Отопление от тепла земли: обогрев за счет энергии земли, земляное отопление из земли своими руками, фото и видео примеры

Содержание

обогрев за счет энергии земли, земляное отопление из земли своими руками, фото и видео примеры

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею. И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан. И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет. А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы. Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.

Виды по типу конструкции

Геотермальное отопление в коттедже работает по принципу, немного схожему с холодильником. Основным элементом здесь выступает тепловой насос, который включается в два контура одновременно. Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из трубопровода и радиаторов. А внешний – представляет собой большой теплообменник, который размещают или под толщей воды, или под землей.

Обычно внутри теплообменника циркулирует жидкость, в составе которой есть антифриз. Такого рода теплоноситель принимает на себя температурный режим среды, который впоследствии, уже подогретый, идет в тепловой насос. Аккумулированное ранее тепло идет во внутренний контур, после чего и нагревается вода в трубах и радиаторах.

Составные части системы геотермального отопления

Таким образом, геотермальное отопление дома под ключ включает в системе один важнейший элемент – тепловой насос. Это компактное устройство, которое занимает немного места.

Что и говорить, а монтаж такой системы будет также стоить дорого. Поэтому многие владельцы частных и загородных домов решают сделать отопление частного дома теплом земли самостоятельно.

Прежде всего, необходимо учитывать, что теплообменники бывают трех типов – горизонтальные, вертикальные и водоразмещенные.

Горизонтальный теплообменник. Такой вид достаточно часто используется. При его применении трубы кладутся в специально сделанные траншеи на такую глубину, которая немного превышает уровень промерзания почвенного покрова в местности. Однако данная система имеет один недостаток – это то, что нужна большая площадь для того чтобы расположить коллектор, а не каждый может позволить себе такую конструкцию. А если на вашей территории произрастают деревья, то оборудование нужно ставить от них примерно на расстоянии 1,5 метра.

Геотермальная система отопления с горизонтальным теплообменником

Вертикальный теплообменник. Такое устройство является более компактным, но при этом – и более дорогим. Для того чтобы оборудовать геотермальное отопление дома своими руками с таким устройством, не потребуется большая площадь, однако вам понадобится бурильная аппаратура. Ведь в данном случае глубина скважины обязательно должна быть от 50 до 200 метров. Заметим, что это самый дорогой способ, но прослужить он может целых 100 лет! Если вы хотите сделать гео отопление дома, который размещен за городом, то система подойдет. И ландшафт при этом остается в нетронутом состоянии.

Геотермальная система отопления с вертикальным теплообменником

Водоразмещенный теплообменник. Такой вид является самым экономичным, так как здесь применяется тепло воды. Рекомендуют устанавливать систему на расстоянии до водоема не более чем 100 метров. Контур трубопровода кладется на дно в виде спирали, а глубина залегания должна быть не более 3 метров. Что касается водоема, то рекомендуется, чтобы его площадь была не меньше 200 квадратных метров. При такой системе не требуется трудоемких работ и разрешения.

Тепловой насос типа земля-вода

Таким образом, можно отметить, что сделать геотермальное отопление загородного дома самостоятельно – это довольно сложно. Однако, можно осуществить задуманное, имея хотя бы одного помощника. Оптимальным вариантом является третий способ, однако есть несколько необходимых моментов, без которых он не будет работать, а в частности, – водоем.

Как устроено?

Принцип работы геотермального отопления подразумевает использование тепловых насосов. Они действуют по классическому циклу Карно, беря глубоко внизу холодный теплоноситель и получая взамен нагретый до 50 градусов поток жидкости внутри отопительной системы. Аппаратура работает с коэффициентом полезного действия от 350 до 450% (это не противоречит фундаментальным физическим законам, почему – будет сказано позже). Стандартный тепловой насос обогревает дом или иное здание за счет тепла земли на протяжении 100 тысяч часов (именно таков средний промежуток между профилактическими капитальными ремонтами).

Нагрев до 50 градусов выбран неслучайно. Именно такой показатель по результатам специальных расчетов и при изучении практически реализованных систем был признан наиболее эффективным. Поэтому земляное отопление, использующее поток энергии из недр, в основном дополняется не радиаторами, а теплым полом или воздушным контуром. В среднем, на 1000 Вт энергии, приводящей в работу насос, удается поднять наверх примерно 3500 Вт тепловой энергии. На фоне безудержного роста стоимости теплоносителя в магистральной сети и иных способов отопления это очень приятный показатель.

Геотермическое отопление образовано тремя контурами:

грунтовым коллектором;
тепловым насосом;
собственно, греющим комплексом дома.

Причина проста – та вода, которая встречается в достаточно разогретом слое почвы, быстро разъедает оборудование. И даже такую жидкость можно найти далеко не в любом произвольно взятом месте. Выбор конкретного теплоносителя определяется конструктивными решениями инженеров. Насос подбирается в зависимости от устройства остальных частей системы. Поскольку глубина скважины (уровень заложения оборудования) определяется природными условиями, решающие отличия между типами геотермальных систем связаны с устройством коллектора в грунте.

Горизонтальная структура подразумевает расположение коллектора под линией промерзания почвы. В зависимости от конкретной местности это означает углубление на 150-200 см. Такие коллекторы могут оснащаться различными трубами, как медными (с внешним слоем из ПВХ), так и сделанными из металлопластика. Чтобы получить от 7 до 9 кВт тепла, придется уложить не менее 300 кв. м коллектора. Такая методика не позволяет приближаться к деревьям более чем на 150 см, а по окончании монтажа придется благоустраивать территорию.

Вертикально выставленный коллектор подразумевает бурение нескольких скважин, причем обязательно устремленных в разные стороны, и каждую ведут под своим углом. Внутри скважин располагаются геотермальные зонды, тепловая отдача от 1 пог. м достигает примерно 50 Вт. Нетрудно подсчитать, что для идентичного количества тепла (7-9 кВт) придется поставить 150-200 м скважин. Преимущество в этом случае не только в экономии, но и в том, что ландшафтная структура территории не изменяется. Надо будет только выделить небольшой участок для монтажа кессонного блока и для выставления концентрирующего коллектора.

Нагреваемый от воды контур практичен, если можно вывести наружный узел обмена теплом в озеро или пруд на глубину от 200 до 300 см. Но обязательным условием будет расположение водоема в радиусе 0,1 км от отапливаемого строения и площадь водного зеркала минимум 200 кв. м. Существуют также воздушные теплообменники, когда получение тепла внешним контуром происходит из атмосферы. Подобное решение отлично проявляет себя в южных областях страны и не требует никаких земляных работ. Слабости системы – низкий КПД при морозе в 15 градусов и полная остановка, если температура понизится до 20 градусов.

Варианты обустройства геотермального отопления

Способы обустройства внешнего контура

Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная

Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше

В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.

Кроме него учитываются такие факторы:

Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.

Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.

Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.

Горизонтальная схема геотермального отопления

Горизонтальное расположение наружных труб

Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.

Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.

Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.

Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности — тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.

Вертикальная схема геотермального отопления

Вертикальная геотермальная система

Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах

Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная

Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.

С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?

Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м. что является трудоемкой работой;
Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.

Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.

Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.

Реальные преимущества и недостатки

Если в России геотермальное отопление частного сектора получило сравнительно малое распространение, значит ли это, что идея не стоит затрат на её воплощение? Может быть, и заниматься этим вопросом не стоит? Оказалось, что это не так.

Использование системы геотермального отопления жилища – решение выгодное. И тому есть несколько причин. В их числе и быстрая установка оборудования, которое способно длительное время работать без каких-либо перебоев.

Если использовать в отопительной системе не воду, а качественный антифриз, она не будет промерзать и её износ будет минимальным.

Перечислим и прочие преимущества этого вида отопления.

