Αβαθής Γεωθερμία του καθηγητή Γεώργιου Φλωρίδη

Αβαθής Γεωθερμία με Συντελεστή Ενεργειακής Απόδοσης Πέραν του 300% του καθηγητή πανεπιστημίου Γεώργιου Φλωρίδη

Η μέθοδος αβαθούς γεωθερμίας κάνει χρήση ειδικών αντλιών θερμότητας με τις οποίες γίνεται εκμετάλλευση της σταθερής θερμοκρασίας του υπεδάφους με αποτέλεσμα την παροχή θέρμανσης, ψύξης και ζεστού νερού.

Το υπέδαφος παρέχει μίαν ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Κατά την διάρκεια του καλοκαιριού το έδαφος ζεσταίνεται από τον ήλιο και η θερμότητα εισχωρεί σε βάθος, ενώ κατά τον χειμώνα το έδαφος ψύχεται και αφαιρείται θερμότητα που έχει συσσωρευτεί. Επίσης ποσότητα θερμότητας ρέει διαρκώς από τα έγκατα της γης προς την επιφάνεια διατηρώντας διαφορά θερμοκρασίας φθίνουσα από το βάθος προς την επιφάνεια. Η εποχιακή ανταλλαγή θερμότητας γίνεται πολύ αργά και με διαφορά φάσης, έτσι ώστε ενώ στην επιφάνεια του εδάφους παρουσιάζεται σημαντική διακύμανση της θερμοκρασίας, όσο προχωρούμε σε βάθος η διακύμανση αυτή γίνεται μικρότερη, και ουσιαστικά κάτω από τα 6 έως 8 μ. σχεδόν εξαφανίζεται. Μετρήσεις διακύμανσης της θερμοκρασίας κατά την διάρκεια ενός έτους, σε περιοχή της Λάρνακας στην Κύπρο σε βάθος μέχρι 100 μ, παρουσιάζονται στην Εικόνα 1.

Έτσι κατά το καλοκαίρι η θερμοκρασία της γης είναι ψυχρότερη της ατμοσφαιρικής, ενώ τον χειμώνα είναι θερμότερη. Το γεγονός αυτό μας επιτρέπει το καλοκαίρι να μεταφέρουμε θερμότητα από έναν θερμό χώρο στη γη, ενώ τον χειμώνα να απορροφούμε θερμότητα από το έδαφος μεταφέροντας τη στο ψυχρότερο χώρο. Η μεταφορά της θερμότητας γίνεται με γεωθερμικές αντλίες θερμότητας που στο σύστημα τους περιλαμβάνουν εναλλάχτες θερμότητας εδάφους (γεωεναλλάχτες).

Εικόνα 1. Μετρήσεις θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ενός έτους, σε περιοχή της Λάρνακας Κύπρου, σε βάθος μέχρι 100 μ.

Η αρχή λειτουργίας της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας τον χειμώνα φαίνεται στην Εικόνα 2. Το κρύο ψυκτικό μέσο που ρέει μέσα στους σωλήνες, σε αέρια μορφή, συμπιέζεται στον συμπιεστή στη θέση 1 και μεταφέρεται στον υγροποιητή στη θέση 2. Εκεί το αέριο μετατρέπεται σε υγρό αποβάλλοντας θερμότητα στο κύκλωμα του κτηρίου. Το υγρό ακολούθως εκτονώνεται στη βαλβίδα εκτόνωσης 3 όπου μειώνεται η πίεση του και οδηγείται στον εξατμιστή 4. Εκεί προσλαμβάνει θερμότητα από το κύκλωμα του γεωεναλλάχτη και μετατρέπεται σε αέριο που οδηγείται και πάλι στον συμπιεστή για να επαναλάβει τον κύκλο. Κατά το καλοκαίρι με τη βοήθεια τετράοδης βαλβίδας μετατρέπεται ο υγροποιητής σε εξατμιστή και αντίστροφα, ούτως ώστε το εξωτερικό κύκλωμα χωρίς άλλες μετατροπές να απορροφά θερμότητα από το κύκλωμα του κτηρίου και να μεταφέρει θερμότητα στο έδαφος από το κύκλωμα του γεωεναλλάχτη. Ο συμπιεστής λειτουργεί με ηλεκτρική ενέργεια αλλά στην όλη διαδικασία το σύστημα προσλαμβάνει και αποβάλλει ποσότητα θερμότητας στο έδαφος μέσω του γεωεναλλάχτη και του κυκλώματος του κτηρίου ανάλογα με τη λειτουργία.

Εικόνα 2. Αρχή λειτουργίας της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας το χειμώνα

Η απόδοση των αντλιών αυτών εξαρτάται από τη θερμοκρασία εξόδου του νερού που ρέει στον γεωεναλλάχτη, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3. Όπως βλέπουμε, επειδή στη θερμική διαδικασία απορροφάται και αποβάλλεται θερμότητα σε εξωτερικές πηγές, η απόδοση του κύκλου υπερβαίνει κατά πολύ τη μονάδα και κυμαίνεται μεταξύ του 3:1 και του 5:1.

Εικόνα 3. Απόδοση γεωθερμικής αντλίας θερμότητας σε σχέση με τη θερμοκρασία του νερού που ρέει στον γεωεναλλάχτη κατά τον χειμώνα (κίτρινο) και το καλοκαίρι (πράσινο)

Συγκρινόμενη με τα συμβατικά συστήματα η γεωθερμία εξοικονομεί 30 έως 60% από την κατανάλωση ρεύματος, αλλά έχει ψηλό κόστος εγκατάστασης που εξοφλείται σε 5 έως 8 χρόνια λειτουργίας του συστήματος. Συμπερασματικά αναφέρουμε ότι η αβαθής γεωθερμία αξιοποιεί τη σχεδόν σταθερή θερμοκρασία του εδάφους καθ’ όλο το χρόνο και παρέχει αποδοτικά θέρμανση, κλιματισμό και ζεστό νερό χρήσης στα κτήρια. Η χρήση της αβαθούς γεωθερμίας έχει σημαντικά οικονομικά πλεονεκτήματα, χαμηλό κόστος συντήρησης της εγκατάστασης και μεγάλη διάρκεια ζωής που κυμαίνεται γύρω στα 25 έτη. Επιπρόσθετα είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία, φιλική προς το περιβάλλον χωρίς εκπομπές αερίων και ρύπων η οποία αναπτύσσεται παράλληλα με τις άλλες μορφές ανανεώσιμων πηγών τα τελευταία είκοσι χρόνια.