Απλοποιημένος ψυκτικός κύκλος
Θέρμανση & ψύξη από γη και ήλιο
Διαβάστηκε από 7320 αναγνώστες -
Κάθε μέρα, ο ήλιος «παρέχει» υψηλά ποσά ενέργειας προς τη γη. Συγκεκριμένα, σε κάθε τετραγωνικό μέτρο αντιστοιχούν περίπου 650W. Ένα μέρος αυτής της ενέργειας αντανακλάται, αλλά ένα σημαντικό ποσοστό απορροφάται από το έδαφος.
Aν αναλογιστούμε ότι αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται για εκατομμύρια χρόνια, η γη έχει απορροφήσει ένα μεγάλο μέρος ηλιακής-θερμικής ενέργειας. Το έδαφος, από την άλλη, δεν αποτελεί μία απλή «δεξαμενή αποθήκευσης» ηλιακής ενέργειας. Συγκεντρώνει κάποια χαρακτηριστικά που το καθιστούν ιδανικό για χρήση. Καταρχήν, έχει μεγάλη -σχεδόν άπειρη- θερμοχωρητικότητα, δηλαδή μπορεί να απορροφά ένα ποσοστό ηλιακής ενέργειας διαρκώς. Ένα ακόμα σημαντικό στοιχείο είναι ότι παρουσιάζει μεγάλη θερμοκρασιακή αδράνεια, δηλαδή δεν αλλάζει θερμοκρασία ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος άμεσα και ειδικότερα κάτω από ένα βάθος 1,5 μέτρου, όπου η θερμοκρασία είναι σταθερή. Αυτό είναι και το βασικό στοιχείο που επιδιώκουμε να εκμεταλλευτούμε με την αβαθή γεωθερμία ως μέθοδο θέρμανσης και ψύξης, τη σταθερή θερμοκρασία που παρουσιάζει το έδαφος σε κάποια βάθη. Έτσι, ο ήλιος, για μια ακόμα φορά, γίνεται έμμεσα ο σύμμαχός μας στην προσπάθεια να καλύψουμε τις ενεργειακές μας ανάγκες.
ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΑΒΑΘΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ;
Συχνά ακούμε τον όρο γεωθερμία, ως μία από τις βασικές μορφές Α.Π.Ε. Με τον κλασικό όρο γεωθερμία εννοούμε κάτι τελείως διαφορετικό από αυτά που αναφέρθηκαν παραπάνω. Η γεωθερμία αποτελεί θερμική ενέργεια που συναντάμε σε μεγάλα βάθη, υπό τη μορφή πολύ θερμού ατμού ή θερμών νερών. Τα ρευστά αυτά έχουν εγκλωβιστεί σε πετρώματα και κοιλότητες στο εσωτερικό της γης και είναι αποτέλεσμα γεωλογικών διεργασιών. Στη συνέχεια εξορύσσονται με γεωτρήσεις και χρησιμοποιούνται για ηλεκτροπαραγωγή ή θέρμανση. Η διαδικασία αυτή είναι δαπανηρή και δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί σε ιδιωτικό επίπεδο από πολλές απόψεις (υψηλό κόστος, νομοθεσία, κ.λπ.). Η αβαθής γεωθερμία είναι η εκμετάλλευση της σταθερής θερμοκρασίας του εδάφους που συναντάμε σε μικρά βάθη. Πολλές φορές είναι θετικό αν υπάρχουν υπόγεια νερά, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν την πηγή σταθερής θερμοκρασίας. Αυτό που πρέπει να κάνουμε εμείς, είναι να μπορέσουμε με κάποιο τρόπο να αξιοποιήσουμε αυτή τη θερμική ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη στον κήπο μας ή στην αυλή μας δωρεάν.
ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ & ΓΕΩΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ
Η αξιοποίηση της θερμότητας από το έδαφος πραγματοποιείται με μία θερμική μηχανή που ονομάζεται αντλία θερμότητας. Η πιο διαδεδομένη αντλία θερμότητας είναι τα κλιματιστικά που έχουμε στα σπίτια μας. Στην περίπτωση των κλιματιστικών, γίνεται χρήση ενός ψυκτικού μέσου που εξατμίζεται και συμπυκνώνεται, αποδίδοντας και απορροφώντας θερμότητα από διάφορες πηγές. Στην περίπτωση των κλιματιστικών, όταν λειτουργούν για την παραγωγή ψυχρού αέρα απορροφούν θερμότητα από το σπίτι και αποδίδουν θερμότητα στο περιβάλλον, ενώ το αντίστροφο συμβαίνει στη χειμερινή λειτουργία. Η γεωθερμική αντλία θερμότητας λειτουργεί με την ίδια λογική, απορροφώντας θερμότητα από το έδαφος το χειμώνα και αποδίδοντας στο θερμαινόμενο χώρο, ενώ αντιστρέφει τη λειτουργία της το καλοκαίρι. Είναι αρκετή όμως η θερμοκρασία που θα αποκτήσει από το έδαφος το ψυκτικό μέσο ώστε να καλύψει τις ανάγκες μας; Η αλήθεια είναι ότι σε βάθη κάτω του 1,5 μέτρου στη χώρα μας, η θερμοκρασία του εδάφους είναι σχεδόν σταθερή στους 12οC. Δημιουργεί πραγματικά πολλά ερωτηματικά το γεγονός ότι ένα ψυκτικό μέσο που αποκτά θερμοκρασία περίπου 10οC, δύναται να θερμάνει το σπίτι μας. Η αντλία θερμότητας, καταναλώνοντας μικρά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας, καταφέρνει να το θερμάνει σε μία υψηλότερη θερμοκρασία μέχρι και 60οC. Η τεχνική είναι αρκετά πολύπλοκη, βασίζεται στον ψυκτικό κύκλο (κάτι αντίστοιχο που συμβαίνει και στο ψυγείο μας) και δεν έχει νόημα να γίνει εκτενής ανάλυση. Αυτό που μας ενδιαφέρει σε αυτή τη φάση είναι ότι με την πλειονότητα των αντλιών θερμότητας που κυκλοφορούν στην αγορά, αξιοποιείται η θερμική ενέργεια της γης σε ένα ποσοστό περίπου 75% της ενέργειας που χρειαζόμαστε για θέρμανση και ψύξη, χρησιμοποιώντας μόνο ένα 25% από ηλεκτρισμό. Για να αποκτήσει το ψυκτικό μέσο την επιθυμητή θερμοκρασία του εδάφους απαιτείται κάποιος χρόνος. Αυτό επιτυγχάνεται με τη συμβολή μιας βοηθητικής διάταξης που ονομάζεται γεωεναλλάκτης. Ο γεωεναλλάκτης δεν είναι τίποτα άλλο από σωληνώσεις από κάποιο πλαστικό υλικό (συνήθως πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας), τις οποίες θάβουμε στο έδαφος. Το ψυκτικό μέσο κυκλοφορεί σε αυτές με τη βοήθεια ενός απλού κυκλοφορητή, ώστε να αποκτήσει την επιθυμητή θερμοκρασία. Το δύσκολο σε αυτό το σημείο είναι να εκτιμήσει κανείς το μήκος των σωληνώσεων. Κυκλοφορούν διάφορες μαθηματικές μέθοδοι, αλλά για να έχουμε μία γρήγορη, άμεση εικόνα μπορούμε να έχουμε στο μυαλό μας έναν πρακτικό κανόνα. Για κάθε τετραγωνικό μέτρο θερμαινόμενης - ψυχόμενης επιφάνειας αντιστοιχούν 4-5 μέτρα σωλήνα. Έτσι, για μία κατοικία 100 τ.μ. χρειάζονται περίπου 500 μέτρα σωλήνα. Γίνεται κατανοητό ότι η τοποθέτηση ενός σωλήνα τόσο μεγάλου μήκους σε κάποια έκταση δεν είναι πάντα εύκολη υπόθεση. Ανάλογα λοιπόν με την έκταση που έχουμε στη διάθεσή μας, τοποθετούμε τους σωλήνες. Υπάρχει ο κατακόρυφος γεωεναλλάκτης, που απαιτεί μία μικρή γεώτρηση και όχι μεγάλη επιφάνεια, καθώς το μήκος αναπτύσσεται σε βάθος. Επίσης, υπάρχει η οριζόντια διάταξη, όπου απαιτείται μεγάλη επιφάνεια, αλλά σίγουρα δεν κοστίζει τόσο, καθώς σκάβουμε σε ένα βάθος 1,5-2 μέτρα. Παρατηρούμε ότι και στον οριζόντιο γεωεναλλάκτη ενδέχεται να υπάρξουν προβλήματα χώρου, οπότε μπορούμε να προτιμήσουμε διαφορετικές διατάξεις, όπως είναι η slinky ή η σπειροειδής. Στην εικόνα 3 φαίνεται σχετικό παράδειγμα, όπου σωλήνας μήκους 500 μέτρων τοποθετήθηκε εντός τάφρου 60 τ.μ. στην περιοχή της Θεσ/νίκης.
ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΨΥΞΗΣ
Η διανομή της θέρμανσης και της ψύξης γίνεται με κάποιους από τους τρόπους που χρησιμοποιούμε στα συμβατικά συστήματα. Αυτοί είναι η ενδοδαπέδια θέρμανση ή με τη χρήση fan-coils (αερόθερμων), όπου το θερμό ή ψυχρό νερό περνά μέσα από τα σώματα και κλιματίζει το χώρο με τη βοήθεια αέρα. Όποιο από τα δύο και να χρησιμοποιηθεί είναι αποτελεσματικό και το πιο σημαντικό είναι ότι αποτελεί ταυτόχρονα σύστημα θέρμανσης αλλά και ψύξης.
ΜΙΑ ΣΥΝΤΟΜΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ
Θα γίνει μία συνοπτική παρουσίαση του κόστους εγκατάστασης και λειτουργίας για ένα σπίτι 100 τ.μ. Αν υποθέσουμε ότι στο σπίτι κατοικούν 4 άτομα, με μία πρόχειρη εκτίμηση, οι θερμικές ανάγκες είναι περίπου 7kW (μαζί με την παραγωγή θερμού νερού χρήσης). Χρειαζόμαστε μία αντλία θερμότητας που να καλύπτει αυτό το φορτίο (δηλαδή να είναι περίπου 8kW αποδιδόμενης ισχύος). Αυτό μεταφράζεται σε ένα κόστος μιας κανονικής ποιότητας αντλίας περίπου 5.000-6.000 ευρώ. Ο γεωεναλλάκτης που απαιτείται για την εγκατάσταση, θα έχει μήκος 500-600 μέτρα. Τα σκαπτικά και το κόστος του σωλήνα δεν ξεπερνούν τα 1.000 ευρώ. Το σύστημα διανομής, οι κυκλοφορητές και όλες οι σχετικές διατάξεις κοστίζουν περίπου άλλα 6.000 ευρώ. Το συνολικό κόστος, δηλαδή, αγγίζει τα 11.000-12.000 ευρώ. Για ένα συμβατικό σύστημα πετρελαίου θα πληρώναμε γύρω στα 7.000-8.000 ευρώ. Η διαφορά εδώ είναι ότι για την περίπτωση του πετρελαίου θα καταναλώναμε 2.500 λίτρα το χρόνο, εξαρτώμενοι από την τιμή του πετρελαίου θέρμανσης, η οποία σήμερα είναι 0,90 λεπτά -δηλαδή μιλάμε για ένα ετήσιο κόστος 2.250 ευρώ και έξοδα συντήρησης 100-150 ευρώ το χρόνο. Από την άλλη, το σύστημα της αντλίας θερμότητας χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα. Μία τυπική αντλία θερμότητας έχει βαθμό επίδοσης (COP) περίπου 3, δηλαδή το 70% της αποδιδόμενης ισχύος προέρχεται από τη γη και ένα 30% από το ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, στο παράδειγμά μας μιλάμε για μία ισχύ στα 2,4kW. Με αντίστοιχες ώρες λειτουργίας που υπολογίστηκε πριν η κατανάλωση πετρελαίου και με τιμή ρεύματος στα 0,12 ευρώ, προκύπτει ένα ετήσιο κόστος περίπου 600 ευρώ! Αυτό που καταλαβαίνει άμεσα κάποιος είναι ότι αυτή η αρχική διαφορά στο κόστος καλύπτεται μέσα σε λίγα χρόνια. Επιπλέον, δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι τα έξοδα συντήρησης για την αντλία θερμότητας είναι σχεδόν μηδενικά. Εξάλλου, το κόστος για το ηλεκτρικό ρεύμα θα μπορούσε να είναι μηδενικό, αν συνδυάσουμε το σύστημα αυτό με ένα σύστημα φωτοβολταϊκών πλαισίων. Έτσι, μιλάμε πλέον για μία ολοκληρωμένη λύση στο πρόβλημα της ενέργειας μιας κατοικίας. Εκτός από το γεγονός ότι είναι μηδενικά τα κόστη πλέον για το νοικοκυριό, το συνδυασμένο αυτό σύστημα συγκεντρώνει και άλλα σημαντικά πλεονεκτήματα. Μας χαρίζει ανεξαρτησία από τις συμβατικές πηγές ενέργειας (δηλαδή δεν εξαρτόμαστε από τα σκαμπανεβάσματα της τιμής του πετρελαίου), ενώ είναι ανεξάντλητες οι πηγές ενέργειας, οπότε δεν επηρεαζόμαστε από όποιες εξελίξεις στο μέλλον. Τέλος, είναι καθαρές πηγές ενέργειας, αφού δε ρυπαίνουν το περιβάλλον και οι ρύποι που εξοικονομούνται είναι αρκετοί, παρά την ηλεκτροπαραγωγή που απαιτούν, αφού αυτή είναι πολύ μικρή.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΗ
Δομικά υλικά από τον ειδικό ή από ένα γνωστό;
Διαλέξτε την ηλεκτρική συσκευή που πραγματικά χρειάζεστε
Εύκολα roof gardens και για προστασία από την βροχή!
Μηχανικός αερισμός: Για να ανασαίνει το σπίτι!
