Ακριβή Κεκάτου,
διπλωματούχος μηχανολόγος μηχανικός,
υπεύθυνη πωλήσεων ΘΕΡΜΟΓΚΑΖ Α.Ε.
Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας που αποθηκεύεται στο έδαφος ως γεωθερμική ενέργεια, αποτελεί κατά πολύ την καλύτερη και πολλά υποσχόμενη λύση για την θέρμανση χώρου και την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης. Εκμεταλλεύσιμη ηλιακή ενέργεια είναι διαθέσιμη στη φύση δωρεάν, και οι ιδιοκτήτες αντλιών θερμότητας απολαμβάνουν τα πλεονεκτήματα της ανεξαρτησίας από τις καύσιμες πρώτες ύλες. Επιπλέον, οι αντλίες θερμότητας βοηθούν τη δραματική μείωση της μόλυνσης του περιβάλλοντος καθώς χρησιμοποιούν το 75% της απαιτούμενης ενέργειας για θέρμανση και παραγωγή ζεστού νερού από την ηλιακή ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στον αέρα, στο νερό και στο έδαφος.
Κατηγορίες αντλιών θερμότητας
Ανάλογα με το μέσο από το οποίο αντλούμε θερμότητα από το περιβάλλον, έχουμε και τις παρακάτω αντλίες θερμότητας:
1. Αντλίες θερμότητας αέρα.
2. Αντλίες θερμότητας εδάφους.
3. Αντλίες θερμότητας ύδατος.
Η γεωθερμική αντλία θερμότητας, χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο κατάλληλα τοποθετημένων σωληνώσεων (συλλεκτών) μέσα στο οποίο κυκλοφορεί διάλυμα νερού με αντιψυκτικό υγρό, ανταλλάζει θερμότητα με το έδαφος.
Υπάρχουν οι παρακάτω τρόποι εγκατάστασης των συλλεκτών:
1. Εγκατάσταση κλειστού βρόχου με οριζόντια τοποθέτηση των σωληνώσεων.
Η διάταξη τοποθέτησης σωληνώσεων είναι οριζόντια σε βάθος 2-3 μέτρων, όπου η θερμοκρασία του εδάφους έχει σταθερή θερμοκρασία. Αποτελεί την πιο οικονομική λύση εφόσον δεν υπάρχει διαμορφωμένος κήπος αλλά καταλαμβάνει αρκετό χώρο του οικοπέδου.
2. Εγκατάσταση κλειστού βρόχου με κατακόρυφη τοποθέτηση των σωληνώσεων.
Στην περίπτωση αυτή οι σωληνώσεις τοποθετούνται κατακόρυφα στο έδαφος σε βάθος 30 έως 100 μέτρων, όπου η θερμοκρασία του εδάφους είναι υψηλότερη σε σχέση με την πρώτη περίπτωση. Για την τοποθέτηση σε αυτά τα βάθη απαιτούνται γεωτρήσεις και το κόστος εγκατάστασης αυξάνεται αρκετά έχουν όμως το πλεονέκτημα ότι ο χώρος που απαιτείται είναι μικρός.
3. Εγκατάσταση ανοικτού βρόχου με άντληση και επαναφορά υπογείων υδάτων.
Στο σύστημα αυτό απαιτούνται δυο γεωτρήσεις σε υδροφόρο ορίζοντα. Πραγματοποιείται άντληση του νερού από το ένα πηγάδι, μεταφορά του στην αντλία θερμότητας όπου απορροφά ή αποδίδει τη θερμότητά του και διοχέτευσή του στο δεύτερο πηγάδι. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται σε περιοχές με ρηχό βάθος υδροφόρου ορίζοντα. Βασικό του πλεονέκτημα είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις σε χώρο στο οικόπεδο.
Αρχή λειτουργίας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας
Η αντλία θερμότητας λειτουργεί ως μια μηχανή που μπορεί να μεταφέρει θερμότητα από ένα ψυχρό χώρο σε ένα θερμό. Συγκεκριμένα, η γεωθερμική αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί τη θερμότητα που περικλείουν τα υπόγεια νερά, τα νερά των λιμνών και της θάλασσας, ή ακόμα και τη θερμότητα που περικλείει το χώμα. Έχει επαληθευτεί το γεγονός ότι λίγα μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους η θερμοκρασία παραμένει σταθερή καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Υπολογίζεται ότι η θερμοκρασία στον πυρήνα της γης φτάνει κοντά στους 5.500°C, παραπλήσια δηλαδή με την θερμοκρασία της επιφάνειας του ηλίου. Ακόμα και σε βάθος 3 μέτρων από την επιφάνεια της γης παρατηρούνται σταθερές θερμοκρασίες της τάξεως των 10-16°C καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους ενώ η θερμοκρασία κάτω από την επιφάνεια ανεβαίνει κατά 3°C κάθε 100 μέτρα βάθους κατά μέσο όρο.
