Trikala Day Καθημερινή Ηλεκτρονική Εφημερίδα των Τρικάλων
Η αναζήτηση οικονομικότερων αλλά και φιλικότερων προς το περιβάλλον λύσεων για τον κλιματισμό των κτιριακών εγκαταστάσεων αποτελούσε και αποτελεί μια πραγματικότητα. Σήμερα που η τιμή των συμβατικών καυσίμων και ιδίως του πετρελαίου ανεβαίνει ραγδαία, η στροφή σε άλλες μορφές ενέργειας κρίνεται πλέον επιτακτική ανάγκη. Μια μορφή ενέργειας η οποία ανταποκρίνεται πλήρως στις απαιτήσεις αυτές είναι αναμφισβήτητα η γεωθερμία https://nikolaospsarras.com/.
Ο όρος «γεωθερμική ενέργεια» αναφέρεται στην εκμετάλλευση της ενέργειας των επιφανειακών ή βαθύτερων στρωμάτων των γεωλογικών σχηματισμών και πετρωμάτων καθώς και του υπογείου ή και επιφανειακού υδροφόρου ορίζοντα της γης. Ο βασικός διαχωρισμός της γεωθερμίας έγκειται στη θερμοκρασία που διέπει το έδαφος ή τον υδροφόρο ορίζοντα. Για θερμοκρασίες πετρωμάτων ή ρευστών χαμηλότερες των 25 oC, αναφερόμαστε στην αβαθή ή επιφανειακή γεωθερμία, χρησιμοποιείται για θέρμανση και ψύξη κτηρίων κι απαγορεύεται η μεταπώληση σε τρίτους του παραγόμενου θερμικού – ψυκτικού φορτίου. Επομένως, αναφέρεται για ιδία ενεργειακή χρήση. Σε αντίθεση με την περίπτωση όπου η θερμοκρασία των πετρωμάτων βρίσκεται σε υψηλότερη θερμοκρασία από τους 25 oC, που η γεωθερμία χαρακτηρίζεται ως γεωθερμικό δυναμικό και χρονομισθώνεται από το Ελληνικό δημόσιο. Η δε εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας έγκειται στην θέρμανση κτιρίων ή παραγωγικών διεργασιών [όπως ξήρανση τομάτας ή μανιταριών], παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ιαματικό – ιατρικό τουρισμό. Σαφέστατα λοιπόν, η αβαθής γεωθερμία ενδιαφέρει άμεσα τον πολίτη ενώ το γεωθερμικό δυναμικό επενδυτές του ενεργειακού κλάδου.
Η αβαθής γεωθερμία έχει ποικίλες εφαρμογές οι οποίες μπορούν να καλύψουν τις ενεργειακές απαιτήσεις για θέρμανση, ψύξη, ζεστό νερό χρήσης, θέρμανση πισίνας για κάθε είδους κτίριο και χρήση αυτού.
Όσο παράδοξο και αν φαίνεται, η αβαθής γεωθερμία και κατά συνέπεια τα γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού είναι βασισμένα στην ηλιακή ενέργεια. Ένα ποσοστό που αγγίζει περίπου το 50% από την ηλιακή ενέργεια φτάνει στο έδαφος και αποθηκεύεται στα επιφανειακά στρώματα της γης. Το υπέδαφος παρουσιάζει τη δυνατότητα της αποθήκευσης μεγάλων ποσών ενέργειας με αποτέλεσμα να διατηρεί τη θερμοκρασία του αμετάβλητη κατά τη διάρκεια του έτος ακόμα και επί σειρά ετών. Η ιδιότητα αυτή του εδάφους ωθεί σε υψηλές θερμοκρασίες ακόμα και τους χειμερινούς μήνες ή ακόμα και σε αρκετά χαμηλότερες θερμοκρασίες από αυτές που επικρατούν στο περιβάλλον κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Όπως γίνεται λοιπόν εύκολα κατανοητό, η θερμοκρασία του εδάφους ακολουθεί τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αλλά με «θερμοκρασιακή χρονό-καθυστέρηση» την οποία μπορούμε να εκμεταλλευτούμε για τον κλιματισμό οποιασδήποτε κτιριακής εγκατάστασης. Αυτό βέβαια συμβαίνει μονάχα στα επιφανειακά στρώματα του εδάφους διότι στα βαθύτερα στρώματα αυτού τείνει να επικρατεί μια σταθερή θερμοκρασία η οποία είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος κατά τη χειμερινή περίοδο ενώ το αντίθετο συμβαίνει κατά τη διάρκεια του θέρους. Με την αύξηση του βάθους η θερμοκρασία των πετρωμάτων παρουσιάζει ολοένα και μικρότερη έως και σχεδόν ανύπαρκτη διακύμανση.
