入り口深さ2メートルで地面が温まるとき。 土製の垂直コレクター。 純粋な物理学であり、奇跡は存在しない
垂直コレクターは、地熱地球プローブを使用して地面からエネルギーを抽出します。 これらは、直径145〜150mm、深さ50〜150mの井戸を備えた閉鎖システムであり、そこにパイプが敷設されています。 パイプラインの終端にはリターン U エルボが取り付けられています。 通常、設置は 2 本の d40 パイプを備えた単一回路プローブ (「スウェーデン システム」)、または 4 本の d32 パイプを備えた二重回路プローブを使用して実行されます。 二重回路プローブは 10 ～ 15% 高い熱抽出を達成する必要があります。 150 m より深い井戸の場合は、4xd40 パイプを使用する必要があります (圧力損失を減らすため)。
現在、地中から熱を取り出す井戸の深さは 150 メートルが多く、それより深くなるとより多くの熱を得ることができますが、井戸のコストは非常に高くなります。 したがって、垂直コレクターの設置にかかるコストを、将来予想される節約額と比較して事前に計算することが重要です。 アクティブ/パッシブ冷却システムが取り付けられている場合、さらに 深い井戸土壌内の温度が高く、溶液からの熱伝達の瞬間の電位が低いため、これは行わないでください。 環境。 不凍液混合物 (アルコール、グリセリン、グリコール) がシステム内を循環し、必要な不凍液濃度になるまで水で希釈されます。 ヒートポンプでは、地面から取り出した熱を冷媒に伝達します。 深さ20mの地表の温度は約10℃で、30mごとに1℃ずつ上昇します。 気候条件に影響されないため、冬も夏も高品質なエネルギーを選択できます。 なお、地中の温度は季節の初め（9月～10月）と季節の終わり（3月～4月）の気温が若干異なります。 したがって、垂直コレクタの深さを計算するときは、長さを考慮する必要があります。 暖房の季節設置現場にて。
地熱垂直探査機を使用して熱を収集する場合、次のことが非常に重要です。 正しい計算そしてコレクターのデザイン。 適切な計算を実行するには、設置場所で希望の深さまで掘削できるかどうかを知る必要があります。
出力10kWのヒートポンプの場合、約120～180mの井戸が必要となります。 井戸は少なくとも 8m 離して配置する必要があります。 井戸の数と深さは地質条件、利用可能性によって異なります。 地下水、土の保温力と掘削技術。 複数の井戸を掘削する場合、必要な井戸の全長を井戸の数で割ります。
水平型コレクタと比較した垂直型コレクタの利点は、使用する土地の面積が小さいこと、熱源がより安定していること、および熱源が場所から独立していることです。 気象条件。 垂直コレクタの欠点は、掘削作業にコストがかかることと、コレクタ近くの地球が徐々に冷却されることです（設計時に必要な電力を適切に計算する必要があります）。
必要な井戸の深さの計算
井戸の深さと数の予備計算に必要な情報:
ヒートポンプの電力
選択された暖房タイプ - 「暖かい床」、ラジエーター、組み合わせ
エネルギー需要をカバーするヒートポンプの年間推定運転時間数
設置場所
地熱井戸の使用 - 暖房、温水暖房、季節限定のプール暖房、通年プール暖房
オブジェクト内でのパッシブ (アクティブ) 冷却機能の使用
暖房のための年間総熱消費量 (MW/h)
恒久的な温室を建設するための最良かつ最も合理的な方法の 1 つは、地下魔法瓶温室です。
地球の深部の温度は一定であるというこの事実を温室の建設に利用すると、寒い季節の暖房費が大幅に節約され、メンテナンスが容易になり、微気候がより安定します。.
このような温室は、最も厳しい霜の中でも機能し、野菜を生産したり、花を育てたりすることができます 一年中.
