Geotermikus gyűjtők, szondák és talajvíz összehasonlításban
Új és régi épületekben a geotermikus fűtési rendszerek iránti kereslet a hagyományos olaj- és gázégetés helyettesítője. Az utóbbi években a felszíni kollektorok, a geotermikus szondák és a kútrendszerek gyakorlatias megoldásokként hatottak a geotermikus energia előállítására. A talajból kivont hőt ezután sóoldat vagy víz-víz hőszivattyú segítségével a kívánt fűtési kör hőmérsékletére pumpálják. A hatékony hőszivattyúk ezután a geotermikus energia háromnegyedét és az áram negyedét használják fel egy kilowattóra hő előállítására.
Mit jelent ma a "geotermikus energia" kifejezés?
A „geotermikus energia” kifejezés a föld szilárd felülete alatt hő formájában tárolt energiát írja le. A geotermikus energia használata egyre fontosabbá válik. Az elsődleges energiát gyakorlatilag kimeríthetetlen és így kvázi regeneratív energiaforrás felhasználásával nyerik.
A geotermikus energia felhasználásának pozitív környezeti hatásai vannak (például a fosszilis energiaforrások megőrzése, a CO2-kibocsátás csökkentése), ezért ökológiailag kívánatos, ahol a talajvíz károsodása kizárható. A geotermikus energia felhasználásának mélységétől függően a geotermikus energia két típusát különböztetjük meg:
- Felszíni geotermikus energia (akár 400 méter mélységig/hő- és hidegtermeléshez)
- Mély geotermikus energia (400 méter mélységből/fűtési vagy áramtermelési célokra)
A „felszín közeli geotermikus energiát” általában a geotermikus energia kifejezéssel azonosítják, míg a geotermikus energiát akkor használják, amikor technikailag összetettebb kutatásokról beszélünk 400 méter mélység alatt.
A geotermikus energia geotermikus felhasználása egy pillanat alatt (grafikus: energie-experten.org)
Kérjen akár 5 hőszivattyú-ajánlatot a környékbeli SHK-vállalatoktól!
A geotermikus energia megszerzésének módszerei
A felszínhez közeli rétegek geotermikus hőmérsékletét jelentős mértékben befolyásolja a nap és így az első méterek évszakai. Csak körülbelül 15 méter mélységből áll a hőmérséklet 10 ° C körüli értékre. (Grafika: energie-experten.org)
Az úgynevezett "felszínközeli" geotermikus energiában három módszert vezettek be a hőleadáshoz a talajból hőszivattyú segítségével:
Területtakarékos speciális fejlesztéseket, mint például árokgyűjtőket, spirálcsöveket, speciális polipropilén szőnyegeket és földelnyelőket alkalmazó közvetlen párologtató rendszereket, ritkábban alkalmaznak.
Míg a talaj első métereinek hőmérsékletét mindig a mindenkori külső hőmérséklet befolyásolja, addig a legfelső talajrétegekben 10 m körüli mélységből egész évben 10 ° C körüli hőmérséklet van. Ettől a mélységtől kezdve a geotermikus energia hőmérséklete fokozatosan növekszik. Körülbelül 100 m mélységből viszonylag állandó, körülbelül 3 ° C hőmérsékleti növekedés tapasztalható 100 m-enként (úgynevezett geotermikus mélység vagy geotermikus gradiens).
Ha a vízvédelmi előírások, a geológiai vagy a földterülettel kapcsolatos korlátozások miatt nem lehetséges a geotermikus energia felhasználása, akkor a geotermikus energia alternatívájaként egy- vagy kétértékű fűtési rendszerként egy léghőszivattyút ajánlunk.
Szakértői ismeretek: A geotermikus energia technikai fejlesztésének fontos szabályrendszere az VDI 4640 irányelvsorozat, főleg hogy 2. oldal, amely speciálisan földelt hőszivattyús rendszerekkel foglalkozik. A VDI 4640 2. részének hatálya kiterjed Tervezés és telepítés különféle hőszivattyús rendszerek: a A talajvíz kutakon keresztül, A felszínt használó rendszerek Geotermikus gyűjtők és geotermikus szondák valamint a rendszerekkel Közvetlen terjeszkedés. Az irányelv olyan hőforrás-rendszereket is tartalmaz, mint a geotermikus kosarak, az energia cölöpök, a talajjal érintkező betonelemek és az alagút szerkezetei. A tárolószondák és a kompakt geotermikus kollektorok szintén a VDI 4640 2. részének hatálya alá tartoznak.
