ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ

Έχει αρκετά χρόνια που πολλοί άνθρωποι, διάφορων ειδικοτήτων προβληματίζονταν, διεθνώς αλλά και στη χώρα μας για την μείωση των αποθεμάτων πετρελαίου διεθνώς και την ανάγκη για εύρεση άλλων πηγών ενέργειας. Δεδομένων των γενικά προσιτών τιμών πώλησης του πετρελαίου δεν προωθούνταν, στην Ελλάδα τουλάχιστον, άλλες πηγές ενέργειας. Την ίδια στιγμή, πραγματικά ανήσυχοι και δραστήριοι άνθρωποι σε χώρες όπως ο Καναδάς, οι Η.Π.Α., οι Σκανδιναβικές κ.α. εξέλισσαν και εφάρμοζαν συστήματα αξιοποίησης Α.Π.Ε. (Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας) με στόχο την μείωση της εξάρτησής τους από το πετρέλαιο. Η ολιγωρία μας και σε αυτόν τον τομέα έχει οδηγήσει το εξής παράδοξο: Η Ελλάδα, είναι μία χώρα που δεν έχει να επιδείξει σημαντική βιομηχανική παραγωγή και επιπλέον έχει θερμό κλίμα οπότε θα περίμενε κάποιος να μην καταναλώνει πολύ πετρέλαιο. Εντούτοις η κατανάλωση ξεπερνά πολύ πιο αναπτυγμένες χώρες, με περισσότερο πληθυσμό και με ψυχρότερο κλίμα! Ειδικά λοιπόν σήμερα που οι τιμές του μαύρου χρυσού έχουν φτάσει σε δυσθεώρητα ύψη, η ανάγκη για χρήση Α.Π.Ε. και στη χώρα μας γίνεται επιτακτική.

Μία μορφή Α.Π.Ε. είναι και ο κλιματισμός με χρήση γεωθερμικής ενέργειας χαμηλών θερμοκρασιών όπου με χρήση αντλιών θερμότητας, γίνεται εκμετάλλευση της θερμικής ενέργειας που περιέχεται στο υπέδαφος. Λίγα μέτρα υπό την επιφάνεια του εδάφους, η θερμοκρασία είναι σχεδόν σταθερή καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους και στη χώρα μας περί τους 15ο C. Αυτό οφείλεται στην αδράνεια που παρουσιάζει το έδαφος στις μεταβολές της θερμοκρασίας του. Η αντλία θερμότητας, λειτουργώντας όπως το κλιματιστικό, αντλεί θερμότητα το χειμώνα από το περιβάλλον. Το κλιματιστικό όμως αντλεί θερμότητα από τον αέρα που έχει μικρή θερμοχωρητικότητα, οπότε η θερμοκρασία του πέφτει το χειμώνα συχνά σε αρνητικές τιμές. Στις συνθήκες αυτές τα κλιματιστικά δεν μπορούν να αντλήσουν θερμότητα, (στην πραγματικότητα η απόδοσή τους έχει μειωθεί δραματικά ήδη από τους +5ο C)  και απλώς καταναλώνουν ρεύμα. Το φαινόμενο βιώνεται από όλους τους χρήστες κλιματιστικών. Δεν ευθύνονται βεβαίως οι κατασκευαστές τους γι’ αυτό. Κανείς άλλωστε δεν μπορεί να παραβεί τους νόμους της φυσικής! Ωστόσο, ο καθένας σχεδόν γνωρίζει την ικανότητα θέρμανσης που έχουν τα κλιματιστικά όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι σχετικά υψηλή.

Το ερώτημα που εύλογα γεννάται είναι το αν είναι εφικτό να λειτουργεί η εξωτερική μονάδα του κλιματιστικού μας σε συνθήκες σταθερά υψηλής θερμοκρασίας, υψηλότερης π.χ. των 10ο C. Η απάντηση έρχεται από το εσωτερικό του εδάφους. Αντί λοιπόν η αντλία θερμότητας να ανταλλάσσει θερμότητα με τον αέρα που είναι πολύ ψυχρός το χειμώνα, ανταλλάσσει με το έδαφος που είναι ζεστό (17ο C περίπου στην πατρίδα μας). Το στοιχείο ανταλλαγής θερμότητας με το έδαφος είναι συνήθως κάποια μέτρα σωλήνα τοποθετημένα με κατάλληλο τρόπο κάτω από την επιφάνεια του εδάφους.(εικ.2)

Μέσα στις σωληνώσεις του εδάφους κυκλοφορεί νερό το οποίο αποτελεί τον ψυκτικό φορέα της Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας (GHP: Geothermal Heat Pump)). Το νερό μεταφέρει θερμότητα από την GHP στο έδαφος και αντίστροφα. Τα κυκλώματα αναχωρούν και καταλήγουν σε συλλέκτες προσαγωγής και επιστροφής από όπου το νερό οδηγείται στην GHP. (εικ.3)

