Teplota v zemi v hloubce 2 m. Na Zemi - O životě na Zemi v souladu s Přírodou. Jak se počítají náklady na ohřev a chlazení vzduchu

Povrchová vrstva zemské půdy je přirozeným akumulátorem tepla. Hlavním zdrojem tepelné energie vstupující do horních vrstev Země je sluneční záření. V hloubce cca 3 m a více (pod bodem mrazu) se teplota půdy během roku prakticky nemění a je přibližně rovna průměrná roční teplota venkovní vzduch. V hloubce 1,5-3,2 m v zimě se teplota pohybuje od +5 do + 7 ° C a v létě od +10 do + 12 ° C. Tímto teplem můžete zabránit zamrznutí domu v zimě a zabraňte jeho přehřátí v létě nad 18. -20 °C



Nejjednodušší způsob, jak využít teplo země, je použít půdní výměník tepla (PHE). Pod zemí, pod úrovní promrzání půdy, je položen systém vzduchovodů, které plní funkci výměníku tepla mezi zemí a vzduchem, který těmito vzduchovody prochází. V zimě se přiváděný studený vzduch, který vstupuje a prochází potrubím, ohřívá a v létě se ochlazuje. Při racionálním umístění vzduchovodů lze z půdy odebírat značné množství tepelné energie s malou spotřebou energie.

Lze použít výměník tepla trubka v trubce. Jako rekuperátory zde fungují vnitřní nerezové vzduchovody.

Chlazení v létě

V teplém období zajišťuje chlazení přiváděného vzduchu zemní výměník. Venkovní vzduch vstupuje přes sací zařízení vzduchu do zemního výměníku tepla, kde se ochlazuje zemí. Poté je ochlazený vzduch přiváděn vzduchovody do vzduchotechnické jednotky, ve které letní období místo rekuperátoru je instalována letní vložka. Díky tomuto řešení se snižuje teplota v prostorách, zlepšuje se mikroklima v domě a snižuje se spotřeba energie na klimatizaci.

Práce mimo sezónu

Když je rozdíl teplot mezi venkovním a vnitřním vzduchem malý, přívod čerstvý vzduch lze provést přes přívodní mříž umístěnou na stěně domu v nadzemní části. Během období, kdy je rozdíl významný, lze přívod čerstvého vzduchu provádět přes výměník tepla, který zajišťuje ohřev / chlazení přiváděného vzduchu.

Úspory v zimě

V chladném období se venkovní vzduch dostává přes nasávací zařízení vzduchu do výměníku, kde se ohřeje a následně vstupuje do vzduchotechnické jednotky pro vytápění v rekuperátoru. Předehřev vzduchu ve vzduchotechnické jednotce snižuje pravděpodobnost námrazy rekuperátoru vzduchotechnické jednotky, zvyšuje efektivní dobu rekuperace a minimalizuje náklady na dohřev vzduchu ve vodním / elektrickém ohřívači.

Jak se počítají náklady na ohřev a chlazení vzduchu



Můžete si předem spočítat náklady na ohřev vzduchu v zimě pro místnost, kde je vzduch přiváděn standardně 300 m3/h. V zimě je průměrná denní teplota po dobu 80 dní -5 ° C - je třeba ji ohřát na + 20 ° C. K ohřátí tohoto množství vzduchu musíte spotřebovat 2,55 kW za hodinu (při absenci rekuperace tepla Systém). Při použití geotermálního systému se venkovní vzduch ohřeje až na +5 a následně se spotřebovává 1,02 kW k ohřátí příchozího vzduchu na komfortní. Ještě lepší je situace při použití rekuperace – stačí vydat 0,714 kW. Za období 80 dnů se spotřebuje 2 448 kWh tepelné energie a geotermální systémy sníží náklady o 1 175, resp. 685 kWh.

Mimo sezónu, do 180 dnů, je průměrná denní teplota + 5 ° C - je třeba ohřát až na + 20 ° C. Plánované náklady jsou 3305 kWh a geotermální systémy sníží náklady o 1322 nebo 1102 kWh.

V létě je po 60 dní průměrná denní teplota asi + 20 ° C, ale 8 hodin je v rozmezí + 26 ° C. Náklady na chlazení budou 206 kW * h a geotermální systém sníží náklady o 137 kW * h.

