În comparație, colectoarele geotermale, sondele și apele subterane

În clădirile noi și vechi, sistemele de încălzire geotermală sunt solicitate ca înlocuitori pentru combustia convențională de petrol și gaze. În ultimii ani, colectoarele de suprafață, sondele geotermale și sistemele de sonde s-au stabilit ca soluții practicabile pentru extragerea energiei geotermale. Căldura obținută de la sol este apoi pompată la temperatura necesară a circuitului de încălzire folosind o pompă de căldură saramură sau apă-apă. Pompele de căldură eficiente utilizează apoi trei sferturi de energie geotermală și un sfert de energie electrică pentru a produce un kilowatt oră de căldură.

Ce înseamnă astăzi termenul „energie geotermală”?

Termenul „energie geotermală” descrie energia stocată sub formă de căldură sub suprafața solului solului. Utilizarea energiei geotermale devine din ce în ce mai importantă. Energia primară este obținută prin utilizarea unei surse de energie practic inepuizabile și astfel aproape regenerative.

Utilizarea energiei geotermale are efecte pozitive asupra mediului (de exemplu, conservarea surselor de energie fosilă, reducerea emisiilor de CO2) și, prin urmare, este de dorit din punct de vedere ecologic ori de câte ori poate fi exclusă o afectare a apelor subterane. În funcție de profunzimea utilizării energiei geotermale, se face distincția între două tipuri de energie geotermală:

Energie geotermală aproape de suprafață (până la 400 de metri adâncime/pentru producția de căldură și frig)
Energie geotermală profundă (de la o adâncime de 400 de metri/pentru încălzire sau pentru generarea de energie electrică)

„Energia geotermală aproape de suprafață” este în mod obișnuit echivalată cu termenul de energie geotermală, în timp ce energia geotermală este utilizată atunci când vorbim de explorări mai complexe din punct de vedere tehnic sub o adâncime de 400 de metri.

Utilizările geotermale ale energiei geotermale dintr-o privire (grafic: energie-experten.org)

Solicitați până la 5 oferte de pompe de căldură de la companiile HVAC din zona dvs.!

Metode de obținere a energiei geotermale

Temperatura geotermală a straturilor apropiate de suprafață este influențată într-o măsură considerabilă de soare și astfel de anotimpuri în primii câțiva metri. Doar de la o adâncime de aproximativ 15 metri temperatura se menține la aproximativ 10 ° C. (Grafic: energie-experten.org)

În așa-numita energie geotermală „aproape de suprafață”, s-au stabilit trei metode pentru obținerea căldurii de la sol folosind o pompă de căldură:

Dezvoltările speciale care economisesc suprafața, cum ar fi colectoarele de șanțuri, țevile spiralate, covoarele speciale din polipropilenă și sistemele de evaporare directă care utilizează amortizoare de pământ.

În timp ce temperatura primilor metri de sol este întotdeauna influențată de temperatura exterioară respectivă, în straturile superioare ale solului de la o adâncime de aproximativ 10 m există o temperatură de aproximativ 10 ° C pe tot parcursul anului. De la această adâncime, temperatura energiei geotermale crește treptat. De la o adâncime de aproximativ 100 m, există o creștere relativ constantă a temperaturii de aproximativ 3 ° C la 100 m (așa-numita adâncime geotermală sau gradient geotermal).

Dacă nu este posibilă utilizarea energiei geotermale din cauza reglementărilor de protecție a apei, restricțiilor geologice sau legate de zona terestră, o pompă de căldură cu aer ca sistem de încălzire mono sau bivalent este recomandată ca alternativă la energia geotermală.

Cunoștințe de specialitate: Un set important de reguli în dezvoltarea tehnică a energiei geotermale este Seria de linii directoare VDI 4640, mai ales că pagina 2, care se ocupă cu sisteme de pompare de căldură cu împământare specială. Domeniul de aplicare al VDI 4640 partea 2 se extinde la Proiectare și instalare diverse sisteme de pompă de căldură: sisteme care utilizează Apele subterane prin fântâni, Sisteme care folosesc subsolul Colectoare geotermale și sonde geotermale precum și sisteme cu Extindere directă. Ghidul include, de asemenea, sisteme de surse de căldură, cum ar fi coșuri geotermale, piloți de energie, componente de beton în contact cu solul și structurile de tunel. Sondele de stocare și colectoarele geotermale compacte intră, de asemenea, în sfera de aplicare a VDI 4640 partea 2.

