Του Μηχανολόγου – Μηχανικού, Γιάννη Σταθόπουλου
Με τον όρο «γεωθερμία» ονομάζουμε την αξιοποίηση της ενέργειας της Γής. Πιο συγκεκριμένα, της ενέργειας των πετρωμάτων και του υπόγειου ή επιφανειακού υδροφόρου ορίζοντα της γης. Όταν η θερμοκρασία αυτή είναι μικρότερη από 25°C, η γεωθερμία χαρακτηρίζεται «αβαθής» και χρησιμοποιείται όπου υπάρχει ανάγκη για θέρμανση, ψύξη κτιρίων και ζεστά νερά χρήσης (ΖΝΧ). Η αβαθής γεωθερμία δεν πρέπει να συγχέεται με τα γεωθερμικά πεδία, τα θερμά λουτρά και άλλες εγκαταστάσεις, που χρησιμοποιούν θερμό νερό άνω των 25°C .
Η αβαθής γεωθερμία είναι διαθέσιμη παντού και πρακτικά ανεξάντλητη. Η λειτουργία της στηρίζεται στην εκμετάλλευση της θερμότητας του υπεδάφους, η οποία διατηρείται σταθερή όλο το χρόνο. Έτσι, αντί να παράγουμε ενέργεια από το μηδέν καίγοντας ορυκτά καύσιμα, η αβαθής γεωθερμία καταναλώνει μικρά ποσοστά ηλεκτρικής ενέργειας και μεταφέρει θερμότητα από το ένα σημείο στο άλλο. Η θέρμανση ενός κτιρίου επιτυγχάνεται με την μεταφορά θερμότητας από το υπέδαφος προς στο κτίριο – και αντίστροφα, από το κτίριο στο υπέδαφος, κατά την ψύξη.
Το μεγάλο πλεονέκτημα του συστήματος, είναι η σταθερή θερμοκρασία του υπεδάφους και του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, τα οποία δεν επηρεάζονται από την εναλλαγή των εποχών, διατηρώντας έτσι έναν υψηλό εποχιακό βαθμό απόδοσης καθ’ όλη την διάρκεια του έτους και κατ’ επέκταση μειώνοντας σημαντικά την ενεργειακή κατανάλωση και το λειτουργικό κόστος.
Τα συστήματα αβαθούς γεωθερμίας διακρίνονται:
• Στα συστήματα ανοικτού κύκλου, όπου χρησιμοποιείται το νερό μιας γεώτρησης / λίμνης ή ποταμού για την τροφοδοσία της αντλίας θερμότητας, το οποίο στη συνέχεια επαναπροωθείται στον υδροφόρο ορίζοντα.
• Στα συστήματα κλειστού κύκλου, τα οποία περιλαμβάνουν ένα κλειστό κύκλωμα σωληνώσεων, θαμμένο στο έδαφος σε κάθετη ή οριζόντια διάταξη. Το δίκτυο σωληνώσεων ονομάζεται γεωεναλλάκτης, μέσα στον οποίο ανακυκλοφορεί νερό και ψυκτικό υγρό. Γενικά,όπου υπάρχει ικανοποιητική ποσότητα υδροφόρου ορίζοντα, χρησιμοποιούνται συστήματα ανοικτού κύκλου ενώ όταν έχουμε περιβάλλοντα χώρο, συνήθως χρησιμοποιούνται συστήματα κλειστού κύκλου.
Η εκμετάλλευση της αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας γίνεται με την χρήση αντλιών θερμότητας. Συνήθως χρησιμοποιούνται αντλίες θερμότητας νερού/νερού, οι οποίες παράγουν θερμό η ψυχρό νερό με το πάτημα ενός κουμπιού στον εσωτερικό θερμοστάτη.
Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, συνδυάζονται κατάλληλα με συστήματα διανομής θερμότητας εσωτερικά του κτιρίου, τα οποία πρέπει να λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες (εως 45°C) όπως η ενδοδαπέδια θέρμανση και τα fan coil (τερματικές μονάδες ανεμιστήρα/στοιχείου) ενώ μπορούν να παράγουν ζεστό νερό χρήσης έως 60°C. Ένα σύστημα με χρήση γεωθερμίας, χωρίζεται στο εξωτερικό υδραυλικό δίκτυο σωληνώσεων (γεωεναλλάκτης, γεώτρηση), στην αντλία θερμότητας (ψυκτικό κύκλωμα) και στο υδραυλικό κύκλωμα διανομής θερμότητας εντός του κτιρίου (fan coils, ενδοδαπέδια).