Исключена процедура сжигания топлива. Мы создаём абсолютно пожаробезопасную систему, которая, в процессе своей эксплуатации, не сможет нанести жилью никакого ущерба. Кроме того, исключается ряд других моментов, связанных с присутствием топлива: теперь не нужно искать место для его хранения, заниматься его заготовкой или доставкой.
Существенная экономическая выгода. В процессе эксплуатации системы не потребуется никаких дополнительных вложений. Ежегодный обогрев обеспечивают силы природы, которые мы не покупаем. Конечно, при функционировании теплового насоса затрачивается электрическая энергия, но при этом объём производимой энергии существенно превышает размеры потребления.
Экологический фактор. Геотермальное отопление частного загородного дома – это экологически безопасное решение. Отсутствие процесса горения исключает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это осознают многие, и такая система теплоснабжения получит должное повсеместное распространение, негативное влияние людей на природу многократно уменьшится.
Компактность системы. Вам не придется организовывать в своём доме обособленное помещение котельной. Всё, что будет необходимо – это тепловой насос, который можно разместить, например, в подвале. Наиболее объёмный контур системы будет располагаться под землей или под водой, на поверхности вашего участка вы его не увидите.
Многофункциональность. Система может работать как на отопление в холодное время года, так и на охлаждение в период летней жары. То есть, по сути, она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер.
Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.

Выбор геотермальной системы отопления экономически выгоден, несмотря на то, что придется потратиться на покупку и установку оборудования.

Кстати, в качестве недостатка системы упоминают именно затраты, на которые придется пойти, чтобы установить систему и подготовить её к работе. Нужно будет купить сам насос и некоторые материалы, выполнить работы по монтажу наружного коллектора и внутреннего контура.

Не секрет, что ресурсы дорожают год от года, поэтому автономная система отопления, которая способна окупиться в течение нескольких лет, всегда будет экономически выгодна для её владельца

Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование уложенного в грунт или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить значительные средства.

К тому же, сам процесс монтажа не настолько сложен, чтобы приглашать для его выполнения сторонних специалистов. Если не заниматься бурением, то всё остальное можно сделать самостоятельно.

Надо отметить, что некоторые умельцы, в стремлении сэкономить научились собирать геотермальный тепловой насос собственноручно.

2 Принцип работы

Чтобы справиться с такими задачами, была придумана геотермальная система, принцип работы которой похож на функционирование кондиционеров в режиме нагрева. Система состоит из трех контуров:

наружного;
теплого насоса;
внутреннего.

У каждого контура свои задачи и технические характеристики. Наружный контур заполнен антифризом, который под воздействием тепла, идущего от земли, нагревается до +6 °C и выше. Насос поднимает его в буферный бак, где он передает свою энергию хладагенту, температура испарения которого менее 6 градусов. Далее холодильный агент следует в компрессор, где его температура после сжатия возрастает до +70 °C. Во внутреннем контуре происходит отдача энергии от хладагента воде, которая движется в системе отопления внутри дома. Тем временем остывший антифриз возвращается в наружный контур.

Сердцем отопительной системы является тепловой насос. Он состоит из нескольких отсеков — испарителя, компрессора, капилляра и системы управления. Каждый из них влияет не только на работу насоса в целом, но и на КПД всей системы.

Два вида расположения теплообменника

Имеются два варианта отопления частного дома с использованием низкотемпературной энергии элементов окружающей среды. Основу системы во всех трех случаях составляет геотермальный насос.

Внутренний контур остаётся без изменений для любого способа отопления, а основное различие заключается в расположении внешнего контура.

Геотермальное отопление бывает с теплообменником, расположенным:

вертикально – располагаются в скважинах, вскрывающих или не вскрывающих водоносный пласт;
горизонтально – теплообменники систем укладывают в котлован или открытый водоем в виде своеобразного змеевика.

Каждый из приведенных здесь видов отопления характеризуется своими особенностями, недостатками и преимуществами.

Если вы намерены создать такую систему отопления собственными руками, вам будет интересно узнать о каждом из видов подробнее.

Вариант #1. Вертикальное размещение внешнего коллектора

Этот вид отопления основан на интересном природном явлении: на глубине 50-100 м и более от своей поверхности земля круглогодично имеет одинаковую и постоянную температуру 10-12°С.

Чтобы иметь возможность использовать эту энергию земли, необходимо бурить вертикальные скважины. Технология практически аналогична с подготовкой водозаборного источника.

С целью максимального сохранения ландшафта можно пробурить несколько труб с одной исходной точки, но под разными углами.

Внешний контур системы будет смонтирован непосредственно в этих скважинах. Это позволит эффективно отобрать у земли её тепло. Разумеется, этот способ трудно назвать простым и малобюджетным.

Для создания вертикальной системы геотермального отопления нужно использовать оборудование для бурения скважин, без применения буровой установки решение задач по устройству системы будет довольно трудоемким (+)

Актуален он в том случае, когда прилегающая к дому территория уже обустроена, и нарушение её ландшафта нецелесообразно. Глубина бурения скважины может достигать от 50 до 200 метров.

Конкретные параметры скважины зависят от геологической обстановки на участке и параметров будущего сооружения. Срок службы такой конструкции составляет примерно 100 лет.

Для устройства вертикального варианта системы с теплообменником, извлекающим энергию подземной воды, потребуется пробурить две водоносные скважины.

Из одной из них, именуемой дебетовой, с помощью насоса производится забор воды, которая после передачи тепла сливается во вторую, приемную выработку.

Минус геотермальной системы с двумя скважинами в недостаточной эффективности для обогрева загородного дома. Слишком много энергии тратит циркуляционный насос. Зато для поставки теплоносителя контуру теплого пола получаемой тепловой энергии вполне достаточно

Вариант #2. Горизонтальное расположение грунтового коллектора

Чтобы уложить внешний контур при горизонтальном виде отопления, нужно знать, на какую глубину промерзает земля в вашей местности.

Трубы укладывают ниже уровня промерзания в заранее подготовленные траншеи, захватывая при этом довольно большое пространство: чтобы отопить дом, площадь которого составляет 200-250 кв. м, нужно использовать примерно 600 кв. м теплообменника. То есть шесть соток.

Недостатком этой конструкции является большая площадь, которую она занимает. Если вам нужна на участке лужайка, покрытая травой и цветами – это ваш вариант. А от плодоносящих деревьев трубы коллектора лучше держать подальше (+)

Понятно, что при таких условиях, объём земляных работ будет значительным. Кроме того, нужно учесть в плане расположение деревьев и прочей растительности на участке, чтобы не заморозить их. Например, нельзя располагать трубы коллектора ближе, чем в полутора метрах от деревьев.

Этот способ монтажа используют, как правило, в тех случаях, когда участок только осваивается под строительство. Все расчеты и планы по постройке коттеджа, организации его отопления и планировке земельного участка лучше всего выполнять одновременно.

Своими руками: что и как

Если уж и монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой.

Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.

Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным тв

Зимняя тематика: отопление из-под земли

На чтение 3 мин. Просмотров 588

Вы слышали о том, что в качестве отопления можно использовать тепло земли? Оказывается это не такая уже редкость. Причём не в Долине гейзеров на Камчатке, а в нашей с вами Европе. Солидные европейские фирмы (Buderus, например) выпускают специальное оборудование – тепловые насосы, которые отапливают помещения, используя тепло земли.

С развитием цивилизации вопрос об использования возобновляемых источников энергии становится все более актуальным. Энергия земли, воды, ветра или солнца — вот отличное решение энергетической задачи в разрезе экологии. Вместо традиционной энергетики, использующей в качестве топлива нефть, газ или уголь, экологи рекомендуют разрабатывать и внедрять альтернативные энергетические установки.

Одним из самых ярких примеров применения нетрадиционной энергетики могут служить высокоэффективные тепловые насосы, использующие в качестве «топлива» тепло земли, которые не только не загрязняют окружающую среду, но и гораздо более экономичны, нежели их традиционные аналоги.