Utilizarea colectoarelor geotermale

Colectoarele plate sunt furtunuri de PE așezate orizontal în care circulă un amestec de apă-glicol. Capacitatea de extracție la rece rezultată din geologie și cererea de căldură a proprietății („cantitatea de căldură geotermală”) determină dimensiunea colectorului de suprafață și poate varia între 1,5 și 2,5 ori suprafața utilizabilă care trebuie încălzită, în funcție de izolație. Dimensionarea trebuie efectuată în toate circumstanțele conform VDI 4640 [1].

Un colector de suprafață folosește solul la o adâncime de aproximativ 1,20-1,50 m ca stocare solară („energie geotermală”). Aceasta înseamnă că această zonă trebuie să fie accesibilă soarelui și mijloacelor de transport al căldurii, în special apelor pluviale și subterane. Prin urmare, utilizarea proprietății este limitată în ceea ce privește plantarea și dezvoltarea pe termen lung. Prin urmare, se recomandă utilizarea pe proprietăți mai mari.

Așezarea unui colector de suprafață pentru extracția energiei geotermale aproape de suprafață (Foto: energie-experten.org)

Instalarea unui colector de suprafață în loturile libere și renovarea sistemului de încălzire sunt, de asemenea, dificile, deoarece grădinile existente sunt distruse, iar transportul pământului care urmează să fie excavat către și dinspre clădire consumă mult timp dacă nu există suficient spațiu. O instalație într-o clădire nouă cu o suprafață suficientă de teren este, prin urmare, aplicația predestinată a unui colector de suprafață, deoarece așezarea poate fi, de asemenea, integrată în mod rentabil în progresul construcției casei.

Instalarea simplă și costurile de instalare ieftine sunt, prin urmare, limitate de aria proprietății și de utilizarea acesteia și pot fi comparate cu instalarea sondelor geotermale. O altă caracteristică a colectorului de suprafață este variabilitatea sezonieră a capacității de extracție la rece. Deoarece profilul de temperatură aproape de suprafață al solului este independent doar de sezon de la 15m încoace, temperatura saramurii care curge prin colectorul de suprafață scade continuu de la începutul până la sfârșitul sezonului de încălzire și necesită lunile de vară pentru a umple rezervorul de stocare solar și pentru a regenera solul din jurul colectorului. Dacă sunt proiectate prea mici, lunile de vară nu sunt suficiente pentru a atinge același nivel de temperatură ca anul precedent. Rezultatul este o scădere pe termen lung a ratelor de extracție, care apar treptat și adesea apar doar după câteva sezoane de încălzire, în special în clădirile noi din cauza lipsei valorilor de referință.

Arborele de distribuție este un element important în funcționarea încălzirii geotermale. Aici fluxul și returul colectoarelor geotermale și/sau sondelor geotermale sunt reunite. (Foto: energie-experten.org)

Solicitați oferte de comparație gratuite pentru sistemele de încălzire geotermală

Utilizarea sondelor geotermale

Dacă zona pentru un colector orizontal geotermal nu este disponibilă sau este exclusă datorită utilizării sale, există posibilitatea de a dispune vertical sau înclinat. Acest tip de colector este cunoscut sub numele de sondă geotermală. Sondele geotermale ating adâncimi cuprinse între 10 și 100 m. Extracția energiei geotermale utilizând o sondă este mai puțin susceptibilă la fluctuațiile sezoniere de temperatură. Utilizarea lor se bazează pe același principiu ca și colectoarele de suprafață. Doar instalația verticală din sol le diferențiază.

Pentru a extrage energia geotermală din straturile de sol mai adânci, sondele geotermale sunt de obicei găurite. (Foto: energie-experten.org)

Condițiile preliminare pentru planificarea și instalarea sondelor geotermale sunt cunoașterea exactă a proprietăților solului, succesiunea straturilor, rezistența solului, precum și existența apei subterane și a stratului și determinarea direcției de curgere a acestuia. Deoarece straturile care transportă apă subterană sunt de obicei întâlnite la forare, trebuie obținută o autorizație conform legii apei pentru a opera sistemul de sondă geotermală. Sondele geotermale sunt potrivite în special pentru clădirile existente și pentru clădirile noi din zonele metropolitane cu spațiu deschis limitat.