Geotermikus gyűjtők használata
A lapos kollektorok vízszintesen elhelyezett PE tömlők, amelyekben víz-glikol keverék kering. A geológiából fakadó hidegelszívó képesség és az ingatlan hőigénye ("geotermikus hőmennyiség") meghatározza a felületi kollektor méretét, és a hőszigeteléstől függően a fűtendő hasznos terület 1,5-25-szerese lehet. A méretezést minden körülmények között el kell végezni a VDI 4640 szerint [1].
Egy felszíni kollektor a földet kb. 1,20–1,50 m mélységben használja napelemként („geotermikus energia”). Ez azt jelenti, hogy ennek a területnek hozzáférhetőnek kell lennie a nap és a hőhordozó közeg számára, különösen az eső és a talajvíz számára. Az ingatlan használata tehát hosszú távon korlátozott az ültetés és a fejlesztés szempontjából. Ezért nagyobb ingatlanoknál ajánlott használni.
Felszíni kollektor elhelyezése a felszín közeli geotermikus energia kinyerésére (Fotó: energie-experten.org)
Üres telkekben felszíni kollektor telepítése és a fűtési rendszer felújítása is nehézkes, mivel a meglévő kertek megsemmisülnek, és a föld feltárása az épületbe és az épületből időigényes, ha nincs elegendő hely. Megfelelő területtel rendelkező új épületbe történő beépítés tehát a felületi kollektor előre meghatározott alkalmazása, mivel a fektetés költséghatékonyan integrálható a ház építési folyamatában is.
Az egyszerű telepítést és az olcsó telepítési költségeket ezért korlátozza az ingatlan területe és annak felhasználása, és összehasonlíthatók a geotermikus szondák telepítésével. A felszíni kollektor másik jellemzője a hidegelszívó képesség szezonális változékonysága. Mivel a talaj felszín közeli hőmérsékleti profilja csak 15 m-től független az évszaktól, a felszíni kollektoron átfolyó sóoldat hőmérséklete a fűtési szezon kezdetétől a végéig folyamatosan csökken, és a nyári hónapokra szükség van a szolár tároló tartályának feltöltésére és a kollektor körüli talaj regenerálására. Túl kicsi kialakítás esetén a nyári hónapok nem elegendőek ahhoz, hogy elérjék az előző évivel azonos hőmérsékleti szintet. Ennek eredménye a kitermelési arány hosszú távú csökkenése, amely fokozatosan jelenik meg és gyakran csak néhány fűtési szezon után válik nyilvánvalóvá, különösen az új épületekben a referenciaértékek hiánya miatt.
Az elosztótengely fontos eleme a geotermikus fűtés működésének. Itt egyesítik a geotermikus kollektorok és/vagy geotermikus szondák áramlását és visszatérését. (Fotó: energie-experten.org)
Kérjen ingyenes összehasonlító ajánlatokat a geotermikus fűtési rendszerekről
Geotermikus szondák használata
Ha a vízszintes geotermikus kollektor területe nem áll rendelkezésre, vagy felhasználása miatt kizárt, akkor függőleges vagy ferde elrendezésre van lehetőség. Ez a típusú kollektor geotermikus szondaként ismert. A geotermikus szondák 10–100 m mélységet érnek el. A geotermikus energia szondával történő extrakciója kevésbé érzékeny a szezonális hőmérséklet-ingadozásokra. Használatuk ugyanazon az elven alapul, mint a felületi gyűjtők. Csak a földbe helyezett függőleges beépítés különbözteti meg őket.
A mélyebb talajrétegekből származó geotermikus hő megszerzéséhez általában geotermikus szondákat fúrnak. (Fotó: energie-experten.org)
A geotermikus szondák tervezésének és telepítésének előfeltétele a talaj tulajdonságainak, a rétegek sorrendjének, a talaj ellenállásának, valamint a talajvíz és a rétegvíz létezésének pontos ismerete és áramlási irányának meghatározása. Mivel a talajvizet hordozó rétegekkel fúráskor általában találkozni kell, a vízjog alapján engedélyt kell szerezni a geotermikus szondarendszer működtetésére. A geotermikus szondák különösen alkalmasak meglévő épületekhez és korlátozottan nyitott terű nagyvárosi területek új épületeihez.