適切に設備された地下温室により、とりわけ、熱を好む南部の作物を栽培することが可能になります。 事実上制限はありません。 柑橘類やパイナップルさえも温室で育つことができます。
しかし、実際にすべてが適切に機能するためには、地下温室の建設に使用される実績のある技術に従うことが不可欠です。 結局のところ、この考えは新しいものではなく、ロシア皇帝政権下でさえ、沈んだ温室でパイナップルを収穫し、進取的な商人がヨーロッパに販売するために輸出していたのだ。
何らかの理由で、そのような温室の建設は我が国では見つかりませんでした 広く普及している、デザインは私たちの気候に理想的であるにもかかわらず、概して、それは単に忘れられています。
おそらく、深い穴を掘って基礎を注ぐ必要性がここで役割を果たしました。 埋設温室の建設にはかなりの費用がかかり、ポリエチレンで覆われた温室には程遠いですが、温室から得られる利益ははるかに大きくなります。
地面に埋められても内部照明全体が失われるわけではないため、奇妙に思えるかもしれませんが、場合によっては光の飽和度が従来の温室の飽和度よりもさらに高くなる場合もあります。
構造の強度と信頼性は言うまでもなく、通常よりも比較にならないほど強く、ハリケーンの突風にも容易に耐えることができ、ひょうにもよく耐え、雪の破片が邪魔になることはありません。
1. ピット
温室づくりは穴を掘ることから始まります。 地熱を利用して室内を暖房するには、温室の深さを十分に深くする必要があります。 深く行けば行くほど、地球は暖かくなります。
地表から2～2.5メートルの距離では、気温は年間を通じてほとんど変わりません。 深さ 1 m では、地温の変動が大きくなりますが、冬でもその値はプラスのままで、通常は 真ん中のレーン気温は時期にもよりますが、4～10℃です。
埋め込み式温室はワンシーズンで建てられます。 つまり、冬には完全に機能し、収入を生み出すことができます。 建設費は安くありませんが、創意工夫と妥協した材料を使用することで、基礎ピットから始めて温室の一種の経済バージョンを作成することで、文字通り一桁節約することが可能です。
たとえば、建設機械を使用せずに実行します。 作業の中で最も労働集約的な部分である穴を掘る部分ですが、もちろん、掘削機に任せたほうが良いでしょう。 このような量の土壌を手作業で除去するのは困難で時間がかかります。
掘削ピットの深さは少なくとも2メートル必要です。 このような深さでは、地球は熱を共有し始め、一種の魔法瓶のように機能します。 深さが浅い場合、原則としてアイデアは機能しますが、効果は著しく低下します。 したがって、将来の温室を深くするために労力とお金を惜しまないことをお勧めします。
地下温室の長さは任意ですが、幅が広いと加熱や光の反射などの品質特性が低下するため、幅は5メートル以内が望ましいです。
地平線の側面では、地下温室は、通常の温室や温室と同様に、東から西、つまり、一方の面が南を向くように向ける必要があります。 この位置では、植物は次のことを受け取ります。 最高額太陽光エネルギー。
2. 壁と屋根
基礎が注がれるか、ピットの周囲にブロックが置かれます。 基礎は構造の壁とフレームの基礎として機能します。 断熱特性に優れた材料で壁を作る方が良いため、サーマルブロックは優れた選択肢です。
屋根フレームは多くの場合、防腐剤を染み込ませた棒から作られた木材で作られています。 屋根の構造は通常、直切妻です。 リッジビームは構造の中心に固定されており、このために中央サポートが温室の全長に沿って床に設置されています。
棟梁と壁は一連の垂木で接続されています。 フレームは高いサポートなしで作ることができます。 それらは小さなものに置き換えられ、温室の反対側を接続する横梁に配置されます。この設計により、内部スペースがより自由になります。
