Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας
Τα συστήματα εκμετάλλευσης της γεωθερμικής ενέργειας ονομάζονται Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας (ΓΑΘ). Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας εφαρμόζονται σε οικίες άλλα και στη γεωργία για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης και ψύξης και ζεστού νερού χρήσης. Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας αντικαθιστούν τους καυστήρες πετρελαίου ή γκαζιού και τα κλιματιστικά για την κάλυψη των αναγκών σε θέρμανση και ψύξη. Εξοικονομεί το 40 με 60% της ενέργειας που θα κατανάλωνε ένα υποστατικό εάν χρησιμοποιούντο μόνο συμβατικά μέσα θέρμανσης. Ένα σύστημα γεωθερμικών αντλιών (ΓΑΘ) αποτελείται από τρία μέρη:
- Σύστημα εναλλαγής θερμότητας εντός εδάφους (γεωεναλλάκτες θερμότητας ή υδρογεώτρηση)
- Γεωθερμική αντλία θερμότητας (κυρίως αντλία θερμότητας νερού - νερού)
- Σύστημα θέρμανσης ή / και ψύξης εντός του κτιρίου
Το σύστημα ΓΑΘ λειτουργεί σαν αναστρέψιμη ψυκτική διάταξη με λήψη θερμότητας από ένα χώρο και απόθεσή της σε έναν άλλο χώρο, το οποίο σημαίνει ότι κατά την χειμερινή περίοδο η θερμότητα λαμβάνεται από το έδαφος και αποτίθεται στον εσωτερικό χώρο (θέρμανση) και το καλοκαίρι συμβαίνει το αντίθετο (ψύξη). Με άλλα λόγια, το σύστημα ΓΑΘ πραγματοποιεί εναλλαγή θερμότητας μεταξύ του εδάφους και των εσωτερικών χώρων. Ένα σωστά σχεδιασμένο και κατασκευασμένο σύστημα ΓΑΘ λειτουργεί με τουλάχιστον 30 % υψηλότερη ενεργειακή απόδοση από αυτή του καλύτερου συστήματος μιας αντλίας θερμότητας αέρα - αέρα λόγω:
- Της χρήσης νερού δεδομένου ότι το νερό έχει πολύ καλύτερες ιδιότητες μετάδοσης θερμότητας από τον αέρα.
- Της σταθερής θερμοκρασίας - που παρέχεται από τους γεωεναλλάκτες στη ΓΑΘ - η οποία είναι υψηλότερη από τις ακραίες συνθήκες περιβάλλοντος σε περιπτώσεις αιχμών του θερμικού φορτίου και χαμηλότερη από τις ακραίες συνθήκες περιβάλλοντος σε περιπτώσεις αιχμών του ψυκτικού φορτίου.
Υπάρχουν δύο είδη συστημάτων: ανοικτού και κλειστού βρόγχου και αυτά χωρίζονται σε κατακόρυφα και οριζόντια.
Συστήματα ανοιχτού βρόγχου
Τα συστήματα ανοιχτού βρόγχου τύπου φρέατος χρησιμοποιούν νερό υπεδάφους σαν απ’ ευθείας πηγή ενέργειας, όταν το διαθέσιμο νερό είναι καλής ποιότητας, επαρκούς ποσότητας και σε βολικό βάθος άντλησης, καθ’ όλο το χρόνο. Χαντάκια, μικρές λίμνες ή ρυάκια χρησιμοποιούνται πολλές φορές για την απόρριψη του νερού, όπως επίσης και η ίδια η πηγή προέλευσης του.
Συστήματα κλειστού βρόγχου
Κατακόρυφο κλειστό γεωθερμικό σύστημα
Το μέγεθος του διαθέσιμου ελεύθερου χώρου και η σύσταση του υπεδάφους καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τον τύπο του γεωθερμικού εναλλάκτη. Ο κάθετος γεωεναλλάκτης κλειστού κυκλώματος εφαρμόζεται σε εγκαταστάσεις με περιορισμένο περιβάλλοντα χώρο και σε περιοχές με αδυναμία πρόσληψης νερού από τον υδροφόρο ορίζοντα. Το πλήθος των γεωτρήσεων είναι συνάρτηση της ισχύος της εγκατάστασης, ενώ η απόδοσή των κατακόρυφων συστημάτων παρουσιάζει σταθερότητα σε όλη τη διάρκεια του έτους. Σημαντικό πλεονέκτημα των κάθετων συστημάτων αποτελεί το γεγονός της γρήγορης αποκατάστασης των θερμοκρασιακών διαταραχών του υπεδάφους, οι οποίες προκαλούνται από την εκμετάλλευση του θερμικού περιεχομένου του.
Ο σχεδιασμός, η εγκατάσταση και η δοκιμαστική λειτουργία των γεωθερμικών εναλλακτών περιγράφονται λεπτομερώς και ακολουθούν το γερμανικό πρότυπο VDI 4460.
Πλεονεκτήματα:
- Περιορισμένη επιφάνεια εδάφους
- Σταθερή θερμοκρασία υπεδάφους
- Εφαρμόζεται σε πολλά είδη εδάφους
Μειονεκτήματα:
- Υψηλό κόστος
- Σε εδάφη με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα δεν αποδίδει
- Χρειάζεται έμπειρος εγκαταστάτης και απλός "τρυπανατζής"
Οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα
Ο οριζόντιος γεωεναλλάκτης κατασκευάζεται σε σκάμμα ορισμένης επιφάνειας στον περιβάλλοντα χώρο του κτιρίου σε βάθος 1-2,5m και με πυκνότητα σωληνώσεων 0,5-0,8m. Στο επίπεδο αυτό αναπτύσσεται το οριζόντιο σύστημα αποτελούμενο από κυκλώματα σωλήνων δικτυωμένου πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας μέγιστου μήκους 100m, τα οποία μέσω των επιμέρους συλλεκτών οδηγούνται στην αντλία θερμότητας.
Στο οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα το υπέδαφος λειτουργεί και ως εποχιακή αποθήκη θερμικής και ψυκτικής ενέργειας, γεγονός που συμβάλλει σημαντικά στην υψηλότερη απόδοση της εγκατάστασης.
Τα οριζόντια γεωθερμικά συστήματα αποτελούν ίσως την οικονομικότερη κατασκευαστική λύση από οποιοδήποτε άλλο γεωθερμικό σύστημα. Η απαιτούμενη έκταση που είναι αναγκαία είναι συνάρτηση των θερμικών και ψυκτικών απαιτήσεων του κτιρίου. Για την διαστασιολόγηση του γεωθερμικού εναλλάκτη, απαιτείται η γνώση των θερμοκρασιών του εδάφους και των θερμικών αποκρίσεων στο βάθος εγκατάστασης.
Πλεονεκτήματα:
- Μικρότερο αρχικό κόστος
- Δε χρειάζεται υπερβολική εξειδίκευση
Μειονεκτήματα:
- Απαιτείται μεγάλη επιφάνεια εδάφους
- Οι συνθήκες εδάφους επηρεάζονται από εποχιακές αλλαγές και επηρεάζουν την απόδοση.
Σχετικές σελίδες
Βιβλιογραφία
- Ενεργειακό Γραφείο Κυπρίων Πολιτών, Μαρία Ιωαννίδου
- "Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας", της Αναστασίας Μπένου, Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών και Εξοικονόμησης Ενέργειας
