Maalämpökeruupiirin uusiminen ja syvien energiakaivojen ongelmat

[jmaja]

Koska tuo lämpötila nousee alas päin, tuntuu vähän vaikealta uskoa, että pinnalta kovin se lämpö sinne alaspäin menisi.

Maan pinnan lämpötila tulee lämpövoiden tasapainosta. Koska auringon säteilyn keskimääräinen teho on 2000-kertainen maasta tulevaan tehoon, on tuo säteily se joka tasapainon ratkaisee. Jos maata jäähdytetään tai kuumennetaan, tuo tasapaino siirtyy ja lämpövuo pinnalla muuttuu helposti paljon enemmän kuin 50 mW/m2.

Asia on aika sama kuin lattialämmitys. Siinähän 1 K muutos lattian pintalämpötilassa muuttaa n. 10 W/m2 vuota lattian läpi. Samaa suuruusluokkaa se on maan pinnan tapauksessa. Siis aivan mitätön muutos keskimääräisessä pintalämpötilassa kääntää vuon alaspäin paikallisesti.

 

[Kellarinlämmittäjä]

Maan pinnan lämpötila tulee lämpövoiden tasapainosta. Koska auringon säteilyn keskimääräinen teho on 2000-kertainen maasta tulevaan tehoon, on tuo säteily se joka tasapainon ratkaisee. Jos maata jäähdytetään tai kuumennetaan, tuo tasapaino siirtyy ja lämpövuo pinnalla muuttuu helposti paljon enemmän kuin 50 mW/m2.

Ajatellaanpa yksinkertaisesti maalaisjärjellä.
Oletetaan, että lähtötilanteessa syvällä on 3°C lämpimämpää (eli +8 °C) kuin pinnalla (+5 °C)
Jos tämä kääntyisi päin vastoin, silloin sinne virtaisi noin suunnilleen saman verran pinnalta kuin sieltä syvältä nousi ennen aikoinaan pintaan eli siellä syvällä on pinnan lämpötila miinus 3 astetta = +2 °C.
Ainut mikä noin suunnilleen tunnetaan on tuo lämpövuo syvältä ja se on luokkaa 50 mW/m2, joka lähtötilanteessa on vuosituhansien aikana tuon lämpötilaeron saanut kehitettyä.
Uudessa tilanteessa lämmön tuotto olisi noin suunnilleen 2 x tuo ennen pintaan päin suuntautunut ~50 mW/m² lämpövuo eli suuruusluokkaa 100 mW/m2, koska se tulee nyt molemmista suunnista. 3 kW tehona vuoden ympäri tämä merkitsisi suuruusluokkaa 30 000 m² eli 3 ha.

Menikö vikaan jossakin ? Varmaan ainakin siinä tapauksessa, jos se pinta on niin kylmä, että se kasvaa kuurankukkaa heinäkuussakin.

Auringon energia tulee ja menee. Aamuun mennessä siitä noin 99% on haihtunut avaruuteen. Hiukan jää kasvillisuuden biomassaan ja siihen maahan missä se korvaa talven aikana siitä maasta karannutta lämpöä ja nostaa sen takaisin siihen missä se oli edellisenä syksynä. Näin minä tämän ainakin ymmärtäisin.

Paljas kallio voi sitä lämmintä johtaakin enemmän alas päin ellei sen tarvitse johtaa sitä kovin syvälle. Sen paljaan kallion pinnallakin lötköttää se lumi puolisen vuotta ja silloin se kallion pinnan lämpötila on taas korkeintaan sen 0 °C. Tiedä miten tämmöisessä tasapaino sitten kulkee. Olisiko se tuon kartan mukainen lämpötila, mahdollisesti? Tämmöisessä varmaan se matalien kaivojen sarja voisi olla mahdollisuus, koska se lämpö tulisi siihen ilmasta ja auringosta vähän niin kuin pintakeruupiiriinkin eikä suuruusluokaltaan kuutamoa vastaavasta maan sisäisestä lämpövuosta.

 

[staari]

Katsoin parin harkitsemani MLP:n asennusohjeita. Bosch sanoo keruupuolen paineeksi min/max 0,5/3,0 bar ja suosittelee 2,0 bar. Nibe antaaa min/max 0,5/4,5 bar.

Siis painetta pitää olla ja Niben ohjeissa kerrotaan miten tasopaisuntasäiliö paineistetaan keruupumpun avulla.

Potentiaaliseksi ongelmaksi jää siis asennus, huolto ja vika, jolloin paine olisi alempi. Putkihan kesti lyhytaikaisesti selvästi enemmän ja meneekö se miksikään, jos painuisikin kurttuun kunnes paine nostetaan normaalitasolle.

