Του Δημήτρη Κατσακούλα, χημικού μηχανικού
Οι αντλίες θερμότητας (Α/Θ), αποτελούν διατάξεις αντιστρεπτής λειτουργίας ώστε να υποστηρίζουν θέρμανση και ψύξη και εφαρμόζονται ως εναλλακτική λύση της συμβατικής έως τώρα εφαρμογής που περιλαμβάνει λέβητα καυσίμου για την θέρμανση και ψύκτη νερού για την ψύξη.
Ο βαθμός απόδοσης των Α/Θ είναι γενικά υψηλός και το κόστος λειτουργίας στην θέρμανση είναι πολύ χαμηλότερο σε σχέση με τη χρήση λεβήτων πετρελαίου ή φυσικού αερίου. Δικαιολογημένα λοιπόν οι αντλίες θερμότητας λόγω της υψηλής απόδοσης, του χαμηλού κόστους λειτουργίας και της χαμηλής αποσβεσιμότητας χρησιμοποιούνται τόσο σε εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας (κτήρια, ξενοδοχεία βιομηχανίες κλπ.) όσο και σε μικρής (κατοικίες κλπ.).
Ανάλογα με την εφαρμογή επιλέγεται ο κατάλληλος τύπος Α/Θ (αέρα/αέρα, αέρα/νερού, νερού/νερού) ώστε να εξασφαλίζεται η βέλτιστη λειτουργία και η απόδοση θέρμανσης/ψύξης να είναι η υψηλότερη δυνατή για το χαμηλότερο κόστος λειτουργίας.
Βαθμός απόδοσης της Α/Θ ορίζεται το πηλίκο:
• Θερμική αποδιδόμενη ισχύ/καταναλισκώμενη ηλεκτρική (για θέρμανση).
• Ψυκτική αποδιδόμενη ισχύ/ καταναλισκώμενη ηλεκτρική (για ψύξη).
Αερόψυκτη Α/Θ εγκατεστημένη σε κατοικία, η οποία σε συνδυασμό με ηλιακό πεδίο εξυπηρετεί ανάγκες
θέρμανσης χώρων, νερού χρήσης και πισίνας
Γενικότερα οι υδρόψυκτες Α/Θ χαρακτηρίζονται από τον πιο υψηλό βαθμό απόδοσης. Το νερό με το οποίο εναλλάσουν θερμότητα (απόριψη η πρόσληψη) μπορεί να είναι:
• Νερό θαλασσινό.
• Νερό γεωτρήσεων (αβαθής γεωθερμία, ανοιχτού βρόγχου).
• Νερό κλειστού κυκλώματος γεωεναλλάκτη (αβαθής γεωθερμία, κλειστού βρόγχου).
Η Sol Energy Hellas AE έχει μελετήσει και κατασκευάσει πολλές εγκαταστάσεις Α/Θ για παραγωγή θέρμανσης και ψύξης χώρων καθώς και για παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, θέρμανση για πισίνες κλπ (σε ξενοδοχεία, κατοικίες, κτήρια κλπ.). Πολλές από τις εγκαταστάσεις αυτές είναι γεωθερμικές καθώς χρησιμοποιούν γεωθερμικές (υδρόψυκτες) αντλίες θερμότητας. Οι εγκαταστάσεις αυτές λειτουργούν είτε με ανοιχτό βρόγχο (νερό γεώτρησης ή θάλασσας) είτε με κλειστό (γεωεναλλάκτη), ανάλογα την εφαρμογή και την βέλτιστη οικονομοτεχνική λύση που ταιριάζει.
Ενδεικτικές εγκαταστάσεις γεωθερμικών Α/Θ της Sol Energy Hellas ΑΕ λειτουργούν σε ξενοδοχεία των ομίλων Aldemar Hotels, Maris Hotels, Robinson Hotels, Elounda Hotels και εξυπηρετούν όλες τις κρίσιμες ενεργειακές ανάγκες των ξενοδοχείων (θέρμανση- ψύξη, κλιματισμός, ζεστό νερό, θέρμανση πισίνας, Spa). O συνολικός σχεδιασμός περιλαμβάνει και χρήση κεντρικού ενεργητικού ηλιακού συστήματος, διατάξεις ανάκτησης θερμότητας, αυτοματισμούς και χρήση ειδικού λογισμικού BMS για την βέλτιστη ενεργειακή διαχείριση των συστημάτων (στα μηχανοστάσια, στο δίκτυο διανομής κλπ). Ωστόσο και σε άλλες εφαρμογές μικρότερης κλίμακας όπως οι κατοικίες, η χρήση Α/Θ συνδυάζεται με συνεισφορά ηλιακής ενέργειας για την θέρμανση νερού χρήσης και χώρων. Η Sol Energy Hellas ΑΕ έχει πλέον εφαρμόσει αρκετές λύσεις συνδυάζοντας Α/Θ και ενεργητικά ηλιακά συστήματα στα πλαίσια μιας ολοκληρωμένης και βιώσιμης χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η Sol Energy Hellas AE πρωτοπόρος στην εφαρμογή ηλιακής και γεωθερμικής ενέργειας σε εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας σε Ελλάδα και εξωτερικό, αναπτύσσει τεχνογνωσία συνεργαζόμενη με κορυφαία ερευνητικά ινστιτούτα με σκοπό:
• Να βελτιώσει τις συνθήκες λειτουργίας των συστημάτων.