Celoročně se provoz takového geotermálního systému posuzuje pomocí koeficientu - SPF (sezónní účiník), který je definován jako poměr množství přijaté tepelné energie k množství spotřebované elektřiny s přihlédnutím k sezónním změnám v teplota vzduchu / země.

K získání 2634 kWh tepelné energie z půdy spotřebuje větrací jednotka ročně 635 kWh elektřiny. SPF = 2634/635 = 4,14.
Na základě materiálů.

Teplota uvnitř Země. Stanovení teploty v zemských obalech je založeno na různých, často nepřímých údajích. Nejspolehlivější teplotní údaje se týkají nejsvrchnější části zemské kůry, obnažené doly a vrty do maximální hloubky 12 km (vrt Kola).

Nárůst teploty ve stupních Celsia na jednotku hloubky se nazývá geotermální gradient, a hloubka v metrech, během které se teplota zvýší o 1 0 С - geotermální krok. Geotermální gradient a v souladu s tím i geotermální stupeň se liší místo od místa v závislosti na geologických podmínkách, endogenní aktivitě v různých oblastech a také na heterogenní tepelné vodivosti hornin. Hranice kolísání se přitom podle B. Gutenberga liší více než 25krát. Příkladem toho jsou dva výrazně odlišné gradienty: 1) 150 o na 1 km v Oregonu (USA), 2) 6 o na 1 km je registrováno v Jižní Afrika... Podle těchto geotermálních gradientů se geotermální krok také mění z 6,67 m v prvním případě na 167 m ve druhém. Nejčastější kolísání gradientu je v rozmezí 20-50 o a geotermální stupeň -15-45 m. Průměrný geotermální gradient je dlouhodobě měřen při 30 o C na 1 km.

Podle V.N. Žarkova se geotermální gradient v blízkosti zemského povrchu odhaduje na 20 o C na 1 km. Vyjdeme-li z těchto dvou hodnot geotermálního gradientu a jeho neměnnosti hluboko v Zemi, pak v hloubce 100 km měla být teplota 3000 nebo 2000 o C. To je však v rozporu se skutečným data. Právě v těchto hloubkách periodicky vznikají magmatické komory, z nichž na povrch vytéká láva, která má maximální teplota 1200-1250 o. S přihlédnutím k tomuto zvláštnímu "teploměru" se řada autorů (V. A. Lyubimov, V. A. Magnitsky) domnívá, že v hloubce 100 km nemůže teplota překročit 1300-1500 o С.

S více vysoké teploty horniny pláště by byly zcela roztaveny, což odporuje volnému průchodu příčných seismických vln. Průměrný geotermální gradient lze tedy vysledovat pouze do určité relativně malé hloubky od povrchu (20-30 km) a poté by se měl snižovat. Ale i v tomto případě je na stejném místě změna teploty s hloubkou nerovnoměrná. To lze vidět na příkladu změn teploty s hloubkou podél studny Kola, která se nachází ve stabilním krystalickém štítu platformy. Při pokládce tohoto vrtu byl vypočítán geotermální gradient 10 o na 1 km, a proto se v projektové hloubce (15 km) očekávala teplota asi 150 o C. Takový spád byl však pouze do hloubka 3 km a poté se začala zvětšovat 1,5-2,0krát. V hloubce 7 km byla teplota 120 o С, v 10 km -180 o С, ve 12 km -220 o С. Předpokládá se, že v projektované hloubce se teplota bude blížit 280 o С. Kaspické moře regionu, v regionu aktivnějšího endogenního režimu. V ní v hloubce 500 m se ukázala teplota 42,2 oC, v 1500 m - 69,9 oC, v 2000 m - 80,4 oC, v 3000 m - 108,3 oC.

Jaká je teplota v hlubších zónách pláště a jádra Země? Více či méně spolehlivá data byla získána o teplotě báze vrstvy B svrchního pláště (viz obr. 1.6). Podle VN Zharkova „podrobné studie fázového diagramu Mg 2 SiO 4 - Fe 2 SiO 4 umožnily určit referenční teplotu v hloubce odpovídající první zóně fázového přechodu (400 km)“ (tj. přechodu olivín až spinel). Teplota zde, jako výsledek těchto studií, je asi 1600 50 o C.