Tartteekin lisätä nestettä keruupiiriin. Täyttöryhmä on hankalassa paikkaa joten mahtaisiko laiskana onnistua väkivaltaisesti vesiletkusta tuosta varoventtiilin kautta vääntämällä samaan aikaan testiruuvista ?
Yksi putkimies sanoi kerran että nuo toisen kuvan malliset automaatti-ilmaimet laskevat painetta keruu- ja lämpöjohtopiireissä ja vuoden käytön jälkeen kannattaa laittaa ne kiinni.

 

[jmaja]

Sitten voit ihmetellä myös sitä, miten ihmeessä sen 3 kW tehon saa otettua 230 m kaivon lisäksi myös 600 m maakeruusta, joka ilmeisesti voi olla aika pienellä pinta-alallakin.

Säteilyenergian lisäksi pitänee huomioda myös konvektio. Kuinkas monta astetta Suomessa on lämpimänpää Golf-virran takia kuin Kanadassa ja Alaskassa samoilla leveyspiireillä, joissa lienee kutakuinkin sama auringon keskiteho.

 

[TopiR]

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).

Näin onkin, mutta helpoin tapa yksinkertaistaa on olettaa että maanpinnan keskilämpötila vastaa avaruudesta tulevan säteilyn keskilämpötilaa.

Ja kun katotaan lämpötilagradienttia syvemmällä, ja siitä piiretäään suora viiva pinnalle asti, ni saadaan keskimääräinen lämpötila pinnassa. Tämä ei ole kovinkaan kaukana touudesta (lämmön johtuminen on lineaarinen ilmiö, joissa keskiarvoistus on oikea kaava. Säteilyn vaikutus ei ole lineaarinen).

Varsinkin tolla lumen (ja muun valoa heijastavan pinnan) pinta-alaosuudella on vaikutusta koko maapallon lämpötasapainoon.

**

Tarkoitin tolla emissiivisyydellä aineen emissiivisyyttä omassa lämpötilassaan, se on validi termi lämpösäteilyalalla (ainakin kameroiden kanssa touhuaville). Valon (tai IR:n) spektrin ja emissiivisyyden aallonpituusriippuvuuden huomioonottaminen on ensiarvoisen tärkeää kun haluaa ymmärtää kokonaisuuksia joissa on useita erilämpöisiä säteilijöitä.


-Topi

 

[jmaja]

Mitäs jos teet mallin 15 m halkaisijaiseksi (7,5 m säde) ja laitat ulkoreunalla symmetriareunaehdon. Silloinhan tilanne vastaa karkeasti 15 m jaolla tehtyä äärettömän isoa maalampökaivokenttää.

Tuleeko tuosta joku järjellinen tulos? Miten isoja kenttiä Suomessa on ja millä jaolla ja syvyydellä ne on tehty? Eikös ainakin joissain kauppakeskuksissa ole lämmitys maalämpökentällä? Taitavat tosin tunkea vähintään saman verran takaisin jäähdytyksellä.

 

[Kellarinlämmittäjä]

Sitten voit ihmetellä myös sitä, miten ihmeessä sen 3 kW tehon saa otettua 230 m kaivon lisäksi myös 600 m maakeruusta, joka ilmeisesti voi olla aika pienellä pinta-alallakin.

Lämpö siirtyy pintakerroksiin tehokkaasti, aivan kuten routakin sulaa vaikka paljaaksi aurattu maa voi jäätyä pahimmillaan jopa 3 metriin saakka. Aurinko ja suvituuli lämmittää sen pintamaan ja sulattaa talvella putken ympärille kertyneen roudan. Siinä pärjää paljon pienemmällä pinta-alalla ja se on joka vuosi ladattu auringosta täyteen 100% uusiutuvalla energialla. Lähekkäin sijaitsevat järjestelmät eivät kilpaile keskenään. Maata tarvittaan minimissään se 1,5 m²/m maapiiriä eli vain muutama prosentti siitä mitä syväporakaivon kestävä lämmön keruu edellyttää. Pintamaan lämpötilan vuodenaikaisvaihtelu on havaittavissa noin 10 metriin saakka. Maahan kaivettu keruupiiri ei jäähdy käytössä ellei se ole niin tarkalle mitoitettu, että siihen alkaisi muodostua ikirouttaa.

 

[pökö]

Täyttöryhmä on hankalassa paikkaa joten mahtaisiko laiskana onnistua väkivaltaisesti vesiletkusta tuosta varoventtiilin kautta vääntämällä samaan aikaan testiruuvista ?

Onnistuu se siitä, mutta mistä tiedä että on nesteen puute, eikä paisunnan esipainetta hukassa?

 

[roots]

Onnistuu se siitä, mutta mistä tiedä että on nesteen puute, eikä paisunnan esipainetta hukassa?

Nii'i, tasoastiasta on helppo todeta että onko vajausta tai ei, paine-astiallisessa ei suoraan näe mistään...koputtelemalla astiaako?
Tai venttiilistä paineenmittaus ja sitten hiukan lisää painetta...jos se lisääntyy mittariin niin kalvolla on tilaa laajeta ja siten sen yläpuolella on nestettä eli tarpeeksi on?

