Geotermální energie

1. Geotermální energie v budovách

Teplo, které se nachází uvnitř země se nazývá geotermální energie a lze jí využít mnoha způsoby. Takto se rozlišuje geotermální exploatace (zdroje horké vody a páry), ochlazování horkých vrstev země a exploatace energie. Energii získanou těmito metodami lze využít pro výrobu elektřiny, vytápění (přímo nebo tepelnými čerpadly) a v balneologii (nauka o léčivých vodách a jejich účincích na lidský organismus pomocí termálních, minerálních a akratotermálních vod, bahna a koupelí).

1.1. Geotermální energie pro tepelná čerpadla

Geotermální energie je přírodní zdroj využívaný tepelnými čerpadly. Využití tepelných čerpadel se zvyšuje ve všech evropských zemích včetně Česka. Tato situace má dva hlavní důvody. První je, že tepelná čerpadla poskytují energii efektivním využíváním primárních zdrojů s úsporou mezi 30-70% ve srovnání s olejovými a plynovými kotly. Dalším důvodem je, že tepelná čerpadla, na rozdíl od olejových a plynových kotlů, neprodukují žádné primární emise, čímž výrazně přispívají ke snižování škodlivých látek v hustě osídlených oblastech.

2. Geotermální sonda

2.1 Geotermální energie a geotermální sonda

Existuje několik systémů využívajících geotermální energii, ale nejběžnější je systém geotermální sondy nebo vertikálního zemního kolektoru, který se skládá z vrtu s vloženou geotermální sondou a tepelného čerpadla. Použití tepelného čerpadla pro vytápění umožňuje také chlazení prostor a ohřev teplé vody. Svislé zemní kolektory - geotermální sondy - lze použít k získávání tepla z půdy a horninových vrstev pro tepelná čerpadla do 100 kW. Svislý zemní kolektor je vlastně tepelný výměník tvořený trubkou zasunutou svisle do vrtu. V kolektoru cirkuluje médium, které ochlazuje okolní vrstvy zeminy a hornin. V těchto vrstvách se teplonosné médium zahřívá a vrací se na povrch paralelním potrubím.

2.2. Jak se geotermální sonda nastavuje?

Geotermální sondy se umisťují do země v hloubce 30 až 150 m, někdy až 300 m, ale pak je průřez trubky větší než 32 mm (40 mm) a trubky navíc musí být vyrobeny z polyetylenu (PE), který zajišťuje dobrou výměnu tepla a je odolný vůči tlaku, vlhkosti, škůdcům a mikroorganismům. Všechny duté prostory mezi potrubím a zemí musí být vyplněny vysoce vodivým materiálem, suspenzí vody a cementu (bentonit -  hornina vznikající zvětráváním mateční horniny z čediče). Hloubka a průměr jedné nebo více sond závisí na tepelných potřebách budovy a výkonu instalovaného tepelného čerpadla. Sondy se do vrtu vkládají nejčastěji ve dvou základních verzích:

• jako dvojitá U-trubková sonda (jedním ramenem vstupuje chlazené médium, druhým ramenem se ohřáté médium vrací do tepelného čerpadla)

• jako koaxiální potrubí (vnitřní potrubí je vyrobeno z PE a protéká jím studené médium, zatímco vnější potrubí je ocelové a ohřáté médium jím proudí do tepelného čerpadla).

2.3. Základní charakteristika a instalace geotermální sondy

Geotermální sondy nezaberou mnoho místa a teplota zdroje vody je po celý rok vysoká, takže je možné přímé chlazení. Na 1 kW tepelného čerpadla je v závislosti na kvalitě půdy potřeba hloubka vrtu cca 10 - 20 m. Minimální vzdálenost mezi vrty by měla být 5 až 6 m a minimální vzdálenost od základu budovy by měla být 2 m. Vždy je třeba vzít v úvahu kvalitu nebo typ půdy, protože na těchto faktorech závisí hloubka vrtu.

3. Geotermální energie ze zemských vrstev

V závislosti na vlastnostech půdy je tepelný zisk na metr průměrně 50 - 100W / m délky sondy, tedy hloubky vrtu. Tam, kde je půda porézní, jsou možné vyšší hodnoty. Na tepelnou vodivost má velký vliv množství vody a pórovitost půdy. Průměrné tepelné zisky jsou:

• suchá písčitá půda: 20W/m,

• vlhká písčitá půda: 40 W / m,

• vlhká kamenitá půda: 60 W / m,

• podzemní voda: 80-100 W / m.

Teplota půdy v hloubce 15 m se trvale pohybuje kolem 10°C a každých 33 m hloubky se zvyšuje přibližně o 1°C.

