Ainakin joillain suoloilla on etanolin ja veden välistä liukoisuusvoimaa (hygroskooppisuus) heikentävä vaikutus. En tiedä onko sillä merkitystä käytettävyyden kanssa. Ainakin jos vesi ja etanoli rupeaa kerrostumaan...
-Topi
Maalämpökeruupiirin uusiminen ja syvien energiakaivojen ongelmat
- Keskustelun aloittaja Kellarinlämmittäjä
- Aloitettu
Ainakin joillain suoloilla on etanolin ja veden välistä liukoisuusvoimaa (hygroskooppisuus) heikentävä vaikutus. En tiedä onko sillä merkitystä käytettävyyden kanssa. Ainakin jos vesi ja etanoli rupeaa kerrostumaan...
-Topi
Muuten noin, mutta voisi tarkentaa, että "tuli" eikä "tule". Lämpö tulee saatavilla olevien mittaustietojen perusteella päätellen alkujaan erittäin syvältä. "Ydinenergialähteen" ja keräysputkiston välissä on niin järisyttävän paksulti kalliota, että mikä tahansa eristekerros kalpenee tuon paksuudesta johtuvan eristyskyvyn rinnalla. Yli kymmenen kilometriä paksu kallio johtaa tehoa ylöspäin varsin naurettavalla tehotiheydellä, mutta kun lämpöä on kerääntynyt eristeen pintakerroksiin satojen miljoonien vuosien ajan ulos tihkuvasta lämpövirrasta, voi sitä tovin pois pumpatakin ennen kuin ehtyy. Jääkaudesta on yli kymmenen tuhatta vuotta, mutta kilometrien syvyydessä tuonkin jättämät anomaliat lämpötilaprofiiliin ovat edelleen havaittavissa. Mitä syvemmälle porataan, sitä rajallisempi lämpöresurssi on saatavilla. Syvät reiät ovat kuitenkin periaatteessa mainio tapa lämmön vuodenaikaisvarastointiin, eli niitä on mahdollista täydentää uusiutuviksi lataamalla suunnilleen alkuperäisen tasoisella ulkoisella lämmöllä ja tasohan on tämä sama jo alusta asti myös purettaessa.
Passiivinen keräys ei vaadi sähköä ollenkaan. Omasta mielestäni puhallinkennoa parempia vaihtoehtoja olisivat joko lähelle maan pintaa asennettu riittävän laaja vaakakeräysputkisto tai vesikattoon integroitu radiaattori (mikä vaatii kondensiotiiviin lämpöeristeen vesikatteen alle). Jälkimmäinen lisäksi parantaisi aurinkopaneeleiden tehoa moisen jäähdytetyn katon päällä. Jälkimmäinen on kalliimpi, mutta periaatteessa tehokkaampi vaihtoehto.
Tein simulaation kaivon jäähtymisestä ja maan ytimestä tulevasta lämmöstä:
Väri kuvaa lämpötilaa (valitettavasti kelvineinä).
Vasemmassa reunassa on reiän keskipiste. Ja tän ympäri pitää mielessän pyöräyttää kuva, tai ottaa sitä vastaan peilikuva (vasemmalla puolella saman näköinen mutta vaakasuunnassa peilaantunut).
Nuolet kuvaa lämpövuon suuntaa ja suuruutta. Noin kolmenkymmenen metrin säteisen pallopinnan (reikän yläpää keskipisteenä) alueella lämpövuosta majoriteetti tulee ylhäältä. Kaikkialla muualla on oikeaa maalämpöä.
Vuo-nuolia 10 metrin rasterilla.
Oletukset:
Kallioperän lämmönjohtavuus 2.5 W/mK
Reiän syvyys 200 m
reiän halkaisija 1 metri (tää ei vaikuta tulokseen juurikaan, mutta simulointi helpottuu isomman mesh-koon takia).
Reiän pinta imee yhteensä 3000 W tehoa
Reiän pinta tasalämpöinen
Maan pinta 4 C
Maan alta tulee lämpövuona 70,9 mW/m2.
-Topi
Viimeksi muokattu:
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #85
Aikamoinen simulaatio. Osaamista löytyy täällä moneen lähtöön. 
Täällä on kerrottu, että tuo lämpövirta saattaisi olla Suomessa pienempi. Jostain syystä tämäkin alenee pohjoiseen päin.
"Geoterminen lämpövirta on Suomessa 0,030-0,050 W/m2, Ruotsissa 0,040-0,060 W/m2, Saksassa 0,060-0,120 ja Italiassa
0,040-0,200 W/m2."
Tuosta tulee melkoinen pinta-ala joka tarvitaan yhtä taloa kohti, 3 kW * 8760h=26280 kWh/a maasta otettua. Eli jo ihan reilun kokoinen lämmöntarve toisaalta.
Täällä on kerrottu, että tuo lämpövirta saattaisi olla Suomessa pienempi. Jostain syystä tämäkin alenee pohjoiseen päin.
"Geoterminen lämpövirta on Suomessa 0,030-0,050 W/m2, Ruotsissa 0,040-0,060 W/m2, Saksassa 0,060-0,120 ja Italiassa
0,040-0,200 W/m2."
Tuosta tulee melkoinen pinta-ala joka tarvitaan yhtä taloa kohti, 3 kW * 8760h=26280 kWh/a maasta otettua. Eli jo ihan reilun kokoinen lämmöntarve toisaalta.
Ton luulisi johtuvan kiinteän kerroksen paksuudesta. Liikkuva magma siirtää lämpöä erittäin hyvin verrattuna jähmettyneeseen kiviainekseen.
-Topi
Kyllä taitaa se kivessä olevan uraanin radioaktiivinen hajoaminen antaa ihan merkittävän lisänsä.
Jostain muistan ymmärtäneeni, että Mäntsälässä olisi kallioperässä enemmän uraania ja sen hidas hajoaminen selittäisi ton käyrän eron.
Lisäsin tohon edelliseen simulaation 400 µW/m3 lämmöntuoton kallioperään, ja sillä lämpötilagradientti noin tuplaantu.
