24/10/11

Γεωθερμία


Γεωθερμία ή Γεωθερμική ενέργεια ονομάζουμε τη φυσική θερμική ενέργεια της Γης που διαρρέει από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια. Η μετάδοση θερμότητας πραγματοποιείται με δύο τρόπους:
α) Με αγωγή από το εσωτερικό προς την επιφάνεια με ρυθμό 0,04 - 0,06 W/m2 [1]
β) Με ρεύματα μεταφοράς, που περιορίζονται όμως στις ζώνες κοντά στα όρια τωνλιθοσφαιρικών πλακών, λόγω ηφαιστειακών και υδροθερμικών φαινομένων.

Μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο έχει η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας για την κάλυψη αναγκών του, καθώς είναι μια πρακτικά ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Ανάλογα με το θερμοκρασιακό της επίπεδο μπορεί να έχει διάφορες χρήσεις.
H Υψηλής Ενθαλπίας (>150 °C) χρησιμοποιείται συνήθως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ισχύς τέτοιων εγκαταστάσεων το 1979 ήταν 1.916 ΜW με παραγόμενη ενέργεια 12×106 kWh/yr.
Η Μέσης Ενθαλπίας (80 έως 150 °C) που χρησιμοποιείται για θέρμανση ή και ξήρανση ξυλείας και αγροτικών προϊόντων καθώς και μερικές φορές και για την παραγωγή ηλεκτρισμού (π.χ. με κλειστό κύκλωμα φρέον που έχει χαμηλό σημείο ζέσεως).
Η Χαμηλής Ενθαλπίας (25 έως 80 °C) που χρησιμοποιείται για θέρμανση χώρων, για θέρμανση θερμοκηπίων, για ιχθυοκαλλιέργειες, για παραγωγή γλυκού νερού.


Κι όμως αρχή του γεωθερμικού κλιματισμού είναι εξαιρετικά απλή: βασίζεται στο γεγονός ότι λίγα μέτρα κάτω από την επιφάνεια της γης η θερμοκρασία του εδάφους είναι σταθερή στους 18-20 βαθμούς Κελσίου.
Αν συνεπώς εκμεταλλευτούμε τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ υπεδάφους και επιφάνειας, μπορούμε να θερμάνουμε χώρους το χειμώνα και να τους ψύξουμε αντίστοιχα το καλοκαίρι.
Το δε καλοκαίρι, λειτουργώντας αντίστροφα απομακρύνει τη θερμότητα από το κτίριο και μέσω του γεωεναλλάκτη την αποδίδει στο πιο δροσερό έδαφος, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη θέρμανση ή δροσισμό, χωρίς να χρειάζεται να αυξομειωθεί δραματικά η θερμοκρασία του νερού που κυκλοφορεί μέσα στους σωλήνες.

Αυτό γίνεται με τη χρήση μιας γεωθερμικής αντλίας, η δε θερμότητα μεταδίδεται μέσω ενός δικτύου σωληνώσεων που είτε βρίσκονται σε οριζόντια διάταξη και χαμηλό βάθος, είτε σε κατακόρυφη διάταξη εκμεταλλευόμενοι μία γεώτρηση που γίνεται γι’ αυτό το λόγο.
Ας δούμε τι σημαίνει αυτό στην πράξη, με βάση τα στοιχεία που έχει επεξεργαστεί η Greenpeace: Για την ίδια ποσότητα θερμικής ενέργειας, ας πούμε 15.000 κιλοβατώρες, ένα συμβατικό σύστημα θέρμανσης έχει ετήσιο κόστος λειτουργίας 1.450- 1500 ευρώ. Αν έχουμε καυστήρα φυσικού αερίου, το αντίστοιχο κόστος μειώνεται στα 1.000- 1.200 ευρώ, ενώ μια αντλία γεωθερμίας εξασφαλίζει το ίδιο αποτέλεσμα με μόλις 450- 500 ευρώ το χρόνο. Στοιχίζει δηλαδή το 30% του κόστους της θέρμανσης με πετρέλαιο και το 40%-42% του κόστους σε φυσικό αέριο.
Ο υπολογισμός έχει γίνει με τιμή πετρελαίου θέρμανσης στα 65-70 ευρώ/ λίτρο, και με μέση τιμή ρεύματος στα 12 λεπτά/ κιλοβατώρα. Επομένως, σήμερα που το πετρέλαιο έχει φτάσει στα 75-80 λεπτά, το όφελος είναι ακόμη μεγαλύτερο.
Σε κάθε περίπτωση, ο γενικός κανόνας είναι ότι μια γεωθερμική αντλία καταναλώνει γύρω στο 25%-30% της ενέργειας που αποδίδει, συμβάλλοντας σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας.