Καθώς όλο το σύστημα δουλεύει σε χαμηλές θερμοκρασίες, απαιτείται ακριβής έλεγχος των θερμοκρασιών και των παροχών σε κάθε κύκλωμα. Για τον λόγο αυτό, χρησιμοποιούνται βάνες εξισορρόπησης ροής, διακόπτες ροής, διαφορικοί θερμοστάτες και πλήθος αισθητηρίων πίεσης και θερμοκρασίας. Κάθε κύκλωμα πρέπει να ρυθμιστεί με ακρίβεια, σύμφωνα με την μελέτη εφαρμογής, ώστε να είναι ικανό να μεταφέρει την απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας από το έδαφος προς το κτίριο και αντίστροφα. Οποιαδήποτε διαφοροποίηση στη διαστασιολόγηση κυκλοφορητών και διατομής σωληνώσεων, μπορεί να επιφέρει αρνητικά αποτελέσματα, γι’ αυτό πρέπει πάντα να προηγείται μελέτη από ειδικευμένο και έμπειρο Μηχανολόγο Μηχανικό.
Κάτι ακόμα που παρατηρείται, είναι το φαινόμενο να αντικαθίστανται καυστήρες πετρελαίου με αντλίες θερμότητας, χωρίς να έχει προηγηθεί έλεγχος. Το αποτέλεσμα είναι η μερική λειτουργία του εξοπλισμού. Η αντλία θερμότητας δεν πρέπει να συγχέεται με την πιο απλή λειτουργία ενός καυστήρα: Η αντλία θερμότητας, έχει ενσωματωμένο ένα πλήρες ψυχροστάσιο με αισθητήρια ελέγχου θερμοκρασιών και πιέσεων σε κάθε κύκλωμα. Είναι σε θέση να «διαβάσει» οτιδήποτε συμβαίνει στο ψυκτικό και υδραυλικό κύκλωμα και αναγνωρίζει κάθε σφάλμα στην εγκατάσταση, γι’ αυτό πρέπει πάντα να προηγείται μελέτη εφαρμογής και να γίνεται εγκατάσταση από ειδικευμένους μηχανικούς.
Όταν εξασφαλίζουμε στην αντλία θερμότητας αυτό που ζητάει για την εύρυθμη λειτουργία της, δουλεύει πολύ πιο αποδοτικά και οικονομικά από οποιονδήποτε καυστήρα ή άλλη τεχνολογία παραγωγής θέρμανσης ψύξης.
Η αβαθής γεωθερμία δεν αποτελεί μια νέα τεχνολογία και εφαρμόζεται εδώ και πολλά χρόνια στο εξωτερικό, όπου οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος και υπεδάφους είναι πολύ χαμηλότερες. Στη χώρα μας έχουμε πιο ήπιο κλίμα, με αποτέλεσμα οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας να δουλεύουν με υψηλότερο συντελεστή απόδοσης.
Επίσης, στην Ελλάδα έχουμε αυξημένες ανάγκες ψύξης τους καλοκαιρινούς μήνες, οπότε απαιτείται εξοπλισμός θέρμανσης-ψύξης για χρήση 12 μήνες το έτος. Αυτό καθιστά την γεωθερμία ως ιδανική λύση, παρέχοντας συνθήκες άνεσης με το μικρότερο δυνατό λειτουργικό κόστος. Η τεχνολογία προσφέρει λύσεις με πρακτικές εφαρμογές όπως ταυτόχρονη παραγωγή θέρμανσης-ψύξης χώρων και ζεστού νερού χρήσης, με την αγορά ενός μόνο μηχανήματος (αντλία θερμότητας).
Ενδεικτικά, έχουμε εγκαταστήσει γεωθερμικές αντλίες θερμότητας που ψύχουν χώρους (νερό προσαγωγής 7°C) με χρήση fan coil και παράλληλα ζεσταίνουν ΖΝΧ (νερό προσαγωγής 60°C) με άριστα αποτελέσματα. Η αντλία θερμότητας μπορεί να εξυπηρετήσει άψογα καταναλώσεις με διαφορετικές θερμοκρασιακές απαιτήσεις, μειώνοντας επιπλέον το λειτουργικό κόστος. Οι αντλίες θερμότητας καλύπτουν όλο και μεγαλύτερο μερίδιο της αγοράς. Ο κόσμος εξοικειώνεται με την τεχνολογία και δεν χρειάζεται να ανατρέξουμε σε βιβλιογραφίες ή έντυπα κατασκευαστών και να υποθέσουμε τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας.