Toi Mäntsälän alue kanssa näyttää tuplakulmakertoimiselta, vaikkakin lämpövuon tiheys on mallissa suurempi kuin Suomen arvo.
Tehotiheys on nollan ja olemattoman välillä, mutta riittävän isossa skaalassa rupeaa sekin näkymään.
Uraani yksin ei voi selittää sitä, sillä kaivoksista saatavan malmin uraanipitoisuus on tyypillisesti alle 250 ppm, ja tota tehotiheyttä varten uraania pitäisi olla 4000 ppm.
-Topi
Ei todellakaa selitä, vaan kallioperän lämmönjohtavuuskin vaihtelee paikan perusteella. Maaperän paikallinen lämpövuo on ratkaiseva suure ja kun tuo esillä oleviin lukuihin viitaten niin pieni, että tarvitaan hehtaarikaupalla tonttia, jotta talo pysyisi pelkän vuon perusteella lämpimänä, niin eipä kallioperän ylimpien kerrosten (vähäinen) radioaktiivisuus vaikuta juuri sitä sun tätä saatavaan jatkuvaan lämpömäärään. Maapallo sisältää kokonaisuudessaan radioaktiivisia materiaaleja ja kun se on niin valtavan suuri, lämpö pääsee syvällä paksujen kalliokerrosten eristämänä lämpenemään melkoisesti. Jossakin runsaan kymmenen kilometrin syvyydessä on Suomessakin ilmeisesti lähes 200 astetta. Tosin radioaktiivinen hakjoaminen selittää tuostakin lämmöstä vain osan ja toinen osa on ilmeisesti peräisin maapallon syntyajoilla törmäävien taivaankappaleiden graviaatioenergian muuttumisesta lämmöksi ja säilymisestä paksun lämpöeristeen suojassa. Voi myös osa olla maan kiertoliikkeen ja kuun yhteisvaikutuksen aiheuttamasta maan sisuskerrosten jatkuvasta vatkauksesta.
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #89
Tässä on jonkinlainen kartta tuosta geotermisestä lämpövuosta. Suomea ei ole kovin onnistanut tämän osalta, toisaalta maa niin kovin järise. Tuon lähteen luotettavuutta en osaa arvioida enkä sitä mihin mittaukseen tämä perustuu. Tämän kartan mukaan Lapissa tuo olis hiukan korkeampi.
Tämä oli gtk:n juttua energipotentiaalista. Lätinää siis tuolta naapurifoorumilta lainattuna.
"Tässä kuvauksessa ja esitettävissä kartoissa käytetään nimitystä geoenergia kuvaamaan maankamaran ylimmästä 300 metristä hyödynnettävissä olevaa lämpöenergiaa ja lämmitystehoa. Kansainvälisessä tieteellisessä kirjallisuudessa käytetään geoenergian synonyymeinä termejä shallow geothermal energy ja low enthalpy geothermal energy. Geoenergia erotetaan tässä yhteydessä syvästä geotermisestä energiasta (engl. deep geothermal energy), joka kuvaa syvältä kallioperästä hyödynnettävissä olevaa korkean lämpötilan energiaa. Suomen kallioperän geoenergiapotentiaali 1:1 000 000 versio 2.0 kuvaa maankamaran ylimmältä 300 metriltä saatavaa, lämpöarvoltaan matalaa lämpöenergiapotentiaalia, joka on hyödynnettävissä rakennusten lämmittämiseen ja/tai viilentämiseen kalliosta poratusta energiakaivosta. Maankamaralla tarkoitetaan sekä kiteistä kallioperää että sitä peittäviä irtaimia maalajeja. Kallioperän geoenergiapotentiaali arvioitiin laskennallisesti simuloimalla lämmönsiirtymistä maankamarassa aksiaalisymmetrisen energiakaivomallin avulla. Energiakaivon aktiivinen kokonaissyvyys vakioitiin 300 metriin sisältäen kallioperän ja sitä mahdollisesti peittävät maalajit. Geoenergiapotentiaalin arvioinnissa on hyödynnetty seuraavia digitaalisia aineistoja: - Kallioperä 1:1 000 000 - Maaperä 1:200 000 (maalajit) - Maapeitepaksuus 1:1 000 000 - GTK:n tekemiä lämpötilaluotauksia - Ilmatieteen laitoksen ilman vuotuinen keskilämpötila (Pirinen et al., 2012) - Suomen kallioperän tiheys (Pirttijärvi et al., 2013) - Suomen geokemiallinen atlas (Gustavsson et al. 1987) Aineisto Suomen geoenergiapotentiaalista koostuu kahdesta rasterimuotoisesta kartasta, jotka sisältävät laskennalliset arviot (1) kallioperään varastoituneen lämpöenergian määrästä [GWh] ja (2) kalliosta saatavasta, jatkuvasti uusiutuvasta lämmöntuottotehosta [W], kun kyseessä on 300 m syvä energiakaivo. Ne osoittavat kallioperän geoenergiapotentiaalin aluekohtaisen saatavuuden ja vaihtelun. Arvioilla pyritään antamaan lisätietoa Suomen geoenergian hyödyntämisen potentiaalista Työ- ja elinkeinoministeriön (TEM) laatiman kansallisen ilmasto- ja energiastrategian tavoitteisiin sekä vastaamaan EU:n energia- ja ilmastotavoitteisiin. Kartat on tuotettu kallioperän geoenergiapotentiaalin yleistarkasteluun mittakaavassa 1:1 000 000. Ne eivät sovellu kiinteistökohtaiseen suunnitteluun tai mitoitukseen, eivätkä suurimittakaavaiseen (yli 1:500 000) tarkasteluun."