Otázka rozložení teplot v plášti pod vrstvou B a v jádru Země není dosud vyřešena, a proto jsou vysloveny různé představy. Lze pouze předpokládat, že teplota roste s hloubkou s výrazným poklesem geotermálního gradientu a zvýšením geotermálního kroku. Předpokládá se, že teplota v zemském jádru se pohybuje v rozmezí 4000-5000 o C.

Průměrný chemické složení Země. K posouzení chemického složení Země se používají údaje o meteoritech, což jsou nejpravděpodobnější vzorky protoplanetárního materiálu, ze kterého byly vytvořeny pozemské planety a asteroidy. Touto dobou mnoho padlých na Zemi různé časy a na různých místech meteoritů. Podle složení existují tři typy meteoritů: 1) žehlička, sestávající převážně z niklového železa (90-91 % Fe), s malým množstvím fosforu a kobaltu; 2) železný kámen(siderolity), sestávající ze železa a silikátových minerálů; 3) kámen, nebo aerolity, sestávající převážně ze železno-hořečnatých silikátů a vměstků nikl-železa.

Nejrozšířenější jsou kamenné meteority - asi 92,7 % všech nálezů, železný kámen 1,3 % a železo 5,6 %. Kamenné meteority se dělí do dvou skupin: a) chondrity s malými zaoblenými zrny - chondruly (90 %); b) achondrity, které neobsahují chondruly. Složení kamenných meteoritů se blíží složení ultrabazických vyvřelých hornin. Podle M. Botta obsahují asi 12 % železo-niklové fáze.

Na základě analýzy složení různých meteoritů, jakož i získaných experimentálních geochemických a geofyzikálních dat, poskytuje řada výzkumníků moderní odhad hrubého elementárního složení Země, uvedený v tabulce. 1.3.

Jak je patrné z údajů v tabulce, zvýšená distribuce se týká čtyř nejdůležitějších prvků - O, Fe, Si, Mg, které tvoří více než 91 %. Do skupiny méně běžných prvků patří Ni, S, Ca, A1. Zbytek prvků periodického systému Mendělejeva v globálním měřítku z hlediska obecné distribuce je druhořadý. Porovnáme-li uvedené údaje se složením zemské kůry, pak jasně vidíme významný rozdíl, spočívající v prudkém poklesu O, A1, Si a výrazném nárůstu Fe, Mg a výskytu znatelných množství S. a Ni.

Postava Země se nazývá geoid. Hlubinná struktura Země je posuzována podélnými a příčnými seismickými vlnami, které se šířící se uvnitř Země zažívají lom, odraz a útlum, což naznačuje stratifikaci Země. Existují tři hlavní oblasti:

    Zemská kůra;

    plášť: horní do hloubky 900 km, spodní do hloubky 2900 km;

    zemské jádro je vnější do hloubky 5120 km a vnitřní do hloubky 6371 km.

Vnitřní teplo Země je spojeno s rozpadem radioaktivních prvků - uranu, thoria, draslíku, rubidia atd. Průměrný tepelný tok je 1,4-1,5 µcal/cm 2.s.

1. Jaký je tvar a velikost Země?

2. Jaké jsou metody studia vnitřní stavby Země?

3. Jaká je vnitřní stavba Země?

4. Které seismické úseky prvního řádu jsou jasně rozlišeny při analýze stavby Země?

5. Jakým hranicím odpovídají úseky Mohoroviče a Gutenberga?

6. Jaká je průměrná hustota Země a jak se mění na hranici mezi pláštěm a jádrem?

7. Jak se mění tepelný tok v různých zónách? Jak je chápána změna geotermálního gradientu a geotermálního kroku?

8. Z jakých údajů se určuje průměrné chemické složení Země?

Literatura

  • G. V. Voitkevič Základy teorie vzniku Země. M., 1988.

  • Zharkov V.N. Vnitřní struktura Země a planety. M., 1978.

  • Magnitsky V.A. Vnitřní struktura a fyzika Země. M., 1965.

  • Eseje srovnávací planetologie. M., 1981.

  • Ringwood A.E. Složení a původ Země. M., 1981.

