Innowacyjne systemy geotermalne stosowane w małych i dużych budynkach
W porównaniu z paliwami kopalnymi energia geotermalna emituje bardzo mało CO2 i innych gazów cieplarnianych, jednak wykorzystywanie możliwości płynów geotermalnych znajdujących się blisko powierzchni Ziemi, ich temperatura musi zostać zwiększona przez pompy ciepła – zwykle są to wymienniki ciepła w odwiertach. Stosowanie typowych technologii wiercenia wiąże się z występowaniem szeregu problemów, które wymagają rozwiązania – wysokie koszty sprzętu i konieczność zaangażowania wyspecjalizowanych zespołów, hałasująca sprężarka, niebezpieczeństwa związane ze sprzężonym powietrzem (12–20 barów), potencjalna niestabilność odwiertu, znaczne ilości wymaganej wody nadającej się do spożycia oraz złe warunki pracy. Twórcy finansowanego ze środków UE projektu GEOTeCH zaprojektowali, zbudowali i przetestowali wiertnię wprowadzoną na rynek przez firmę Conrad, będącą partnerem projektu ze świdrem z pustym środkiem na potrzeby wiercenia płytkich otworów, w których umieszczone zostaną wymienniki ciepła. Wiertnia służy do szybkiego wiercenia otworów w luźnych glebach (piasek, żwir, glina), przy minimalnym wykorzystaniu wody. Koszty tych jednostek, zaprojektowanych na potrzeby niewielkich budynków, wynoszą 70 % kosztów porównywalnych wiertni do wiercenia w błotnistej glebie, co ułatwia dostęp do rynku energii geotermalnej nowym podmiotom. Twórcy projektu opracowali także wymiennik ciepła umieszczany w fundamentach, który może zostać wykorzystany w większych budynkach, w których można go zintegrować z istniejącymi systemami ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC), zmniejszając w ten sposób całkowity koszt takich rozwiązań.
Geotermalne rozwiązanie dla małych i dużych budynków
Twórcy projektu opracowali umieszczane w odwiercie rozwiązanie oparte na koncentrycznym, spiralnym wymienniku ciepła, , które będzie można łatwo zintegrować z mniejszymi budynkami, które będą mogły dzięki niemu korzystać z energii geotermalnej dostępnej na dużo mniejszych głębokościach. Choć projekt takiego rozwiązania był już dostępny od wielu lat, na potrzeby prototypu opracowanego w ramach projektu został on dopracowany dzięki współwytłaczaniu wewnętrznej spiralnej rury. Innowacja ta umożliwiła zwiększenie wydajności oraz obniżenie kosztów wymienników instalowanych na głębokości 20–50 metrów w porównaniu z konwencjonalnymi wymiennikami ciepła w kształcie pętli. Twórcy projektu GEOTeCH opracowali również wymiennik ciepła umieszczany w fundamentach na potrzeby budynków użyteczności publicznej. W tym rozwiązaniu rura jest umieszczona w elementach konstrukcyjnych fundamentów budynku, na przykład w ścianach. Podejście to umożliwia rezygnację z wiercenia, układania rur i mocowania spoin koniecznych przy płytko umieszczanych wymiennikach ciepła. Testy technologii wiercenia i wymienników ciepła przeprowadzono w czterech budynkach w Europie. System płytko umieszczanych wymienników ciepła zaprezentowano w niewielkich budynkach biurowych w Amsterdamie, Leicester i Padwie. Technologia wymienników ciepła umieszczanych w fundamentach została z kolei przetestowana w dużym biurowcu w Barcelonie, gdzie została także zintegrowana z systemem HVAC.
Dopasowane rozwiązanie
Prezentacja w Barcelonie udowodniła, że rozwiązanie GEOTeCH może być szczególnie użyteczne w przypadku dużych nowych budynków, w których znacząco ogranicza zużycie energii. „Nasze wymienniki ciepła umieszczane w fundamentach mają taką samą wydajność jak wymienniki ciepła umieszczane w odwiertach, jednak koszty ich montażu są o 82 % niższe”, opowiada Dery Torres, koordynator projektu. Na potrzeby wdrożeń pełnego systemu w większych budynkach, które wiążą się ze sterowaniem pompą ciepła w celu ogrzewania i chłodzenia w sytuacjach, w których mogą być dostępne inne źródła energii termalnej, opracowano dwa systemy zarządzania energią oparte na technologii uczenia maszynowego. W obu tych systemach zastosowano otwartoźródłowe interfejsy współpracujące z istniejącymi systemami zarządzania budynkami. Ich funkcjonalność potwierdzono w dwóch budynkach: Muzeum BTEK w Derio (Hiszpania) oraz budynku kampusu Hollandsch Huys w Hasselt (Belgia). Aby wprowadzić swą technologię na rynek, zespół projektu pracuje nad zwiększeniem wydajności obu rodzajów wymienników ciepła, optymalizując zawartość płynów, tempo przepływu, materiały oraz spiralny otwór, w którym umieszczany jest wymiennik ciepła.
Słowa kluczowe
GEOTeCH, geotermalny, wymienniki ciepła, systemy zarządzania energią, HVAC, ogrzewanie, chłodzenie, wiercenie, wiertnia, odwiert