Η αρχή λειτουργίας των γεωθερμικών συστημάτων στηρίζεται στην ανταλλαγή θερμικών και ψυκτικών φορτίων μεταξύ του εδάφους και του κλιματιζόμενου χώρου. Η θέρμανση του εκάστοτε χώρου επιτυγχάνεται μέσω της απορρόφησης της θερμότητας του υπεδάφους ή του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και της πρόσδοσης της ενέργειας αυτής στο εσωτερικό του κτιρίου για τη θέρμανση του, ενώ η ψύξη του κτιρίου επιτυγχάνεται μέσω της απόρριψης της θερμότητας από τον εσωτερικό χώρο του κτιρίου προς το υπέδαφος ή τον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα.
Τα γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού απαντώνται στα ανοιχτά και τα κλειστά γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού. Η επιλογή του εκάστοτε συστήματος εξαρτάται καταρχάς από την ύπαρξη ή όχι υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα στην περιοχή που πρόκειται να εγκατασταθεί το γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού.
Ένα ανοικτό γεωθερμικό σύστημα εφαρμόζεται σε περιπτώσεις όπου υπάρχει πλούσια αλλά και συνεχής υδροφορία καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Συνήθως το σύστημα αυτό απαιτεί δύο υδρογεωτρήσεις για τη λειτουργία του. Από τη μια υδρογεώτρηση αντλείται το νερό από το οποίο θα προσφερθεί η ενέργεια στο σύστημα και θα επιστρέψει στη συνέχεια στη δεύτερη υδρογεώτρηση η οποία ονομάζεται υδρογεώτρηση εμπλουτισμού. Σε περιπτώσεις μεγάλων κτιριακών εγκαταστάσεων ή μικρών δυνατοτήτων άντλησης του νερού από την υπόγεια υδροφορία, υπάρχει η πιθανότητα να χρειασθούν περισσότερες από δυο υδρογεωτρήσεις για να καλυφθεί η απαιτούμενη παροχή. Υπάρχουν δε περιπτώσεις όπου εξετάζεται το σενάριο μίας και μόνον τηλεσκοπικής υδρογεώτρησης, όπου το νερό αντλείται και επιστρέφει στην ίδια υδρογεώτρηση αλλά σε διαφορετικό τμήμα αυτής. Μπορεί εν μέρει στην περίπτωση της τηλεσκοπικής υδρογεώτρησης να εξοικονομούνται τα χρήματα που θα απαιτούσε η ανόρυξη της δεύτερης υδρογεώτρησης, όμως απαιτεί προσοχή διότι εγκυμονεί ο κίνδυνος η θερμοκρασία του νερού να αλλοιωθεί και να οδηγήσει το σύστημα σε αστοχία.
Υψίστης σημασίας αποτελεί η αρχική μελέτη των στατιστικών στοιχείων της περιοχής όπου πρόκειται να εγκατασταθεί το ανοικτό γεωθερμικό σύστημα για τη διαθέσιμη παροχή του υπόγειου νερού. Εναλλακτικά δύναται να διερευνηθούν τυχόν κοντινές, στη θέση του έργου, υφιστάμενες υδρογεωτρήσεις ώστε να βεβαιωθεί το εκτιμώμενο ποσό αντλούμενου νερού. Στην περίπτωση όμως που μετά την ανόρυξη της υδρογεώτρησης η διαθέσιμη παροχή νερού διαπιστωθεί να είναι μικρότερη από την απαιτούμενη, τότε υπάρχουν εναλλακτικά σενάρια που πάλι οδηγούν σε αμιγώς γεωθερμική εγκατάσταση αλλά με διαφορετικό – μη βέλτιστο – βαθμό απόδοσης. Ωστόσο και πάλι θα αποτελεί μία οικονομικότερη λύση από τη συμβατική του πετρελαίου ή του φυσικού αερίου.