За рубежом тепловые насосы используются для организации автономных систем отопления и вентиляции уже около полувека. За это время данный вид альтернативного отопления стал настолько популярен, что часто преобладает по частоте использования над традиционными отопительными системами. Тепловые насосы настолько удобны и экономичны в эксплуатации, что на фоне общего удорожания углеводородных источников энергии, кажутся чуть ли не единственным правильным решением данной проблемы.

Принцип работы теплового насоса основан на передаче тепла почвы, подземных вод и воздуха теплоносителю с большей температурой. При использовании тепловых насосов в отопительной системе расходы на отопление снижаются в 4-10 раз. Кроме того, они обладают длительным сроком эксплуатации и работают в полностью автоматизированном режиме. Срок службы теплового насоса без капитального ремонта 15-25 лет.

Технически, тепловой насос похож на холодильник, который работает в обратном режиме. Он забирает энергию у окружающей среды и концентрирует ее в теплоносителе. В жаркое время года включается режим кондиционирования, в холодное — режим отопления. И хотя изначально тепловые насосы были созданы исключительно для обогрева помещений, функция кондиционирования в условиях меняющегося климата наших широт придает им особенный акцент.

Кстати, в Швеции сегодня работает более полумиллиона тепловых насосов, а в Японии более 3 миллионов.

В зависимости от источника тепла, выделяют несколько типов тепловых насосов. Чаще всего используются агрегаты типа «вода-вода», имеющие КПД порядка 2,5-5,4. Эти показатели могут изменяться в зависимости от типа самого насоса и температуры теплового источника, то есть грунтовых вод.

Условный срок окупаемости среднего насоса – 4-5 лет.

Тепловые насосы — будущее отечественной альтернативной энергетики, а также яркий пример бережного отношения к окружающей среде.

Источник

Геотермальное отопление дома своими руками: схема и особенности монтажа

При строительстве дома каждый владелец старается обдумать вес нюансы оформления. Отопление не менее важный момент, который требует консультации с специалистами. Для многих геотермальное отопление кажется недостижимым, ведь ассоциируется только с местами, где бурлят горячие источники. Однако, на практике генерировать энергию может специальный насос, поэтому данный вариант подходит для любых климатических условий и рельефа. Однако стоит ли делать геотермальное отопление дома своими руками, ведь само оборудование итак обходиться дорого. Чтобы найти ответ на данный вопрос стоит изучить существующие варианты и особенности монтажных работ.

Принцип работы геотермального отопления

Схема работы геотермального отопления

Геотермальное отопление работает по такому же принципу, что и кондиционер. Составляющими компонентами являются два контура и тепловой насос.

Внутренний контур включает трубу и радиаторы, располагающиеся по всему дому. Внешний контур – теплообменник, который размещают либо под землей, либо под толщей воды. Внутри циркулирует жидкость с антифризом или обычная вода. Подогретая жидкость поступает в насос, который разгоняет ее по элементам внутреннего контура, за счет чего в радиаторах вода всегда теплая.

Насос занимает не так много места, а выполняет одну из ключевых функций в системе. На каждый кВт используемой электроэнергии, он выдает в 4 раза тепловой. Кондиционер не настолько продуктивный, ведь забрав 1 кВт электроэнергии, отдает столько же.

Классификация в зависимости от типа конструкции

Горизонтальный теплообменник

Данная разновидность обустройства отопления в доме считается одной из самых дорогих и связано это с ценой оборудования и земельных работ. В такие моменты многие потребители задумываются, на чем же им сэкономить и единственное, что приходит в голову – монтаж. Однако, чтобы понять так ли это, стоит оценить особенности устройства и возможные варианты конструкции.

Горизонтальный теплообменник. При выборе данной конструкции трубы укладываются под землей, при этом глубина должна быть больше уровня промерзания почвы. Однако, такой вариант требует выделения территории под контур. Представьте только, если необходимо обогреть дом площадью 250 м², то потребуется 600 м² на обустройство контура. Кроме того необходимо учитывать некоторые технические моменты. Например, все элементы должна располагаться на минимальном расстоянии от дерева – 1,5 метра. Если участок облагорожен, то это уже создает определённые неудобства.
Вертикальный вариант не требует выделения большой площади, однако значительные расходы потянет применение бурильного оборудования. Создание скважины – трудоёмкий процесс, однако, данная конструкция простоит не меньше ста лет. Такой вариант подходит для территорий, которые уже обустроены.
Водоразмещённый вариант задействует энергию воды и позволяет значительно сэкономить на обустройстве. Единственное требование наличие водоема в пределах 100 метров, его площадь должна быть не меньше 200 м², а располагаться конструкция должна не глубже, чем три метра.

Как показывает практика осуществить монтаж своими руками сложно. С учетом того, что будет много средств вложено в оборудование, не стоит экономить на процессе установки, и следует обратиться к профессионалам.

Преимущества геотермального отопления

Основные преимущества геотермального отопления

Ранее такие установки можно было встретить в роскошных и богатых домах, сейчас же они стали более доступными. Впервые они использовались жителями США в 80-х годах, сейчас же и жители европейских стран взяли себе на заметку. Такое решение позволило в целом экономить на отоплении. Еще двадцать лет тому назад 12 миллионов граждан Европы воспользовались подобной конструкции, сегодня же их число кардинально возросло.

В Швеции уже большая часть тепла производиться при помощи тепловых насосов. Соответственно возросла их популярность за счет ряд преимуществ перед всеми альтернативными системами:

Применяется неисчерпаемая и возобновляемая энергия земли для отопления собственного дома;

Отсутствует риск возгорания;
Не придется выискивать дешевое топливо и продумывать места его хранения;
Экологически чистая система, без образования вредоносных выбросов, за счет чего активно поддерживается защитниками окружающей среды;
Отсутствие регулярного контроля и вмешательства, на всех уровнях система функционирует автономно;
Неограниченное количество энергии, доступное в любое время и в любом количестве;
Не придется тратиться на обслуживание системы;
Высокий показатель производительности в сравнении с существующими альтернативами.

Мастера рекомендуют сочетать установку геотермальной системы и теплых полов, чтобы достичь максимального эффекта выгоды. Во-первых, гарантировано равномерное распределение температуры, а во-вторых, удастся избежать образования зон перегрева.

Чтобы затраты окупились сполна через 3-4 года, стоит учитывать, что такая разновидность отопления выгодна владельцам коттеджей до 150 м

2. C учетом того, что привычные теплосети регулярно дорожают и выходят из строя, решение в сторону геотермальной системы позволит забыть о теплоснабжении минимум на 100 лет. Выбранный вариант довольно быстро оправдает себя. В постсоветском пространстве такой вариант менее популярен за счет большого капиталовложения. Все еще сложно убедить наших сограждан, что лучше один раз потратиться и забыть о проблеме.

Особенности монтажа

Монтаж системы геотермального отопления

Если газ и электроэнергия постоянно дорожают, а с ними и отопление частного дома, то при выборе геотермальной системы об этой особенности удастся позабыть. Кроме этого не придется учитывать, что запасы газа со временем исчерпают себя. Применение твердого топлива еще более затратное решение. При сжигании дров и угля выделяются вредоносные вещества. Среди всех альтернатив данный вариант самый безопасный, однако, в отличие от газового отопления и твёрдотопливного, монтаж системы более трудоемкий и дорогостоящий. Поэтому его стоит доверить мастерам с большим опытом в данной сфере. Только они знают все нюансы установки. При правильно проведённых работах, вопрос отопления будет решен на долгие годы.

При этом внутри помещения будут все те же трубы и батареи, по которым будет поступать тепло. Главные элементы будут скрыты под землей – скважина и теплообменник. В доме должно размещаться устройство, которое будет преобразовывать тепло. Именно под него необходимо выделить как можно больше места. С его помощью владелец помещения может регулировать температуру и подачу тепловой энергии. Как правило, в частных домах генератор располагается в подвале или отдельном помещении.