 

[TopiR]

Tai venttiilistä paineenmittaus ja sitten hiukan lisää painetta...jos se lisääntyy mittariin niin kalvolla on tilaa laajeta ja siten sen yläpuolella on nestettä eli tarpeeksi on?

Paine-ero mittari kalvon ylä ja alapuolen välille? Jos paine-eroa on, ni jotain on pielessä.

-Topi

 

[roots]

Paine-ero mittari kalvon ylä ja alapuolen välille? Jos paine-eroa on, ni jotain on pielessä.

-Topi

Ei ol'e tietääkseni... tarttis putkimiehen ja sittenhän se selvinneis muutenkii.

 

[TopiR]

Ei ol'e tietääkseni... tarttis putkimiehen ja sittenhän se selvinneis muutenkii.

Sori roots, en tarkoittanut yksittäiseen tapaukseen.
Olen tehnyt tuotekehitystyötä 30 vuotta, en pääse siitä roolista enää tässä elämässä eroon.

Onko jollakulla tietoa josko markkinoilla olisi halvahkoa paine-eromittaria joka soveltuisi tällaiseen käyttöön? Varmaankin 100 mBar resoluutio olisi riittävä (kalvon iskiessä jompaankumpaan päätyyn paine rupeaa nousemaan nopeasti verrattuna paisarin toiminta-alueeseen).

-Topi

 

[jmaja]

Vaaka, joka kertoo paljonko massaa paisarissa on. Ei pitäisi olla vaikea. Tai lasiputki ulkopuolelle, jossa näkyy nestepinta. Miksei kalvopaisaria voisi myös tehdä läpikuultavasta muovista, jolloin pinnan näkee suoraan.

 

[pökö]

Vaaka, joka kertoo paljonko massaa paisarissa on. Ei pitäisi olla vaikea. Tai lasiputki ulkopuolelle, jossa näkyy nestepinta. Miksei kalvopaisaria voisi myös tehdä läpikuultavasta muovista, jolloin pinnan näkee suoraan.

Tai jättää sen tasoastian järjestelmään kuten minä, siitä näkyy pinta läpi.

 

[Kellarinlämmittäjä]

Tokko nuo kaivojen lämmönkeräinten valmistajat edellytä piirin paineistamista ?

 

[staari]

Kiitos vastauksista.
Koneen mukana tuli tasoastia mutta putkari heitti nurkkaan sanoen että kalvopaisunta-astia on "parempi".

Tuossa on astian vieressä sulkuventtiili jonka siis suljen ja päästän nestepaineet pois varosta ja sitten mittaan kalvon alapuolelta ilmanpaineen. Asetan sinne esim. 1,5bar.
Sen jälkeen avaan venttiilin ja jos nestepaine on vähän alle 1,5bar on kaikki ok.
Jos nestepaine ei lähellä 1,5, lisään nestettä varon kautta, mutta mikä on oikea lukema nestepainemittariin? Koneen ohjeissa ei mitään tästä.
Kaivo akt. 165m putki 40mm. Piirissä maaviileäkenno joten hirveitä paineita ei voi laittaa.

Edit. jostain luin että jos maaviileäpiiri, ei tasoastiaa käytetä.

 

[TopiR]

Mitäs jos teet mallin 15 m halkaisijaiseksi (7,5 m säde) ja laitat ulkoreunalla symmetriareunaehdon. Silloinhan tilanne vastaa karkeasti 15 m jaolla tehtyä äärettömän isoa maalampökaivokenttää.

Tuleeko tuosta joku järjellinen tulos? Miten isoja kenttiä Suomessa on ja millä jaolla ja syvyydellä ne on tehty? Eikös ainakin joissain kauppakeskuksissa ole lämmitys maalämpökentällä? Taitavat tosin tunkea vähintään saman verran takaisin jäähdytyksellä.

Mitä sylinterinmuotoiselle kappaleelle tehty symmetriareunaehto tarkoittaisi? Jos sitä ei voi piirtää, ei sitä voine myöskään simuloida.

Eikö haluamasi tulos tulisi jos tekee vain 15 m halkaisijaisen mallin ja estää sivuille päin virtaavan lämpövuon?
Tällöin ollaan lähellä tilannetta jossa kuusikulmarasterilla

olisi noita kaivoja (jokaisen kuusikulman keskipisteessä olisi kaivo, ja etäisyys kuuteen lähimpään kaivoon olisi toi 15 m. Tällöin jokaisen kaivon tulee tulla toimeen sillä mitä kohtisuoraan oman pinta-alansa (kuusikulmion pinta-ala ei paljoa ympyrän pinta-alasta poikkea) alueelta saisi kerättyä.

-Topi

 

[jmaja]

Eikö haluamasi tulos tulisi jos tekee vain 15 m halkaisijaisen mallin ja estää sivuille päin virtaavan lämpövuon?