Τα είδη των Γεωθερμικών Συστημάτων

Κλειστά Γεωθερμικά Συστήματα

Τα γεωθερμικά συστήματα κλειστού κυκλώματος βασίζονται στην κατασκευή ενός εναλλάκτη στο υπέδαφος που ονομάζεται γεωεναλλάκτης. Ο γεωεναλλάκτης κατασκευάζεται από έναν αριθμό σωληνώσεων μέσα στις οποίες κυκλοφορεί διάλυμα νερού με φιλικό προς το περιβάλλον αντιψυκτικό. Το χειμώνα τροφοδοτούμε την Γεωθερμική Αντλεί θερμότητας( ΓΑΘ) με νερό θερμοκρασίας περίπου 16 βαθμών Κελσίου από τον γεωεναλλάκτη, η οποία απορροφά περίπου 4 με 5 βαθμούς Κελσίου, πριν το επιστρέψει στην γη, και με μικρή κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος παράγει έτσι ζεστό νερό χρήσης από 35 έως 45 βαθμούς Κελσίου κατάλληλο για θέρμανση χώρων με ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης ή με fan coil. Για την παραπάνω λειτουργία της ΓΑΘ καταναλώνουμε μόνο ηλεκτρικό ρεύμα, που χρησιμοποιείται από τον συμπιεστή αυτής και την αντλία νερού, που σε σχέση με την αποδιδόμενη θερμική ενέργεια αυτής είναι της τάξης του 20 με 25%. Δηλαδή χονδρικά για κάθε 100 μονάδες θερμικής ενέργειας που αποδίδει η ΓΑΘ στο κτίριο μας για θέρμανση αυτού, πληρώνουμε μόνο το κόστος των 25 μονάδων ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει για την λειτουργία της και οι υπόλοιπες 75 μονάδες θερμικές ενέργειας αντλούνται δωρεάν από την φύση. Το καλοκαίρι αντιστρέφεται η λειτουργία της ΓΑΘ έτσι ώστε να απορρίπτει θερμότητα από τους κλιματιζόμενους χώρους στο υπέδαφος με την χρήση του γεωεναλλάκτη. Ο γεωεναλλάκτης μπορεί να τοποθετηθεί σε οριζόντια ή κατακόρυφη διάταξη. Η οριζόντια διάταξη του γεωεναλλάκτη χρησιμοποιείται όταν επαρκεί ο χώρος του οικοπέδου.



Ανοικτά Γεωθερμικά Συστήματα

Τα γεωθερμικά συστήματα ανοιχτού κυκλώματος αντλούν νερό από υπόγειο ταμιευτήρα με χρήση γεώτρησης και με την χρήση ενός ενδιάμεσου εναλλάκτη νερού/νερού που παρεμβάλλεται μεταξύ της ΓΑΘ και του ανοικτού κυκλώματος προσδίδουν ή απορροφούν ενέργεια στο σύστημα μας πριν το νερό επιστρέψει στον ταμιευτήρα. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται σε περιοχές με ρηχό βάθος υδροφόρου ορίζοντα. Και εδώ βασιζόμαστε στην ιδιότητα της σταθερής θερμοκρασίας που έχουν τα νερά του υπόγειου ταμιευτήρα καθ' όλο τον χρόνο ανεξάρτητα από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες που επικρατούν.. Η ποσότητα του νερού εξαρτάται από το μέγεθος της μονάδας και τις προδιαγραφές του κατασκευαστή .Στο ανοιχτό σύστημα θα πρέπει να ελεγχθεί η ποιότητα του νερού για την σκληρότητα του την οξύτητα και την περιεκτικότητα σε σίδηρο, προτού να εγκατασταθεί η αντλία θερμότητας, οι προμηθευτές των αντλιών γνωρίζουν ποια είναι τα αποδεκτά επίπεδα.

Ανοικτά Γεωθερμικά Συστήματα

Τα γεωθερμικά συστήματα ανοιχτού κυκλώματος αντλούν νερό από υπόγειο ταμιευτήρα με χρήση γεώτρησης και με την χρήση ενός ενδιάμεσου εναλλάκτη νερού/νερού που παρεμβάλλεται μεταξύ της ΓΑΘ και του ανοικτού κυκλώματος προσδίδουν ή απορροφούν ενέργεια στο σύστημα μας πριν το νερό επιστρέψει στον ταμιευτήρα. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται σε περιοχές με ρηχό βάθος υδροφόρου ορίζοντα. Και εδώ βασιζόμαστε στην ιδιότητα της σταθερής θερμοκρασίας που έχουν τα νερά του υπόγειου ταμιευτήρα καθ' όλο τον χρόνο ανεξάρτητα από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες που επικρατούν.. Η ποσότητα του νερού εξαρτάται από το μέγεθος της μονάδας και τις προδιαγραφές του κατασκευαστή .Στο ανοιχτό σύστημα θα πρέπει να ελεγχθεί η ποιότητα του νερού για την σκληρότητα του την οξύτητα και την περιεκτικότητα σε σίδηρο, προτού να εγκατασταθεί η αντλία θερμότητας, οι προμηθευτές των αντλιών γνωρίζουν ποια είναι τα αποδεκτά επίπεδα.

Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε υβριδικά συστήματα, από κοινού με ηλιοθερμικά.