Μελέτη των μεταβολών της θερμοκρασίας του εδάφους σε χαμηλά βάθη με στόχο την υποστήριξη ενεργειακών εφαρμογών
Authors: Τσιμούρα Ιφιγένεια 
Published: January 2025

Η παρούσα Διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τις μεταβολές της θερμοκρασίας του εδάφους σε χαμηλά βάθη με στόχο την υποστήριξη ενεργειακών εφαρμογών και διατυπώνει εξισώσεις προσδιορισμού της θερμοκρασίας του εδάφους στα βάθη αυτά, με μοναδικό παράγοντα εισόδου τη θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα, μέγεθος ευρέως και σχετικά εύκολα μετρήσιμο. Η γνώση της θερμοκρασίας του εδάφους είναι σημαντικός παράγοντας προκειμένου να διαστασιολογηθεί αλλά και να εξεταστεί η αποδοτικότητα αρκετών συστημάτων ενεργειακών εφαρμογών. Σε παγκόσμιο επίπεδο έχουν αναπτυχθεί διάφορα μοντέλα τα οποία προσδιορίζουν τη θερμοκρασία του υπεδάφους σε χαμηλά βάθη, ωστόσο τα περισσότερα από αυτά απαιτούν τη γνώση αρκετών παραγόντων – κάποιες φορές δύσκολα προσδιορίσιμων - για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας του εδάφους και αποτελούν σύνθετα υπολογιστικά μοντέλα. Σε πανελλαδικό επίπεδο έχει γίνει προσπάθεια διατύπωσης εξισώσεων που να υπολογίζουν τη θερμοκρασία της επιφανείας του εδάφους και του υπεδάφους (Mihalakakou et. al, Garoufalakis et. al) βασιζόμενη σε σύνθετα υπολογιστικά μοντέλα και οι βασικές παράμετροι που εισάγονται στα μοντέλα αυτά είναι ο χρόνος, το βάθος και οι διάφορες θερμικές διαχυτότητες του εδάφους ανάλογα με τον χρόνο. Η πρωτοτυπία της παρούσας διατριβής έγκειται στο γεγονός ότι οι εξισώσεις προσδιορισμού της θερμοκρασία του εδάφους που διατυπώνονται στην παρούσα βασίζονται σε μακροχρόνιες μετρήσεις θερμοκρασιών του εδάφους και του ατμοσφαιρικού αέρα σε αρκετές ελληνικές πόλεις όπου υπάρχουν διαθέσιμοι μετρητικοί σταθμοί. Για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας του εδάφους απαιτείται αποκλειστικά η γνώση της θερμοκρασίας του ατμοσφαιρικού αέρα η οποία εισάγεται σε απλές εξισώσεις 2ου βαθμού και όχι σε κάποιο σύνθετο υπολογιστικό μοντέλο. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής στο πρώτο κεφάλαιο αναλύεται η χρησιμότητα της διερεύνησης της θερμοκρασίας του εδάφους, παρουσιάζονται ενεργειακές εφαρμογές στις οποίες είναι απαραίτητη η γνώση της, αναφέρονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την θερμοκρασία του εδάφους σε χαμηλά βάθη και γίνεται τεκμηρίωση των εξεταζόμενων βαθών που έχουν επιλεχθεί. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται η πληρότητα των δεδομένων στους διαθέσιμους σταθμούς πανελλαδικά και η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τη μελέτη των μεταβολών της θερμοκρασίας του εδάφους αλλά και για τη διατύπωση εξισώσεων προσδιορισμού της. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά της θερμοκρασίας του εδάφους για τις εξεταζόμενες ελληνικές πόλεις ανά χρονική περίοδο και διατυπώνονται εξισώσεις προσδιορισμού θερμοκρασίας του εδάφους ανά σταθμό. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των διατυπωμένων εξισώσεων με τις παρατηρηθείσες τιμές σε ενδεικτικούς σταθμούς ώστε να διαπιστωθεί η αξιοπιστία τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται προσπάθεια διατύπωσης ενιαίων εξισώσεων προσδιορισμού θερμοκρασίας εδάφους ανά Κλιματική Ζώνη όπως αυτές ορίζονται από την ΤΟΤΕΕ και γίνεται σύγκριση των ενιαίων εξισώσεων ανά Κλιματική Ζώνη με τις παρατηρηθείσες τιμές. Στο έκτο κεφάλαιο, καθώς δεν υπάρχουν διαθέσιμες μετρήσεις θερμοκρασίας εδάφους σε βάθος μεγαλύτερο από 1,00m, με εξαίρεση το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών όπου υπάρχουν διαθέσιμες μετρήσεις έως 1,20m και τον Μετεωρολογικό Σταθμό του ΑΠΘ έως 3,00 m, γίνεται προσπάθεια προεκβολής των τιμών που έχουν παρατηρηθεί από το βάθος του 1,00m στο 1,20m και διατυπώνονται εξισώσεις προσδιορισμού της θερμοκρασίας του εδάφους σε όλους του διαθέσιμους σταθμούς στο συγκεκριμένο βάθος. Στο έβδομο κεφάλαιο εξετάζονται οι προοπτικές περαιτέρω διερεύνησης του αντικειμένου με σκοπό τον εμπλουτισμό των διατυπωμένων εξισώσεων. Τέλος, ακολουθούν τα συμπεράσματα της παρούσας διατριβής και Παράρτημα αποτελεσμάτων με τις διατυπωμένες εξισώσεις προσδιορισμού της θερμοκρασίας του εδάφους σε χαμηλά βάθη για όλους τους διαθέσιμους σταθμούς μέτρησης και πεδία περαιτέρω έρευνας.