Sama asia tuossa varmaankin. Minun käyttämissäni ohjelmissa oli symmetriareanaehto, jolla siis "peilattiin" pinta/viiva. Vuot ja gradientit nollia pinnan/viivan yli.

 

[Lappanen]

Tokko nuo kaivojen lämmönkeräinten valmistajat edellytä piirin paineistamista ?

Tsekkasin Jämän MLP:n asentajan ohjeista, niin paineistusta=paisuntasäiliötä ei tarvita jos tasoastia asennetaan keruun korkeimpaan kohtaan. Jos tämä ei ole mahdollista, käytetään paisuntasäiliötä. Jos ilmaiskylmää eli vaikka konvektoria käytetään, niin sitten keruupiiriin kytketään paisuntasäiliö tasoastian tilalle. Tuossa vikassa tapauksessa ei eritelty, että miksi tasoastia pitää korvata paisuntasäiliöllä, mutta oletan että sen takia että tasoastiaa ei ainakaan 1-kerrostalossa saa konvektorin linjoja ylemmäs asennettua.

 

[TopiR]

Sama asia tuossa varmaankin. Minun käyttämissäni ohjelmissa oli symmetriareanaehto, jolla siis "peilattiin" pinta/viiva. Vuot ja gradientit nollia pinnan/viivan yli.

Niissä varmaan oli oletuksena jokin äärettömyyttä mallintava reunaehto, silloin sen tappaminen onnistuu esim symmetrialla.

FEMM:ssä äärettömän ison domainin mallintamiseen on omat constrainttinsa, en niitä ole käyttänyt.

Olen tehnyt simulaatioita myös Fusion 360:sellä. Siinä voi tehdä aidon 3D-mallinnuksen (simulaatio kestää tietysti kauemmin), mutta tulosten analysointi on aika vajavaista (esim ei voi mitata vuon määrää jonkin pinnan läpi, tai en ainakaan löytänyt moista).
Sillä voisikin kattoa mitä tapahtuu kallioperän lämpötilalle kun on ne 2 kaivoa 15 metrin päässä toisistaan...

Sit on vielä ilmaissimulaattori Elmer

Elmer FEM solver - Wikipedia

en.wikipedia.org

Tota olen joskus vuosia sitten käyttänyt magnetodynaamisiin simulointeihin. Lämpömallit on sen verran yksinkertaisia verrattuna sähköilmiöihin että eiköhän se onnistuisi aika helposti.

-Topi

 

[jmaja]

Noi oli virtauslaskentaohjelmistoja, joita tuli käytettyä päätyökseen yli 20 vuotta. Oli niissä myös kiinteitä aineita, joissa lämmönsiirtoa, vaikka pääkiinnostus olikin virtauksissa ja reaktioissa.

Symmetrialla pystyi mallintamaan pienen osan symmetrisestä alueesta. Siis tuossa tapauksessa aksisymmerisesti 7,5 m säde ja ulkokehälle symmetriareunaehto tarkoittaa, että identtinnen kenttä on toisella puolella. Aksisymmetrisesti tietysti hiukan outo tapaus, mutta luulisin tuolla saavan ihan hyvän arvion kentästä, jossa kaivot ovat 15 m jaolla jotenkin.

Parempi olisi toki laatikko tai kuusikulmio symmetriaseinillä, mutta silloin ollaan jo 3D-mallissa ja laskenta hidastuu radikaalisti.

 

[Kellarinlämmittäjä]

Tsekkasin Jämän MLP:n asentajan ohjeista, niin paineistusta=paisuntasäiliötä ei tarvita jos

Lämpöpumpussa tuo on varmaan aika lailla kavitaatiokysymys maakierron kiertovesipumpun osalta. Entäs esim. Muovitech?

 

[kotte]

Ei pidä paikkansa.

Lumen emissiivisyys on noin 99%, tätä tuli joskus lämpökameralla tutkittua laboratoriossa.

Maan lämpötilan kannalta lumi on kuitenkin melkoinen eriste. Siksi talvella ilmanlämpötila pääsee usein putoamaan nopeasti alas, kun lumen pinta jäähtyy, mutta maa ei pääse juurikaan lämmittämään eristeen lävitse. Puhdas lumi toisaalta heijastaa auringon valoa tehokkaasti pois, kuten totesit, eli eipä herkästi lämpene lumen pinta kevättalvellakaan. Tundran oloissa tilanne vielä kärjistyy, kun ei ole puita imemässä auringon lämpöä ja valoa metsävyöhykkeen tapaan.

 

[TopiR]

Mitäs jos teet mallin 15 m halkaisijaiseksi (7,5 m säde) ja laitat ulkoreunalla symmetriareunaehdon. Silloinhan tilanne vastaa karkeasti 15 m jaolla tehtyä äärettömän isoa maalampökaivokenttää.