Οποιοδήποτε κλειστό γεωθερμικό σύστημα επιλέγεται να εφαρμοστεί σε περιπτώσεις περιοχών χαμηλής ή μη υπαρκτής επιφανειακής ή υπόγειας υδροφορίας. Στο κλειστό γεωθερμικό σύστημα δεν γίνονται υδρογεωτρήσεις αντιθέτως ενταφιάζεται ένα σύστημα σωληνώσεων με στόχο την ανακυκλοφορία ενός υδάτινου διαλύματος μέσα σε αυτές, που ονομάζεται «γεωσυλλέκτης». Ο «γεωσυλλέκτης» δύναται να τοποθετηθεί σε οριζόντια, κατακόρυφη ή κωνική διάταξη. Κυρίαρχο κριτήριο για την επιλογή αυτή είναι ο διαθέσιμος περιβάλλοντας χώρος. Η μεταφορά ενέργειας επιτυγχάνεται μέσω της ανακυκλοφορίας ενός υδάτινου διαλύματος, η οποία επιτυγχάνεται με τεχνητό τρόπο. Αν ο διαθέσιμος περιβάλλοντας χώρος επαρκεί, η βέλτιστη επιλογή είναι το οριζόντιο σύστημα. Όταν ο γεωσυλλέκτης διαμορφώνεται σε σπειροειδή μορφή, ο απαιτούμενος χώρος για την διάστρωση του γεωσυλλέκτη είναι σαφώς μικρότερη από οποιαδήποτε άλλη εγκατάσταση οριζόντιου συστήματος. Ωστόσο απαιτεί ιδιαίτερη τεχνογνωσία για τη δημιουργία του ελικοειδή γεωσυλλέκτη και για την εγκατάσταση του εκάστοτε βρόγχου. Στο κωνικό γεωθερμικό σύστημα, ο γεωσυλλέκτης διαμορφώνεται σε μορφή κώνου και τοποθετείται σε τοπικές εκσκαφές μέγιστου βάθους τεσσάρων μέτρων. Η διάταξη αυτή απαιτεί περίπου τη μισή επιφάνεια από αυτή που θα απαιτούσε το οριζόντιο σύστημα με σχεδόν το ίδιο απαιτούμενο κόστος. Ο λόγος που έχει επικρατήσει η κωνική έναντι της κυλινδρικής διάταξης αναφέρεται στην θερμική συσσώρευση και κατά συνέπεια κορεσμό του υπεδάφους η οποία δύναται να εμφανιστεί κατά τη διάρκεια του θέρους. Ο κορεσμός της θερμοκρασίας του υπεδάφους οδηγεί στην μείωση του βαθμού απόδοσης της εγκατάστασης και συνεπώς την αύξηση της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία της εγκατάστασης.
Στην περίπτωση όμως που ο διαθέσιμος χώρος είναι περιορισμένος, το κατακόρυφο κλειστό γεωθερμικό σύστημα είναι η λύση. Στο κατακόρυφο σύστημα ο γεωσυλλέκτης τοποθετείται κατακόρυφα σε οπές οι οποίες ανορύχθηκαν με γεωτρύπανο. Εξετάζοντας την εγκατάσταση ενός κατακόρυφου κλειστού γεωθερμικού συστήματος, ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στην ορθή διαστασιολόγηση του. Οι συνέπειες από την εγκατάσταση ενός λανθασμένα διαστασιολογημένου γεωθερμικού συστήματος κλιματισμού είναι σημαντικές με μεγάλο αντίκτυπο στην ευρύτερη περιοχή του εκάστοτε έργου. Η λανθασμένη διαστασιολόγηση ενός γεωθερμικού συστήματος κλιματισμού οδηγεί σε υπερκορεσμό του εδάφους με αποτέλεσμα να παρατηρείται θερμική συσσώρευση μετά από μερικά χρόνια η οποία οδηγεί σε ένα σύστημα μη οικονομικό. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένα υποδιαστασιολογημένο σύστημα γεωθερμίας θα λειτουργεί σωστά κατά τη διάρκεια της θέρμανσης με τη πρόκληση όμως μεγαλύτερης ηλεκτρικής κατανάλωσης και το θερμικό κορεσμό του εδάφους κατά τη λειτουργία της ψύξης. Έχει παρατηρηθεί η πρόκληση έντονης ξηρασίας σε εκτάσεις ελαιώνα εξαιτίας της λανθασμένης διαστασιολόγησης και τελικής υλοποίησης του γεωθερμικού συστήματος. Η βιοποικιλότητα της περιοχής διαταράσσεται σε μεγάλο βαθμό και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι αξιοσημείωτες.
Μια ακόμα παράμετρος για την ορθή λειτουργία των γεωθερμικών συστημάτων κλιματισμού είναι και η μέθοδος η οποία θα ακολουθηθεί για τη τσιμέντωση της κατακόρυφης οπής. Υπάρχουν δυο φιλοσοφίες γεμίσματος της οπής. Η πρώτη βασίζεται στον μπετονίτη ενώ η δεύτερη στο τσιμέντο. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στις σωστές αναλογίες του μίγματος μπετονίτη και των στερεών υλικών που θα επιλεγούν ώστε να αποφευχθεί ο κίνδυνος της συρρίκνωσης του με αποτέλεσμα την απομάκρυνση του από τα τοιχώματα της οπής και την πρόκληση τελικώς κακής αγωγιμότητας. Τα υλικά που είναι βασισμένα στο τσιμέντο παρουσιάζουν αρκετά μειονεκτήματα τα οποία έχουν περιορίσει αρκετά και τη χρήση τους στις γεωθερμικές εγκαταστάσεις. Το πιο σημαντικό εκ των οποίων είναι ότι το υλικό αυτό δεν έχει την ικανότητα της συστολής/διαστολής των σωληνώσεων με αποτέλεσμα να επηρεάζεται η μετάδοση της θερμότητας μεταξύ των σωληνώσεων και της στήλης του τσιμέντου.