"Paksujen maapeitteiden alueet erottuvat kallioperään varastoituneen lämpöenergian kartassa pääsääntöisesti ympäristöään paremman potentiaalin alueina, mikä aiheutuu irtomaakerroksen eristävästä vaikutuksesta ja sitä kautta korkeammasta lähtölämpötilasta kallioperässä. Konvektion seurauksena eristävä vaikutus voi kuitenkin hävitä, jolloin positiivista vaikutusta lämpötilaan ei synny. Kallioperän jatkuvasti uusiutuvan lämpötehon kartassa paksujen maapeitteiden alueet erottuvat pääosin ympäristöään huonomman potentiaalin alueina, koska maalajien lämmönjohtavuus on huonompi kuin kivilajien lämmönjohtavuus."
"Tässä kuvauksessa ja esitettävissä kartoissa käytetään nimitystä geoenergia kuvaamaan maankamaran ylimmästä 300 metristä hyödynnettävissä olevaa lämpöenergiaa ja lämmitystehoa. Kansainvälisessä tieteellisessä kirjallisuudessa käytetään geoenergian synonyymeinä termejä shallow geothermal energy ja low enthalpy geothermal energy. Geoenergia erotetaan tässä yhteydessä syvästä geotermisestä energiasta (engl. deep geothermal energy), joka kuvaa syvältä kallioperästä hyödynnettävissä olevaa korkean lämpötilan energiaa. Suomen kallioperän geoenergiapotentiaali 1:1 000 000 versio 2.0 kuvaa maankamaran ylimmältä 300 metriltä saatavaa, lämpöarvoltaan matalaa lämpöenergiapotentiaalia, joka on hyödynnettävissä rakennusten lämmittämiseen ja/tai viilentämiseen kalliosta poratusta energiakaivosta. Maankamaralla tarkoitetaan sekä kiteistä kallioperää että sitä peittäviä irtaimia maalajeja. Kallioperän geoenergiapotentiaali arvioitiin laskennallisesti simuloimalla lämmönsiirtymistä maankamarassa aksiaalisymmetrisen energiakaivomallin avulla. Energiakaivon aktiivinen kokonaissyvyys vakioitiin 300 metriin sisältäen kallioperän ja sitä mahdollisesti peittävät maalajit. Geoenergiapotentiaalin arvioinnissa on hyödynnetty seuraavia digitaalisia aineistoja: - Kallioperä 1:1 000 000 - Maaperä 1:200 000 (maalajit) - Maapeitepaksuus 1:1 000 000 - GTK:n tekemiä lämpötilaluotauksia - Ilmatieteen laitoksen ilman vuotuinen keskilämpötila (Pirinen et al., 2012) - Suomen kallioperän tiheys (Pirttijärvi et al., 2013) - Suomen geokemiallinen atlas (Gustavsson et al. 1987) Aineisto Suomen geoenergiapotentiaalista koostuu kahdesta rasterimuotoisesta kartasta, jotka sisältävät laskennalliset arviot (1) kallioperään varastoituneen lämpöenergian määrästä [GWh] ja (2) kalliosta saatavasta, jatkuvasti uusiutuvasta lämmöntuottotehosta [W], kun kyseessä on 300 m syvä energiakaivo. Ne osoittavat kallioperän geoenergiapotentiaalin aluekohtaisen saatavuuden ja vaihtelun. Arvioilla pyritään antamaan lisätietoa Suomen geoenergian hyödyntämisen potentiaalista Työ- ja elinkeinoministeriön (TEM) laatiman kansallisen ilmasto- ja energiastrategian tavoitteisiin sekä vastaamaan EU:n energia- ja ilmastotavoitteisiin. Kartat on tuotettu kallioperän geoenergiapotentiaalin yleistarkasteluun mittakaavassa 1:1 000 000. Ne eivät sovellu kiinteistökohtaiseen suunnitteluun tai mitoitukseen, eivätkä suurimittakaavaiseen (yli 1:500 000) tarkasteluun."
"Paksujen maapeitteiden alueet erottuvat kallioperään varastoituneen lämpöenergian kartassa pääsääntöisesti ympäristöään paremman potentiaalin alueina, mikä aiheutuu irtomaakerroksen eristävästä vaikutuksesta ja sitä kautta korkeammasta lähtölämpötilasta kallioperässä. Konvektion seurauksena eristävä vaikutus voi kuitenkin hävitä, jolloin positiivista vaikutusta lämpötilaan ei synny. Kallioperän jatkuvasti uusiutuvan lämpötehon kartassa paksujen maapeitteiden alueet erottuvat pääosin ympäristöään huonomman potentiaalin alueina, koska maalajien lämmönjohtavuus on huonompi kuin kivilajien lämmönjohtavuus."
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #91
Tässä kun äkkiä vähän suuruusluokkia hahmottaa:
Tyypillinen 1000 m2 tontti 300 m syvyydelle laskettuna (2,7 t/m3, 0,75 kJ/kg°C)
=>Ominaislämpökapasiteetti on huomattavan suuri ~170 MWh/°C
=>Lämpövuo alta päin on mitätön, vain 50 W (50 mW/m2) eli 440 kWh/v. Tuon 50 mW /m2 mukaan laskettuna pitäisi olla 4,6 ha taloa kohti jos maasta otetaan 20 000 kWh/v. Eli sitä lämmintä pitäisi tulla pinnalta päin, mutta tuon @TopiR mallinnuksen mukaan sitä ei sitten kovin paljon pinnalta päin tulisi.
Katsoin että kuun paiste on ilmeisesti ~2,5 mW/m2, kohtisuoraan, täysikuu
Tyypillinen 1000 m2 tontti 300 m syvyydelle laskettuna (2,7 t/m3, 0,75 kJ/kg°C)
=>Ominaislämpökapasiteetti on huomattavan suuri ~170 MWh/°C
=>Lämpövuo alta päin on mitätön, vain 50 W (50 mW/m2) eli 440 kWh/v. Tuon 50 mW /m2 mukaan laskettuna pitäisi olla 4,6 ha taloa kohti jos maasta otetaan 20 000 kWh/v. Eli sitä lämmintä pitäisi tulla pinnalta päin, mutta tuon @TopiR mallinnuksen mukaan sitä ei sitten kovin paljon pinnalta päin tulisi.