Tuleeko tuosta joku järjellinen tulos? Miten isoja kenttiä Suomessa on ja millä jaolla ja syvyydellä ne on tehty? Eikös ainakin joissain kauppakeskuksissa ole lämmitys maalämpökentällä? Taitavat tosin tunkea vähintään saman verran takaisin jäähdytyksellä.

Tein 15 m halkaisijaisen 10 km syvän kakun. Ei uraanin lämmitystä. Pintamaan lämpötila vakiona (ei säteilyä).

=> kaivon lämpötila -47 C.

Eli toi 15 metrin suoja-etäisyys on todellakin aivan riittämätön, jos niitä tikkaisi niin tiheään kuin mahtuisi.

-Topi

 

[jmaja]

Tein 15 m halkaisijaisen 10 km syvän kakun. Ei uraanin lämmitystä. Pintamaan lämpötila vakiona (ei säteilyä).

=> kaivon lämpötila -47 C.

Eli toi 15 metrin suoja-etäisyys on todellakin aivan riittämätön, jos niitä tikkaisi niin tiheään kuin mahtuisi.

-Topi

Oliko tuossa myös säteily päällä? Kyllä tuossa pitäisi lämpöä tulla Auringosta. Myös konvektiolla voi olla suuri merkitys. Eihän tuossa lämpö mihinkään katoa siirtyy vain taloihin ja siitä ilmaan.

 

[TopiR]

Oliko tuossa myös säteily päällä? Kyllä tuossa pitäisi lämpöä tulla Auringosta. Myös konvektiolla voi olla suuri merkitys. Eihän tuossa lämpö mihinkään katoa siirtyy vain taloihin ja siitä ilmaan.

Ei ollut säteilyä. Eli pintalämpötila oli vakio, eli majoriteetti tehosta tuli pinnan kautta (kun alhaalta tuleva 12,5 W ei vaan riitä). Toi on ylioptimistinen setuppi. Oikeassa elämässä maanpinta olisi talvella paljon kylmempi ja sitä myöten myös kaivo olisi kylmempi.

Tein myös Fusion 360:llä vertailun yhden kaivon ja kahden kaivon välillä.

Yhden kaivon (200 m syvä) minimilämpötilaksi tuli 1,18 C.
Kahden kaivon (200 m, etäisyys 15 m) mininimilämpötilaksi tuli -0,25 C.

Fusionissa ei ole käsitettä lämpöjohde (joka pitäisi tietyn pinnan lämpötilan vakiona (mutta simulointiympäristön laskemana lämpötilana)).
Mallinsin tota pistämällä sen reiän (1 metri halkaisijaltaan) täyteen ainetta jonka lämmönjohtavuus on 5000 W/mK, ja kerroin että sen kappaleen sisäinen lämpöteho on -3 kW (ilmeisesti tasaisesti jakautuneena koko tilavuuden yli).

Tulosta voinee kattoa tuolta:

Fusion

Share 2D and 3D design files and project files with anyone.

a360.co

- Vasemmalta ylhäältä simulaatiotulokset:

- Sieltä kaksi kaivoa

- Alhaalta explode model

Ja kasvattaa liukurin oikealle

Näkee tuloksen, mutta eipä tosta web-viewistä juuri mittään oikeen näe

Sieltä voi myös ladata mallin, jos haluaa Fusion 360:llä (ilmainen privakäyttäjälle) ite säätä .

Kyllä toi naapurin kaivo näyttää sitä kaivoa sen 1,5 astetta jäähdyttävän, jolla taitaa olla ihan sähkömittarissa näkyvä muutos COP:n kautta, eikös vain?

-Topi

 

[jmaja]

Pistäs kuva siitä -47C simuloinnista.

 

[kotte]

Kyllä tuossa pitäisi lämpöä tulla Auringosta. Myös konvektiolla voi olla suuri merkitys. Eihän tuossa lämpö mihinkään katoa siirtyy vain taloihin ja siitä ilmaan.

Graniitin lämmönjohtavuus on muuten parhaimmillaan n. 100-kertainen styroksiin nähden. Kun mietitään, miten paljon pinnalta johtuu lämpöä 15 ... 150 metrin syvyyksiin, niin määrä on sama, mitä menee 15 ... 150 cm paksun yhtenäisen styrox-eristeen lävitse. Konvektio on aivan olematonta, sillä aina, kun lämpöä pitäisi maahan saada lisää, on lämpötilagradientti ylhäältä alas. Konvektiolla voisi olla merkitystä vain, jos maata pitäisi jäähdyttää, kun sitä käytetään suurten hukkalämpömäärien dumppaamiseen.

 

[jmaja]

Konvektio on aivan olematonta,

Konvektion kautta Pohjoismaissa on selvästi lämpimämpää kuin monessa muussa yhtä pohjoisessa maassa. Maan ja kaivon lämpötila tulee aikalailla keskilämpötilan mukaan ja se taas tulee osin konvektiolla. Talvella maan päällä on erinomaisesti eristävä lumi.

