Γεωθερμικός Κλιματσμός

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Γενικά

Η ενέργεια που δημιουργείται βαθιά στο εσωτερικό της γης είναι η αιτία για τη μετακίνηση των τεκτονικών πλακών, τα ηφαίστεια και τους σεισμούς.

Η θερμοκρασία στο εσωτερικό της γης φτάνει έως και την τιμή των 7000 ° C, ενώ σε βάθη 80km με 100km μειώνεται στους 650 με 1200 ° C. Μέσω της κυκλοφορίας των υπόγειων νερών και της διείσδυσης του λειωμένου μάγματος στη γήινη κρούστα σε βάθη 1km με 5km, η θερμότητα αυτή μεταφέρεται πιο κοντά στη γήινη επιφάνεια. Ο καυτός λειωμένος βράχος θερμαίνει τα περιβάλλοντα υπόγεια νερά, τα οποία ανεβαίνουν στην επιφάνεια σε ορισμένες περιοχές υπό μορφή καυτού ατμού ή νερού, π.χ. θερμά λουτρά και θερμικοί πίδακες (geysers). Ακόμα και τα ανώτερα 3 μέτρα της επιφάνειας της Γης παραμένουν σε σχεδόν σταθερή θερμοκρασία 10-16°C καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Κατά μέσο όρο, η θερμοκρασία κάτω από την επιφάνεια ανεβαίνει κατά 3°C κάθε 100 μέτρα βάθους. Η θερμική αυτή ενέργεια ονομαζόμενη ως γεωθερμική ενέργεια δύναται να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας σε εφαρμογές κλιματισμού χώρων.

Αρχή λειτουργίας γεωθερμικού κλιματισμού

Ο γεωθερμικός κλιματισμός μπορεί να εγκατασταθεί σε όλα τα νέα συγκροτήματα κατοικιών και οικοδομών αλλά και στα ήδη υπάρχοντα (υπό προϋποθέσεις), κυρίως όμως βρίσκει πεδίο εφαρμογής σε κτίρια επαγγελματικών χώρων και βιομηχανικές μονάδες. Τα συστήματα αβαθούς γεωθερμίας αποτελούνται από τρία βασικά τμήματα:

α. το γεωθερμικό εναλλάκτη, ο οποίος είναι ένα κύκλωμα σωληνώσεων μέσα στο έδαφος και αποβάλλει ή προσροφά θερμότητα από αυτό. Ο γεωθερμικός εναλλάκτης μπορεί να είναι κλειστού (κατακόρυφου ή οριζόντιου τύπου) ή ανοιχτού κυκλώματος (υπόγειων νερών, νερών μιας μικρής λίμνης ή ακόμα και της θάλασσας) .

Η επιλογή του γεωεναλλάκτη εξαρτάται από το διαθέσιμο χώρο που υπάρχει στο οικόπεδο της κατασκευής και είναι είτε οριζόντιος - όταν υπάρχει διαθέσιμος χώρος, είτε κατακόρυφος μέσα στη γη, όταν το έδαφος προσφέρεται για γεώτρηση π.χ. δεν είναι πετρώδες.

Στην οριζόντια διάταξη το κόστος εκσκαφής - τοποθέτησης του εναλλάκτη θερμότητας είναι αισθητά χαμηλότερο. Στην κατακόρυφη διάταξη, ο αριθμός των γεωτρήσεων εξαρτάται από το ψυκτικό και θερμικό φορτίο της κατασκευής και  ενδείκνυται σε περιπτώσεις κατασκευών που η εναπομείνασα επιφάνεια του οικοπέδου είναι περιορισμένη.

β. την γεωθερμική αντλία θερμότητας νερού-νερού, η οποία αντλεί ενέργεια από ένα χώρο και τη μεταφέρει σε ένα άλλο χώρο χαμηλότερης θερμοκρασίας. (Η αρχή λειτουργία της στηρίζεται στον ψυκτικό κύκλο)

Είναι δηλαδή πολύ απλά μια μηχανή που μπορεί να μεταφέρει τη θερμότητα από το θερμό χώρο στον ψυχρό ή στη γλώσσα των μηχανικών, από τη «θερμή δεξαμενή» στην «ψυχρή δεξαμενή». Το καλοκαίρι ορίζουμε θερμή δεξαμενή τον εσωτερικό χώρο και ψυχρή το υπέδαφος (επιλέγοντας λειτουργία δροσισμού) και η αντλία αποβάλλει στο υπέδαφος τη θερμότητα του σπιτιού μέσω του γεωεναλλάκτη. Το χειμώνα ορίζουμε θερμή δεξαμενή το υπέδαφος και ψυχρή τον εσωτερικό χώρο (επιλέγοντας λειτουργία θέρμανσης) και η αντλία προσδίδει θερμότητα μέσα στο χώρο.

