Geotermalna energija: geosonda

V nadaljevanju:

1. Geotermalna energija v objektih
- 1.1 Geotermalna energija za toplotne črpalke
2. Geosonda
3. Geotermalna energija iz kamnin
4. Geotermalna energija za toplotne črpalke
5. Easy vrtine

1. Geotermalna energija v objektih

Toploto, ki je shranjena v zemljini notranjosti, imenujemo geotermalna energija in jo lahko izkoriščamo na več načinov. Tako razlikujemo med geotermalnim izkoriščanjem (vrelci vroče vode in pare), hlajenje vročih kamnin in geotlačnim izkoriščanjem geotermalne energije. Geotermalna energija se uporablja na različne načine. Koristimo jo lahko za proizvodnjo električne energije, ogrevanje (neposredno ali s toplotnimi črpalkami) ter v balneologiji (je skupek metod zdravljenja in rehabilitacije s pomočjo naravnih zdravilnih vrelcev oziroma termalnih in mineralnih ter akratotermalnih vod).

1.1 Geotermalna energija za toplotne črpalke

Geotermalna energija je energent, ki ga uporabljajo toplotne črpalke. Uporaba toplotnih črpalk, se povečuje v vseh evropskih državah in tudi pri nas. Za takšno stanje obstajata dva bistvena razloga. Prvi je ta, da toplotne črpalke pomenijo bolj učinkovito energijo pri izrabi primarnih energetskih virov s prihranki približno 30-70 % v primerjavi z kotli na olje in plin. Drugi razlog je, da toplotne črpalke za razliko od oljnih in plinskih kotlov ne ustvarjajo nikakršnih primarnih emisij. Iz tega razloga pomembno prispevajo k zmanjševanju emisij v gosto naseljenih področij.

2. Geosonda

2.1 Geotermalna energija in geosonda

Sistemov, s katerimi se izkorišča geotermalna energija, je več, najpogostejši pa je sistem z geosondo ali vertikalnim zemeljskim kolektorjem tvorita vrtina z vstavljeno geosondo in toplotno črpalko. Uporaba toplotne črpalke za ogrevanje omogoča tudi hlajenje prostorov in ogrevanje sanitarne vode. Za odvzem toplote kamninam za toplotne črpalke do nekaj 100 kW, lahko uporabimo vertikalne zemeljske kolektorje-geosonde. Vertikalni zemeljski kolektor je dejansko toplotni prenosnik, sestavljen iz cevi in vstavljen v vrtino vertikalno. V kolektorju kroži medij, ki hladi okoliško kamenino. V notranjosti kamenin se medij segreje ter se po vzporedni cevi vrača na površje.

2.2 Kako se polaga geosonda?

Geosonde se polagajo v zemljo na globini od 30 do 150 m, lahko tudi do 300 m, ampak takrat je presek cevi geosonde večji od 32 mm (40 mm), pri čemer se material uporablja PE (polietilen), ki zagotavlja dobro izmenjavo toplote in je odporen na tlak, vlago, glodalce in mikroorganizme. Vse votle prostore med cevmi in zemljo je potrebno zapolniti z dobro prevodnim materialom, suspenzijo vode in cementa (betonitom). Globina in premer ene ali več geosond sta odvisni od toplotnih potreb objekta in moči vgrajene toplotne črpalke. V vrtino se največkrat vstavljajo sonde v dveh osnovnih izvedbah:

-Kot dvojna U cevna sonda ( skozi en krak vstopa ohlajeni delovni medij, skozi drugi krak se v toplotno črpalko vrača segret delovni medij.).

-Kot koaksialna cev (notranja cev je iz PE, skozi njo teče hladni delovni medij, medtem ko je zunanja cev iz jekla in skozi njo teče do toplotne črpalke segret delovni medij.).

parkirišče, pod njim 16 vrtin oziroma geosond.jpg — Pod parkirišče smo vstavili 16 geosond

2.3 Osnovne značilnosti in vgradnja geosonde

Geosonda ne potrebuje veliko prostora, celoletna temperatura vira je visoka, možno je tudi neposredno hlajenje. V odvisnosti od kakovosti tal potrebujemo za 1 kW toplotne črpalke približno 10-20 m globoko izvrtino. Najmanjša razdalja med izvrtinami 5 do 6 m, najmanjša oddaljenost od temeljev zgradbe 2 m. Pri tem moramo upoštevati tudi kvaliteto oziroma vrsto tal, saj je globina izvrtine je odvisna od kakovosti zemeljskih tal.

razdelilni jašek za 16 geosond.jpg — Razdelilni jašek za 16 geosond

3. Geotermalna energija iz kamnin

Odvisnost od lastnosti zemlje, je odvzem toplote na tekoči meter povprečno od 50 do 100 W/m dolžine sonde oziroma globine tal. Če se nahajamo na vodnatem področju, so možne večje vrednosti. Količina vode in poroznost tal ima velik vpliv na toplotno prevodnost, odvzem toplote je sledeč:

-Suha peščena tla: 20 W/m,

-Vlažna peščena tla: 40 W/m,

-Vlažna kamnita tla: 60 W/m,

-Tla s podtalnico: 80 – 100 W/m.

Temperatura zemlje na globini 15 m je celo leto cca. 10 °C in je konstanta, približno vsakih 33 m globine se temperatura dvigne za 1 °C.

