Geotermalna energija: geosonda

1. Geotermalna energija u objektima

Toplina pohranjena unutar zemlje naziva se geotermalna energija i može se iskoristiti na nekoliko načina. Razlikujemo geotermalnu eksploataciju (izvori tople vode i pare), hlađenje vrućih stijena i geotlačnu eksploataciju geotermalne energije. Geotermalna energija se upotrebljava na različite načine. Može se upotrebljavati za proizvodnju električne energije, grijanje (izravno ili s toplinskim pumpama) i u balneologiji (skup metoda liječenja i rehabilitacije pomoću prirodnih ljekovitih izvora ili termalnih i mineralnih i akratotermalnih voda).

1.1. Geotermalna energija za toplinske pumpe

Geotermalna energija je energent koji upotrebljavaju toplinske pumpe. Toplinske pumpe se sve više upotrebljavaju u svim europskim zemljama, kao i kod nas, prije svega iz dva glavna razloga. Prvi razlog je da toplinske pumpe osiguravaju učinkovitiju energiju eksploatacijom primarnih izvora energije, uz uštedu od oko 30 – 70 % u usporedbi s kotlovima na naftu i plin. Drugi razlog je što toplinske pumpe, za razliku od kotlova na naftu i plin, ne stvaraju primarne emisije. Stoga one uvelike pridonose smanjenju emisija u gusto naseljenim područjima.

2. Geosonda 

2.1. Geotermalna energija i geosonda

Postoji nekoliko sustava koji upotrebljavaju geotermalnu energiju, ali najčešći je sustav s geosondom ili okomitim zemljanim kolektorom, koji čini bušotina s umetnutom geosondom i toplinskom pumpom. Uporaba toplinske pumpe za grijanje omogućuje i hlađenje prostorija i grijanje sanitarne vode. Za uzimanje topline iz zemlje i stijena za toplinske pumpe do 100 kW možemo upotrijebiti okomite kolektore-geosonde. Okomiti zemljani kolektor zapravo je toplinski prijenosnik koji se sastoji od cijevi i okomito je umetnut u bušotinu. U kolektoru cirkulira medij koji hladi okolnu stijenu. Unutar stijena medij se zagrijava i vraća na površinu putem paralelne cijevi.

2.2. Polaganje geosondi

Geosonde se polažu u zemlju na dubini od 30 do 150 m. Mogu se postaviti i na dubini do 300 m, ali tada je presjek cijevi geosonde veći od 32 mm (40 mm), pri čemu se za cijevi upotrebljava PE (polietilen), koji osigurava dobru razmjenu topline i otporan je na tlak, vlagu, glodavce i mikroorganizme. Svi šuplji prostori između cijevi i zemlje moraju biti ispunjeni visokovodljivim materijalom, suspenzijom vode i cementa (bentonit). Dubina i promjer jedne ili više geosondi ovise o toplinskim potrebama objekta i snazi ​​ugrađene toplinske pumpe. Sonde se obično ubacuju u bušotinu u dvije osnovne verzije:

- kao dvostruka U-cijevna sonda (ohlađeni radni medij ulazi kroz jedan krak, a zagrijani radni medij se vraća u toplinsku pumpu kroz drugi krak.).

- kao koaksijalna cijev (unutarnja cijev izrađena je od PE i kroz nju protječe hladni radni medij, dok je vanjska cijev izrađena od čelika i zagrijani radni medij teče kroz nju do toplinske pumpe).

2.3. Osnovna obilježja i ugradnja geosonde

Geosonde ne zauzimaju puno prostora. Temperatura izvora je tijekom cijele godine visoka, a moguće je i izravno hlađenje. Ovisno o kvaliteti tla, trebamo oko 10 – 20 m duboku bušotinu za 1 kW toplinske pumpe. Najmanja udaljenost između bušotina je 5 do 6 m, minimalna udaljenost od temelja zgrade je 2 m. Moramo uzeti u obzir i kvalitetu, odnosno vrstu tla, jer dubina bušotine ovisi o kvaliteti zemlje.

3. Geotermalna energija iz stijena

Ovisno o svojstvima tla, toplina koju dobivamo po dužnom metru iznosi u prosjeku od 50 do 100 W/m dužine sonde, odnosno dubine bušotine. Ako smo u vodenom području, moguće su veće vrijednosti. Količina vode i poroznost tla imaju veliki utjecaj na toplinsku vodljivost, a dobivena toplina u prosijeku iznosi:

- suha pjeskovita tla: 20 W/m,
- vlažna pjeskovita tla: 40 W/m,
- vlažna stjenovita tla: 60 W/m,
- tla s podzemnom vodom: 80 – 100 W/m.

Temperatura zemlje na dubini od 15 m je cijele godine otprilike 10 °C i konstantna je, a na svakih 33 m dubine se podigne za približno 1 °C.