4. Geotermální energie pro tepelná čerpadla

Použití tepelného čerpadla je nejekologičtější a nejrozšířenější způsob získávání geotermální energie pro vytápění nebo chlazení, protože nemá žádné negativní dopady na životní prostředí. Takový systém vytápění předává teplo ze země a do země s minimální spotřebou energie, neznečišťuje životní prostředí a je jedním z nejúčinnějších systémů vytápění a chlazení vůbec. Geotermální systém přenáší sluneční a zemní energii do budovy prostřednictvím systému trubek instalovaných v zemi. Geotermální tepelná čerpadla lze použít k ohřevu na teploty 5°C a vyšší. U topného systému s tepelným čerpadlem se minimálně 75% energie spotřebuje na vytápění prostoru a užitkové vody ze zdroje tepla, na který je tepelné čerpadlo napojeno. Se zdrojem tepla a 25% elektřiny vyrábí tepelné čerpadlo 100% energie potřebné k vytápění.

4.1 Výkon tepelného čerpadla

Projektování a provoz tepelných čerpadel se řídí platnými zákony a normami pro Českou republiku. Je upraven normami ČSN EN 14511, ČSN EN 15316-4-2 a ČSN EN 14825. Energetický certifikát je dokument, který obsahuje energetické hodnocení pro každou kategorii budovy (kvalitativní energetickou náročnost budovy) a určuje, do jaké míry je konkrétní dům energeticky účinný. Obsahuje číselné hodnocení stavebních konstrukcí, výpočet, který vyjadřuje množství energie potřebné k uspokojení všech energetických potřeb spojených s užíváním domu, včetně množství energie potřebné na vytápění a ohřev vody. Výsledné energetické hodnocení budovy je součtem číselných ukazatelů jednotlivých potřeb a vyjadřuje celkovou energetickou náročnost budovy v kWh/(m2a). Na základě zjištěných hodnot (z hlediska energetické náročnosti) jsou budovy zařazeny do energetických tříd (A = mimořádně úsporná budova, G = mimořádně nehospodárná budova), což umožňuje porovnání jednotlivých kategorií budov. Pokud jde o celkovou energetickou náročnost rodinného domu za rok, je A ≤ 54 a G > 330.

Při určování výkonu tepelného čerpadla na základě vytápěné plochy se berou v úvahu následující hodnoty měrných tepelných ztrát:

- Stávající dům s odpovídající tepelnou izolací 70 W/m²

- nová budova s dobrou tepelnou izolací 50 W/m²,

- nízkoenergetický dům 40 W/m² a

- pasivní dům 10 W/m2.

4.2. Systém země - voda (geotermální sonda)

Geotermální sonda je uzavřený typ geotermálního vrtu, jehož prostřednictvím se využívá energie ze země. Tam, kde není dostatek podzemní vody, dá se použít systém země - voda. V tom případě se vyvrtá jeden nebo víc vrtů do hloubky 80 -150m, ve kterých jsou umístěny 4 trubky, z nichž dvě a dvě jsou spojeny do U smyčky. Tepelná čerpadla země - voda využívají solární energii uloženou v zemi, kterou lze pomocí tepelného čerpadla vytáhnout na povrch a použít k vytápění domu nebo užitkové vody. K získávání tepla se používá vertikální geotermální sonda nebo horizontální kolektor. Voda nebo médium, do kterého byla přidána nemrznoucí směs, cirkuluje v uzavřeném potrubním systému. Voda nebo médium v ​​potrubí předává teplo tepelnému čerpadlu, které jej pomocí přídavného proudu dále ohřívá (až na 65°C) a vrací zpět ochlazené o cca 5°C.

4.3 Systém voda - voda (vrt)

Jedná se o otevřený nebo geotermální vrt a zároveň nejúčinnější systém pro využívání obnovitelných zdrojů energie pomocí tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo voda - voda je vhodné pro vytápění obytných a komerčních objektů a pro ohřev užitkové vody. Jako zdroj tepla se využívají podzemní prameny. Proces probíhá tak, že podzemní voda je z prvního (těžebního) vrtu čerpána přes ponorné čerpadlo do tepelného čerpadla, kde je ochlazena o cca 5°C, a následně vrácena do druhého vrtu. Vzdálenost mezi jedním a druhým vrtem musí být minimálně 12m a je velmi důležité, jak jsou orientovány s ohledem na směr proudění podzemní vody. Podzemní voda mívá v průměru stabilních 12°C bez ohledu na počasí nebo venkovní teplotu.

Pokud se rozhodnete pro tento typ vrtu, můžete nás také kontaktovat na DaiBau.cz. Na našich stránkách naleznete další rady týkající se tohoto tématu, ale také dodavatele, se kterými spolupracujeme a kteří na vaši poptávku odpoví vhodnou nabídkou.

Cenové informace si můžete prohlédnout v naší kalkulačce.

Váš tým,

DaiBau.cz