Katsoin että kuun paiste on ilmeisesti ~2,5 mW/m2, kohtisuoraan, täysikuu
Viimeksi muokattu:
Itseäni korjaten. En ollut ottanut huomioon uraanisimulaatiossa että uraanin vaikutus ei rajoitu lähialueeseen (vakiovuo rajoittuu), vaan vaikutus pitää ottaa pohjaan asti.
Laajensin simulaatioalueen 10 km syväksi ja 20 km halkaisijaiseksi tötteröksi.
Kun uraanin lämmittävä vaikutus oli 5 µW/m3, ni lämpövuo siinä 300 metriä syvässä osatötterössä tuplaantui (vastaa suunnilleen sitä Mäntsälän arvoa).
Toi tehotiheys vastaa 50 ppm uraania, mikä on jo ihan validi arvo.
Tietääkö joku paljonko Mäntsälän kallioperässä uraania on?
-Topi
Tulee sitä heti kun joku alue viilenee alle tasapainon. Auringosta tuleva energia on kuitenkin aivan eri suuruusluokkaa kuin tuo lämpövuo maasta. Siitä vain normaalisti menee yhtä paljon molempiin suuntiin eli hukka avaruuteen on sama. Tai vähän pienempihän se on kun ilmasto lämpenee. Geoenergialla ei taida olla juuri merkitystä tuossa ilmaston lämpenemisessä.
Kiinnostuneille, tein simulaation ilmaisella FEMM softalla.
www.femm.info
Se on 2D-simulaattori tasapaksuiselle materiaalille, mutta osaa myös pyörähdyssymmetrisen kappaleen simuloinnin (kaavoissa tasapaksuiseen vain muutama pikku ero).
Tollasen simulaation rakentaminen kestää 5 min, jos tietää mitä tekee. Ja laskenta kesti ehkä minuutin tolla isoimmalla kakulla.
Tarvittavat temput:
- File-new => heat flow problem
- Valikosta Problem ja nää asetukset:
Toi axisymmetric asettaa pyörähdyskappalemoodiin. Tällöin koordinaatisto on (r, z). r on etäisyys pyörähdyskeskipisteestä (kuvassa oikelle) ja z on pystysuuntainen koordinaatti.
Minkään pisteen r-koordinaatti ei saa olla negatiivinen !
- Geometrian rakentaminen. naputellaan yksittäisiä pisteitä kuvaan.
(toi vasemmanpuoleinen työkalu).
tab-napilla voi luoda yksittäisiä pisteitä numeerisilla koordinaateilla.
Yksinkertaisimmillaan seuraavat pisteet (r, z);
1. 0.5; 0
2. 150; 0
3. 0.5; -200
4. 0; -200
5. 0; -300
6. 150; -300
Sen jälkeen pisteet yhdistetään viivatyökalulla
(pistenro - pistenro)
1-3
3-4
4-5
5-6
6-2
2-1
Viivatyökalulla hiiren klikkaus valitsee lähimmän löytyvän pisteen. Toinen klikkaus valitsee seuraavan pisteen mihin yhdistetään.
- Sitten pistetään materiaali kullekin muodostuneelle alueelle (tässä tapauksessa vain 1 alue)
- Sitten määritellään materiaalit
Properties => materials
Add property
Kr on r-suuntainen lämmönjohtavuus
Kz on z-suuntainen lämmönjohtavuus
Heat generation on sisäinen lämmitystehotiheys (kuvassa 5 µW/m3).
- Sitten kuvassa oleva materiaalipiste linkataan materiaaliin.
Oikeanpuoleinen hiiriklikki materiaalipisteen lähellä valitsee sen
välilyönti avaa linkkiruudun
Tota meshi sizeä joutuu joskus säätämään. Isoissa alueissa kannattaa kasvattaa, pienissä alueissa joskus pienentämään. Aluksi "let .. choose" toimii hyvin.
- Sitten tarttee määrittää reunaehdot:
properties => boundary
Lisätään kaksi boundary propertyä:
Toi miinusmerkki lämpövuon kohdalla taisi riippua siitä kumpaan suuntaan viiva on piirretty.
Positiivinen lämpövuo on viivan piirtosuuntaan nähden oikealla (tai vasemmalla, en muista).
Etumerkkiä kokeilemalla löytänee miten pitää olla.
- Ja vielä "johdin"
Properties => conductors
Tässäkin etumerkki riippunee viivan piirtosuunnasta.
Tämä on reiän pinnan maata jäähdyttävä vaikutus.
- Linkataan boundary conditionit
valitaan viivatyökalu
oikeanpuoleinen nappi lähellä maanpintaviivaa (valikoituu)
välilyönti
jatkuu (kuvien lukumääräraja tuli vastaan)...
HomePage:Finite Element Method Magnetics
www.femm.info
Se on 2D-simulaattori tasapaksuiselle materiaalille, mutta osaa myös pyörähdyssymmetrisen kappaleen simuloinnin (kaavoissa tasapaksuiseen vain muutama pikku ero).
Tollasen simulaation rakentaminen kestää 5 min, jos tietää mitä tekee. Ja laskenta kesti ehkä minuutin tolla isoimmalla kakulla.
Tarvittavat temput:
- File-new => heat flow problem
- Valikosta Problem ja nää asetukset:
Toi axisymmetric asettaa pyörähdyskappalemoodiin. Tällöin koordinaatisto on (r, z). r on etäisyys pyörähdyskeskipisteestä (kuvassa oikelle) ja z on pystysuuntainen koordinaatti.
Minkään pisteen r-koordinaatti ei saa olla negatiivinen !
- Geometrian rakentaminen. naputellaan yksittäisiä pisteitä kuvaan.
tab-napilla voi luoda yksittäisiä pisteitä numeerisilla koordinaateilla.
Yksinkertaisimmillaan seuraavat pisteet (r, z);
1. 0.5; 0
2. 150; 0
3. 0.5; -200
4. 0; -200
5. 0; -300
6. 150; -300
Sen jälkeen pisteet yhdistetään viivatyökalulla
(pistenro - pistenro)
1-3
3-4
4-5
5-6
6-2
2-1
Viivatyökalulla hiiren klikkaus valitsee lähimmän löytyvän pisteen. Toinen klikkaus valitsee seuraavan pisteen mihin yhdistetään.