屋根材としては、人気のある現代の素材であるセルラーポリカーボネートを使用することをお勧めします。 建設中の垂木間の距離は、ポリカーボネートシートの幅に合わせて調整されます。 素材を扱うのに便利です。 シートの長さは 12 m であるため、少ない接合数でコーティングが得られます。
タッピングネジでフレームに取り付けられていますが、ワッシャー形状のキャップ付きのものを選択することをお勧めします。 シートの亀裂を避けるために、各セルフタッピングネジに適切な直径の穴を開ける必要があります。 ドライバーまたはプラスビット付きの通常のドリルを使用すると、グレージング作業が非常に迅速に進みます。 隙間が残らないようにするために、事前に垂木の上部に沿って柔らかいゴムまたはその他の適切な材料で作られたシーラントを敷いてから、シートをネジで固定することをお勧めします。 尾根に沿った屋根の頂点には柔らかい断熱材を敷き、プラスチック、ブリキ、その他の適切な材料などの何らかのコーナーで押す必要があります。
断熱性を高めるために、屋根はポリカーボネートの二重層で作られることがあります。 透明度は約10％低下しますが、優れた断熱性能でカバーします。 そのような屋根の雪が溶けないことを考慮する必要があります。 したがって、屋根に雪が積もらないように、傾斜は少なくとも30度の十分な角度にする必要があります。 また、振動用電動バイブレーターを搭載しており、雪が積もった場合でも屋根を守ります。
二重ガラスは次の 2 つの方法で行われます。
特別なプロファイルが2枚のシートの間に挿入され、シートは上からフレームに取り付けられます。
まず固定します 最下層フレームの内側から垂木の下側までガラスを張ります。 屋根の 2 層目は、いつものように上から覆われます。
作業が完了したら、すべての接合部をテープでシールすることをお勧めします。 完成した屋根は非常に印象的です。不要な接合部がなく、滑らかで、突出部分がありません。
3. 断熱と暖房
壁の断熱は次のように行われます。 まず、壁のすべての接合部と継ぎ目を溶液で注意深くコーティングする必要があります;ここではポリウレタンフォームを使用することもできます。 内側壁は断熱フィルムで覆われています。
国の寒い地域では、壁を二重層で覆う厚いホイルフィルムを使用するのが良いでしょう。
温室の土壌深部の温度は氷点以上ですが、植物の生育に必要な気温よりは低いです。 最上層は太陽光線と温室の空気によって加熱されますが、それでも土壌が熱を奪うため、地下温室では多くの場合「床暖」技術が使用されます。発熱体である電線は保護されています。 金属グリルまたはコンクリートで埋められます。
2番目のケースでは、ベッド用の土がコンクリートの上に注がれるか、鉢や植木鉢で緑が栽培されます。
十分な電力があれば、床暖房を使用しても温室全体を暖めることができます。 しかし、植物にとっては、暖かい床暖房と空気暖房という組み合わせの暖房を使用する方がより効果的で快適です。 良好に成長するには、気温25〜35度、地温約25度が必要です。
結論
もちろん、埋め込み式温室の建設には、従来の設計の同様の温室を建設するよりも費用がかかり、より多くの労力が必要になります。 しかし、魔法瓶温室に投資した資金は時間の経過とともに利益をもたらします。
まず、暖房エネルギーの節約になります。 どんなに加熱しても、 冬時間通常の地上温室では、地下温室での同様の加熱方法よりも常に高価で困難になります。 2つ目は照明の節約です。 壁のホイル断熱材は光を反射し、照明を2倍にします。 冬の深い温室の微気候は植物にとってより有利であり、それは確かに収量に影響します。 苗も根付きやすく、繊細な植物も気持ち良く仕上がります。 このような温室は、一年中あらゆる植物の安定した高収量を保証します。
キリル・デグチャレフ、研究者、モスクワ 州立大学彼ら。 M.V.ロモノーソフ。
炭化水素が豊富な我が国において、地熱エネルギーは一種の外来資源であり、現状を考慮すると石油やガスと競合する可能性は低い。 しかし、この代替エネルギーは、ほぼどこでも非常に効果的に使用できます。