Στα κατακόρυφα γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού δύναται να εφαρμοστεί μια διαδικασία η οποία εξασφαλίζει τη σωστή και ομαλή λειτουργία των γεωθερμικών συστημάτων κλιματισμού, την ανίχνευση και επιδιόρθωση τυχόν βλαβών, την αποφυγή αστοχιών κατά τη φάση της αρχικής σχεδίασης των εν λόγω συστημάτων αλλά και τη βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς της εκάστοτε εγκατάστασης. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται τεστ θερμικής απόκρισης ή διαφορετικά TRT. Κύριος στόχος και σκοπός της δοκιμής θερμικής απόκρισης είναι η πρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς του συστήματος είτε εκπονείται κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του συστήματος είτε κατά τη λειτουργία αυτού.
Με τον εξοπλισμό του τεστ θερμικής απόκρισης (TRT) ο οποίος αποτελείται από τη συσκευή των μετρήσεων, τους κυκλοφορητές ανακυκλοφορίας του εργαζόμενου μέσου, τους σωλήνες σύνδεσης της συσκευής με την κάθετη οπή, τη συσκευή πρόσδοσης θερμότητας, καθώς και τα ανάλογα μετρητικά όργανα και όργανα προστασίας της εγκατάστασης, δύναται να πραγματοποιηθούν τρία διαφορετικά πειράματα. Το πρώτο πείραμα αναφέρεται στη μέτρηση της αρχικής θερμοκρασίας της οπής, το δεύτερο στη συμπεριφορά της οπής όταν αυτή υπόκειται σε θερμικό στρες και το τρίτο στη θερμική ανάκτηση της οπής μετά τη διεξαγωγή του τέστ θερμικής απόκρισης. Συνηθέστερα το τεστ πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του έργου για τον προσδιορισμό των φυσικών ιδιοτήτων των οπών και του υπεδάφους, στοχεύοντας στον επαναπροσδιορισμό της μελέτης και βέβαια στην εξοικονόμηση χρημάτων. Ωστόσο όμως, είναι αρκετές οι φορές όπου το τεστ πραγματοποιείται κατά τη φάση λειτουργίας του συστήματος, στοχεύοντας στην ανίχνευση βλαβών, τον εντοπισμό της αιτίας της βλάβης και την άμεση επιδιόρθωσή του συστήματος. Η δοκιμή που πραγματοποιείται κατά τη λειτουργία του συστήματος βοηθά στην εύρεση του ακριβούς σημείου της οπής που έχει βλάβη, καθώς και την αιτία της βλάβης, δηλαδή αν υπάρχει μια ρωγμή, διαρροή ή ελλιπής τσιμέντωση. Όταν αναγνωριστεί η βλάβη πραγματοποιείται επιδιόρθωση με τα κατάλληλα μέσα και έπειτα το τεστ διεξάγεται ξανά για να διαπιστωθεί ότι τα αποτελέσματα είναι εντός ορίων και ότι η βλάβη έχει διορθωθεί.
Τέλος, αξιοσημείωτο είναι το ποσοστό της χρηματικής εξοικονόμησης που μπορεί να επιτευχθεί με την εγκατάσταση ενός γεωθερμικού συστήματος κλιματισμού και όχι ενός συμβατικού αντίστοιχης ενεργειακής απόδοσης. Συγκεκριμένα, το ποσοστό εξοικονόμησης για την κάλυψη των αναγκών του κτιρίου σε θέρμανση, αγγίζει το 60% έναντι ενός συμβατικού συστήματος κλιματισμού το οποίο λειτουργεί με πετρέλαιο είτε με φυσικό αέριο (με την ισχύουσα τιμή αγοράς πετρελαίου 1,07 ευρώ/λίτρο και ισχύουσα τιμή αγοράς ηλεκτρικού ρεύματος 0.13 ευρώ ανά KWώρα). Άξια λόγου όμως είναι και η χρηματική εξοικονόμηση που επιτυγχάνεται για τη ψύξη του κτιρίου και μπορεί να φτάσει το 42% εν συγκρίσει με ένα συμβατικό κεντρικό κλιματιστικό.