- Sitten pistetään materiaali kullekin muodostuneelle alueelle (tässä tapauksessa vain 1 alue)
- Sitten määritellään materiaalit
Properties => materials
Add property
Kr on r-suuntainen lämmönjohtavuus
Kz on z-suuntainen lämmönjohtavuus
Heat generation on sisäinen lämmitystehotiheys (kuvassa 5 µW/m3).
- Sitten kuvassa oleva materiaalipiste linkataan materiaaliin.
Oikeanpuoleinen hiiriklikki materiaalipisteen lähellä valitsee sen
välilyönti avaa linkkiruudun
Tota meshi sizeä joutuu joskus säätämään. Isoissa alueissa kannattaa kasvattaa, pienissä alueissa joskus pienentämään. Aluksi "let .. choose" toimii hyvin.
- Sitten tarttee määrittää reunaehdot:
properties => boundary
Lisätään kaksi boundary propertyä:
Toi miinusmerkki lämpövuon kohdalla taisi riippua siitä kumpaan suuntaan viiva on piirretty.
Positiivinen lämpövuo on viivan piirtosuuntaan nähden oikealla (tai vasemmalla, en muista).
Etumerkkiä kokeilemalla löytänee miten pitää olla.
- Ja vielä "johdin"
Properties => conductors
Tässäkin etumerkki riippunee viivan piirtosuunnasta.
Tämä on reiän pinnan maata jäähdyttävä vaikutus.
- Linkataan boundary conditionit
valitaan viivatyökalu
oikeanpuoleinen nappi lähellä maanpintaviivaa (valikoituu)
välilyönti
jatkuu (kuvien lukumääräraja tuli vastaan)...
Viimeksi muokattu:
...jatkuu
- Sit linkataan kaivon seinä jäähdyttävään johtimeen (vakiolämpötila)
Viivatyökalulla oikeanpuoleinen klikki kaivon pystyviivan lähellä
välilyönti
Nyt mallin pitäisi olla valmis.
- Työkaluriviltä simulointikomenti
Keskimmäinen nappi
Kestää hetken
- Tulosten näyttäminen
Oikeanpuoleinen nappi
- Tulosten säätämistä
Toiseksi oikeanpuoleinen sateenkaari säätää väriskaalanäytön
Nuoli näyttää vektoreita, kun haluu nähdä lämpövuota ni
Scaling pitää käsin hakea sopivaksi, kasvattaa/pienentää vektorit ruudulle sopiviksi
- Lisäksi saa mitattua erilaisia asioita,
Vasemmanpuoleinen näyttää yksittäisen pisteen arvoja
Viivatyökalulla rakennetaan polyline ja sen voi joko plotata (paraabelikuva) tai integroida (pintaintegraali) jokin suure viivan yli
Alue (vihreä) työkalulla jonkin alueen integraali (tilavuusintegraali) voidaan laskea.
-Topi
- Sit linkataan kaivon seinä jäähdyttävään johtimeen (vakiolämpötila)
Viivatyökalulla oikeanpuoleinen klikki kaivon pystyviivan lähellä
välilyönti
Nyt mallin pitäisi olla valmis.
- Työkaluriviltä simulointikomenti
Keskimmäinen nappi
Kestää hetken
- Tulosten näyttäminen
Oikeanpuoleinen nappi
- Tulosten säätämistä
Toiseksi oikeanpuoleinen sateenkaari säätää väriskaalanäytön
Nuoli näyttää vektoreita, kun haluu nähdä lämpövuota ni
Scaling pitää käsin hakea sopivaksi, kasvattaa/pienentää vektorit ruudulle sopiviksi
- Lisäksi saa mitattua erilaisia asioita,
Vasemmanpuoleinen näyttää yksittäisen pisteen arvoja
Viivatyökalulla rakennetaan polyline ja sen voi joko plotata (paraabelikuva) tai integroida (pintaintegraali) jokin suure viivan yli
Alue (vihreä) työkalulla jonkin alueen integraali (tilavuusintegraali) voidaan laskea.
-Topi
Viimeksi muokattu:
Vielä simulaatiosta FEMM:llä.
Jos on pienten yksityiskohtien alueita ja isompia kokonaisuuksia, voi ne tehdä omiksi suljetuiksi alueeksi, ja laittaa kumpaiseenkin oman materiaalimarkkerin. Kumpaankin materiaalimarkkeriin valitaan sama materiaali, mutta eri mesh size (tai ei välttis edes tartte valita käsin jos automaatti tekee pienempään alueeseen tiheämmän meshin).
-Topi
Jos on pienten yksityiskohtien alueita ja isompia kokonaisuuksia, voi ne tehdä omiksi suljetuiksi alueeksi, ja laittaa kumpaiseenkin oman materiaalimarkkerin. Kumpaankin materiaalimarkkeriin valitaan sama materiaali, mutta eri mesh size (tai ei välttis edes tartte valita käsin jos automaatti tekee pienempään alueeseen tiheämmän meshin).
-Topi
FEMM:stä osa 4.
Malli pitää olla fysikaalisesti mielekäs.
Lämpötilasimulaatiossa pitää olla ainakin yksi piste (tai viiva) jossa on vakiolämpötila.
Tehoa tuodaan/videään joiltain alueilta. Näitä ei tartte välttämättä. Jos näitä ei ole ja vakiolämpötiloja on yksi, ni koko simulaatioalue on tietysti tossa vakiolämpötilassa.
Jos vakiolämpötiloja on useampi ni ni lämpövuot muodostuu geometrian ja mahdollisesti lisälämpöteholähteiden perusteella.
-Topi
Malli pitää olla fysikaalisesti mielekäs.
Lämpötilasimulaatiossa pitää olla ainakin yksi piste (tai viiva) jossa on vakiolämpötila.