Pentru a realiza foraje geotermale mai adânci, tijele de foraj sunt înșurubate și reglate în timpul procesului de forare. (Foto: energie-experten.org)

Utilizarea energiei geotermale printr-un sistem de sonde

Apa subterană cu temperatura pe tot parcursul anului de 8-12 ° C, ca sursă geotermală, oferă cele mai bune condiții pentru funcționarea unei pompe de căldură. În acest caz, apa subterană este preluată din puțul de livrare printr-o pompă submersibilă, trecută prin evaporatorul pompei de căldură sau printr-un circuit intermediar de schimb de căldură, răcită în proces și returnată prin puțul de admisie. Chiar și la adâncimi de 20 m sau mai mult, acesta este în mare parte lipsit de particule suspendate și, prin urmare, este în general potrivit pentru a fi adus la schimbătorul de căldură al pompei de căldură.

Utilizarea energiei geotermale prin apele subterane se caracterizează prin faptul că acest mediu poate fi pompat continuu la aproximativ 10 ° C, în timp ce temperatura saramurii din circuitul sondelor geotermale sau a colectorului de suprafață este de numai 0 ° C până la 4 ° C în lunile de iarnă. sume. Pompa de căldură trebuie doar să „pompeze” acest nivel de temperatură „ridicat” la cel al debitului de apă de încălzire, ceea ce înseamnă costuri mai mici de energie electrică pentru această lucrare.

Utilizarea necesită instalarea a minimum două puțuri: un puț de livrare și un puț de absorbție pentru a alimenta apa înapoi la acvifer. Deoarece acest sistem nu poate fi utilizat în întregime în absența aerului, bazinul se înfundă adesea din cauza conținutului ridicat de fier și mangan din apele subterane. Distanța dintre puțul de livrare și puțul de aspirație ar trebui să fie de cel puțin 10 m pentru a evita scurtcircuitele termice. Direcția de curgere, productivitatea și calitatea apei trebuie stabilite în prealabil prin teste de pompare pentru a asigura extracția pe termen lung a energiei geotermale.

O anumită cantitate de apă subterană este necesară pentru a genera energie geotermală. În principiu, cantitatea de apă necesară este determinată din următoarea formulă termodinamică de bază:

E = m * cv * ΔT

În cazul în care E reprezintă capacitatea necesară de extracție la rece, m pentru debitul de apă rece în kg/s, cv pentru capacitatea de căldură specifică în kJ/(kg x K) și ΔT pentru diferența de temperatură dintre debitul și returul apei din puț.

Din această formulă rezultă că performanța sistemului de apă de puț depinde într-o măsură decisivă de schimbătorul de căldură, care trebuie proiectat pentru volumul și fluxul de calorii care pot fi pompate pe termen lung în aplicație. Dacă schimbătorul de căldură geotermal nu îndeplinește cerințele termodinamice, eficiența generală a sistemului scade și, în cel mai rău caz, poate duce la înghețarea suprafețelor schimbătorului. Prin urmare, determinarea tehnologiei sistemului ar trebui să fie în mâinile unui birou de planificare cu experiență.

Datorită fluctuațiilor sezoniere puternice la nivel local în calitatea apelor subterane, este necesară o analiză a apei înainte de planificarea sistemului. Dacă acest lucru nu se face, există riscul de înfundare a puțului bazinului și de coroziune de fier și mangan. În cazul în care cantitatea și calitatea apei sunt insuficiente, nu trebuie utilizată apă de puț. Orice foraj de testare care ar fi putut fi efectuat poate fi folosit în continuare ca sondă geotermală.

Cunoștințe de specialitate: Reprezentarea posibilelor utilizări ale energiei geotermale ar putea fi extinsă pentru a include sisteme de evaporare directă, sonde de CO2, suprafețe „super” absorbante, coșuri de sondă, garduri de energie, bazine de infiltrare, iaz și canalizare, piloți de energie, activarea miezului de beton etc. Implementarea acestor tehnologii geotermale necesită totuși cele mai variate condiții ale proiectului, în conformitate cu o analiză atentă.

Aici puteți găsi companii specializate în geotermie din zona dvs.