Mohlo by to vypadat jako fantazie, kdyby to nebyla pravda. Ukazuje se, že v drsných sibiřských podmínkách můžete získat teplo přímo ze země. První objekty s geotermálními topnými systémy se v Tomské oblasti objevily loni, a přestože umožňují snížit náklady na teplo ve srovnání s tradičními zdroji zhruba čtyřnásobně, hromadná cirkulace „pod zemí“ zatím neexistuje. Trend je ale patrný a hlavně nabírá na síle. Ve skutečnosti se jedná o nejdostupnější alternativní zdroj energie pro Sibiř, kde například solární panely nebo větrné generátory nemohou vždy ukázat svou účinnost. Geotermální energie je ve skutečnosti těsně pod našima nohama.

„Hloubka zamrznutí půdy je 2–2,5 metru. Teplota Země pod touto značkou zůstává stejná jak v zimě, tak v létě v rozmezí od plus jednoho do plus pěti stupňů Celsia. Na této vlastnosti je založena práce tepelného čerpadla, - říká energetik odboru školství Správy okresu Tomsk. Roman Alekseenko... - Komunikační trubky jsou zakopány do zemního obrysu do hloubky 2,5 metru, ve vzdálenosti asi jeden a půl metru od sebe. V potrubním systému cirkuluje chladicí kapalina – etylenglykol. Vnější horizontální zemní okruh komunikuje s chladicí jednotkou, ve které cirkuluje chladivo - freon, plyn s nízkým bodem varu. Při plus třech stupních Celsia se tento plyn začne vařit, a když kompresor prudce stlačí vroucí plyn, jeho teplota stoupne na plus 50 stupňů Celsia. Ohřátý plyn je směrován do výměníku tepla, ve kterém cirkuluje obyčejná destilovaná voda. Kapalina se zahřívá a přenáší teplo do celého systému podlahového vytápění."

Čistá fyzika a žádné zázraky

Ve vesnici Turuntaevo nedaleko Tomska byla loni v létě otevřena školka vybavená moderním dánským geotermálním systémem vytápění. Podle ředitele společnosti Tomsk "Ecoclimate" George Granin energeticky účinný systém umožnil několikanásobně snížit platbu za dodávku tepla. Za osm let už tento tomský podnik vybavil asi dvě stě objektů v různé regiony Rusko a pokračuje v tom v Tomské oblasti. O slovech Granina tedy není pochyb. Rok před otevřením mateřské školy v Turuntaevu byla „Ecoclimate“ vybavená geotermálním topným systémem, který stál 13 milionů rublů, další Mateřská školka « Slunečný zajíček"V mikrodistriktu Tomsk" Zelenye Gorki ". Ve skutečnosti to byla první zkušenost tohoto druhu. A ukázalo se, že byl docela úspěšný.

Ještě v roce 2012 se společnosti při návštěvě Dánska organizované v rámci programu Euro Info Korespondenčního centra (EICC-Tomsk region) podařilo dohodnout spolupráci s dánskou společností Danfoss. A dnes dánské zařízení pomáhá získávat teplo z podloží Tomska, a jak říkají odborníci bez zbytečné skromnosti, ukazuje se to docela efektivně. Hlavním ukazatelem efektivity je hospodárnost. „Vytápěcí systém budovy mateřské školy o rozloze 250 metrů čtverečních v Turuntaevu stál 1,9 milionu rublů,“ říká Granin. "A poplatek za vytápění je 20-25 tisíc rublů ročně." Tato částka je nesrovnatelná s tím, co by školka zaplatila za teplo z tradičních zdrojů.

Systém v podmínkách sibiřské zimy bez problémů fungoval. Byl proveden výpočet pro shodu topného zařízení s normami SanPiN, podle kterého musí udržovat teplotu v budově mateřské školy ne nižší než + 19 ° C při teplotě venkovního vzduchu -40 ° C. Celkem bylo vynaloženo asi čtyři miliony rublů na přestavbu, opravu a nové vybavení budovy. Spolu s tepelným čerpadlem se jednalo o částku těsně pod šest milionů. Vytápění školky je dnes díky tepelným čerpadlům kompletně izolovaným a nezávislým systémem. V objektu nyní nejsou klasické radiátory a vytápění prostor je realizováno pomocí systému "teplé podlahy".