Για παράδειγμα, το συνολικό κόστος εγκατάστασης ενός συστήματος γεωθερμικού κλιματισμού το 2018 σε ένα σπίτι 120τμ, με αντλία θερμότητας ισχύος 14kW και 6 τεμάχια fan coils εσωτερικά, μαζί με το κόστος εκσκαφής για τον γεωεναλλάκτη, δεν ξεπέρασε τις 12.000€. Το λειτουργικό κόστος σε ρεύμα για την περίοδο θέρμανσης (κλιματική ζώνη Γ) ήταν 350€ για 6 μήνες, ενώ το σύστημα δούλευε διαρκώς, προσφέροντας συνθήκες άνεσης χωρίς αυξομειώσεις και περιορισμούς. Αντίστοιχα, την καλοκαιρινή περίοδο το κόστος ήταν 300€ για μικρότερη περίοδο λειτουργίας, αλλά το σπίτι είχε πάντα εσωτερικά θερμοκρασία μικρότερη από 22°C σε όλους τους χώρους και όχι σε 1-2 δωμάτια όπως γίνεται με τα κλιματιστικά A/C. Σε λίγο μεγαλύτερες εγκαταστάσεις, όπως ένα σπίτι 200τμ με γεωθερμική αντλία θερμότητας ισχύος 21kW, το λειτουργικό κόστος σε ρεύμα για την περίοδο θέρμανσης 2019 (κλιματική ζώνη Γ) ήταν 420€ για 6 μήνες.
Σημειώνεται ότι το κόστος θέρμανσης για την ίδια κατοικία όταν χρησιμοποιούσε καυστήρα πετρελαίου και σώματα καλοριφέρ, ξεπερνούσε τις 2.500€, χωρίς να επιτυγχάνεται ποτέ ομοιόμορφη θερμοκρασία σε όλο το σπίτι και με πολύ περιορισμένο χρόνο λειτουργίας ανά ημέρα. Τα παραπάνω λειτουργικά κόστη με την χρήση γεωθερμίας, αφορούν εγκαταστάσεις όπου τα συστήματα δεν έπαψαν να λειτουργούν και δεν υπήρχε κανένας χρονικός περιορισμός. Ο γεωθερμικός κλιματισμός με χρήση fan coil επιτυγχάνει ομοιόμορφη θερμοκρασία σε όλους τους χώρους της οικίας, με πλήρη αυτονομία και έλεγχο ανά δωμάτιο σε αντίθεση με έναν κεντρικό θερμοστάτη σε ένα σύστημα καυστήρα.
Το κόστος εγκατάστασης μπορεί να διαφοροποιηθεί ανάλογα με τις απαιτήσεις του πελάτη, ενώ η αγορά πλέον καλύπτει κάθε ανάγκη για εξατομίκευση, λειτουργία από κινητό τηλέφωνο, tablet κτλ. Κάθε εγκατάσταση γεωθερμίας είναι διαφορετική και υπάρχουν διάφοροι τρόποι να τροφοδοτούμε με νερό μια γεωθερμική αντλία θερμότητας. Όπως για παράδειγμα, σε έναν παιδικό σταθμό, όπου ένα παλιό πηγάδι χρησιμοποιείται και πάλι όχι για τις ανάγκες ύδρευσης αλλά για την θέρμανση και ψύξη του παιδικού σταθμού μέσω της γεωθερμίας.
Το γεωθερμικό σύστημα στον παιδικό σταθμό περιλαμβάνει μια αντλία θερμότητας, θερμικής/ψυκτικής ισχύος 21/18 kW, μια δεξαμενή συλλογής του υδροφόρου ορίζοντα 30μ3 και ένα πηγάδι. Η αντλία θερμότητας λαμβάνει και απορρίπτει θερμότητα μέσω της δεξαμενής συλλογής και ενός πλακοειδή εναλλάκτη, ενώ η υποβρύχια αντλία του πηγαδιού χρησιμοποιείται μόνο όταν αυτό απαιτείται και εμπλουτίζει την δεξαμενή με φρέσκο νερό. Παρεμβάλλοντας την δεξαμενή συλλογής, επιτυγχάνεται επιπλέον εξοικονόμηση ενέργειας, διότι χρησιμοποιούμε έναν κυκλοφορητή χαμηλής κατανάλωσης στην κανονική λειτουργία του συστήματος, αντί να χρησιμοποιείται η υποβρύχια αντλία του πηγαδιού. 