При установке стоит учитывать некоторые функциональные возможности системы – она используется и в летний период. Вместо отопления – система кондиционирования. Для этого запускается обратный механизм, теплообменник начнет принимать и распределять охлаждающую энергию.

Такая популярность геотермального отопления объясняется комфортом, экономичностью и безопасностью. При правильном подходе все сложения довольно быстро окупятся.

Геотермальное отопление. Принцип работы, технология и устройство теплового насоса для обогрева дома и геотермального контура в составе этой системы теплоснабжения. Под ключ от ЕвроТепло78.рф

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Тепловой насос – это холодильная машина (как обычный холодильник или кондиционер), задача которого является перенос тепла из одного места в другое. Обычный холодильник забирает тепло из внутренней камеры (где находятся продукты) и выводит тепло на заднюю стенку холодильника (черный радиатор). Тепловой насос работает также, он забирает из земли тепло и переносит его в ваш дом. Источником тепла служит неисчерпаемое тепло ядра нашей планеты.

Для установки теплового насоса не требуется большая строительная техника! Ваш облагороженный участок не пострадает. В любой части вашего участка в земле устанавливается кольцо диаметром 1.5 метра и глубиной 0,9 метра, в нем будут находится все подземные ПНД трубы для забора тепла из под земли. От этого кольца подводятся к вашему дому 2 пнд трубы, по одной уходит холодная жидкость, по другой приходит более теплая жидкость. В техническом помещении вашего дома устанавливается тепловой насос размером 60х50х1200 см. Он подключается к вашей системе отопления дома и к бойлеру горячей воды.

Тепловой насос экономически выгоден т.к. стоимость отопления при правильном использовании дешевле чем магистральный газ!

Несмотря на кажущуюся простоту работ, не стоит организовывать геотермальное отопление своими руками, так как не каждый может разобраться какое оборудование стоит поставить в доме Зачастую небрежность в рассчетах может привести к нежелательным последствиям. Как рассчитать потребность вашего дома в тепловой энергии, а следовательно и длинну необходимую для скважин подскажут наши менеджеры. Вам лишь необходимо набрать номер и нажать на кнопу позвонить.

ПРИЕМУЩЕСТВО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ

— Затраты на электричество ниже до 80%:

на 1 кВт электроэнергии вырабатывается 4-5 кВт тепла.

— Безопаснее и дешевле газа

(до 2-х раз дешевле магистрального газа и до 6 раз дешевле газгольдера (газ пропан).

— В 12 раз быстрее подключения магистрального газа.

(установка теплового насоса 1 месяц, подключение магистрального газа (метан) 10-14 месяцев если посёлок газифицирован.)

— Безопасность

В тепловом насосе нет огнеопасных материалов и отсутствует процесс горения, нет загрязняющих выбросов, нет запаха газа.

— Простота установки

нет необходимости в получении разрешительной документации и не требует согласования (по сравнению с магистральным газом).

— Долговечность работы

срок работы теплового насоса 20-50 лет, потом меняется только компрессор в тепловом насосе.

ПОЧЕМУ Я НИКОГДА НЕ СЛЫШАЛ ПРО ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ?

В России большинство людей живут в квартирах, там есть электричество и газ. В частных домах живёт около 26% людей, почти половина этих домов газифицированные, остальные топят электричеством, дровами, пелетами, дизельным топливом, газгольдером или тепловым насосом. Поэтому о тепловых насосах в России мало кто знает.

В Финляндии в частных домах живет больше половины населения страны и там тепловые насосы используются часто.

Тепловые насосы используются в России 1980-х годов, в 1986 году «Киевнаучфильм» снял научно популярный фильм в про тепловые насосы, где всё подробно рассказано как он работает и где его применяют. Посмотреть его можно тут:

ТЕПЛОВОЙ НАСОС

Наши тепловые насосы (ЕвроТепло78) имеют ряд преимуществ по сравнению с другими производителями.

— Он имеет встроенный 7” сенсорный компьютер, с помощью его вы всегда видите всю информацию о системе отопления вашего дома, температуру ГВС, температуру на улице, температуру в системе отопления и в вашем доме.

Так же вы можете настроить его выключение и выключения, по времени (ночью электричество в 2 раза дешевле, тем самым по ночам отапливать дом дешевле), по погоде на улице (чем холоднее на улице, тем сильнее он будет топить).

— Сердце теплового насоса — это компрессор, мы используем спиральные компрессоры Copeland (США) от лидера производителя специальной версии для тепловых насосов «ZH».

Некоторые производители экономят на компрессорах и устанавливают версии для кондиционеров, которые в первую очередь рассчитаны для приготовления холода, а не тепла.

— Так же он может включать и выключать другие источники отопления (резервные).

Многие знают наш климат в Северо-Западном регионе, обычно зимой не более -10 градусов и всего 10-15 дней за всю зиму когда на улице -20….-26 градусов.

Поэтому можно установить тепловой насос меньшей мощности.

Если у вас дом в -26 требует 15 кВт тепла, а насос установлен на 10кВт, то для получения не достающих 5 кВт тепловой насос включит электрический котёл.

Мы всегда готовы ответить на любые ваши вопросы как по телефону, так и в живую в нашем офисе.

Мы всегда готовы вам показать действующие объекты которые топятся от теплового насоса.

Например в п. Хапо-ое дом площадью 330 кв.м. отапливается Тепловым насосом серии HP10.

Геотермальное отопление частного дома и не только

Комфортность жилья неразрывно связана с использованием современных высокоэффективных систем отопления. В нашей стране, как правило, для обогрева помещений используются традиционные природные энергоресурсы, такие как дрова, газ или уголь. Но цены них постоянно растут, кроме того в существенной степени от их использования страдает сама природа. Поэтому многие задумываются об использовании альтернативных источников энергии для отопления собственного жилья.

Что такое геотермальное отопление?

Активное развитие теплоэнергетики на базе традиционных энергоресурсов в современном мире привело к тому, что окружающей среде постоянно наносится существенный урон.

В связи с этим сегодня все чаще при обустройстве систем отопления и кондиционирования используется геотермальная энергия земли. Геотермальное отопление использует природные факторы, являющиеся основой для выработки тепловой энергии с целью обогрева домов.

Как известно, грунт на глубине более полутора метров никогда не замерзает. А на глубине более двух метров температура остается постоянной в течение всего года и составляет +5…+8ºС. Именно это тепло используется при обустройстве геотермальной системы отопления.

Принцип действия систем отопления, используемых геотермальную энергию, очень прост. Через проложенные трубопроводы, углубленные в землю подается природный теплоноситель, температура которого повышается до определенного уровня специальными тепловыми насосами. Помещения при этом обогреваются, как правило, посредством использования контуров теплых полов или радиаторов.

Благодаря современным технологиям, которые предусматривают применение в геотермальных системах отопления надежных компрессоров, подземное «низкокачественное» тепло преобразовывается в «высококачественную» тепловую энергию, используемую для отопления помещений. Методы, применяемые для изготовления рефрижераторных установок, позволили разработать высокотехнологичные тепловые насосы, которые являются основными компонентами геотермальных систем отопления.

Главным достоинством геотермальной системы отопления является то, что она способна самовосстанавливаться. При этом не нарушается экологический и энергетический природный баланс. Использование для отопления геотермальной энергии – это реальный путь сохранения окружающей среды. Кроме того повсеместное применение данных систем позволит значительно сократить потребление традиционных природных энергоресурсов.

Всплеск развития геотермального отопления связывается с энергетическими кризисами в 1973 и 1978 годах. Первые системы были разработаны в США и отличались высокой стоимостью, поэтому изначально геотермальное оборудование устанавливалось в элитных коттеджах. Но в связи с развитием новых технологий появилась возможность существенно снизить стоимость геотермальных систем. Сегодня прогрессивный вид отопления доступен большинству американских семей и повсеместно используется для отопления частных домов и коттеджей.