Tehoa tuodaan/videään joiltain alueilta. Näitä ei tartte välttämättä. Jos näitä ei ole ja vakiolämpötiloja on yksi, ni koko simulaatioalue on tietysti tossa vakiolämpötilassa.
Jos vakiolämpötiloja on useampi ni ni lämpövuot muodostuu geometrian ja mahdollisesti lisälämpöteholähteiden perusteella.
-Topi
Toi kysymys pisti miettämiään että mitä tarkoittaa "lämmön osuus pinnasta" vs "pohjalta".
Kaikki lämpö mitä kaivo imee, on pois pinnan maanpintaan (altapäin) maanpintaan kohdistuvasta lämpövuosta. Eli tällain ajatellen kaikki lämpö tulee myös pinnasta. Ei tolla simulaatiolla voi erotella mistä se lämpömäärä on alunperin lähtöisin.
Oikeassa maaimassa pinta tosiaan jäähtyy pikkaisen, jolloin pinta imee ilmakehästä (ja auringosta) vähän lisää watteja jotka ohjautuu kaikki kaivoon. Miten tämän mallintaisi simulaatiossa, en osaa sanoa.
Liitteenä jokin versio siitä 10 km syvästä mallista 200 metrin reiällä. Ton kun avaa FEMM:llä ja painaa rattaan kuvaa ja simulaation valmistuttua silmälasien kuvaa ni saa tuloksia.
Tässä pistin lämpötilat kylmästi kelvinit celsiuksiksi. Eli 4 K tarkoittaa 4 C. Ei muuta tuloksia kun ei ole lämpötilariippuvia suureita.
-Topi
Viimeksi muokattu:
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #101
Hmm. Kun katsoo tuota lämpökaivon pystyhalkaisukuvaa, ilmasta voi ruveta siirtymään lämpöä syvemmälle sitten kun kallion lämpötila alittaa pintakerrosten lämpötilan. Eli ensin pitää syödä pois se kaikki ylimääräinen lämpö, jotta lämpövuon suunta kääntyy. Lähtötilanteessa maanpinnasta haihtuu ilmaan ne milliwatit / neliö. Siinä aivan pinnassa tuo ilmasta tulevan osuus voisi teoriassa olla merkittäväkin, mutta kaivo ei taida ehtiä ottaamaan lämmintä vastaan muutaman metrin matkalla yläpäästään, vaikka siinä olisi vettäkin.
Pohjaveden lämpötila taitaa olla tyypillisesti kallion päällä jotain +5 °C luokkaa jossakin 10 metrin syvyydessä, Lapissa vähemmän. Varsinkin pohjoisessa tuo pinnasta tuleva lämpö osaa jäädä aika vähiin, koska mainittavaa lämpötilaeroa ei oikein voi syntyä, samoin etelämpänä, jos lämpöä johtava kallioperä on paksun eristävän maakerroksen alla.
Pohjaveden lämpötila taitaa olla tyypillisesti kallion päällä jotain +5 °C luokkaa jossakin 10 metrin syvyydessä, Lapissa vähemmän. Varsinkin pohjoisessa tuo pinnasta tuleva lämpö osaa jäädä aika vähiin, koska mainittavaa lämpötilaeroa ei oikein voi syntyä, samoin etelämpänä, jos lämpöä johtava kallioperä on paksun eristävän maakerroksen alla.
Toi simulaatio kertoo nimenomaan tasapainotilanteen (vuosikymmeniä/-satoja käytössä ollut kaivo) tilanteen.
-Topi
Tätä asiaa ei pidä edes yrittää miettiä ottamatta huomioon pohjavettä, sen uusiutumista ja virtauksia. Maan pinnalle sataa satoja litroja vettä neliömetrille vuosittain ja erittäin huomattava osa tuosta valuu maan sisään ja kuljettaa mukanaan lämpöä. Vesi ei pääse kovin syvälle ja niinpä lähinnä pintaa lähinnä olevat kerrokset uusiutuvat vuosittain, mutta syvemmälle mentäessä eristevaikutus kasvaa. Energiakaivojen tuotto vaihtelee kokemuksenkin muikaan paljon pohjavesiolosuhteista riippuen.
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #104
Entä jos pinnan lähelle laittaisi vaikka 10 metrin syvyyteen vakiovyöhykkeen +4 °C tai +5 °C lämpötilassa ja sijoittaisi lämpökaivon tätä syvemmälle. Näin se kuvaisi tilannetta missä pinnan lähellä vesi virtaa ja pitää sen vakiolämpötilassa siinä pinnan lähellä.
Pistin kaivon päälle maan pinnalle 66 metriä halkaisijaltaan oleva pyörän styrokskakun (poistin pintalämpötila-reunaehdon tolta alueelta).
Tällöin keruuputken lämpötila nousi aavistuksen verran lämpimämmäksi kuin maan pinta, jolloin lämpöä ei varmasti siirry pinnalta kaivoon yhtään.
Kertooko toi sitten jotain, en tiedä...
-Topi
Tällöin keruuputken lämpötila nousi aavistuksen verran lämpimämmäksi kuin maan pinta, jolloin lämpöä ei varmasti siirry pinnalta kaivoon yhtään.
Kertooko toi sitten jotain, en tiedä...
-Topi
Näistä on sellaisia aikasarjoja joissa lämpötilan pystyprofiilia seurataan. Päällimmäinen 15m elää aika tavalla vuodenaikojen mukaan.
Tämä olisi sama kuin jos laittaisi 10 metrin syvyyteen +4 °C vaikolämpötilan ja poistaisi kaiken rojun tämän yläpuolelta.
Joka taas palautuu tohon mitä olen jo tehnyt...
-Topi
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #108
Mihinkähän teoreemaan se vaatimus 8 m tontin rajasta mahtaa perustua? Pitäisi siis porata ~kaivon mitan päähän tontin rajasta, jotta se ei huonontaisi naapurin mahdollisuuksia tehdä sama.