A mélyebb geotermikus fúrások elvégzése érdekében a fúrórudakat összecsavarják és beállítják a fúrási folyamat során. (Fotó: energie-experten.org)
Geotermikus energia felhasználása kútrendszeren keresztül
Az egész évben 8–12 ° C hőmérsékletű talajvíz, mint geotermikus forrás, a legjobb feltételeket kínálja a hőszivattyú működtetéséhez. Ebben az esetben a talajvizet a szállító kútból merülő szivattyúval veszik át, a hőszivattyú elpárologtatóján vagy egy közbenső hőcserélő körön vezetik át, a folyamat során lehűtik, majd a befecskendező kúton visszavezetik. Még 20 m vagy annál nagyobb mélységben is nagyrészt szuszpendált részecskéktől mentes, ezért általában alkalmas a hőszivattyú hőcserélőjéhez történő felhozatalára.
A talajvízen keresztül történő geotermikus energia felhasználását az jellemzi, hogy ez a közeg folyamatosan szivattyúzható 10 ° C körüli hőmérsékleten, míg a sóoldat hőmérséklete a geotermikus szondák vagy a felszíni kollektor áramkörében a téli hónapokban csak 0 ° C és 4 ° C között van. összegeket. A hőszivattyúnak csak ezt a "magas" hőmérsékleti szintet kell "felpumpálnia" a fűtővíz áramlásához, ami alacsonyabb villamosenergia-költségeket jelent a munkához.
Használatához legalább két kút telepítése szükséges: szállító kút és felszívó kút a víz visszavezetésére a víztartóba. Mivel ezt a rendszert nem lehet teljesen működtetni levegő hiányában, a talajvíz magas vas- és mangántartalma miatt az olajteknő gyakran eltömődik. A termikus rövidzárlat elkerülése érdekében a szállító kút és a szívó kút közötti távolságnak legalább 10 m-nek kell lennie. Az áramlás irányát, a termelékenységet és a víz minőségét előre meg kell határozni szivattyúzási tesztekkel a geotermikus energia hosszú távú kinyerésének biztosítása érdekében.
A geotermikus energia előállításához bizonyos mennyiségű felszín alatti vízre van szükség. Elvileg a szükséges vízmennyiséget a következő alapvető termodinamikai képlet alapján határozzuk meg:
E = m * cv * ΔT
Ahol E az előírt hideg elszívási kapacitást jelenti, m a hideg víz áramlását kg/s-ban, cv a fajlagos hőteljesítményt kJ/(kg x K) és ΔT a kútvíz áramlásának és visszatérésének közötti hőmérséklet-különbséget.
Ebből a képletből az következik, hogy a kútvíz-rendszer teljesítménye döntő mértékben függ a hőcserélőtől, amelyet az alkalmazás során hosszú távon szivattyúzható térfogatra és kalóriaáramra kell kialakítani. Ha a geotermikus hőcserélő nem felel meg a termodinamikai követelményeknek, akkor a rendszer általános hatékonysága csökken, és a legrosszabb esetben a hőcserélő felületek jegesedéséhez vezethet. A rendszertechnológia meghatározásának tehát egy tapasztalt tervezőirodának kell lennie.
A talajvíz minőségének helyi szezonális ingadozásai miatt vízelemzésre van szükség a rendszertervezés előtt. Ha ezt nem teszik meg, fennáll annak a veszélye, hogy a bemeneti kút eltömődik, valamint vas és mangán okoz korróziót. Ha a víz mennyisége és minősége nem megfelelő, kerülni kell a kútvíz használatát. Bármely elvégzett próbafúrás továbbra is használható geotermikus szondaként.
Szakértői ismeretek: A geotermikus energia lehetséges felhasználásának ábrázolása kibővíthető a közvetlen párologtató rendszerekkel, a CO2 szondákkal, a "szuper" abszorber felületekkel, a szondakosarakkal, az energia kerítésekkel, az infiltrációs medencékkel, a tó és a szennyvíz felhasználásával, az energia cölöpökkel, a beton mag aktiválásával stb. Ezen geotermikus technológiák megvalósításához azonban a legváltozatosabb projektfeltételek szükségesek, alapos megfontolás alapján.
Itt talál geotermikus szakembereket a környékén