Современные тепловые насосы заменяют устаревшие модели котлов, работающих на традиционных топливных энергоресурсах. Поскольку происходит постоянное развитие геотермальных систем, то тепловые насосы также постоянно модернизируются, что способствует увеличению их эффективности и экономичности систем в целом.

По статистике к 1980 году насчитывалось работающих тепловых насосов:

В США — приблизительно 3 млн. шт;
В Японии – больше 1,5 млн. шт;
В странах Западной Европы – около 150 тыс. шт.

Каждый год все более популярными становились геотермальные отопительные системы. И к 1993 году только в Европе количество используемых тепловых насосов достигло более 12 млн. шт. Сегодня все больше жителей планеты выбирают для отопления экологически безопасные геотермальные системы, которые быстро окупаются, отличаются высокой надежностью и эффективностью при эксплуатации.

Основным отличием геотермальных систем отопления и кондиционирования является то, что они используют такой нетрадиционный экологически чистый источник, как неисчерпаемую тепловую энергию земли. В связи с этим нет необходимости приобретать, заниматься доставкой и хранить топливные энергоресурсы. Геотермальные системы создают оптимально комфортную атмосферу в жилых помещениях в течение всего года, при этом, не загрязняя атмосферу планеты вредными выбросами.

Тепловые насосы, которые являются основными компонентами геотермальных систем, полностью безопасны при эксплуатации, при их работе не происходит сгорания топлива, а значит, исключается опасность возникновения возгорания и взрыва. Очень важно, что сама система отопления не требует обустройства специальных вытяжек и дымоходов, которые загромождают полезную площадь жилья. Среди других достоинств можно отметить также бесшумность работы, отсутствие каких-либо вредных испарений и неприятных запахов. Геотермальное оборудование отличается аккуратным внешним видом, поэтому его легко сочетать с любым дизайном интерьера.

И отопление, и кондиционирование жилищ проводится при помощи одного и того же оборудования. Таким образом, при помощи геотермальной системы можно получить желаемую прохладу знойным летом и комфортное тепло в зимний период. С помощью геотермального оборудования полностью решаются вопросы комфортного проживания.

Монтаж геотермальных систем значительно дороже, чем обустройство традиционной системы отопления, к примеру, с применением дизельного или газового котла. Но при такой системе эксплуатации можно получить существенную экономию, потому что тепловой насос отличается малым энергопотреблением.

При монтаже геотермальных систем используется три метода, это:

Использование подземных зондов. В этом случае контур заполняется антифризом и опускается на глубину до 60-100 м;
Использование тепла грунтовых вод. Для этого бурится скважина, из которой насосом выкачивается вода с целью дальнейшего прогона через теплообменник. Сбрасывается использованная вода в другую скважину, расположенную ниже по течению.
Установка горизонтальных зондов на дне природного водоема, на уровне ниже сезонного оледенения.

Принцип работы всех существующих тепловых насосов одинаковый. Коэффициент энергосбережения также один и тот же. Как правило, оборудование разных производителей отличается дизайном, способами отбора тепла из природной среды и особенностями установки.

Геотермальное отопление наиболее эффективно работает с системой «теплый пол». При этом тепло распределяется по всей площади пола равномерно, а в помещении поддерживается постоянная комфортная для проживания температура.

Принцип работы теплового насоса

Основным компонентом любой геотермальной системы является тепловой насос. Он работает по принципу работы холодильника, только «наоборот».

Антифриз, циркулируя по установленным в грунте вертикальным зондам (теплообменникам) опускается под землю. При этом он забирает природное грунтовое тепло, после чего поднимается вверх в испаритель. Хладагент (фреон), который содержится в испарителе, вбирает тепло от антифриза, разогревается до температуры 6-8ºС и превращается в пар. В парообразном состоянии нагретый фреон попадает в компрессор, в котором происходит сжатие пара и выпадение горячего конденсата с температурой до 65ºС. В теплообменнике конденсатора, выработанное хладагентом тепло передается теплоносителю, а сам хладагент, проходя через клапан, сброса быстро охлаждается до температуры -15ºС и возвращается в испаритель.Далее начинается новый цикл, то есть охлаждённый антифриз опускается по теплообменникам на определенную глубину за очередной порцией природного тепла и т.д.

Нагретая жидкость из конденсатора поступает в специальную буферную емкость, которая выполняет функции теплового аккумулятора, стабилизирующего работу теплового насоса. Теплоноситель попадает в контур отопительной системы, а для обеспечения горячего водоснабжения в контуре устанавливается специальный нагревательный прибор косвенного нагрева. Благодаря конструкции тепловые насосы обеспечивают стабильное и надежное отопление дома и подачу горячей воды.

В летний период геотермальная система может использоваться в качестве кондиционера. В этом случае излишек тепла в помещении от рабочей жидкости передается вглубь земли к грунтовым зондам.

Сегодня разработаны модификации тепловых насосов, которые используют тепловую энергию воздуха и воды. Но геотермальные системы, использующие тепловую энергию грунтовых слоев, остаются наиболее востребованными. Это объясняется тем, что тепловые насосы хоть и относятся к дорогостоящему оборудованию, но при этом не имеют никаких технических недостатков и являются приемлемым вариантом для применения в отечественных условиях.

Основные преимущества геотермальных тепловых насосов заключаются в следующем:

В максимальной независимости и автономности при эксплуатации. Для работы теплового насоса требуется только подключение к электросети. Не требуется производить закупки дорогостоящего топлива и решать вопросы с его доставкой и хранением. Это позволяет существенно сэкономить средства при эксплуатации системы геотермального отопления.
В стабильных технических характеристиках при работе оборудования.Системы геотермального отопления могут работать круглогодично и не зависят от погодных условий.
В высоком КПД. Большинство моделей вырабатывает около 6 кВт теплоэнергии или 4 кВт мощности системы кондиционирования при потреблении 1 кВт электроэнергии.
В экономичности. Помещение площадью 350 кв. м можно обогреть тепловым насосом мощностью 17 кВт, использовав при этом всего 5 кВт электроэнергии в час за 12 часов.
В длительном сроке эксплуатации. Срок службы грунтовых зондов — около 50 лет, компрессор легко заменяем, и может работать приблизительно 30 лет. Конструкция теплового насоса проста, он неприхотлив в использовании, при этом не требуется какого-либо дорогостоящего обслуживания. Очень удобно, что отопление происходит без вмешательства человека.
В максимально комфортных условиях, которые обеспечивает тепловой насос. Он работает бесшумно и поддерживает постоянную температуру и влажность.
В абсолютной безопасности тепловых насосов при эксплуатации. Они не производят никаких вредных выбросов и при их работе не используются взрывоопасные и пожароопасные вещества.
В возможности использовании одного и того же оборудования для систем кондиционирования и отопления.
В простоте геотермальной системы, она не требует установки дымохода или выделения специального помещения. Система легко вписывается в интерьер жилища, а после установки грунтовых зондов, нет никаких ограничений на создание какого-либо ландшафтного дизайна.

Стоимость обустройства системы геотермального оборудования

В таблице приведены усредненные цены на рынке геотермального оборудования.

Похожее

Тепло от ядра Земли может быть основной силой в тектонике плит

Исследователи обнаружили, что Восточно-Тихоокеанское поднятие является динамичным, поскольку передается тепло, показывая, что динамика плит в значительной степени определяется дополнительной силой тепла, отводимой от ядра Земли. Предоставлено: Wikimedia Commonsdownload.

На протяжении десятилетий ученые предполагали, что движение тектонических плит Земли в значительной степени обусловлено отрицательной плавучестью, создаваемой при их остывании.Новое исследование, однако, показывает, что динамика плит в значительной степени определяется дополнительной силой тепла, отводимой от ядра Земли.

Новые открытия также ставят под сомнение теорию о том, что подводные горные хребты, известные как срединно-океанические хребты, являются пассивными границами между движущимися плитами. Результаты показывают, что Восточно-Тихоокеанское поднятие, доминирующий срединно-океанический хребет Земли, является динамичным по мере передачи тепла.