 

[kotte]

Konvektion kautta Pohjoismaissa on selvästi lämpimämpää kuin monessa muussa yhtä pohjoisessa maassa. Maan ja kaivon lämpötila tulee aikalailla keskilämpötilan mukaan ja se taas tulee osin konvektiolla.

Vaakasuuntaan lämpö siirtyy vesi- ja ilmavirtausten mukana, kun reitillä ei ole esteitä, mutta alas päin ei lämpö kuljeta, ainoastaan painovoima (vettä). On aivan totta, että satava vesi vie alas paljon lämpöä ja metrin paksuinen lumi eristää yhtä hyvin kuin 5 cm ... 50 cm styroksia pakkautumisasteessa riippuen, mutta suhtautuisin kovin skeptisesti lämpimän pohjaveden valumiseen luokkaa 10 m ... 20 m pohjaveden pinnan alapuolelle Suomen tyypillisillä pinnanmuodoilla. Pääasiassa veden kulkureitit ovat kalliossa melko lähellä pintaa eikä syvempien reittien kautta ole erityisen huomattavia virtauksia, jos vesi pääsee purkautumaan ylempää. Syvien lämpökaivojen kohdalla pohjavesi alkaa yli 100 metrin kohdalla monesti olla jo melko suolaistakin, mikä vaikeuttaa syvempien reittien kautta tapahtuvaa virtausta ja toisaalta todistaa, että virtaus on joka tapauksessa heikkoa, kun suola ei ole huuhtoutunut pois.

 

[jmaja]

Vaakasuuntaan lämpö siirtyy vesi- ja ilmavirtausten mukana, kun reitillä ei ole esteitä, mutta alas päin ei lämpö kuljeta

Kyllä lämpö kulkee aivan samalla tapaa alas kuin muihinkin suuntiin. Golf-virran ja Itämeren yli virtaava ilma tuo lämpöä maan päälle ja pitää pintamaan lähellä keskilämpötilaa. Jos tuolla on kaivokentän kylmäksi vetämä maa-alue, siirtyy maahan reilusti lämpöä.

 

[kotte]

Kyllä lämpö kulkee aivan samalla tapaa alas kuin muihinkin suuntiin. Golf-virran ja Itämeren yli virtaava ilma tuo lämpöä maan päälle ja pitää pintamaan lähellä keskilämpötilaa. Jos tuolla on kaivokentän kylmäksi vetämä maa-alue, siirtyy maahan reilusti lämpöä.

Tuota en usko ilman lisätodisteita. Ensinnäkin veden tilavuusmuutos ei maassa suosi konvektiota kuin alueella 0 ... 4^oC (eli jää kyllä sulaa järven pohjasta, jos sitä on sinne saatu), mutta kun +4^oC on saavutettu, lämmöpn aiheuttama konvektio pysähtyy. Painovoima voi aiheuttaa konvektiota, mutta syvien kerrosten suolapitoisuus (Suomessa) osoittaa, ettei tapahdu käytännössä (tuo siis toistona, mitä jo edellä kirjoitin).

Ihan turha viitata Golf-virtaan ja länsituuliin, joilla luonnollinen veden ja ilman tiheysmuutos saa pystysuuntaisen lämmönsiirtymän muuttumaan vaakasuuntaiseksi (ja tuossa siis lämmin siirtyy ylös ja kylmä painuu alas). Maassa tuota ei tapahdu, koska aurinko ei pääse lämmittämään vettä tai ilmaa riittävän suurella vertikaaliprofiililla, ilma ei pääse kulkemaan riittävän vapaasti maan yläkerroksissa ja pohjavesi ei yleensä ulota maan pintaan (maapartikkelit estävät tehokkaasti vedenkin liikettä ja auringon lämpö pääsee alaspäin käytännössä vain johtumalla).

 

[jmaja]

Tuota en usko ilman lisätodisteita.

Puhutaankohan me ihan samasta asiasta? Minä siis tarkoitin ilman konvektiota. Siis sitä kuin ilma kuljettaa lämpöä paikasta toiseen mukanaan. Lämpö siirtyy merestä ilmaan ja ilmasta maahan. Maanpinnan läpi menevää lämpövuota ei voi laskea pelkällä säteilyllä, vaan pitää ottaa myös konvektio huomioon. Tuulen ansiosta kyse on usein pakotetusta konvektiosta, jolloin lämmönsiirto on tehokkaampaa kuin pelkällä luonnollisella konvektiolla.

Onhan tietysti maan ja kallion sisälläkin konvektiota. Sadevesi virtaa alaspäin ja pohjavesikin virtaa. Molemmat aiheuttavat konvektiota.