4. Geotermalna energija za toplotne črpalke

Uporaba toplotne črpalke je ekološko najprijaznejši in razširjen način pridobivanja geotermalne energije za ogrevanje oziroma hlajenje, saj nima negativnih vplivov na okolje. Takšen ogrevalni sistem prenaša toploto iz tal in v tla z minimalno porabo energije, ne onesnažuje okolja in je eden najbolj učinkovitih sistemov za ogrevanje in hlajenje. Geotermalni sistem prenaša sončno energijo in energijo zemlje v hišo skozi vrsto cevi, ki so vgrajene v zemljo. Geotermalne toplotne črpalke lahko za ogrevanje izkoriščajo že minimalne temperature od 5 °C dalje. Pri sistemu ogrevanja s toplotno črpalko se uporablja minimalno 75 % potrebe energije za ogrevanje in pripravo sanitarne vode iz toplotnega vira na katerega je toplotna črpalka priključena. Z uporabo vira toplote in 25 % električne energije toplotna črpalka proizvede 100 % energije za ogrevanje.

4.1 Moč toplotne črpalke

Z uveljavitvijo novega Pravilnika o toplotni zaščiti in učinkovitosti rabi energije (Ur.l.št. 42/2002) je predpisna največja letna poraba energije za ogrevanje. Za stavbe to pomeni letno rabo med 60 in 80 kWh/m²a. Nizkoenergijske hiše, porabijo za ogrevanje 20 – 55 kWh/m²a. Mednje prištevamo tudi tako imenovane 3 – litrske hiše, ki porabijo letno za ogrevanje majn kot 30kW/m²a. Še manjšo letno porabo za ogrevanje imajo pasivne hiše in sicer majn kot 15kW/m²a. Pri približnem ugotavljanju ogrevalne moči toplotne črpalke na osnovi ogrevane površine upoštevamo naslednje vrednosti za specifične toplotne izgube:

-Obstoječa hiša s primerno toplotno izolacijo 70 W/m²,

-Novogradnja z dobro toplotno izolacijo 50 W/m²

-Nizkoenergijska hiša 40 W/m²

-Pasivna hiša 10 W/m².

Uporaba toplotne črpalke je ekološko najprijaznejši in razširjen način pridobivanja geotermalne energije za ogrevanje oziroma hlajenje, saj nima negativnih vplivov na okolje. Takšen ogrevalni sistem prenaša toploto iz tal in v tla z minimalno porabo energije, ne onesnažuje okolja in je eden najbolj učinkovitih sistemov za ogrevanje in hlajenje. Geotermalna energija prenaša sončno energijo in energijo zemlje v hišo skozi vrsto cevi, ki so vgrajene v zemljo. Geotermalne toplotne črpalke lahko za ogrevanje izkoriščajo že minimalne temperature od 5 °C dalje. Pri sistemu ogrevanja s toplotno črpalko se uporablja minimalno 75 % potrebe energije za ogrevanje in pripravo sanitarne vode iz toplotnega vira na katerega je toplotna črpalka priključena. Z uporabo vira toplote in 25 % električne energije toplotna črpalka proizvede 100 % energije za ogrevanje.

4.2 Sistem zemlja-voda (geosonda)

Geosonda zaprti tip geotermalne vrtine, preko katerega se izkorišča geotermalna energija. V kolikor ni prisotne zadostne količine podtalnice uporabimo sistem zemlja-voda. V tem primeru zvrtamo eno ali več vrtin v globini od 80 – 150 m, v katere se vgradi 4 cevi, od katerih sta po dve in dve povezani v U zanko. Toplotne črpalke zemlja-voda izkoriščajo toplotno energijo, ki je shranjena v kamninah oziroma zemlji, kje je uskladiščena velika količina sončne energije, ki jo lahko s pomočjo toplotne črpalke uporabimo za ogrevanje hiše ali sanitarne vode. Za odvzem toplote je na voljo vertikalna geosonda ali horizontalni zemeljski kolektor. Voda oziroma medij, ki ji dodamo sredstvo proti zmrzovanju, kroži v zaprtem cevnem sistemom. Voda oziroma medij v ceveh odda toploto toplotni črpalki, ki s pomočjo dodatne električne energije pretvori na višji nivo ( do 65 °C ), vrača pa se ohlajana za cca. 5 °C.

4.3 Sistem voda-voda (vodnjak)

Je odprti tip geotermalne vrtine in je najučinkovitejši sistem za izrabo izrabo obnovljivih virov z uporabo toplotne črpalke. Toplotna črpalka voda-voda je primerna za ogrevanje stanovanjskih in poslovnih objektov ter za ogrevanje sanitarne vode. Kot vir toplote se uporablja podtalnica. Postopek poteka tako, da se iz prve črpalne vrtine podtalnico s pomočjo potopne črpalke črpa do toplotne črpalke, kjer ji odvzame cca. 5 °C in se nato vrača v drugo povratno vrtino oziroma ponor. Razdalja med eno in drugo vrtino je minimalno 12 m in zelo pomembno je kako sta vrtini obrnjeni oziramo kako je vodni pozemni tok voda. Podtalnica ima v povprečju 12 °C in je konstanta neglede na vreme oziroma zunanjo temperaturo.