Εξαιτίας της σταθερής θερμοκρασίας του εδάφους, καθ` όλη την διάρκεια του έτους, ο βαθμός απόδοσης C.O.P. της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας παραμένει σταθερά σε λόγο 6 προς 1.

Δηλαδή, για κάθε ΚW ηλεκτρικής ενέργειας W_ηλ που καταναλώνει η αντλία θερμότητας από το οικιακό δίκτυο, αποδίδει έως 6ΚW θέρμανσης ή ψύξης αντίστοιχα. Κατ` αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται μείωση της κατανάλωσης ενέργειας έως και 60%, συγκριτικά με ένα συμβατικό σύστημα κάλυψης του θερμικού και ψυκτικού φορτίου.

Σύστημα γεωθερμίας οριζόντιας διάταξης

γ. το σύστημα μέσω του οποίου γίνεται η απορρόφηση ή η πρόσδοση θερμότητας σε εσωτερικό χώρο. ( π.χ. δίκτυο σωληνώσεων ενδοδαπέδιας θέρμανσης).
Οι αντλίες θερμότητας δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θέρμανση εσωτερικών χώρων με συμβατικά σώματα των καλοριφέρ καθώς αυτά απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες νερού προσαγωγής, αλλά μόνο με συστήματα ακτινοβολίας (ενδοδαπέδια θέρμανση και ψύξη δαπέδου).Επιπλέον, στον εσωτερικό της εγκατάστασης μπορούν να λειτουργήσουν και Fan Coil Units (σώματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα) για την αφύγρανση των εσωτερικών χώρων στη λειτουργία του δροσισμού.

Άντληση γεωθερμικής ενέργειας

Η γεωθερμική ενέργεια χωρίζεται σε αβαθή και σε ενέργεια από βαθύτερα στρώματα του υπεδάφους.

• Αντληση αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας.

Η σχετικά σταθερή θερμοκρασία των ανώτερων 15 μέτρων της επιφάνειας της Γης (ή των υπογείων υδάτων) που χαρακτηρίζεται ως αβαθής γεωθερμική ενέργεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση ή την ψύξη κτιρίων όπως αναφέρεται και στα παραπάνω.

Συνοπτικά, το κλειστό αυτό γεωθερμικό σύστημα εκμεταλλεύεται τη σταθερή θερμοκρασία του εδάφους (16-18 °C ), χρησιμοποιώντας γεωτρητικό εξοπλισμό μέχρι βάθος 150m (για κατακόρυφη διάταξη σωλήνων) και ειδικές  γεωθερμικές αντλίες θερμότητας ανεβάζοντάς τη σε θερμοκρασία έως και 55 °C.
   Ο γεωτρητικός εξοπλισμός, αποτελείται από ένα δίκτυο θαμμένων σωλήνων πολυαιθυλενίου. Οι σωλήνες συνδέονται με την αντλία θερμότητας με κλειστό κύκλωμα στο οποίο κυκλοφορεί διάλυμα νερού με φιλικό προς το περιβάλλον αντιψυκτικό. Στην ουσία είναι ένα διάλυμα το οποίο αποτελείται από 25% γλυκόλη και 75% νερό. Είναι λοιπόν, ένα κλειστό κύκλωμα που ανακυκλοφορεί υπό πίεση το διάλυμα που μεταφέρει τη θερμότητα.

 Το χειμώνα, που το έδαφος είναι θερμότερο από τα κτίρια, το υγρό του κλειστού κυκλώματος απορροφά αυτή τη θερμότητα η οποία εν συνεχεία συμπυκνώνεται στη γεωθερμική αντλία και καταλήγει μέσα στα κτίρια μέσω για παράδειγμα του δικτύου σωληνώσεων της ενδοδαπέδιας θέρμανσης. Το καλοκαίρι, που το έδαφος είναι δροσερότερο, γίνεται η αντίστροφη διαδικασία: η αντλία μεταφέρει θερμότητα από τα κτίρια στο έδαφος.

