ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
Σκοπός του συστήματος είναι η αντικατάσταση των συμβατικών καυσίμων, η πράσινη συμπεριφορά καθώς και η ενεργειακή και χρηματική εξοικονόμηση. Πρωταρχικός στόχος κάθε εγκατάστασης είναι ο σωστός και προσεγμένος σχεδιασμός, ώστε το σύστημα να μην οδηγηθεί σε αστοχία. Το ζητούμενο όμως δεν είναι μόνο η ομαλή λειτουργία, αλλά και η οικονομική λειτουργία, ώστε να πραγματοποιηθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση και να θεωρηθεί ότι η γεωθερμία αντικατέστησε επιτυχώς ένα συμβατικό σύστημα. Η επίτευξη της μέγιστης εξοικονόμησης είναι αποτέλεσμα διάφορων παραγόντων.
Η γνώση των θερμικών ιδιοτήτων του εδάφους είναι απαραίτητο προαπαιτούμενο για τον σωστό σχεδιασμό του γεωσυλλέκτη και την αποφυγή της υπερδιαστασιολόγησης του συστήματος, η οποία οδηγεί σε αύξηση του κόστους. Επίσης αποφεύγεται η υποδιαστασιολόγηση του συστήματος, η οποία οδηγεί σε αστοχία και σε διακύμανση του συντελεστή απόδοσης, εφόσον αυτός εξαρτάται από την διακύμανση της θερμοκρασίας ανακυκλοφορίας του νερού. Σε μικρές εγκαταστάσεις, οι ιδιότητες αυτές μπορούν να υπολογιστούν εμπειρικά. Σε μεγαλύτερες όμως εγκαταστάσεις η θερμική αγωγιμότητα του εδάφους θα πρέπει υποχρεωτικά να υπολογιστεί με ειδικές μεθόδους. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται κατά την ανόρυξη περισσότερων από 10-12 οπών είναι η δοκιμή θερμικής απόκρισης - Thermal Response Test (TRT).
Η σωστή διαστασιολόγηση ενός γεωθερμικού συστήματος, θεωρείται ίσως ο σημαντικότερος παράγοντας σωστής λειτουργίας και εξοικονόμησης. Η ικανότητα της επιλεγόμενης αντλίας θερμότητας πρέπει να καλύπτει τόσο τα θερμικά όσο και τα ψυκτικά φορτία της εγκατάστασης. Γι αυτό το λόγο η επιλογή της πραγματοποιείται βάσει των μεγαλύτερων φορτίων, που στην περίπτωση θερμών περιοχών είναι τα ψυκτικά. Η περίσσεια ισχύος που προκύπτει χρησιμοποιείται για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης. Στην περίπτωση που επιλεγεί μικρότερη αντλία από την απαιτούμενη, δηλαδή υποδιαστασιολογημένη, τότε η κάλυψη των φορτίων θα είναι πολύ δύσκολη με αποτέλεσμα να πραγματοποιείται αυξημένη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, και αύξηση του κόστους λειτουργίας. Η ικανότητα μιας αντλίας θερμότητας, τα θερμικά και ψυκτικά φορτία δηλαδή που μπορεί να παράγει, είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας του νερού ανακυκλοφορίας εντός του γεωσυλλέκτη. Στα επιφανειακά όμως στρώματα του εδάφους, κατά την εγκατάσταση οριζόντιων και κωνικών γεωθερμικών συστημάτων, υπάρχουν κάποιες διακυμάνσεις στην θερμοκρασία του εδάφους, λόγω των μεταβολών της ηλιακής ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας του αέρα. Βασικός στόχος του μελετητή και σχεδιαστή του συστήματος είναι η βελτιστοποίηση του μήκους ώστε η θερμοκρασία ανακυκλοφορίας να μπορεί να διατηρείται σταθερή καθ’ όλη την διάρκεια του έτους.
Εφόσον τα γεωθερμικά συστήματα στηρίζουν την λειτουργία τους στο έδαφος, θα πρέπει να διασφαλίζονται άριστες συνθήκες μεταφοράς θερμότητας από και προς αυτό. Η διαδικασία τσιμέντωσης των κάθετων γεωσυλλεκτών είναι ένας βασικός παράγοντας για την σωστή και αποδοτική μακροπρόθεσμη λειτουργία του συστήματος. Αν το υλικό τσιμέντωσης είναι ακατάλληλο, ή αν τοποθετηθεί με λανθασμένη μέθοδο στον δακτύλιο ανάμεσα στον κάθετο γεωσυλλέκτη και την οπή, θα δημιουργηθούν κενά αέρος που θα επιτρέψουν τις διαρροές κατά μήκος του γεωσυλλέκτη προς και από μολυσμένες πηγές. Η μεταφορά θερμότητας θα περιοριστεί και κατά συνέπεια το σύστημα θα λειτουργεί με χαμηλότερο βαθμό απόδοσης και αυξημένη ηλεκτρική κατανάλωση. Επίσης και η διαδικασία επιχωμάτωσης για τους οριζόντιους γεωσυλλέκτες είναι υψίστης σημασίας για την μέγιστη ανταλλαγή θερμότητας.