写真：イーゴリ・コンスタンティノフ。
深さによる地温の変化。
温泉水とそれを含む乾燥した岩石の温度が深さとともに上昇すること。
温度はさまざまな地域の深さとともに変化します。
アイスランドの火山エイヤフィヤトラヨークトルの噴火は、地球の腸からの強力な熱流によって活動的な地殻変動帯や火山帯で起こる激しい火山活動を示しています。
国別の地熱発電所の設置容量、MW。
ロシア全土の地熱資源の分布。 専門家によれば、地熱エネルギーの埋蔵量は有機化石燃料のエネルギー埋蔵量の数倍です。 地熱エネルギー協会によると。
地熱エネルギーは地球内部の熱です。 深層で生成され、地表に到達するまでに さまざまな形そして異なる強度で。
土壌の上層の温度は、主に外部（外生）要因、つまり太陽照度と気温に依存します。 夏と日中、土壌は一定の深さまで温まり、冬と夜間には気温の変化に伴い、深さとともに温度が少しずつ低下して冷えます。 気温の日内変動の影響は深さ数センチメートルから数十センチメートルで終わります。 季節変動土壌のより深い層（最大数十メートル）を捕捉します。
ある深さ（数十メートルから数百メートル）では、地表の温度は一定に保たれ、地表の年間平均気温と等しくなります。 これは、かなり深い洞窟に行くことで簡単に確認できます。
いつ 年間平均気温特定の地域の空気がゼロ以下になると、永久凍土（より正確には永久凍土）として現れます。 で 東シベリア年間を通じて凍った土の厚さ、つまり厚さは、場所によっては200〜300メートルに達します。
ある深さ（地図上の各点で異なります）からは、太陽と大気の作用が非常に弱まり、内因性（内部）要因が優先され、地球の内部は内側から加熱され、気温が上昇し始めます。深みのある。
地球の深層の加熱は、主にそこに存在する放射性元素の崩壊に関連していますが、他の熱源も、たとえば、深層の物理化学的、地殻構造プロセスとも呼ばれます。 地球の地殻そしてローブ。 でも、理由が何であれ、気温は 岩関連する液体および気体物質は深さとともに増加します。 鉱山労働者はこの現象に直面しています。鉱山の深部は常に高温です。 深さ1kmでは30度の暑さが普通ですが、深くなるとさらに温度が高くなります。
地球内部から地表に到達する熱流は小さく、その出力は平均して 0.03 ～ 0.05 W/m2 です。
または年間約 350 Wh/m2。 太陽からの熱の流れと太陽によって加熱された空気を背景にすると、これは目に見えない価値です。太陽はすべての人に与えます。 平方メートル 地球の表面年間約 4000 kWh、つまり 10,000 倍です (もちろん、これは平均値であり、極地と赤道の緯度には大きなばらつきがあり、他の気候や気象要因によって異なります)。
地球の大部分で内部から表面への熱の流れが無視できることは、岩石の熱伝導率の低さとその特性に関連しています。 地質構造。 ただし例外もあります。熱流が高い場所です。 これらは、まず第一に、地殻構造の断層、地震活動の増加、火山活動のゾーンであり、地球内部のエネルギーが出口を見つける場所です。 このようなゾーンはリソスフェアの熱異常によって特徴づけられ、地表に到達する熱流は「通常」よりも数倍、さらには桁違いに強力になる可能性があります。 火山の噴火と温泉は、これらのゾーンの地表に膨大な量の熱をもたらします。
地熱エネルギーの開発に最も適しているのはこれらの地域です。 ロシアの領土では、まず第一に、これはカムチャツカです、 千島列島そしてコーカサス。
同時に、深さとともに温度が上昇するのは普遍的な現象であり、鉱物原料が深層から抽出されるのと同じように、深層から熱を「抽出」することが課題であるため、地熱エネルギーの開発はほぼどこでも可能です。
平均して、温度は深さとともに 100 m ごとに 2.5 ～ 3 ℃上昇し、異なる深さにある 2 点間の温度差と、それらの間の深さの差の比を地熱勾配と呼びます。