Školka Turuntaevsky je izolována, jak se říká, „od“ a „do“ - budova je vybavena dodatečnou tepelnou izolací: na horní straně stávající stěny (tloušťka tří cihel) je instalována 10 cm vrstva izolace, ekvivalentní dvě nebo tři cihly. Za izolací je vzduchová mezera, na kterou navazuje kovový obklad. Střecha je izolována stejným způsobem. Hlavní pozornost stavebníků byla zaměřena na „teplou podlahu“ – systém vytápění budovy. Ukázalo se několik vrstev: betonová podlaha, 50 mm silná pěnová vrstva, systém trubek, ve kterých cirkuluje horká voda a linoleum. Přestože teplota vody ve výměníku tepla může dosáhnout + 50 ° C, maximální ohřev skutečné podlahové krytiny nepřesáhne + 30 ° C. Skutečnou teplotu každé místnosti lze ručně upravit - automatická čidla umožňují nastavit teplotu podlahy tak, aby se místnost mateřské školy vytopila na požadované hygienické normy.

Výkon čerpadla ve školce Turuntaevsky je 40 kW vyrobené tepelné energie, k jejíž výrobě potřebuje tepelné čerpadlo 10 kW elektrická energie... Z 1 kW spotřebované elektrické energie tak tepelné čerpadlo vyrobí 4 kW tepla. „Zimy jsme se trochu báli – nevěděli jsme, jak se tepelná čerpadla zachovají. Ale i při silných mrazech ve školce bylo stabilně teplo - od plus 18 do 23 stupňů Celsia, - říká ředitel Turuntaevskaya střední škola Jevgenij Belonogov... - Samozřejmě zde stojí za zvážení, že samotná budova byla dobře izolovaná. Zařízení je nenáročné na údržbu, a přestože se jedná o západní vývoj, v našich drsných sibiřských podmínkách se ukázalo jako docela efektivní.

Komplexní projekt výměny zkušeností v oblasti zachování zdrojů realizovalo EICC-Tomsk Region Tomské obchodní a průmyslové komory. Zúčastnily se ho malé a střední podniky vyvíjející a zavádějící technologie šetřící zdroje. V květnu loňského roku v rámci rusko-dánského projektu navštívili dánští experti Tomsk a výsledek byl, jak se říká, zřejmý.

Inovace přichází do školy

Nová škola ve vesnici Vershinino, oblast Tomsk, postavená farmářem Michail Kolpakov, je třetím objektem v kraji, který využívá teplo země jako zdroj tepla pro vytápění a zásobování teplou vodou. Škola je unikátní i tím, že má nejvyšší kategorii energetické náročnosti – „A“. Topný systém navrhla a uvedla na trh stejná společnost "Ecoclimate".

„Když jsme se rozhodovali, jaký druh vytápění ve škole udělat, měli jsme několik možností – uhelnou kotelnu a tepelná čerpadla,“ říká Michail Kolpakov. - Studovali jsme zkušenosti z energeticky účinné školky v Zelenye Gorki a spočítali jsme, že vytápění staromódním způsobem uhlím by nás stálo více než 1,2 milionu rublů za zimu a navíc potřebujeme teplou vodu. A u tepelných čerpadel budou náklady na celý rok cca 170 tisíc spolu s teplou vodou.“

Systém potřebuje pouze elektřinu k výrobě tepla. Tepelná čerpadla ve škole při spotřebě 1 kW elektřiny vyrobí asi 7 kW tepelné energie. Navíc na rozdíl od uhlí a plynu je teplo země samoobnovitelným zdrojem energie. Instalace moderního topného systému pro školu stála asi 10 milionů rublů. K tomu bylo v areálu školy navrtáno 28 studní.

"Tady je aritmetika jednoduchá." Spočítali jsme, že údržba uhelné kotelny s přihlédnutím k platu topiče a nákladům na palivo by stála více než milion rublů ročně, - říká vedoucí odboru školství. Sergej Efimov... - Při použití tepelných čerpadel budete muset za všechny zdroje platit asi patnáct tisíc rublů měsíčně. Nespornou výhodou použití tepelných čerpadel je jejich účinnost a šetrnost k životnímu prostředí. Systém zásobování teplem umožňuje regulovat dodávku tepla v závislosti na venkovním počasí, čímž je vyloučeno tzv. „podtopení“ nebo „přetopení“ místnosti.

Podle předběžných propočtů se drahé dánské vybavení zaplatí za čtyři až pět let. Životnost tepelných čerpadel Danfoss, se kterými Ecoclimate LLC pracuje, je 50 let. Počítač přijímá informace o venkovní teplotě vzduchu a určuje, kdy se má škola zahřát a kdy to nelze. Tím pádem úplně odpadá otázka data zapnutí a vypnutí topení. Bez ohledu na počasí za okny uvnitř školy bude klimatizace dětem vždy fungovat.

