Geometrikus fúrás
   
Geotermikus energia
     

A geotermikus energia, más néven földhő a magmából ered és a földkéreg közvetíti a felszín felé. A hő felszínre jutása az útjába akadó kőzetek jellegétől és azok vastagságától függ. A Kárpát-medence üledékes eredetű, víztározó porózus kőzetekből áll, amik jó hővezető képességűek, hazánk nemzetközi osztályzás szerint is rendesen el van halmozva geotermikus energiákkal.

Persze minden ilyen lelkesítő (??) bevezetőre érkezhet a kérdés: Nah, jó, de ez hol jó nekünk? - ebben a fejezetben erre a kérdésre kísérelek egy érthető ezáltal nem teljes választ adni.

Különválasztottam egymástól az egyedi - például egy lakóháznál alkalmazható technológiákat és az ennél jóval költségesebb - üzemi, közösségi - megoldásokat.
Egyedi hőszivattyús fűtési módok

A geotermikus energiák alkalmazását "háztáji" kivitelben leginkább hőszivattyúk alkalmazásával lehet megoldani, mert ezeknek az ára már elfogadható, és ezek képesek a pár fokos vízből előállítani melegvizet. A melegvíz a továbbiakban alkalmazható háztartási melegvíz céljára, épületfűtésre, medencék vízmelegítésére, stb..

A hőszivattyú előnye, hogy napsütéstől és évszakoktól függetlenül üzemkész, hátránya, hogy függ a villamos hálózattól és a fűtésdíj harmadát - negyedét a villamos művek csekkjére kell befizetni.
     

Kézenfekvő és alkalmazott eljárás, hogy a különböző alternatív energiákat együttesen is lehet alkalmazni, például, napkollektort és hőszivattyút:
Ebben az esetben amíg a napkollektor elegendő hőt tud termelni, a hőszivattyú "takarékra" áll, majd a hőtároló tartályban letárolt melegvíz fogytával első nekifutásra "rásegít" a hőszivattyú a napkollektor által termelt hőre, majd kiváltja azt.
Talajhőmérséklet
         


A bal oldali ábrán a talajhőmérséklet éves változási ciklusa követhető nyomon. Természetesen ez a görbe a talaj típusától, víztartalmától és az éghajlattól is függ, de a jellemző tendenciák megfigyelhetők a grafikonon.

Amíg közvetlen talajfelszínen a hőmérséklet az évszakok szerint változik, kb. 15 méter mélységben a hőmérséklet stabilizálódik, és általában 9 °C környékén állapodik meg.

Kiderül az ábrából az is, hogy kb. 2 méter mélységben a hőmérséklet nagyjából 6 °C - 12 °C között változik.
Talajszonda

A talajszondák - mint már nevükből talán kiderült - a Föld mélyebb rétegeibe nyúlnak le, mélységük jellemzően 30 méter és 100 méter között mozog. Általában a "dupla U" típusú szondát alkalmazzák ezekben az esetekben, ez tartalmaz 4 PE csövet, 2 elmenő és 2 visszatérő összeállításban - ami azért elég logikus.

Felső végére, a szondafejre csatlakoztathatók a betápláló vezetékek. A szondát jó hővezető folyadékkal, például betonit-tal kell feltölteni.

Körülbelül 15 m mélység alatt a hőmérséklet állandó, az évszakok változása nem befolyásolja.

A szonda telepítése meglehetősen komplex feladat, nem érdemes vele házilag próbálkozni, inkább erre szakosodott mélyfúró céget kell megbízni a feladattal.

A felszínre érkező víz hőmérséklete a közvetlen fűtésre még az esetek többségében nem alkalmas - ezért hőszivattyúval kell a hőmérsékletet megemelni.
         
 

Amennyiben nagyobb mélységben gondolkodunk, úgy jelentősen mélyebbre kell nyúlni a pénztárcánkba. Az ipari - hasonló jellegű megoldást hdr technológiának nevezik, de mielőtt belevágnánk, először is adjuk el a házat, autót, hajót..