• Να απλοποιήσει την κατασκευή.
• Να μεγιστοποιήσει τον συνολικό (συνδυαμένο COP) της εγκατάστασης.
Μέσα σε αυτά τα πλαίσια ολοκληρώθηκε και η κατασκευή του αυτόνομου ενεργειακά κτηρίου «Προμηθέας Πυρφόρος» στο οποίο σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε σύστημα γεωθερμίας με υδρόψυκτη Α/Θ. Ο σχεδιασμός έγινε έτσι ώστε να διερευνθούν διάφοροι παράμετροι λειτουργίας.
Περιγραφή εγκατάστασης Α/Θ στο κτήριο Προμηθέας Πυρφόρος
Σκοπός της έρευνας είναι να αξιολογηθούν οι ενεργειακές απολαβές και ο βαθμός απόδοσης υδρόψυκτης αντλίας θερμότητας διασυνδεδεμένης με δύο ανεξάρτητα κυκλώματα γεωθερμικού τύπου:
• Κλειστό κύκλωμα γεωεναλλάκτη, αποτελούμενο από πέντε παράλληλους βρόγχους.
• Ανοιχτό κύκλωμα άντλησης από τον υδροφόρο μέσω φρεατίων και κατάλληλου πλακοειδούς εναλλάκτη θερμότητας.
Το κάθε κύκλωμα έχει δυνατότητα αυτόνομης απολαβής ή απόρριψης των ενεργειακών φορτίων. Παράλληλα σε εποχές μειωμένων ενεργειακών καταναλώσεων υπάρχει δυνατότητα παράκαμψης της αντλίας θερμότητας και απευθείας διασύνδεσης με τα δευτερεύοντα κυκλώματα των ανάλογων υποδοχέων.
Η αντλία θερμότητας είναι διασυνδεδεμένη με δύο δοχεία αδρανείας στα οποία διανέμει θερμό και ψυχρό νερό κατ’ ακολουθία. Μέσω τρίοδων αναμικτικών βανών υπάρχει δυνατότητα πλήρους ελέγχου των θερμοκρασιακών συνθηκών προσαγωγής σε κάθε στοιχείο της αντλίας θερμότητας. Εποχιακά τα δοχεία αδρανείας ψυχρού και θερμού εναλλάσσουν τη λειτουργία τους αναλόγως.
Υδρόψυκτη γεωθερμική Α/Θ στο μηχανοστάσιο στου αυτόνομου ενεργειακά κτηρίου «Προμηθέας Πυρφόρος»
Η θερμική αποθήκη απόρριψης έχει τη δυνατότητα να εκτονώνεται ενεργειακά στο ανοικτό ή στο κλειστό γεωθερμικό κύκλωμα. Κατά μήκος των δικτύων ενεργειακής απολαβής ή απόρριψης, στους γεωεναλλάκτες, στο φρεάτιο συλλογής ακατέργαστων υδάτων από τον υδροφόρο καθώς και σε όλες τις θερμικές αποθήκες, έχουν τοποθετηθεί κατάλληλα αισθητήρια θερμοκρασίας, πίεσης και υγρασίας ώστε να γίνονται ακριβείς ενεργειακές μετρήσεις και να λαμβάνονται πληροφορίες προς επεξεργασία από το ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης του κτηρίου. Αναλυτικότερα διερευνώνται:
• Η συμπεριφορά του γεωεναλλάκτη σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες απόρριψης.
• Ο χρόνος παραμένουσας θερμοκρασίας στο έδαφος της περιοχής του γεωεναλλάκτη.
• Η θερμοκρασιακή συμπεριφορά υπογείων υδάτων ανά εποχή.
Ο συνολικός βαθμός απόδοσης του συστήματος (συνδυασμένο COP ) λαμβάνοντας υπόψη τη συνολική καταναλισκώμενη ηλεκτρική ισχύ (Α/Θ, αντλίες νερού κλπ) είναι 4.
Γενικά
Η Sol Energy Hellas AE σχεδιάζει και εφαρμόζει λύσεις με στόχο την βέλτιστη ενεργειακή απόδοση των συστημάτων, την εξοικονόμηση ενέργειας και την προστασία του περιβάλλοντος. Η λειτουργικότητα και η χρησιμότητα των Α/Θ είναι εδώ και πολλά χρόνια γνώριμα στοιχεία στην εταιρία Sol Energy Hellas και αποτελούν βασικό τμήμα στον ενεργειακό σχεδιασμό κάθε εφαρμογής. Μελετούμε τα δεδομένα, εξετάζουμε τα διάφορα σενάρια, συγκρίνουμε ενεργειακά όλες τις λύσεις και επιλέγουμε την πιο αποδοτική προβλέποντας ρεαλιστικά το ενεργειακό όφελος.