Αυτή ακριβώς τη σταθερή θερμοκρασία του εδάφους εκμεταλλεύονται και οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας που, κατά μια έννοια, μεταφέρουν μέσω σωληνώσεων τη θερμότητα του εδάφους μέσα στην αντλία και την χρησιμοποιούν για να αποδώσουν θέρμανση ή ψύξη στο κτίριο, καταναλώνοντας ελάχιστη ηλεκτρική ενέργεια. Το χειμώνα, που το έδαφος είναι θερμότερο από τα κτίρια στην επιφάνεια, το υγρό που κυκλοφορεί στις σωληνώσεις απορροφά αυτή τη θερμότητα και τη χρησιμοποιεί στο θερμικό κύκλο της αντλίας. Το καλοκαίρι, που το έδαφος είναι δροσερότερο, γίνεται η αντίστροφη διαδικασία: η αντλία μεταφέρει θερμότητα από τα κτίρια στο έδαφος.
Η διαδικασία που εκτελείται στην αντλία θερμότητας (κύκλος Carnot) είναι η εξής :
• Στον εξατμιστή, η θερμότητα του εδάφους μεταφέρεται μέσω των σωληνώσεων σε ένα ψυκτικό μέσο με πολύ χαμηλό σημείο βρασμού.
• Το ψυκτικό μέσο απορροφώντας τη θερμότητα αυτή μεταβάλλει τη φάση του από υγρή σε αέρια.
• Το αεριοποιημένο ψυκτικό μέσο συμπιέζεται στον συμπιεστή και αυξάνει την θερμοκρασία του. Αυτή η συμπίεση απαιτεί 25% ηλεκτρική ενέργεια.
• Η θερμότητα του ψυκτικού μέσου μεταφέρεται στο κύκλωμα της θέρμανσης ή χρησιμοποιείται για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, οπότε το ψυκτικό μέσο ψύχεται ξανά και υγροποιείται.
• Στην βαλβίδα εκτόνωσης το ψυκτικό μέσο εκτονώνει την πίεσή του και ψύχεται περαιτέρω, ώστε να εκτελέσει εκ νέου τον ίδιο κύκλο.
Για την ψύξη χώρων εκτελείται στην ίδια συσκευή, η αντίστροφη διαδικασία του παραπάνω κύκλου, δηλαδή πλέον θερμότητα από τον εσωτερικό χώρο μεταφέρεται στο έδαφος με την βοήθεια του ψυκτικού μέσου. Παρόμοια λειτουργία εκτελείται και στο οικιακό ψυγείο.
Βαθμός απόδοσης γεωθερμικής αντλίας θερμότητας
Οι αντλίες θερμότητας έχουν ιδιαίτερα οικονομική λειτουργία καθώς χρησιμοποιούν την θερμική ενέργεια του περιβάλλοντος για να αποδώσουν το θερμικό ή ψυκτικό τους έργο.
Ο βαθμός αποδοτικότητας COP κυμαίνεται από 2,5~5 ανάλογα την τεχνολογία, που ερμηνεύεται ότι: για κάθε 1 kW ηλεκτρικής ισχύος που καταναλώνουν, οι μονάδες αποδίδουν 2,5 kW~5 kW θέρμανσης ή ψύξης. Η ηλεκτρική ισχύς καταναλώνεται μόνο στον συμπιεστή και στον κυκλοφορητή.
Ο βαθμός απόδοσης μιας αντλίας θερμότητας (Coefficient of Performance) δίνεται από την παρακάτω σχέση:
COP = αποδιδόμενη θερμότητα ή ψύξη / καταναλισκόμενη ηλεκτρική ενέργεια.
Πλεονεκτήματα γεωθερμικών αντλιών
Μερικά από τα πλεονεκτήματα των αντλιών θερμότητας είναι:
• Σημαντική μείωση του ενεργειακού κόστους.
• Μειωμένες εκπομπές αερίων που επιβαρύνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου και άλλων ρύπων.
• Μικρός χρόνος αποπληρωμής του κόστους εγκατάστασης (3-5 χρόνια).
• Αθόρυβη λειτουργία.
• Ιδανική εφαρμογή τόσο για περιοχές με χαμηλές όσο και με υψηλές θερμοκρασίες.
• Ανεξαρτησία από το πετρέλαιο θέρμανσης.
• Οικονομική λειτουργία με ετήσιο κόστος μικρότερο από το μισό αντίστοιχο κόστος πετρελαίου.
• Δροσισμός χωρίς κόστος το καλοκαίρι.
• Μηδενικό κόστος συντήρησης.
• Χωρίς λεβητοστάσιο, καμινάδες, δεξαμενή πετρελαίου, ρύπους και έξοδα συντήρησης.
• Εξοικονομεί χώρο (λεβητοστασίου και δεξαμενής καυσίμου).
• Χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο στην Ελλάδα παράγεται σε μεγαλύτερο ποσοστό από εγχώρια καύσιμα (λιγνίτη και υδροηλεκτρικά), ενώ το πετρέλαιο εισάγεται.