 

[Kellarinlämmittäjä]

Olettaisin @TopiR laskeneen tuon niin, että sieltä pohjalta virtaa lämmintä sen geotermisen lämpövuon verran ja loppu tuli pinnalta, kun sivuilta ei lämpövuota laskettu, koska siellä oli muita lämpökaivoja. Kun pinnan lämpötila lopulta laskee niin alas, että siitä sitten alkaa siirtyä lämmintä, saavutetaan sellainen gradientti, että lämmön tulo ja otto ovat tasapainossa. Ymmärtäisin tuon -47 °C mallinnuksen niin, että pinnan lämpötila pitäisi saada pysymään jossakin +50 °C, niin sitten alkaisi johtua sitä lämmintä riittävästi, että siellä kaivossa pysyttäisiin plussan puolella. Tässäkin on nyt sitten se vesiongelma. Jos pinnan lähellä virtaa vesiä, ne ovat omiaan viemään kaiken lämmön pois jo sieltä kallion pinnalta eikä lämpötila varmaan juurikaan nousi jossakin 10 m syvyydessä, vaikka pinnan lämpötila kuinka nousisi.

Yleensä maa on kasvillisuuden peittämä ja aurinko ei käytännössä koskaan pääse lämmittämään maata suoraan, ellei se ole asfaltoitu tai kynnetty. Tämmöisillä pinnoilla aurinko varmaan sitä aika hyvin lämmittääkin mutta asfalttia sitten pakkanen myös jäähdyttää tehokkaasti, jos se aurataan talvella. Syksyllähän maan alla on vielä kohtuullisen lämmintä muutaman metrin syvyydessä. Silti se maan pinta alkaa jäätyä, jos on astekin pakkasta mutta runsaampaa ensilunta lämpö sulattaa alta päin ellei maa ole ehtinyt lainkaan jäätyä ennen lumen tuloa. Kerran kunnolla routinut maa ei sula ennen kevättä lumenkaan alla, sillä ne milliwatit eivät siihen riitä.

Siperiassahan sitä routaakin saataa olla aika syvälle. "Maa on monesti ikiroudan alueilla roudassa ainakin kymmenien metrien syvyydessä, mutta kylmimmillä alueilla ikiroutaa voi olla tuhannen metrin syvyyteen asti, jos peruskallio ei ole esteenä. Ikirouta sulaa kesällä yleensä 50–100 cm syvyydeltä." Tähän ei näköjään tarvita muuta kuin että vuoden keskilämpötila on pakkasella. Mannerjään alla maanpinta sen sijaan on sula. Geterminen lämpövuo sulattaa jopa kilometrisen roudan, kun saa muutaman kymmentuhatta vuotta aikaa ja pakkaselta suojaavaan kilometrien paksuisen jääkannen lämmöneristeeksi. Jos se jää ei sulaisi alta, se liikkuisi oleellisesti hitaammin. Jäätiköt eivät varsinaisesti sula geotermisen lämpövuon vaikutuksesta vaan sulattava voima on tullut päältä päin ja osin jäätikön valumisesta meriin ja lämpimämmille paikoille.

Ikirouta – Wikipedia

fi.wikipedia.org

 

[kotte]

Puhutaankohan me ihan samasta asiasta? Minä siis tarkoitin ilman konvektiota. Siis sitä kuin ilma kuljettaa lämpöä paikasta toiseen mukanaan. Lämpö siirtyy merestä ilmaan ja ilmasta maahan. Maanpinnan läpi menevää lämpövuota ei voi laskea pelkällä säteilyllä, vaan pitää ottaa myös konvektio huomioon. Tuulen ansiosta kyse on usein pakotetusta konvektiosta, jolloin lämmönsiirto on tehokkaampaa kuin pelkällä luonnollisella konvektiolla.

Onhan tietysti maan ja kallion sisälläkin konvektiota. Sadevesi virtaa alaspäin ja pohjavesikin virtaa. Molemmat aiheuttavat konvektio

Varmaan puhutaan hiukan eri näkökulmasta, mutta en ole koskaan todennut, että jossakin maakuopassa tms. tuulisi, jos on kangas kantena tms. niin, että tuuli ei pääse puhaltamaan. Kun tuuli ei pääse kuin ehkä sentin maan sisään, maan sisäinen lämpötilajakauma ei aja ilman eikä veden konvektiota maan sisällä ja jos konvektiota on, niin sadeveden muuttuminen pohjavedeksi ja veden valuminen vesistöihin (mistä kirjoittelin useammassakin viestissä). Toki maan pinnan yläpuolisella konvektiolla on maalämmön tapauksessa merkitystä, mutta puolestaan ei maan sisäiseen lämpötilaan muunlaista merkitystä paitsi, että maan pinnan lämpötila voi kohota tai laskea (jolloin lämpögradientti maan pintakerroksissa voi muuttua paljonkin). Loppu sitten riippuu lämmön johtumisesta paitsi, mitä sateen (tai vesistöjen välisen pohjavesivirtauksen) gravitaation aiheuttama pohjaveden konvektio kuvaa joiltakin osin muuttaa.