その逆数値は地熱ステップ、つまり温度が 1℃上昇する深さの間隔です。
勾配が高ければ高いほど、そしてそれに応じてステージが低いほど、地球深部の熱が地表に近くなり、この地域は地熱エネルギーの開発にとってより有望です。
地質構造やその他の地域的条件に応じて、さまざまな地域で 現地の状況、深さによる温度上昇率は急激に変化する可能性があります。 地球規模では、地熱勾配と地熱ステップの大きさの変動は 25 倍に達します。 たとえば、オレゴン州 (米国) では、勾配は 1 km あたり 150 ℃ です。 南アフリカ 1kmあたり-6℃。
問題は、気温は何度かということです 深いところ- 5、10 km、それともそれ以上ですか? この傾向が続く場合、深さ 10 km の温度は平均約 250 ～ 300 ℃になるはずです。これは、超深井戸での直接観察によって多かれ少なかれ確認されていますが、状況は温度の直線的な増加よりもはるかに複雑です。 。
たとえばコーラでは 超深井戸、バルト海で掘削 クリスタルシールド深さ3kmまでの温度は1kmあたり10℃の割合で変化し、地熱勾配は2～2.5倍になります。 深さ7kmではすでに120℃、10kmでは180℃、12kmでは220℃の気温が記録されています。
もう1つの例は、北カスピ海地域で掘削された井戸で、深さ500メートルで42℃、1.5kmで70℃、2kmで80℃、3kmで108℃の温度が記録されました。 。
地熱勾配は深さ20～30kmから減少し始めると考えられています。地球の中心部の推定温度は、深さ100kmでは約1300～1500℃、深さ400km～1600℃です。 (深さ6000 km以上) - 4000-5000 o 付き。
深さ 10 ～ 12 km までの温度は、掘削された井戸を通じて測定されます。 それらが存在しない場合は、より深いところと同じように間接的な兆候によって決定されます。 このような間接的な兆候は、地震波の通過の性質や噴出する溶岩の温度である可能性があります。
しかし、地熱エネルギーの目的では、深さ 10 km を超える温度のデータはまだ実用的ではありません。
数キロメートルの深さでは熱がたくさんありますが、どうやって上げるのでしょうか？ 場合によっては、自然そのものが、天然の冷却剤、つまり地表に出てくるか、私たちの手の届く深さにある加熱された温泉水の助けを借りて、この問題を解決してくれることがあります。 場合によっては、深層の水が加熱されて蒸気の状態になることもあります。
「温泉」の概念には厳密な定義はありません。 一般に、それらは液体状態または蒸気の形の熱い地下水を意味します。これには、20℃を超える温度、つまり一般に気温よりも高い温度で地表に来るものも含まれます。 。
地下水、蒸気、蒸気と水の混合物の熱は水熱エネルギーです。 したがって、その利用に基づくエネルギーは熱水と呼ばれます。
乾燥した岩石から直接熱を取り出す石油熱エネルギーでは、特に十分な量があるため、状況はさらに複雑になります。 高温、原則として、数キロメートルの深さから始まります。
ロシア領土では、石油熱エネルギーの可能性は水熱エネルギーの100倍、それぞれ3,500トンと35兆トンです。 標準燃料。 これはごく自然なことです。地球の深部の暖かさはどこにでもあり、温泉は局地的に見つかります。 しかし、明らかな技術的問題により、現在、温泉水は主に熱と電気の生成に使用されています。
20～30℃から100℃の温度の水は、150℃以上の温度で暖房に適しており、地熱発電所での発電にも適しています。
一般に、ロシアの地熱資源は、同等の燃料トンまたはその他のエネルギー測定単位で表すと、化石燃料埋蔵量の約 10 倍です。
理論的には、この国のエネルギー需要を完全に満たせるのは地熱エネルギーだけです。 ほぼオン この瞬間その領土のほとんどでは、これは技術的および経済的な理由から実現不可能です。
