок 9.12 Конвекция в кастрюле с супом на горячей плите (слева). Пока тепло передается снизу, жидкость будет конвектировать. Если нагрев отключить (справа), жидкость некоторое время остается горячей, но конвекция прекратится. [ЗЭ]

Почему Земля внутри горячая?

Тепло недр Земли поступает из двух основных источников, каждый из которых дает около 50% тепла. Одним из них является теплота трения, оставшаяся от столкновений больших и малых частиц, которые в первую очередь создали Землю, плюс последующая теплота трения перераспределения материала внутри Земли силами гравитации (например, опускание железа для формирования ядра). .

Другим источником является радиоактивность , а именно спонтанный радиоактивный распад ²³⁵ U, ²³⁸ U, ⁴⁰ K и ²³² Th, которые в основном присутствуют в мантии. Как показано на этом рисунке, общее количество тепла, производимого таким образом, со временем уменьшалось (поскольку эти изотопы истощаются) и сейчас составляет примерно 25% от того, что было при формировании Земли. Это означает, что внутри Земли постепенно становится холоднее.

[Изображение SE, Аревало, Р., Макдонаф, В. и Луонг, М., 2009 г., Отношение K/U Земли: взгляд на состав мантии, структуру и тепловую эволюцию, Earth and Planetary Science Letters, V 278, p. 361-369.]

Геотермальный градиент — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Земля становится горячее по мере продвижения к ядру, известному как геотермический градиент. ^[1]

Геотермический градиент — это величина, на которую температура Земли увеличивается с глубиной. Это указывает на тепло, вытекающее из теплых недр Земли к ее поверхности. ^[2] В среднем , температура увеличивается примерно на 25°C на каждый километр глубины. ^[3] Эта разница температур стимулирует поток геотермальной энергии и позволяет людям использовать эту энергию для отопления и производства электроэнергии. Однако на планете есть ряд мест, где температура меняется немного быстрее, и в этих местах почти всегда наиболее жизнеспособна геотермальная энергия.

Внутренняя часть Земли чрезвычайно горячая и достигает температуры более 5000°C вблизи ядра, которое ненамного холоднее, чем поверхность Солнца (однако внутренняя часть Солнца намного горячее). ^[4]

Откуда тепло?

В начале 20 века было обнаружено, что подземное тепло Земли происходит из радиоактивных элементов. В частности, геотермальное нагревание вызвано распадом таких элементов, как калий, уран и торий. Однако эти элементы не обнаружены в ядре, а самая популярная модель предполагает, что они находятся в 9 ядрах.0059 литосфера и мантия . Говорят, что на эту форму нагрева приходится 50% тепла Земли, а другое тепло исходит от изначального тепла Земли (тепло от земных образований, которое было захвачено планетой). ^[5]

На рисунках 2 и 3 ниже показано, как температура уменьшается по мере приближения к поверхности Земли, а также механизмы теплового потока. В целом изменения температуры происходят постепенно, за исключением области у основания мантии, где происходят резкие изменения состава, и в литосфере, где большое влияние оказывает присутствие флюидов.

Для дальнейшего чтения

• Геотермальное электричество
• Геотермальная энергия
• Геотермальный тепловой насос
• Геотермальное централизованное теплоснабжение
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

2. ↑ Verbruggen, A. , W. Moomaw, J. Nyboer, 2011: Приложение I: Глоссарий, аббревиатуры, химические символы и префиксы. В специальном отчете МГЭИК о возобновляемых источниках энергии и смягчении последствий изменения климата [O. Эденхофер, Р. Пикс-Мадруга, Ю. Сокона, К. Зейбот, П. Матшосс, С. Каднер, Т. Цвиккель, П. Эйкемайер, Г. Хансен, С. Шлемер, К. фон Штехов (редакторы)], Кембридж University Press, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
3. ↑ Р. Вольфсон, «Энергия Земли и Луны» в Energy, Environment, and Climate , 2-е изд., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: W.W. Нортон и компания, 2012, гл. 8, стр. 204-224
4. ↑ Д. Алфе; М. Гиллан и Г. Д. Прайс (30 января 2002 г.). «Состав и температура ядра Земли ограничены путем объединения расчетов ab initio и сейсмических данных» (PDF) . Письма по науке о Земле и планетах (Elsevier) 195 (1–2): 91–98. Бибкод: 2002E&PSL.195…91A. doi: 10.1016/S0012-821X(01)00568-4.
5. ↑ Мир физики. (2011). Радиоактивный распад составляет половину тепла Земли
6. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://commons.