 

[kotte]

"Maa on monesti ikiroudan alueilla roudassa ainakin kymmenien metrien syvyydessä, mutta kylmimmillä alueilla ikiroutaa voi olla tuhannen metrin syvyyteen asti, jos peruskallio ei ole esteenä. Ikirouta sulaa kesällä yleensä 50–100 cm syvyydeltä."

Kiinalaiset ovat (ainakin) soveltaneet termosifoniputkia ikiroudan ylläpitämiseksi korkealle vuoristoon rakennetun rautatien alla jossakin Tiibetin - Himalajan seuduilla. Laitehan on osittain kylmäaineella täytetty putki, joka kylmäaineen luonollisen höyrystymis- ja lauhtumiskierron avulla siirtää lämpöä maan alta ilmaan silloin, kun ilma on maata kylmempää. Tosin päin lämpöä ei juuri kulje, koska nestemäinen kylmäaine ei pääse nousemaan maan pinnan tasalle. Höyrystynyt kaasu pääse ylös, lauhtunut neste valumaan vain alas.

 

[jmaja]

Tietenkään ilma ei virtaa maan sisällä, ainakaan niin paljoa, että sillä olisi merkitystä. Otan taas vertailuksi lattian asunnon sisällä. Lämmönsiirto huonetilasta lattiaan on yhdistelmä konvektiota, säteilyä ja johtumista, kuten kaikki lämmönsiirto. Nyt siis puhutaan lämmönsiirrosta siihen pintaan. Ei siitä mitä lattian kiinteässä osassa (tai maassa) tapahtuu. Lattian tapauksessa lämmönsiirrosta lämmittäessä n. 60% on säteilyä ja 40% konvektiota. Johtumisen osuus on olemattoman pieni. Jäähdytteässä (aktiivisesti tai vain lämpöhukan kautta) lämmönsiirto on hiukan heikompaa, koska luonnollinen konvektio ei ole silloin tehokasta.

Ulkona on useinmiten jonkinlainen tuuli, jolloin konvektion osuus on suurempi ja ei juuri riipu lämmönsiirron suunnasta. @TopiR on mallissaan ottanut säteilylämmönsiirron huomioon jollain tarkkuudella, mutta ei lainkaan konvektiota, jolla on myös merkittävä osuus.

 

[Kellarinlämmittäjä]

ei lainkaan konvektiota, jolla on myös merkittävä osuus.

Olettaisin että maan pintakerros jonnekin 20 sentin syvyyteen on kesällä varsin tarkasti muutaman vuorokauden säätilan mukaisessa tasapainolämpötilassa, jonka määrää auringon paiste (jos se siihen pääsee vaikuttamaan), kosteuden haihtuminen ja ilman lämpötila. Se pinnan lämpötila vaihtelee aika reippasti vuoden aikojen mukaan, mutta jo muutaman metrin syvyisessä kaivossa lämpötilan vaihtelu on kovasti tasaantunut. Kaivossa lämpötila on korkeimmillaan joskus joulun tienoilla. Mullalla olevan maanpinnan lämpötila on ilman tasapainolämpötilaa korkeampi, koska aurinko sitä lämmittää ja tuuli yhdessä sateen ja haihtumisen kautta vain jäähdyttää kesällä. Siitä maanpinnastahan se kesän lämpö tulee ja energia maanpintaan tulee auringon valona pilvien läpi ja pilvien välistä.

 

[fraatti]

Videon laatu on vähän kehno mutta tässä on pohjavesi mukana

edit.
hiukan toisenlainen

 

[Kellarinlämmittäjä]

Miltähän tuommoinen @TopiR tasapainotilanteen simulaatio näyttäisi jos tarkastelun tekisi erilaisille kaupinkialueille. Jos tarkasteltava alue on laaja, lienee kohtuu oikein olettaa, että lämpöä ei liiku esim. pohjaveden mukana sivusuunnassa. Laajemmalle alueelle voisi ajatella otettavan mukaan väliin jäävät liikenneväylät ym. Ajattelin tuon energiantarpeen tuossa jo suoraan maasta otettavalle lämmölle.

1) Maaseutumainen asutus, 1 talo/2ha, á 20 000 kWh ....= 10 000 kWh/ha
2) Moderni omakotialue 8 taloa/ha, á 10 000 kWh ..........= 80 000 kWh/ha
3) Esikaupunki 5 000 m²/ha, 50 asuntoa /ha .......................= 500 000 kWh/ha
4) Kaupunkikeskusta 20 000 m²/ha ...................................... = 2 000 000 kWh/ha

Tai toisaalta jos ajattelisi, että lämpö tulee päältä ja alta äärettömän suurelle alueelle, montako kWh/ha lämpöä voisi nostaa jos se kentän lämpötila laskettaisiin keskimäärin vaikkapa +1 °C:een.