Дэвид Б. Роули, профессор геофизических наук из Чикагского университета, и его коллеги-исследователи пришли к такому выводу, объединив наблюдения Восточно-Тихоокеанского поднятия с результатами моделирования мантийного потока там. Результаты были опубликованы 23 декабря в журнале Science Advances .

«Мы видим сильную поддержку значительного вклада глубокой мантии в динамику теплоотдачи плит в Тихоокеанском полушарии», — сказал Роули, ведущий автор статьи. «Тепло от основания мантии вносит значительный вклад в силу теплового потока в мантии и в результирующую тектонику плит.«

По оценкам исследователей, примерно 50% динамики плит обусловлено теплом ядра Земли и 20 тераватт теплового потока между ядром и мантией.

В отличие от большинства других срединно-океанических хребтов, Восточно-Тихоокеанское поднятие в целом не перемещалось с востока на запад в течение 50-80 миллионов лет, даже несмотря на то, что его части распространялись асимметрично. Эту динамику нельзя объяснить только субдукцией — процессом, при котором одна плита перемещается под другую или опускается.Исследователи приписывают эти явления плавучести, создаваемой теплом, исходящим из недр Земли.

«Восточно-Тихоокеанское поднятие стабильно, потому что оно было захвачено потоком, исходящим из глубокой мантии», — сказал Роули. «Эта стабильность напрямую связана с подъемом в мантии и управляется им», или выделением тепла из ядра Земли через мантию на поверхность.

Срединно-Атлантический хребет, особенно в Южной Атлантике, также может иметь прямое соединение с глубинным мантийным потоком, добавил он.

«Последствия этого исследования очень важны для всех ученых, работающих над динамикой Земли, включая тектонику плит, сейсмическую активность и вулканизм», — сказал Жан Браун из Немецкого исследовательского центра наук о Земле, который не принимал участия в исследовании.

Действующие силы

Конвекция, или поток материала мантии, переносящий тепло, движет тектоникой плит.Как предполагалось в текущем исследовании, нагревание в основании мантии снижает плотность материала, придавая ему плавучесть и заставляя его подниматься через мантию и соединяться с вышележащими плитами, прилегающими к Восточно-Тихоокеанскому поднятию. Глубокая плавучесть мантии, вместе с охлаждением плит на поверхности, создает отрицательную плавучесть, что вместе объясняет наблюдения вдоль Восточно-Тихоокеанского поднятия и окружающих зон субдукции Тихого океана.

Споры о происхождении движущих сил тектоники плит восходят к началу 1970-х годов.Ученые задаются вопросом: возникает ли плавучесть, приводящая в движение плиты, в первую очередь, из-за охлаждения плиты на поверхности, по аналогии с охлаждением и опрокидыванием озер зимой? Или существует ли также источник положительной плавучести, возникающий из-за тепла у основания мантии, связанного с теплом, извлекаемым из ядра, и если да, то насколько он способствует движению плит? Последняя теория аналогична приготовлению овсянки: тепло внизу заставляет овсянку подниматься, а потеря тепла вдоль верхней поверхности охлаждает овсянку, заставляя ее опускаться.

До сих пор большинство оценок отдавало предпочтение первому сценарию, с небольшим вкладом плавучести, возникающим из-за высокой температуры у основания, или без него. Новые результаты предполагают, что для объяснения наблюдений требуется второй сценарий и что оба источника плавучести, движущей плиты, имеют примерно равный вклад, по крайней мере, в бассейне Тихого океана.

«Основываясь на наших моделях мантийной конвекции, мантия может отводить от ядра до половины общего конвективного теплового баланса Земли», — сказал Роули.

За последние четыре десятилетия было выполнено много работы по представлению мантийной конвекции с помощью компьютерного моделирования. По словам исследователей, теперь модели должны быть пересмотрены, чтобы учесть мантийный апвеллинг.

«Смысл нашей работы заключается в том, что учебники необходимо будет переписать», — сказал Роули.

По словам Брауна, исследование может иметь более широкие последствия для понимания формирования Земли. «Это имеет важные последствия для теплового баланса Земли и так называемого« векового охлаждения »ядра.Если тепло, исходящее от ядра, важнее, чем мы думали, это означает, что общее количество тепла, изначально сохраненного в ядре, намного больше, чем мы думали.

«Кроме того, магнитное поле Земли создается потоком в жидком ядре, поэтому выводы Роули и соавторов, вероятно, будут иметь значение для нашего понимания существования, характера и амплитуды магнитного поля Земли и его эволюция через геологическое время «, — добавил Браун.

Мантия Земли играет определяющую роль в тектонике плит

Дополнительная информация: Дэвид Б.Rowley et al. Кинематика и динамика Восточно-Тихоокеанского поднятия связаны со стабильным глубоководным апвеллингом, Science Advances (2016). DOI: 10.1126 / sciadv.1601107 Предоставлено Чикагский университет

Ссылка : Тепло от ядра Земли может быть основной силой в тектонике плит (2017, 18 января) получено 28 декабря 2020 с https: // физ.org / news / 2017-01-earth-core-under-plate-tectonics.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Может ли тепло земной коры стать основным источником энергии? — ScienceDaily

В мире, где потребление энергии растет, наша единственная надежда — это развитие новых технологий производства энергии.Хотя используемые в настоящее время возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, имеют свои достоинства, существует гигантский, постоянный и неиспользованный источник энергии буквально у нас под носом: геотермальная энергия.

Для производства электричества из геотермальной энергии необходимы устройства, которые каким-то образом могут использовать тепло земной коры. Недавно группа ученых из Tokyo Tech во главе с доктором Сатико Мацусита добилась большого прогресса в понимании и разработке сенсибилизированных тепловых ячеек (STC), типа батарей, которые могут вырабатывать электроэнергию при температуре 100 ° C или ниже.

Существует несколько методов преобразования тепла в электроэнергию, однако их широкомасштабное применение невозможно. Например, горячие и холодные окислительно-восстановительные батареи и устройства, основанные на эффекте Зеебека, невозможно просто закопать внутри источника тепла и эксплуатировать.

Команда доктора Мацусита ранее сообщала об использовании STC в качестве нового метода преобразования тепла непосредственно в электрическую энергию с использованием сенсибилизированных красителями солнечных элементов. Они также заменили краситель на полупроводник, чтобы система могла работать с использованием тепла вместо света.STC, батарея, состоит из трех слоев, зажатых между электродами: слоя переноса электронов (ETM), слоя полупроводника (германий) и слоя твердого электролита (ионы меди). Короче говоря, электроны переходят из состояния с низкой энергией в состояние с высокой энергией в полупроводнике, становясь термически возбужденными, а затем естественным образом переносятся в ETM. Затем они выходят через электрод, проходят через внешнюю цепь, проходят через противоэлектрод, а затем достигают электролита.Реакции окисления и восстановления с участием ионов меди происходят на обеих поверхностях раздела электролита, в результате чего электроны с низкой энергией переносятся на слой полупроводника, так что процесс может начаться заново, замыкая электрическую цепь.

Однако в то время не было ясно, можно ли использовать такую батарею в качестве постоянного двигателя или ток в какой-то момент остановится. После тестирования команда заметила, что электричество действительно перестало течь через определенное время, и предложила механизм, объясняющий это явление.В основном, ток останавливается, потому что окислительно-восстановительные реакции в слое электролита прекращаются из-за перемещения различных типов ионов меди. Самое главное, и что также удивительно, они обнаружили, что аккумулятор может сам исправить эту ситуацию в присутствии тепла, просто размыкая внешнюю цепь на некоторое время; другими словами, с помощью простого переключателя. «При такой конструкции тепло, обычно считающееся некачественной энергией, стало бы отличным возобновляемым источником энергии», — заявляет Мацусита.