Το χώμα πρέπει να είναι κοσκινισμένο και να επικαλύπτει πλήρως τους σωλήνες, ώστε να μην δημιουργούνται κενά που οδηγούν σε ενεργειακές απώλειες.
Οι διαδικασίες ανόρυξης των γεωτρήσεων και εκσκαφής των τάφρων είναι ένας ακόμα παράγοντας που οδηγεί σε ασφαλή και οικονομική λειτουργία του συστήματος. Αν για παράδειγμα μια οριζόντια τάφρος παρουσιάζει κλίση, ο αέρας που υπάρχει εντός του γεωσυλλέκτη δεν θα μπορέσει να αφαιρεθεί με επιτυχία. Ο παγιδευμένος αέρας στις σωληνώσεις οδηγεί σε μη ικανοποιητική ανταλλαγή θερμότητας καθώς και σε διάβρωση των μεταλλικών αντικειμένων του κυκλοφορικού συστήματος, το οποίο μακροπρόθεσμα θα αστοχήσει. Οι σωλήνες θα πρέπει να οδηγούνται προσεκτικά εντός του εδάφους, το οποίο θα πρέπει να έχει καθαριστεί από αιχμηρές πέτρες που ίσως βλάψουν τον γεωσυλλέκτη.
Στόχος ενός γεωθερμικού συστήματος είναι η αποδοτική λειτουργία του τόσο στην λειτουργία κάλυψης των φορτίων βάσης, όσο και των φορτίων αιχμής. Γι αυτό το λόγο θα πρέπει ο εξοπλισμός να είναι επαρκής, ώστε να καλύπτονται οι ενεργειακές ανάγκες του κτιρίου ανά πάσα στιγμή, με την ελάχιστη δυνατή ηλεκτρική κατανάλωση. Γι αυτό το λόγο οι περισσότερες γεωθερμικές αντλίες θερμότητας διαθέτουν δύο συμπιεστές ώστε να ενεργοποιείται ένας μόνο για τα φορτία βάσης και ο άλλος για τα φορτία αιχμής. Για τον ίδιο λόγο χρησιμοποιούνται και πολλαπλές αντλίες θερμότητας σε μία εγκατάσταση. Ο γεωσυλλέκτης επίσης θα πρέπει να έχει μεγαλύτερο μήκος από το προβλεπόμενο, το οποίο θα είναι ανενεργό και θα λειτουργεί ως εφεδρικό. Έτσι, στην περίπτωση που προκύψει κάποια βλάβη ή διαρροή ενός τμήματος του, θα λειτουργήσει το εφεδρικό τμήμα και θα καλυφθούν τα απαιτούμενα φορτία.
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται όταν ο γεωσυλλέκτης τοποθετείται κάτω από το μπετό καθαριότητας. Σε αυτή την περίπτωση το μήκος του θα είναι μεγαλύτερο από την περίπτωση τοποθέτησης του στον περιβάλλοντα χώρο, λόγω μικρότερης θερμικής αγωγιμότητας του τσιμέντου.
Γενικά, οι παράγοντες εξοικονόμησης ενέργειας και χρημάτων σε μία γεωθερμική εγκατάσταση ποικίλουν ανάλογα με το είδος του κτιρίου που θα κλιματιστεί και τα απαιτούμενα ενεργειακά φορτία. Οι ανάγκες ενός ξενοδοχείου ή ενός αστικού κτιρίου, για παράδειγμα, είναι διαφορετικές από τις ανάγκες μιας κατοικίας, κατά συνέπεια είναι διαφορετικός ο χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός καθώς και οι μέθοδοι εξοικονόμησης. Σε κάθε περίπτωση όμως ο στόχος είναι η άνετη και οικονομική λειτουργία, στοιχεία που καθιστούν την γεωθερμία την πιο συμφέρουσα επιλογή.
Νικόλαος Ψαρράς
Μελετητής συστημάτων
Eξοικονόμησης Eνέργειας
της Aid Engineering