Tai niin kauan kuin saa vapaasti porailla, pitäisi porata 100 m syvempään kuin naapurit ovat poranneet / tulevat poraamaan, että oma kaivo ei jäähtyisi kovin paljon naapurien ansiosta.
Tai niin kauan kuin saa vapaasti porailla, pitäisi porata 100 m syvempään kuin naapurit ovat poranneet / tulevat poraamaan, että oma kaivo ei jäähtyisi kovin paljon naapurien ansiosta.
Sain ehkä käsityksen miten sen maasta tulevan lämpömäärän voi mallintaa.
Ensin ajetaan normisetuppi (poistin uraanin vaikutuksen), ja katsotaan mihin lämpötilaan reiän vakiolämpötila (conductor) on asettunut.
Oli tällä kertaa: 2.11406 astetta.
Sitten muutetaan setuppia niin että toi conductor muutetaan vakiotehosta vakiolämpötilaan, ja juuri tohon 2.11406 asteeseen. Lisäksi pohjasta tuleva lämpövuo nollataan.
Nyt kun ajaa simulaation, ni näkee mikä osuus lämmöstä tulee pinnasta, katsomalla conductorin mittaustuloksia. Oli tällä kertaa 1240 W.
-Topi
Ensin ajetaan normisetuppi (poistin uraanin vaikutuksen), ja katsotaan mihin lämpötilaan reiän vakiolämpötila (conductor) on asettunut.
Oli tällä kertaa: 2.11406 astetta.
Sitten muutetaan setuppia niin että toi conductor muutetaan vakiotehosta vakiolämpötilaan, ja juuri tohon 2.11406 asteeseen. Lisäksi pohjasta tuleva lämpövuo nollataan.
Nyt kun ajaa simulaation, ni näkee mikä osuus lämmöstä tulee pinnasta, katsomalla conductorin mittaustuloksia. Oli tällä kertaa 1240 W.
-Topi
Osaahan se.
Mutta kuinka ison säteen alueelta summan noi lämpövuot?
- Vain ne jotka meene alaspäin?
- Kaikki joissa vuo on eri kuin ilman kaivoa olisi? (tämä tuottaisi tulokseksi 3 kW eron ilman kaivoa ja kaivon kanssa tilanteen välille).
- Jotain muuta? Mitä?
-Topi
Ei tuo taida ihan helppo simulaatio olla lämpövuomielessä. Vuot muuttuvat kaivon takia niin ylhäältä kuin alhaalta ja uutena tulee vuo sivuilta. Alhaalta ehkä riittää ottaa vaan kalliota tarpeeksi syvälle, mutta pinnalla pitäisi olla joku malli lämpövuo vs. pinnan lämpötila. Ja sitten se sadevesi päälle.
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #113
Jotenkin itse ymmärtäisin niin, että lämmintä ei ylhäältä päin kovin kauheasti ehkä tule, jos se lämpötila on siellä syvällä korkeampi kuin pinnemmassa. Mikä sitten on se lämpötila siinä menopausin kohdalla, mihin vuodenaikaisvaihtelu alkaa tasoittua ? Jos ylhäältä valuu vesiä maan sisään, korkeussuuntainen gradientti häviää siihen saakka mihin ne vedet menevät. Jos pinnalla on paksu vesiä läpäisemätön maakerros, kallio on sen alla lämpimämpi, koska siihen on tullut se geolämpövuo alhaalta pintaan päin ja lämpötila on noussut.
Ei tule niin kauan kuin tilanne on tuo. Kaivon ympäriltä pinta jäähtyy ja sitten alkaa tulla ylhäältä. Eihän siellä 300 m syvyydessäkään ole kuin pari astetta lämpimämpi kuin paikkakunnan keskilämpötila.
Jos maasta tulee 50 mW/m2 keskiteho, auringosta tulee maanpinnalle n. 100 W/m2 Suomessa. Siis 2000-kertaisesti. Pienikin häiriö maan pintalämpötilassa aiheuttaa vuon kääntymisen toiseen suuntaan keskimäärin.
Sivun
mukaan 277 kelvinin musta kappale luovuttaa lämpöä 334 W/m2.
Alas tulee auringosta 1 kW/m2. Pävällä, ja silloinkin vain kun aurinko on ylhäällä. Yöllä (keskimäärin 50% ajasta koko vuoden aikana) on nolla.
Oisko toi reilu 300 w/m2 keskimääräinen tasapainotilanne. Tietysti ilmanvirtauksilla on osuutensa, mutta ilman sitäkin suurusluokatä mätsää.
Tossa FEMM:ssä oli joku boundary condition joka mallintaa lämpösäteilyn vaikutusta, katson saanko sen toimimaan.
-Topi
mukaan 277 kelvinin musta kappale luovuttaa lämpöä 334 W/m2.
Alas tulee auringosta 1 kW/m2. Pävällä, ja silloinkin vain kun aurinko on ylhäällä. Yöllä (keskimäärin 50% ajasta koko vuoden aikana) on nolla.
Oisko toi reilu 300 w/m2 keskimääräinen tasapainotilanne. Tietysti ilmanvirtauksilla on osuutensa, mutta ilman sitäkin suurusluokatä mätsää.
Tossa FEMM:ssä oli joku boundary condition joka mallintaa lämpösäteilyn vaikutusta, katson saanko sen toimimaan.
-Topi
Sain otettua sen säteilylämmityksen käyttöön. Tarvittiin seuraavat stepit.
- Uusi boundary condition, radiation, johon lämpötilaksi 277 K, ja Beta 1 (emissiivisyys).
- Maan pintaviiva assosioitiin ton radiationin kanssa
Tässä vaiheessa simulaattori ei ikinä saanu tulosta aikaan. Pitää antaa vihje.
- Properties - point
Tänne 277 K piste
Mallissa oikeassa yläreunassa oleva piste (kaukana kaivosta) assosioidaan tohon 277 K:hon. Kertoo simulaattorille että siinä pisteessä on haluttu lämpötila.
*
Nyt ei uraanin lämmittävää vaikutusta mukana.
Tää alla oleva kuva on maan pintalämpötila kaivosta poispäin, eli jäähtyy vain hyvin vähän.