• Αντληση ενέργειας από τα βαθύτερα στρώματα της Γης, η λεγόμενη βαθιά γεωθερμική ενέργεια.

Η άντληση της βαθιάς γεωθερμικής ενέργειας απαιτεί τη διάνοιξη πηγαδιών σε μεγάλο βάθος. Εάν διαθέτουμε θερμά υπόγεια ύδατα, μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε απευθείας σε σταθμούς υδροθερμικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας. Εάν δε διαθέτουμε, το νερό μπορεί να αντληθεί μεταξύ στρωμάτων βράχου και μετά να το επαναφέρουμε στην επιφάνεια σε υψηλή θερμοκρασία μέσω μιας δεύτερης διάνοιξης πηγαδιού.

Οι εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας ποικίλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία και περιλαμβάνουν:

-ηλεκτροπαραγωγή (θ>90 °C),

-θέρμανση χώρων (με καλοριφέρ για θ>60 °C, με αερόθερμα για θ>40 °C, με ενδοδαπέδιο σύστημα (θ>25 °C),

-ψύξη και κλιματισμό (με αντλίες θερμότητας απορρόφησης για θ>60 °C, ή με υδρόψυκτες αντλίες θερμότητας για θ<30 °C)

-θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών επειδή τα φυτά αναπτύσσονται γρηγορότερα και γίνονται μεγαλύτερα με τη θερμότητα (θ>25 °C), ή και για αντιπαγετική προστασία

-ιχθυοκαλλιέργειες (θ>15 °C) επειδή τα ψάρια χρειάζονται ορισμένη θερμοκρασία για την ανάπτυξή τους

-βιομηχανικές εφαρμογές όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού (θ>60 °C), ξήρανση αγροτικών προϊόντων, κλπ

-θερμά λουτρά για θ = 25-40 °C

Πλεονεκτήματα Γεωθερμικού Συστήματος

-Μία γεωθερμική αντλία θερμότητας καταναλώνει συνήθως γύρω στο 25%-30% της ενέργειας που αποδίδει, συμβάλλοντας σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας.

-Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες έχουν πολύ μεγάλο χρόνο ζωής.

-Πραγματικά φιλικό προς το περιβάλλον αφού δεν εκπέμπει καθόλου ρύπους (καυσαέρια, σκόνες, μυρωδιές κλπ).

-Είναι αθόρυβο και απολύτως ασφαλές.

-Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά καύσιμα, η ψύξη και η θέρμανση ενός κτιρίου που χρησιμοποιεί Γεωθερμικό Σύστημα είναι μέχρι και 70% οικονομικότερη (δηλαδή, λειτουργία με ετήσιο κόστος μικρότερο από το μισό αντίστοιχο κόστος πετρελαίου)

-Εκτός από το κόστος κατασκευής δεν έχει άλλες επιβαρύνσεις, διότι δεν χρειάζεται δαπανηρή συντήρηση.

-Το Γεωθερμικό σύστημα αντικαθιστά πλήρως τη χρήση πετρελαίου ή άλλου καυσίμου

.-Τέλος, προσδίδει υπεραξία στο ακίνητό μας εξαιτίας της ιδιόκτητης πηγής ενέργειας.

Εφαρμογές

Παρ' όλο που ο γεωθερμικός κλιματισμός χρησιμοποιείται χρόνια στο εξωτερικό, στη χώρα μας τα κτίρια με γεωθερμικές αντλίες μόλις που ξεπερνάνε τα 100 (με στοιχεία του 2008). Βασική αιτία είναι ότι μέχρι πρόσφατα η αβαθής γεωθερμία ήταν άγνωστη στην Ελλάδα, κάτι που φαίνεται πως αλλάζει τα τελευταία χρόνια.  Έργα που λειτουργούν σήμερα με γεωθερμία είναι το Δημαρχείο Πυλαίας Θεσσαλονίκης, το κτίριο Μηχανικών Μεταλλείων στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, το Ευρωπαϊκό κέντρο Δημόσιου Δικαίου στα Λεγραινά Αττικής κ.α.

Οικονομικά κίνητρα

Το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Ανταγωνιστικότητας (ΕΠΑΝ) περιλαμβάνει πολλά μέτρα για επιδοτήσεις συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (έως του συνολικού κόστους). Για περισσότερες λεπτομέρειες: http://www.ypan.gr/

http://www.ypan.gr/c_announce/45_5379_cms.htm