Команда очень взволнована своим открытием из-за его применимости, экологичности и потенциала для решения глобального энергетического кризиса. «Нет страха перед радиацией, нет страха перед дорогой нефтью, нет нестабильности выработки электроэнергии, как если бы мы полагались на солнце или ветер», — отмечает Мацусита. Дальнейшие усовершенствования этого типа батарей будут целью будущих исследований с надеждой однажды решить энергетические потребности человечества без вреда для нашей планеты.

История Источник:

Материалы предоставлены Токийским технологическим институтом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Парниковый эффект | Национальное географическое общество

Глобальное потепление описывает нынешнее повышение средней температуры воздуха и океанов Земли. Глобальное потепление часто называют самым последним примером изменения климата.

Климат Земли менялся много раз. Наша планета пережила несколько ледниковых периодов, во время которых ледяные щиты и ледники покрывали большую часть Земли. Он также пережил теплые периоды, когда температура была выше, чем сегодня.

Прошлые изменения температуры Земли происходили очень медленно, на протяжении сотен тысяч лет. Однако недавняя тенденция к потеплению происходит намного быстрее, чем когда-либо. Естественных циклов потепления и похолодания недостаточно, чтобы объяснить степень потепления, которое мы испытали за такое короткое время — это может объяснить только деятельность человека. Ученые опасаются, что климат меняется быстрее, чем некоторые живые существа могут к нему адаптироваться.

В 1988 году Всемирная метеорологическая организация и Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде учредили комитет климатологов, метеорологов, географов и других ученых со всего мира.В эту Межправительственную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК) входят тысячи ученых, которые проводят обзор самых последних имеющихся исследований, касающихся глобального потепления и изменения климата. IPCC оценивает риск изменения климата, вызванного деятельностью человека.

Согласно последнему отчету МГЭИК (2007 г.), средняя температура поверхности Земли повысилась примерно на 0,74 градуса по Цельсию (1,33 градуса по Фаренгейту) за последние 100 лет. Увеличение больше в северных широтах. МГЭИК также обнаружила, что регионы суши нагреваются быстрее, чем океаны.МГЭИК заявляет, что большая часть повышения температуры с середины 20 века, вероятно, связана с деятельностью человека.

Парниковый эффект

Деятельность человека способствует глобальному потеплению, усиливая парниковый эффект. Парниковый эффект возникает, когда определенные газы, известные как парниковые газы, собираются в атмосфере Земли. Эти газы, которые встречаются в атмосфере в естественных условиях, включают диоксид углерода, метан, оксид азота и фторированные газы, иногда известные как хлорфторуглероды (CFC).

Парниковые газы позволяют солнечному свету светить на поверхность Земли, но они задерживают тепло, которое отражается обратно в атмосферу. Таким образом, они действуют как изолирующие стеклянные стены теплицы. Парниковый эффект делает климат Земли комфортным. Без него температура поверхности была бы ниже примерно на 33 градуса по Цельсию (60 градусов по Фаренгейту), и многие формы жизни замерзли бы.

Со времени промышленной революции в конце 1700-х — начале 1800-х годов люди выбрасывают в атмосферу большие количества парниковых газов.Эта сумма резко возросла за последнее столетие. В период с 1970 по 2004 год выбросы парниковых газов увеличились на 70 процентов. Выбросы углекислого газа, наиболее важного парникового газа, выросли за это время примерно на 80 процентов. Количество углекислого газа в атмосфере сегодня намного превышает естественный диапазон, наблюдаемый за последние 650 000 лет.

Большая часть углекислого газа, который люди выбрасывают в атмосферу, образуется при сжигании ископаемых видов топлива, таких как нефть, уголь и природный газ. Автомобили, грузовики, поезда и самолеты сжигают ископаемое топливо.Многие электростанции также используют ископаемое топливо.

Другой способ выброса углекислого газа в атмосферу — вырубка леса. Это происходит по двум причинам. Разлагающийся растительный материал, включая деревья, выбрасывает в атмосферу тонны углекислого газа. Живые деревья поглощают углекислый газ. Уменьшая количество деревьев, поглощающих углекислый газ, газ остается в атмосфере.

Большая часть метана в атмосфере поступает в результате животноводства, свалок и производства ископаемого топлива, такого как добыча угля и переработка природного газа.Закись азота получается из сельскохозяйственных технологий и сжигания ископаемого топлива.

Фторированные газы включают хлорфторуглероды, гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды. Эти парниковые газы используются в аэрозольных баллончиках и холодильниках.

Все эти виды деятельности человека приводят к увеличению выбросов парниковых газов в атмосферу, улавливая больше тепла, чем обычно, и способствуя глобальному потеплению.

Последствия глобального потепления

Даже небольшое повышение средних глобальных температур может иметь огромные последствия.Возможно, самый большой и очевидный эффект заключается в том, что ледники и ледяные шапки тают быстрее, чем обычно. Талая вода стекает в океаны, в результате чего уровень моря поднимается, а океаны становятся менее солеными.

Ледниковые щиты и ледники естественным образом наступают и отступают. По мере изменения температуры Земли ледяные щиты увеличивались и сокращались, а уровень моря падал и повышался. Древние кораллы, найденные на суше во Флориде, Бермудских островах и Багамах, показывают, что уровень моря должен быть

Facts — Climate Change: Vital Signs of the Planet

Упрощенная анимация парникового эффекта.Предоставлено: NASA / JPL-Caltech (Загрузите версию с высоким разрешением здесь.)

›на испанском языке

Ученые связывают тенденцию глобального потепления, наблюдаемую с середины 20-го, ^-го,-го века, с распространением человеком «парникового эффекта» ¹ — потепления, которое возникает, когда атмосфера улавливает тепло, излучаемое с Земли в космос.

Определенные газы в атмосфере блокируют выход тепла. Долгоживущие газы, которые полупостоянно остаются в атмосфере и не реагируют физически или химически на изменения температуры, описываются как «вызывающие» изменение климата.Газы, такие как водяной пар, которые физически или химически реагируют на изменения температуры, рассматриваются как «обратная связь».

Газы, способствующие парниковому эффекту, включают:

Водяной пар. Самый распространенный парниковый газ, но, что немаловажно, он действует как обратная связь с климатом. Водяной пар увеличивается по мере того, как атмосфера Земли нагревается, но вместе с тем увеличивается и вероятность появления облаков и осадков, что делает их одними из наиболее важных механизмов обратной связи с парниковым эффектом.

Двуокись углерода (CO ₂). Незначительный, но очень важный компонент атмосферы, углекислый газ выделяется в результате естественных процессов, таких как дыхание и извержения вулканов, а также в результате деятельности человека, такой как вырубка лесов, изменение землепользования и сжигание ископаемого топлива. С начала промышленной революции люди увеличили концентрацию CO ₂ в атмосфере на 47%. Это важнейшее долгоживущее «форсирование» изменения климата.

Метан.Углеводородный газ, производимый как из природных источников, так и в результате деятельности человека, включая разложение отходов на свалках, в сельском хозяйстве и особенно при выращивании риса, а также при переваривании жвачных животных и использовании навоза, связанных с домашним скотом. Если говорить о молекуле за молекулой, метан является гораздо более активным парниковым газом, чем углекислый газ, но также и тем, которого в атмосфере гораздо меньше.

Закись азота. Мощный парниковый газ, образующийся при обработке почвы, особенно при использовании коммерческих и органических удобрений, сжигании ископаемого топлива, производстве азотной кислоты и сжигании биомассы.

Хлорфторуглероды (ХФУ). Синтетические соединения полностью промышленного происхождения используются в ряде приложений, но в настоящее время их производство и выброс в атмосферу в значительной степени регулируются международным соглашением из-за их способности вносить вклад в разрушение озонового слоя. Они также являются парниковыми газами.