世界で地熱エネルギーの利用といえば、大西洋中央海嶺の北端に位置し、非常に活動的な地殻変動帯と火山地帯にあるアイスランドを思い浮かべる方が多いでしょう。 2010 年にエイヤフィヤトラヨークトル火山が大噴火したことは誰もが覚えているでしょう。
この地質学的特殊性のおかげで、アイスランドには、地表に湧き出たり、間欠泉の形で湧き出たりする温泉を含む、膨大な地熱エネルギーが埋蔵されています。
アイスランドでは現在、消費されるエネルギーの 60% 以上が地球から来ています。 地熱源は暖房の 90%、発電の 30% を供給します。 国の残りの電力は水力発電所で生産されており、これも再生可能エネルギー源を使用していることを付け加えておきます。そのため、アイスランドは一種の世界的な環境基準のように見えます。
20 世紀における地熱エネルギーの栽培化は、アイスランドの発展に大きく貢献しました。 経済的に。 前世紀半ばまでは非常に貧しい国でしたが、現在では一人当たりの地熱エネルギーの設備容量と生産量で世界第1位にランクされ、地熱発電所の絶対設備容量ではトップ10に入っています。 。 しかし、その人口はわずか 30 万人であり、そのため環境に優しいエネルギー源への切り替えが容易になります。その必要性は一般に小さいのです。
アイスランドに加えて、ニュージーランドと東南アジアの島嶼国（フィリピンとインドネシア）でも、発電量全体に占める地熱エネルギーの高い割合が供給されています。 中米東アフリカもまた、その領土は高い地震と地震によって特徴付けられます。 火山活動。 これらの国々にとって、現在の開発レベルとニーズでは、地熱エネルギーは社会経済の発展に大きく貢献しています。
（エンディングはこの後に続きます。）
地球内部の温度は、ほとんどの場合かなり主観的な指標です。正確な温度は、たとえばコラ井戸（深さ 12 km）など、アクセス可能な場所でのみ提供されるためです。 しかし、この場所は地殻の外側部分に属します。
地球のさまざまな深さの温度
科学者たちが発見したように、地球の深さ100メートルごとに気温は3度上昇します。 この数値はすべての大陸と地域で一定です グローブ。 この温度上昇は地殻の上部、最初の約 20 キロメートルで発生し、その後温度上昇は鈍化します。
最大の上昇は米国で記録され、地中深部1,000メートルで気温が150度上昇した。 最も遅い成長が記録されたのは南アフリカで、気温計は摂氏6度しか上昇しなかった。
深さ約35〜40キロメートルでは、温度は約1400度で変動します。 深さ25～3000kmのマントルと外核の境界は2000～3000度まで高温になります。 内核は4000度まで加熱されます。 複雑な実験の結果得られた最新の情報によると、地球の中心部の温度は約6000度です。 太陽はその表面で同じ温度を誇ることができます。
地球深部の最低温度と最高温度
地球内部の最低温度と最高温度を計算するとき、恒温帯からのデータは考慮されません。 このゾーンでは、気温は年間を通じて一定です。 このベルトは深さ 5 メートル (熱帯)、最大 30 メートル (高緯度) にあります。
最高温度深さ約 6000 メートルで測定および記録され、その温度は摂氏 274 度に達しました。 地球内部の最低気温は主に地球の北部地域で記録されており、そこでは深さ100メートル以上でも温度計は氷点下を示します。
熱はどこから来て、地球の内部にどのように分布するのでしょうか?
地球内部の熱はいくつかの発生源から来ます。
1) 放射性元素の崩壊;
2) 地球の核で加熱された物質の重力微分;
3) 潮汐摩擦（月の地球への影響、月の減速を伴う）.
これらは地球の腸内での熱の発生に関するいくつかの選択肢ですが、問題は 完全なリストそして、すでに存在するものの正しさはまだ明らかではありません。
地球の内部から発せられる熱流は、構造ゾーンによって異なります。 したがって、海がある場所、山がある場所、平野がある場所では、熱の分布はまったく異なる指標を示します。