-Topi
- Uusi boundary condition, radiation, johon lämpötilaksi 277 K, ja Beta 1 (emissiivisyys).
- Maan pintaviiva assosioitiin ton radiationin kanssa
Tässä vaiheessa simulaattori ei ikinä saanu tulosta aikaan. Pitää antaa vihje.
- Properties - point
Tänne 277 K piste
Mallissa oikeassa yläreunassa oleva piste (kaukana kaivosta) assosioidaan tohon 277 K:hon. Kertoo simulaattorille että siinä pisteessä on haluttu lämpötila.
*
Nyt ei uraanin lämmittävää vaikutusta mukana.
Tää alla oleva kuva on maan pintalämpötila kaivosta poispäin, eli jäähtyy vain hyvin vähän.
-Topi
Viimeksi muokattu:
Ei pidä paikkansa.
Lumen emissiivisyys on noin 99%, tätä tuli joskus lämpökameralla tutkittua laboratoriossa.
Juju on siinä että sen absorbanssi (joka on sama kuin emissiivisyys) 6000 K valon lämpösäteilyllä on erittäin huono, kun piikkiaallonpituus on jossain näkyvän valon huitevilla. Oman lämpötilansa (270 K) aallonpituudella (noin 10 µm) lumi on "mustaa".
Tämän näkee keväisin ihan käytännössä. Lumessa olevat pienet kivenkappaleet lämpenee auringonvalossa (emissiivisyys/absorbanssin näkyvän valon alueella merkittävän iso, lumella käytännössä nolla), jolloin kivi lämpenee ympäröivää lunta lämpimämmäksi.
Tällöin kivenmurusesta lähtevä lämpösäteily imeytyy lumeen sulattaen kiven ympärille pienen kraaterin.
Itseasiassa materiaaleja jotka olisivat "valkoisia" tolla 10 µm aallonpituudella on yllättävän vähän. Kuparia voidaan käyttää peilinä lasereissa, ja esim germanium on läpinäkyvää (joidenkin lämpökameroiden linssit on germaniumia). Suurimmalla osasta aineista on emissiivisyys lähellä ykköstä (ehkä 90%-99%).
Edit: Korjaan itseäni. Wikipedian
Emissivity - Wikipedia
-Topi
Viimeksi muokattu:
Kellarinlämmittäjä
Oppimiskäyrällä
- Keskustelun aloittaja
- #119
Auringon tuoma lämpö ei taida maapallolla kauan viihtyä, paitsi merissä.
Tuosta maanpinnan ja ilman lämpötilasta löytyy paljon tietoutta, jos se nyt tässä jotenkin viisaammaksi tekee.
"Maanpinnan keskilämpötila vaihtelee vuosittaisen ilmalämpötilan mukaan, mutta vakiintuu Etelä-Suomessa n. 14–15 metrin syvyydessä 5–6 asteeseen. Syvemmällä kallioperässä geoterminen energia nostaa lämpötilaa keskimäärin 0,5–1 astetta / 100 m. Näin ollen maan eteläosissa kallioperän lämpötila 300 metrin syvyydessä on noin 6,5–9 ˚C. "
Itse mittasin juuri oman kaivoveden lämpötilaksi 3,6 °C suoraan kaivosta. Kaivo on matala mutta vesi tulee siihen kai jostakin vähän syvempää. Joskus syksyllä se on ollut noin 6 °C, mutta en löytänyt nyt mittaustuloksiani. Vaikea sanoa, mitä se on keskimäärin, mutta +5 °C mukaan on eletty.
Koska tuo lämpötila nousee alas päin, tuntuu vähän vaikealta uskoa, että pinnalta kovin se lämpö sinne alaspäin menisi. Eikös tuo pinnan lämpötila lähinnä merkitse sitä, mihin lämpötilaan se kuumempi sieltä kallioperästä johtuu ja samalla se vaikuttaa siihen lämpötilaan syvemmälläkin. Lämpötilat laskevat Lappia kohti.
Lähde on tuosta yllä olevasta linkistä, ympäristömisteriön julkaisu.
Tuosta maanpinnan ja ilman lämpötilasta löytyy paljon tietoutta, jos se nyt tässä jotenkin viisaammaksi tekee.
"Maanpinnan keskilämpötila vaihtelee vuosittaisen ilmalämpötilan mukaan, mutta vakiintuu Etelä-Suomessa n. 14–15 metrin syvyydessä 5–6 asteeseen. Syvemmällä kallioperässä geoterminen energia nostaa lämpötilaa keskimäärin 0,5–1 astetta / 100 m. Näin ollen maan eteläosissa kallioperän lämpötila 300 metrin syvyydessä on noin 6,5–9 ˚C. "
Itse mittasin juuri oman kaivoveden lämpötilaksi 3,6 °C suoraan kaivosta. Kaivo on matala mutta vesi tulee siihen kai jostakin vähän syvempää. Joskus syksyllä se on ollut noin 6 °C, mutta en löytänyt nyt mittaustuloksiani. Vaikea sanoa, mitä se on keskimäärin, mutta +5 °C mukaan on eletty.
Koska tuo lämpötila nousee alas päin, tuntuu vähän vaikealta uskoa, että pinnalta kovin se lämpö sinne alaspäin menisi. Eikös tuo pinnan lämpötila lähinnä merkitse sitä, mihin lämpötilaan se kuumempi sieltä kallioperästä johtuu ja samalla se vaikuttaa siihen lämpötilaan syvemmälläkin. Lämpötilat laskevat Lappia kohti.
Lähde on tuosta yllä olevasta linkistä, ympäristömisteriön julkaisu.
Eihän tuo maa näe 277 K säteilyä. Se näkee jotain paljon kylmempää (pilvet tai avaruuden) tai paljon kuumempaa (auringon). Tuossa lumella on hyvin suuri merkitys. Sulavan lumen ja jään takiahan ilmastonlämpeneminen on kiihtyvä ja palautumaton prosessi (kunnes tulee jääkausi).