„Když mimořádný a zplnomocněný velvyslanec Dánského království loni přijel na celoruské setkání a navštívil naši mateřskou školu v Zelenye Gorki, byl příjemně překvapen, že technologie, které jsou i v Kodani považovány za inovativní, byly aplikovány a fungují Tomská oblast, - říká obchodní ředitel společnosti "Ecoclimate" Alexandr Granin.

Obecně lze říci, že využití místních obnovitelných zdrojů energie v různých odvětvích hospodářství, v tomto případě v sociální sféra, která zahrnuje školy a školky, je jedním z hlavních směrů realizovaných v kraji v rámci programu úspor energie a energetické účinnosti. Rozvoj obnovitelných zdrojů energie aktivně podporuje hejtman regionu Sergej Žvachkin... A tři rozpočtové instituce s geotermálním systémem vytápění - pouze první kroky k realizaci velkého a perspektivního projektu.

Mateřská škola v Zelenye Gorki byla v soutěži Skolkovo uznána jako nejlepší energeticky efektivní zařízení v Rusku. Poté se objevila škola Vershininskaya s geotermálním vytápěním nejvyšší kategorie energetická účinnost. Dalším objektem, neméně významným pro region Tomsk, je mateřská škola v Turuntaevu. V letošním roce již společnosti Gazkhimstroyinvest a Stroygarant začaly stavět školky pro 80 a 60 dětí ve vesnicích Tomské oblasti, Kopylovo a Kandinka. Obě nová zařízení budou vytápěna geotermálními topnými systémy – z tepelných čerpadel. Celkem letos krajská správa hodlá utratit téměř 205 milionů rublů na výstavbu nových školek a opravy těch stávajících. Má být provedena rekonstrukce a dovybavení budovy pro mateřskou školu v obci Takhtamyshevo. V tomto objektu bude také vytápění realizováno pomocí tepelných čerpadel, protože systém se osvědčil.

Pro simulaci teplotních polí a pro další výpočty je nutné znát teplotu půdy v dané hloubce.

Teplota půdy v hloubce se měří pomocí extrakčních půdních hloubkových teploměrů. Jedná se o plánované studie, které se pravidelně provádějí meteorologické stanice... Výzkumná data slouží jako základ pro klimatické atlasy a regulační dokumenty.

Pro získání teploty půdy v dané hloubce můžete zkusit například dvě snadné způsoby... Oba způsoby zahrnují použití referenčních knih:

  1. Pro přibližné určení teploty můžete použít dokument CPI-22. "Železniční křižovatky s potrubím." Zde je v rámci metodiky pro tepelnětechnický výpočet potrubí uvedena tabulka 1, kde jsou pro určité klimatické oblasti uvedeny hodnoty teplot půdy v závislosti na hloubce měření. Níže uvádím tuto tabulku.

stůl 1

  1. Tabulka teplot půdy v různých hloubkách ze zdroje "na pomoc dělníkovi v plynárenství" z doby SSSR

Standardní hloubka pronikání mrazu pro některá města:

Hloubka zamrznutí půdy závisí na typu půdy:

Myslím, že nejjednodušší možností je použít výše uvedená referenční data a poté interpolovat.

Nejspolehlivější možností přesných výpočtů s použitím přízemních teplot je využití dat z meteorologických služeb. Existuje několik online adresářů založených na meteorologických službách. Například http://www.atlas-yakutia.ru/.

Zde stačí vybrat osadu, druh půdy a můžete získat teplotní mapa půdy nebo jejích údajů v tabulkové formě. V zásadě je to pohodlné, ale vypadá to, že tento zdroj je placený.

Pokud znáte více způsobů, jak určit teplotu půdy v dané hloubce, napište prosím své komentáře.

Možná vás bude zajímat následující materiál:

Místo předmluvy.
Chytří a benevolentní lidé mě upozornili, že tento případ je třeba posuzovat pouze v nestacionárním prostředí, s ohledem na obrovskou tepelnou setrvačnost země a brát v úvahu roční režim změn teplot. Provedený příklad byl řešen pro stacionární tepelné pole, má tedy zjevně nesprávné výsledky, je tedy třeba jej považovat pouze za jakýsi idealizovaný model s velkým množstvím zjednodušení zobrazujících rozložení teplot ve stacionárním režimu. Takže jak se říká, každá náhoda je čistá náhoda...