Hasonló megoldás még az, amikor nem a földhőt emeljük ki a mélyből, hanem saját fölösleges hőtöbbletünket illetve "hidegünket" tároljuk el a mélybe, és hozzuk vissza onnan a szűkösebb napokon. Persze ez sem igazán éri meg kicsiben, de a témáról bővebben a hőenergia tárolása fejezetben olvashat.
Altalaj     Kinyerhető energia (kb)
Száraz, homokos altalaj     20 W/m
Köves, vagy vizes-homokos altalaj     50 W/m
Köves, sziklás, jó hővezető altalaj     70 W/m
     
Talajkollektor
         

Körülbelül 1,5 - 1,6 méter mélységbe kell fektetni a PE csövet. A hálózatot sós vagy fagyálló folyadékkal elkevert vízzel érdemes feltölteni és használni, a folyadék áramoltatásához kerengető szivattyút kell alkalmazni. Két méter mélységben a legalacsonyabb (állandó) hőmérséklet 5 °C.

Két méternél mélyebbre nem érdemes lefektetni a csövet, ugyanis nevével ellentétben ("geotermikus") főleg nem a földhőt, hanem inkább a napsugárzásból adódó - felszínközeli - hőenergiát aknázza ki.

Telepítésénél problémát jelenthet, hogy a telket nagy területen kell felásni a csövek lefektetése céljából. Ez persze egy új ház építésénél nem igazán jelent gondot (úgyis minden fel van "túrva"), de például bejáratott golfpályáknál kifejezetten ellenjavallt...

Ez a hőmérséklet természetesen még nem elégséges épületfűtésre, ezért hőszivattyúval kell a hőmérsékletet megemelni.

A talajkollektorok méretezéséről bővebb információt a hőszivattyú fejezetben talál.

Altalaj     Kinyerhető energia     Távolságtartás     Mélység     Kinyerhető energia     Megtáplálás
Száraz, nem kötött     10 W/m2     >0,8 m     1,2 - 1,5 m     8 W/m     >0,7 m
Kötött, nedves talaj     20 - 30 W/m2     >0,6 m     1,2 - 1,5 m     12 - 18 W/m     >0,7 m
Vizes- homokos, köves talaj     40 W/m2     >0,5 m     1,2 - 1,5 m     20 W/m     >0,7 m
Néhány példa talajkollektor alkalmazásra
                         
     
vízszintes elrendezésű
talajkollektor
   
spirálisan lefektetett árok-kollektor
   
függőleges elrendezésű árok-kollektor
     
Masszív hőelnyelő

Beton- vagy téglaépítményben, például falban, szoborban vagy akár útburkolatban PE csővezetéket rejtenek el, és ebben kerengetnek jó hőnyelő és fagyálló folyadékot, amiből aztán az előző példákhoz hasonlóan hőszivattyúval nyerik ki a remélt hőt.

Ennek a megoldásnak nincs sok köze a geotermikus energiákhoz, hiszen ez egyértelműen a környezeti hőt hasznosítja.

Hátránya éppen ezért a korlátozott alkalmazhatóság, hiszen a mai technológiai szint mellett a hőszivattyú -15 °C alatt nem tud hőt előállítani, de túl alacsony hőfokon már egyébként is gazdaságtalanul működik.
   
Forrás: Öko Energy Systems      
Kútvíz (talajvíz)
         

Akinek már van fúrt kútja, rávetheti magát, mert az egy geotermikus kincsesbánya, főleg, ha a víz hőmérséklete 7 °C-nál magasabb. A kútból vagy merülő szivattyúval emeljük ki a vizet, amit aztán egyéb célból - például locsolásra - is használhatunk, vagy egy hőcserélőn keresztül adjuk át a hőt a zárt rendszerben kerengetett folyadéknak, ami a hőszivattyúhoz továbbítja azt.