4. Geotermalna energija za toplinske pumpe

Uporaba toplinske pumpe je ekološki i najrasprostranjeniji način dobivanja geotermalne energije za grijanje ili hlađenje jer nema negativnih utjecaja na okoliš. Takav sustav grijanja prenosi toplinu iz tla i u tla uz minimalnu potrošnju energije, ne zagađuje okoliš i jedan je od najučinkovitijih sustava grijanja i hlađenja. Geotermalni sustav prenosi solarnu energiju i energiju zemlje u kuću kroz niz cijevi ugrađenih u zemlju. Geotermalne toplinske pumpe mogu za grijanje upotrebljavati minimalne temperature već od 5 °C. Sustav grijanja s toplinskom pumpom troši najmanje 75 % energije za grijanje i pripremu sanitarne vode iz izvora topline na koji je toplinska pumpa priključena. Eksploatacijom izvora topline i 25 % električne energije, toplinska pumpa proizvodi 100 % energije za grijanje.

4.1. Snaga toplinske pumpe

Pravilnikom o toplinskoj zaštiti i energetskoj učinkovitosti propisana je najveća godišnja potrošnja energije za grijanje. Za zgrade to znači godišnju potrošnju između 60 i 80 kWh/m².

 Suvremeno upravljanje energijom u objektima zapravo uključuje široku analizu svih energetskih sustava objekta kako bi se utvrdila (ne)učinkovitost potrošnje energije. Hrvatska se obvezala na implementaciju europske Direktive 2002/91/EC, a 1. travnja 2010. uvedena je zakonska obveza izdavanja energetskog certifikata za sve nove zgrade i one u većoj rekonstrukciji.

Za približno određivanje snage grijanja toplinske pumpe na temelju površine koju grijemo uzimaju se u obzir sljedeće vrijednosti specifičnih gubitaka topline:

- postojeća kuća s prikladnom toplinskom izolacijom 70 W/m²,
- novogradnja s dobrom toplinskom izolacijom 50 W/m²
- niskoenergetska kuća 40 W/m²
- pasivna kuća 10 W/m².

4.2. Sustav zemlja-voda (geosonda)

Geosonda je zatvoreni tip geotermalne bušotine preko koje se eksploatira geotermalna energija. Ako nema dovoljno podzemnih voda, upotrebljava se sustav zemlja-voda. U tom slučaju bušimo jednu ili više bušotina na dubini od 80 – 150 m, u koje su ugrađuju 4 cijevi, od kojih su dvije po dvije spojene u U petlju. Toplinske pumpe zemlja-voda upotrebljavaju toplinsku energiju pohranjenu u stijenama, odnosno zemlji, gdje se skladišti velika količina solarne energije koja se uz pomoć toplinske pumpe može upotrijebiti za grijanje kuće ili sanitarne vode. Za uzimanje topline na raspolaganju je okomita geosonda ili vodoravni zemljani kolektor. Voda, odnosno medij u koji se dodaje sredstvo protiv smrzavanja, cirkulira u zatvorenom sustavu cijevi. Voda ili medij u cijevima prenosi toplinu na toplinsku pumpu koja je pomoću dodatne električne energije grije do više razine (do 65 °C), a ohlađenu cca. 5 °C vraća.

4.3. Sustav voda-voda (bunar)

To je geotermalna bušotina otvorenog tipa i najučinkovitiji je sustav za iskorištavanje obnovljivih izvora pomoću toplinske pumpe. Toplinska pumpa voda-voda prikladna je za grijanje stambenih i poslovnih objekata, kao i za grijanje sanitarne vode. Ovaj sustav za izvor topline upotrebljava podzemne vode. Postupak se provodi tako da se podzemna voda pomoću potopne pumpe crpi iz prve crpne bušotine do toplinske pumpe, gdje se uzimanjem topline hladi na cca. 5 °C, a zatim se vraća u drugu povratnu bušotinu, odnosno ponor. Razmak između jedne i druge bušotine je najmanje12 m i vrlo je važno kako su orijentirane, odnosno kakav je protok podzemne vode. Podzemne vode imaju prosječno 12 °C i konstantne su bez obzira na vrijeme, odnosno vanjsku temperaturu.

5. Gdje naći iskusne izvođače?

Ako trebate profesionalne izvođače, obratite nam se! Pošaljite upit i sačekajte ponude. Iskusni izvođači će za vas obaviti širok spektar radova, poput bušenja, ugradnje geosonde ili zemljanog kolektora, injektiranja bušotina posebnom masom bentonita, sve prateće zemljane radove, ugradnju razdjelnih šahtova, elektrofuzijsko zavarivanje cijevi i spojnica, povezivanje s objektom, provjeru protoka geosondi i tlačne nepropusnosti i pribaviti sve dozvole za izvođenje projekta geosonde.

PVC šaht za spajanje bušotina.