Επιπλέον, ο όγκος του νερού της δεξαμενής και η θερμοκρασία του νερού ελέγχονται και παρακολουθούνται αυτόματα μέσω ενός πίνακα αυτοματισμού. Διαφορικοί θερμοστάτες, φλοτέρ νερού και διακόπτες ροής ολοκληρώνουν τον έλεγχο του συστήματος. Στο εσωτερικό του παιδικού σταθμού, έχουν εγκατασταθεί μονάδες εξαναγκασμένης ανακυκλοφορίας αέρα [fan coil units] οροφής, ενώ σε συνδυασμό με την ηλιοθερμία παράγεται ΖΝΧ.
Οι εφαρμογές γεωθερμίας έχουν συνδυαστεί με το υψηλό κόστος αγοράς και εγκατάστασης του συστήματος και όχι με το μειωμένο λειτουργικό κόστος, την γρήγορη απόσβεση και τα περιβαλλοντικά οφέλη. Αυτό είναι λάθος, διότι όταν συγκρίνουμε το γεωθερμικό σύστημα με ένα συμβατικό (π.χ. καυστήρας πετρελαίου), συγκρίνουμε 2 ανόμοια πράγματα: Παραγωγή θέρμανσης και ΖΝΧ με τον καυστήρα έναντι παραγωγής θέρμανσης, ΖΝΧ και ψύξης σε όλο το χώρο (έστω με χρήση fan coils) με την αντλία θερμότητας. Αν υπολογίσουμε λοιπόν το επιπλέον κόστος αγοράς και εγκατάστασης συμβατικών κλιματιστικών μονάδων, έστω split units A/C σε όλο το σπίτι (και όχι σε 1-2 δωμάτια), συν το κόστος ενός λεβητοστασίου (καυστήρας, λέβητας, δεξαμενή κτλ), θα δούμε ότι τα κοστολόγια όχι μόνο είναι συγκρίσιμα, αλλά σε περιπτώσεις που υπάρχει ήδη ικανοποιητική ποσότητα νερού και δεν απαιτείται εκσκαφή, είναι και οικονομικότερα.
Επιπλέον, δεν υπάρχουν απαιτήσεις συντήρησης του εξοπλισμού – σε αντίθεση με την ετήσια συντήρηση ενός λέβητα-καυστήρα. Η εξοικονόμηση που επιτυγχάνεται με μια γεωθερμική αντλία θερμότητας φτάνει έως 70% σε σύγκριση με έναν καυστήρα πετρελαίου και περίπου έως 40% σε σύγκριση με μια αερόψυκτη αντλία θερμότητας. Κάθε εγκατάσταση είναι διαφορετική, γι’ αυτό και πριν από οποιεσδήποτε γενικεύσεις, απαιτείται σωστός σχεδιασμός του συστήματος και εφαρμογή μόνο εφόσον πληρούνται συγκεκριμένες συνθήκες (ορθή διαστασιολόγηση εξοπλισμού, επάρκεια περιβάλλοντος χώρου, σωστή τοποθέτηση γεωεναλλάκτη κα.
* Ο κ. Γιάννης Σταθόπουλος είναι Μηχανολόγος Μηχανικός, μελετητής και εγκαταστάτης γεωθερμικών συστημάτων και δραστηριοποιείται στο χώρο της Θέρμανσης-Ψύξης και Εξαερισμού εγκαταστάσεων. Αναλαμβάνει ολοκληρωμένες μελέτες & εγκαταστάσεις κλιματισμού κτιρίων μέσω γεωθερμίας καθώς και συντήρηση εξοπλισμού και εξειδικευμένες λύσεις ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες του έργου. Κάθε έργο ολοκληρώνεται με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής, την αξιόπιστη λειτουργία και την μέγιστη εξοικονόμηση ενέργειας. Επικοινωνία: statho@otenet.gr