További megoldás, ha folyóvíznek, állóvíznek a hőjét csapoljuk meg szükség esetén. Ilyenkor vagy a kollektoroshoz hasonlóan, vagy spirálisan kell rögzíteni a PE csövet a vízbe, és télen lehet bizakodni, hogy nem fog befagyni a tó / folyó.
Levegőhő

A levegő rossz hővezető, viszont mindenütt elérhető. Beépített területen hiába is próbálkoznánk bármely más megoldással, a végső megoldás mégis az, hogy a hőt a levegőből kell kinyernünk. Értelemszerűen ebben az esetben a technológiát nagyobbra kell méretezni, és a hatásfoka is várhatóan el fog maradni a többi megoldásétól.
                   
     
Levegőhő, külső levegőforrással
   
Levegőhő, belső levegőforrással
   
Levegőhő, "split" megoldás
     
Hőszivattyú alkalmazása napkollektorral

A napkollektorok egyre szélesebbkörű elterjedése okán adja magát a kérdés, hogy össze lehet-e házasítani ezeket a hőszivattyúkkal. Természetesen az ötlet nem új, Németországban már alkalmazzák a gyakorlatban az ilyen jellegű megoldásokat, mint ezt a lenti példa is tanusítja.

A fenti ábráról kiderül, hogy a két fűtési módhoz egy közös tárolótartályt kell alkalmazni. Napsütéses időszak esetén a kollektorok termelnek annyi hőt, hogy a tartályból a hőszivattyú rásegítése nélkül is el lehet látni a háztartást forró vízzel. Borúsabb időszak esetén a hőszivattyú a tartály vizének a hőfokát emeli meg, és ezzel lehet fűteni, fürdeni.

A "vészforgatókönyv" pedig abban az esetben lép életbe, ha a kollektorok tartósan nem üzemelnek. Ilyenkor kívülről - például talajkollektorról - érkező vízzel lehet "kibekkelni" a sötét időszakot.
Hulladékhő hasznosítása
         

Egy másik lehetőség, hogy a fenti elvet alkalmazzuk egy levegő hőből dolgozó sziavattyúval. Ebben az esetben a meleget a távozó WC, fürdőszoba és konyha levegőjéből vonjuk ki, és a friss levegő eleve a szivattyún keresztül érkezik a lakásba.

Ilyenkor a háztartási hulladékhőt használjuk az ismételt fűtéshez - a rossz levegőt ezekből a helységekből mindenképpen ki kell szellőztetni, hőtartalmukkal együtt.
Termálvíz alkalmazása
   

Termálvíz esetén a legegyszerűbb a felhasználása akkor, ha "magától" jön a felszínre, azaz, a mélyben a forró kőzetekre jutó víz részben elpárolog, és az így keletkező túlnyomás veti a felszínre az - általában oldott ásványi anyagokban gazdag - forró vizet.

Hazánkban rendkívül sok felszínre törő termálforrás található, a szomszédos képen például az egerszalóki, amire véletlenül bukkantak, olajkutatás közben.

Ezeknek a vizeknek Magyarországon még csak a részleges kihasználása történik meg, gyógyturizmus (balneológiai) célra, és még ez is rendkívül sok kívánnivalót hagy maga után (lásd például ismét Egerszalók példáját - lehangoló).

Ezeket a vizeket, illetve ezeknek a hulladékhőjét rendkívül hatékonyan fel lehetne használni, de hazai viszonylatban az ilyen jellegű alkalmazásokra rendkívül kevés példa található.

A termálmezőkről a víz nem minden esetben jut ki a szabadba, ilyenkor a szivattyúzás a megfelelő módszer a felszínre juttatásra. A már kihűlt vizet egy injektoron keresztül juttatjuk vissza a mélybe, így megelőzve forrásunk elapadását.

Ez a módszer meglehetősen költségigényes, ezért minél sokoldalúbban kell élni a rendelkezésre álló hővel. A lakóházaknál "elhasznált" vizet még gazdasági épületek, halneveldék fűtésére tovább lehet használni. A visszajutó kihűlt vizet először hőcserélőn keresztül melegíti fel a termálvíz, majd, ha ez nem elégséges, egy hőszivattyú is rásegíthet a hőátadásra.

Természetesen a termálvíz fürdőbeli (részleges) hasznosítására is van lehetőség, ebben az esetben a "kieső" vizet ivóvízzel kell pótolni.

 

Forrás: kekenergia.hu