Εικόνα 3

Τι είναι όμως η περίφημη «Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας»;
Πρακτικά δεν είναι τίποτε άλλο από μια μηχανή που μπορεί να μεταφέρει τη θερμότητα από τον ψυχρό χώρο στον θερμό, ή στη γλώσσα των μηχανικών, από τη «θερμή δεξαμενή» στην «ψυχρή δεξαμενή». Το καλοκαίρι ορίζουμε θερμή δεξαμενή το περιβάλλον και ψυχρή το σπίτι μας (επιλέγοντας λειτουργία ψύξης) και το μηχάνημα αποβάλλει τη θερμότητα του σπιτιού μας έξω. Το χειμώνα ορίζουμε θερμή δεξαμενή το σπίτι μας και ψυχρή το περιβάλλον (επιλέγοντας λειτουργία θέρμανσης) και το μηχάνημα αποβάλλει τη θερμότητα που υπάρχει στο περιβάλλον μέσα στο σπίτι μας.

Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι εγκατάστασης του γεωθερμικού εναλλάκτη, τις οποίες παρουσιάζουμε παρακάτω:

Εικόνα 4

1.   Εγκατάσταση με γεωτρήσεις άντλησης και επαναφοράς υπογείων υδάτων(εικ.4). Το νερό αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα διέρχεται από την αντλία θερμότητας όπου απορροφά ή αποδίδει θερμότητα και κατόπιν επανεισάγεται στη γη. Το σύστημα αυτό έχει αυξημένες απαιτήσεις σε εξοπλισμό, (υποβρύχιες αντλίες) και μικρότερη οικονομία λόγω της μεγάλης ηλ. κατανάλωσης των υποβρύχιων αντλιών. Βασικό του πλεονέκτημα είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις σε χώρο στο οικόπεδο.

Εικόνα 5

2.   Εγκατάσταση κλειστού βρόχου (ανακυκλοφορία του ψυκτικού) με κατακόρυφες σπείρες σωληνώσεων(εικ.5). Γίνονται γεωτρήσεις σε μικρά σχετικά βάθη και εισάγονται σωλήνες που αποτελούν το γεωθερμικό εναλλάκτη. Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις μεγάλης εγκατάστασης όπου απαιτείται πολύ μεγάλο μήκος σωληνώσεων και η επιφάνεια του οικοπέδου είναι μικρή. Το κόστος είναι συγκρίσιμο με της περίπτωσης 1 λόγω της αναγκαιότητας των γεωτρήσεων.

Μέσα στις σωληνώσεις του εδάφους κυκλοφορεί νερό το οποίο αποτελεί τον ψυκτικό φορέα της Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας (GHP: Geothermal Heat Pump)). Το νερό μεταφέρει θερμότητα από την GHP στο έδαφος και αντίστροφα. Τα κυκλώματα αναχωρούν και καταλήγουν σε συλλέκτες προσαγωγής και επιστροφής από όπου το νερό οδηγείται στην GHP. (εικ.3)

Εικόνα 3

Τι είναι όμως η περίφημη «Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας»;
Πρακτικά δεν είναι τίποτε άλλο από μια μηχανή που μπορεί να μεταφέρει τη θερμότητα από τον ψυχρό χώρο στον θερμό, ή στη γλώσσα των μηχανικών, από τη «θερμή δεξαμενή» στην «ψυχρή δεξαμενή». Το καλοκαίρι ορίζουμε θερμή δεξαμενή το περιβάλλον και ψυχρή το σπίτι μας (επιλέγοντας λειτουργία ψύξης) και το μηχάνημα αποβάλλει τη θερμότητα του σπιτιού μας έξω. Το χειμώνα ορίζουμε θερμή δεξαμενή το σπίτι μας και ψυχρή το περιβάλλον (επιλέγοντας λειτουργία θέρμανσης) και το μηχάνημα αποβάλλει τη θερμότητα που υπάρχει στο περιβάλλον μέσα στο σπίτι μας.

Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι εγκατάστασης του γεωθερμικού εναλλάκτη, τις οποίες παρουσιάζουμε παρακάτω:

Εικόνα 4

1.   Εγκατάσταση με γεωτρήσεις άντλησης και επαναφοράς υπογείων υδάτων(εικ.4). Το νερό αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα διέρχεται από την αντλία θερμότητας όπου απορροφά ή αποδίδει θερμότητα και κατόπιν επανεισάγεται στη γη. Το σύστημα αυτό έχει αυξημένες απαιτήσεις σε εξοπλισμό, (υποβρύχιες αντλίες) και μικρότερη οικονομία λόγω της μεγάλης ηλ. κατανάλωσης των υποβρύχιων αντλιών. Βασικό του πλεονέκτημα είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις σε χώρο στο οικόπεδο.