Недостаточно парникового эффекта: У планеты Марс очень тонкая атмосфера, почти полностью двуокись углерода. Из-за низкого атмосферного давления и почти полного отсутствия метана или водяного пара, усиливающих слабый парниковый эффект, Марс имеет в значительной степени замороженную поверхность, на которой нет никаких признаков жизни. Слишком сильный парниковый эффект: Атмосфера Венеры, как и Марса, почти полностью состоит из углекислого газа. Но на Венере в атмосфере примерно в 154 000 раз больше углекислого газа, чем на Земле (и примерно в 19 000 раз больше, чем на Марсе), что создает неуправляемый парниковый эффект и температуру поверхности, достаточную для плавления свинца.

На Земле деятельность человека меняет естественную теплицу. За последнее столетие сжигание ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, увеличило концентрацию двуокиси углерода в атмосфере (CO ₂).Это происходит потому, что в процессе сжигания угля или масла углерод соединяется с кислородом воздуха, образуя CO ₂. В меньшей степени расчистка земель для сельского хозяйства, промышленности и другой деятельности человека увеличила концентрацию парниковых газов.

Последствия изменения естественного парникового эффекта в атмосфере трудно предсказать, но некоторые эффекты кажутся вероятными:

В среднем на Земле станет теплее. Некоторые регионы могут приветствовать более высокие температуры, а другие — нет.

Более теплые условия, вероятно, приведут к большему испарению и выпадению осадков в целом, но отдельные регионы будут отличаться, некоторые из них станут более влажными, а другие более сухими.

Более сильный парниковый эффект согреет океан и частично растает ледники и ледовые щиты, повышая уровень моря. Вода в океане также расширится, если нагреется, что будет способствовать дальнейшему повышению уровня моря.

За пределами теплицы повышенные уровни содержания двуокиси углерода в атмосфере (CO ₂) могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия для урожайности сельскохозяйственных культур.Некоторые лабораторные эксперименты показывают, что повышенные уровни CO ₂ могут увеличить рост растений. Однако другие факторы, такие как изменение температуры, озона, воды и ограничений по питательным веществам, могут более чем противодействовать любому потенциальному увеличению урожайности. Если оптимальные температурные диапазоны для некоторых культур превышаются, возможный ранее прирост урожая может быть уменьшен или полностью обращен вспять.
Экстремальные климатические явления, такие как засухи, наводнения и экстремальные температуры, могут привести к потере урожая и поставить под угрозу средства к существованию сельскохозяйственных производителей и продовольственную безопасность населения во всем мире.В зависимости от сельскохозяйственных культур и экосистемы, сорняки, вредители и грибы также могут процветать при более высоких температурах, более влажном климате и повышенных уровнях CO ₂, а изменение климата, вероятно, приведет к увеличению количества сорняков и вредителей.
Наконец, хотя повышение CO ₂ может стимулировать рост растений, исследования показали, что он также может снизить питательную ценность большинства пищевых культур за счет снижения концентрации белка и основных минералов в большинстве видов растений. Изменение климата может вызвать появление новых видов вредителей и болезней, поражающих растения, животных и людей и создавая новые риски для продовольственной безопасности, безопасности пищевых продуктов и здоровья человека. ²

Роль человеческой деятельности

В своем Пятом оценочном отчете Межправительственная группа экспертов по изменению климата, группа из 1300 независимых научных экспертов из стран всего мира под эгидой Организации Объединенных Наций, пришла к выводу, что с вероятностью более 95 процентов деятельность человека за последние 50 годы согрели нашу планету.

Промышленная деятельность, от которой зависит наша современная цивилизация, повысила уровень углекислого газа в атмосфере с 280 частей на миллион до 414 частей на миллион за последние 150 лет.Группа также пришла к выводу, что вероятность того, что произведенные человеком парниковые газы, такие как углекислый газ, метан и закись азота, превышает 95 процентов, вызвала большую часть наблюдаемого повышения температуры Земли за последние 50 лет.

Полный отчет группы «Резюме для политиков» находится онлайн по адресу https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_summary-for-policymakers.pdf .

Солнечное излучение

На приведенном выше графике сравниваются глобальные изменения температуры поверхности (красная линия) и энергия Солнца, которую Земля получает (желтая линия) в ваттах (единицах энергии) на квадратный метр с 1880 года.Более светлые / более тонкие линии показывают годовые уровни, а более жирные / более толстые линии показывают средние тенденции за 11 лет. Средние значения за одиннадцать лет используются для уменьшения годового естественного шума в данных, что делает основные тенденции более очевидными.

Количество солнечной энергии, которую получает Земля, соответствует естественному 11-летнему циклу Солнца, состоящему из небольших подъемов и падений, без какого-либо чистого увеличения с 1950-х годов. За тот же период глобальная температура заметно повысилась. Поэтому крайне маловероятно, что Солнце вызвало наблюдаемую тенденцию к потеплению глобальной температуры за последние полвека.Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.

Разумно предположить, что изменения в выработке энергии Солнцем вызовут изменение климата, поскольку Солнце является основным источником энергии, который управляет нашей климатической системой.

Действительно, исследования показывают, что изменчивость солнечной активности сыграла роль в прошлых изменениях климата. Например, считается, что снижение солнечной активности в сочетании с увеличением вулканической активности способствовало возникновению Малого ледникового периода примерно между 1650 и 1850 годами, когда Гренландия остыла с 1410 до 1720-х годов, и в Альпах поднялись ледники.

Но несколько линий доказательств показывают, что нынешнее глобальное потепление нельзя объяснить изменениями энергии Солнца:

С 1750 года среднее количество энергии, исходящей от Солнца, либо оставалось постоянным, либо немного увеличивалось.

Если бы потепление было вызвано более активным Солнцем, ученые ожидали бы увидеть более высокие температуры во всех слоях атмосферы. Вместо этого они наблюдали похолодание в верхних слоях атмосферы и потепление на поверхности и в нижних частях атмосферы.Это потому, что парниковые газы удерживают тепло в нижних слоях атмосферы.

Климатические модели, которые включают изменения солнечной освещенности, не могут воспроизвести наблюдаемую тенденцию температуры за последнее столетие или более без учета увеличения выбросов парниковых газов.

Внутреннее тепло Земли. — ppt видео онлайн скачать

Презентация на тему: «Внутреннее тепло Земли» — стенограмма презентации:

1 Внутреннее тепло Земли

2 Если вы думаете о вулкане, вы знаете, что Земля должна быть горячей внутри.
Если вы думаете о вулкане, вы знаете, что Земля должна быть горячей внутри.Тепло внутри Земли перемещает континенты, строит горы и вызывает землетрясения. Откуда все это тепло внутри Земли?

3 Итак, Земля началась с сильной жары.
Земля была горячей, когда образовалась. Много тепла Земли осталось от того, когда наша планета сформировалась четыре с половиной миллиарда лет назад. Итак, Земля началась с сильной жары.

4 Земля вырабатывает часть собственного тепла.
Земля вырабатывает часть собственного тепла.Земля поддерживает почти постоянную температуру, потому что она производит тепло внутри.

5 Процесс, посредством которого Земля выделяет тепло, называется радиоактивным распадом.
Процесс, посредством которого Земля выделяет тепло, называется радиоактивным распадом. Уран — особый вид элемента, потому что при его распаде выделяется тепло. Именно это тепло не дает Земле полностью остыть.

6 Температура ядра Земли оценивается в диапазоне от 5 000 до 7 000 градусов по Цельсию.
Это примерно так же жарко, как поверхность солнца, но намного холоднее, чем внутренняя часть солнца.

8 Относительные плотности слоев Земли
Континентальная кора: от 2,7 до 3,0 Океаническая кора: от 3,0 до 3,3 Астеносфера (мантия) от 3,3 до 5,7 Внешнее ядро (жидкое): от 9,9 до 12,2 Внутреннее ядро (твердое): от 12,6 до 13,0

11 Кора Кора составляет менее 1% Земли по массе.
Холодная, тонкая, хрупкая внешняя оболочка из камня.