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

Jako obvykle nebudu uvádět mnoho konkrétních o přijatých tepelných vodivostech a tloušťkách materiálů, omezím se na popis pouze několika, předpokládáme, že ostatní prvky jsou co nejblíže skutečným konstrukcím - jsou přiřazeny termofyzikální charakteristiky správně a tloušťky materiálů jsou adekvátní reálným případům stavební praxe. Účelem tohoto článku je získat rámcovou představu o rozložení teplot na hranici mezi budovou a zemí za různých podmínek.

Trochu o tom, co je třeba říci. Vypočítaná schémata v tomto příkladu obsahují 3 teplotní hranice, 1. je vnitřní vzduch v prostorách vytápěné budovy +20 °C, 2. je venkovní vzduch -10 °C (-28 °C) a 3. teplota v půdě v určité hloubce, při které kolísá kolem určité konstantní hodnoty. V tomto příkladu je hodnota této hloubky 8 m a teplota +10 o C. Tady se mnou může někdo polemizovat o přijatých parametrech 3. hranice, ale spor o přesné hodnoty není úkolem tohoto článek, stejně jako získané výsledky nejsou prohlašovány za zvláště přesné a schopné spojit se s konkrétním případem projektu. Opakuji, úkolem je získat základní rámcovou představu o rozložení teplot a ověřit si některé dobře zavedené myšlenky v této otázce.

Teď rovnou k věci. Takže teze ke kontrole.
1. Země pod vytápěnou budovou má kladnou teplotu.
2. Standardní hloubka promrzání půdy (to je spíše otázka než konstatování). Je při uvádění údajů o mrazu v geologických zprávách zohledněna sněhová pokrývka půdy, protože je zpravidla okolí domu odklízeno od sněhu, jsou uklízeny cesty, chodníky, slepá místa, parkoviště atd.?

Zmrazování půdy je proces v čase, proto pro výpočet bereme venkovní teplotu rovnou průměrná teplota nejchladnějším měsícem je -10 o C. Půdu odebereme se sníženou lambdou = 1 do celé hloubky.

Obr. 1. Schéma výpočtu.

Obr. Izolary teplot. Schéma bez sněhové pokrývky.

Obecně platí, že teplota země pod budovou je kladná. Výšky jsou blíže středu budovy, minima jsou k vnějším stěnám. Horizontální obrys nulových teplot se týká pouze průmětu vytápěné místnosti na vodorovnou rovinu.
Zmrznutí půdy daleko od budovy (tj. dosažení záporných teplot) nastává v hloubce ~ 2,4 metru, což je více než standardní hodnota pro konvenčně zvolenou oblast (1,4-1,6 m).

Nyní přidáme 400 mm středně hustého sněhu s 0,3 lambdy.

Obr. Izolary teplot. Uspořádání se sněhovou pokrývkou 400 mm.

Izolanice kladných teplot vytlačují záporné teploty venku, pouze kladné teploty pod budovou.
Promrzání půdy pod sněhovou pokrývkou ~ 1,2 metru (-0,4 m sněhu = 0,8 m zamrznutí půdy). Sněhová "deka" výrazně snižuje hloubku promrzání (téměř 3x).
Přítomnost sněhové pokrývky, její výška a stupeň zhutnění zřejmě nejsou konstantní hodnoty, proto je průměrná hloubka zámrzu v rozmezí získaných výsledků 2 schémat, (2,4 + 0,8) * 0,5 = 1,6 metru, což odpovídá standardní hodnota.

Nyní se podívejme, co se stane, pokud udeří silné mrazy (-28 o C) a budou stát dostatečně dlouho na to, aby se tepelné pole stabilizovalo, a přitom kolem budovy nebude sněhová pokrývka.

Obr. Schéma na -28Ó Bez sněhové pokrývky.

Záporné teploty se vkrádají pod budovu, kladné jsou přitisknuty k podlaze vytápěné místnosti. V oblasti základů půdy zamrzají. Ve vzdálenosti od budovy půdy zamrzají ~ 4,7 metru.

Viz předchozí příspěvky na blogu.