Εικόνα 5

2.   Εγκατάσταση κλειστού βρόχου (ανακυκλοφορία του ψυκτικού) με κατακόρυφες σπείρες σωληνώσεων(εικ.5). Γίνονται γεωτρήσεις σε μικρά σχετικά βάθη και εισάγονται σωλήνες που αποτελούν το γεωθερμικό εναλλάκτη. Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις μεγάλης εγκατάστασης όπου απαιτείται πολύ μεγάλο μήκος σωληνώσεων και η επιφάνεια του οικοπέδου είναι μικρή. Το κόστος είναι συγκρίσιμο με της περίπτωσης 1 λόγω της αναγκαιότητας των γεωτρήσεων.

Εικόνα 6

3.   Εγκατάσταση κλειστού βρόχου (ανακυκλοφορία του ψυκτικού) με οριζόντιες σπείρες σωληνώσεων(εικ.6). Ανοίγονται ορύγματα βάθους περίπου 2m (εικ.2) ή γίνεται εξολοκλήρου εκσκαφή του χώρου (εικ.6) και τοποθετείται ο γεωθερμικός εναλλάκτης. Χρησιμοποιείται σχεδόν κατ’ αποκλειστικότητα όταν επαρκεί ο χώρος του οικοπέδου επειδή είναι η πιο οικονομική λύση.

Η εγκατάσταση της οικονομικής λύσης (3η περίπτωση εγκατάστασης) περιλαμβάνει τρία υποσύνολα: Τον κλιματιζόμενο χώρο, το μηχανοστάσιο, όπου τοποθετείται η GHP με τον βοηθητικό της εξοπλισμό και τον περιβάλλοντα χώρο όπου βρίσκεται το υδραυλικό κύκλωμα του γεωθερμικού εναλλάκτη. Το κόστος του παραπάνω συνόλου είναι σχεδόν ίδιο με αυτό που θα προέκυπτε από συμβατική εγκατάσταση κλιματισμού, για τον ίδιο χώρο, που περιλαμβάνει λεβητοστάσιο πετρελαίου ή αερίου και αερόψυκτο ψύκτη νερού ικανής ισχύος.

Όσον αφορά τώρα το λειτουργικό κόστος της εγκατάστασης, η ηλεκτρική GHP καταναλώνει ετησίως ηλεκτρική ενέργεια κόστους ίσου περίπου με το 50% του αθροίσματος του κόστους πετρελαίου για το λέβητα συν της ηλεκτρικής ενέργειας του αερόψυκτου ψύκτη της συμβατικής εγκατάστασης.

Η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είναι μία μέθοδος ψύξης και θέρμανσης που, όσο και αν φαίνεται παράξενο, η ανθρωπότητα χρησιμοποίησε από τα πρώτα χρόνια της εμφάνισής της στη Γη! Τα πρώτα δείγματα ανθρώπινου πολιτισμού εμφανίστηκαν μέσα σε σπήλαια. Κι αυτό γιατί όπως όλοι γνωρίζουμε, τα σπήλαια διατηρούν σταθερή θερμοκρασία περί τους 17ο C ανεξαρτήτως εξωτερικών συνθηκών. Ακόμη, διάφορα είδη πανίδας κατασκευάζουν τις φωλιές τους μέσα στη γη ή σε κοιλότητας βράχων (σπηλιές) όπου είναι πιο ζεστά το χειμώνα. Εφόσον όμως δεν είναι εφικτό να… κατοικήσει ξανά ο άνθρωπος στα σπήλαια για να εκμεταλλευτεί τη δωρεάν θέρμανση και ψύξη, μπορεί χάρη στη σύγχρονη τεχνολογία των GHP να «φέρει» τη δωρεάν και οικολογική θέρμανση και ψύξη από τους γεωλογικούς σχηματισμούς μέσα στις σύγχρονες κατοικίες του. Σύμφωνα με τα πιο πάνω τι είναι άραγε πιο φυσιολογικό; Η θέρμανση από την καύση του πετρελαίου ή φυσικού αερίου (με ό,τι συνεπάγεται αυτό στο περιβάλλον και στην οικονομία) ή ο γεωθερμικός κλιματισμός;

Ένα από τα μεγαλύτερα εγκλήματα εις βάρος του περιβάλλοντος είναι αυτό που διαπράχθηκε και συνεχίζεται να διαπράττεται και σήμερα, στον τομέα της κατανάλωσης ενέργειας.
Ενέργειας που σπάταλα χρησιμοποιούμε στις βιομηχανίες, στις μεταφορές και στα σπίτια μας.

Τα τελευταία διακόσια χρόνια

• η εξόρυξη / άντληση
• η μεταφορά
• η αποθήκευση και
• η καύση

των ορυκτών καυσίμων, έχουν προκαλέσει ανυπολόγιστη περιβαλλοντική καταστροφή, τα αποτελέσματα της οποίας έχουμε αρχίσει να νιώθουμε τα τελευταία χρόνια.
Για να μην αναφερθούμε στο συνολικό κόστος εξασφάλισης των πηγών ενέργειας, που θα μεγαλώνει σταθερά, όσο εξαντλούνται τα ορυκτά καύσιμα.

Οι κλιματικές αλλαγές οφείλονται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, που δημιουργείται κυρίως από την αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το κύριο προϊόν της καύσης των ορυκτών καυσίμων.