Skip to main content
European Commission logo
polski polski
CORDIS - Wyniki badań wspieranych przez UE
CORDIS
CORDIS Web 30th anniversary CORDIS Web 30th anniversary

Most Easy, Efficient and Low Cost Geothermal Systems for Retrofitting Civil and Historical Buildings

Article Category

Article available in the following languages:

Wykorzystanie ciepła z wnętrza Ziemi w celu zaopatrzenia historycznych budynków w energię

W Europie znajduje się wiele zabytkowych budynków, które wymagają modernizacji energetycznej. Specjalne innowacje w zakresie pozyskiwania ciepła geotermalnego umożliwiają wykorzystanie tego całkowicie niezależnego od paliw kopalnych zasobu energii.

Płytkie geotermalne systemy ogrzewania i chłodzenia zaczynają coraz bardziej jawić się jako atrakcyjni pretendenci do modernizacji starzejących się budynków w Europie. Na czele tych zmian stoją inicjatywy UE, w tym fala renowacji, oraz środki polityczne, takie jak rewizja dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków. Budynki historyczne mają jednak swoje własne ograniczenia, które uniemożliwiają wykorzystanie w nich tego całkowicie odnawialnego źródła energii. W ramach finansowanego ze środków UE projektu GEO4CIVHIC opracowano i zmodyfikowano istniejące technologie, aby przyspieszyć wdrożenie systemów ogrzewania i chłodzenia wykorzystujących płytką energię geotermalną w takich budynkach zlokalizowanych na obszarach zabudowanych. „Przeciętny system geotermalny może dostarczyć do budynku 4 kW energii cieplnej, przy wykorzystaniu 1 kW energii elektrycznej i wydobyciu 3 kW darmowej energii spod ziemi”, zauważa Adriana Bernardi, koordynatorka projektu, fizyczka, dyrektorka ds. badań i szefowa Instytutu Nauk Atmosferycznych i Klimatu Krajowej Rady Badań Naukowych w Padwie we Włoszech.

Wiercenie i prace w ograniczonej przestrzeni

Odwiertowy wymiennik ciepła połączony z pompą ciepła pobiera niewyczerpane pokłady ciepła z wnętrza Ziemi i dostarcza je do jednostek emisji lub grzejników. Wymienniki ciepła pobierają energię z gleby o temperaturze do 8 °C, a pompa ciepła zwiększa tę energię do temperatury 60–70 °C w celu zasilenia systemu grzewczego. W lecie pompa ciepła odwraca kierunek pracy i pobiera ciepło z budynku, odprowadzając je do gleby. „Radykalnie nowe sposoby wykonywania otworów wiertniczych zwiększają wydajność pomp ciepła w wysokich temperaturach i nakładają wymóg użycia nowych rodzajów czynników chłodniczych”, wyjaśnia Bernardi. Historyczne miasto Mechelen w Belgii może poszczycić się około 300 zabytkowymi budynkami. Zespół projektu GEO4CIVHIC opracował kompaktową i lekką wiertnicę o bardzo małej powierzchni, którą można było przenosić do ogrodów za pomocą dźwigu z jego wąskich uliczek. W ramach projektu GEO4CIVHIC zoptymalizowano i zainstalowano kilka współosiowych stalowych wymienników ciepła o 20–30 % wyższym współczynniku pozyskiwania energii, zmniejszając całkowitą długość potrzebnych wymienników ciepła. Wymienniki ciepła opatentowano w ramach projektu Cheap-GSHPs inicjatywy Horyzont 2020.

Różnice między stanowiskami demonstracyjnymi w całej Europie

Na trzech stanowiskach pilotażowych i czterech demonstracyjnych wykazano pomyślne zastosowanie rozwiązania projektu GEO4CIVHIC w różnych skałach skorupy ziemskiej i budynkach o różnej konstrukcji. Z myślą o wysokotemperaturowych systemach emisyjnych opracowano trzy pompy ciepła wykorzystujące CO2 jako bardziej przyjazny dla środowiska czynnik chłodniczy. W Ferrarze (Włochy), Greystones (Irlandia) i Mechelen (Belgia) wykazały one współczynniki wydajności sięgające 3,3 przy temperaturach 60–70 °C. W historycznym obiekcie na Malcie do zastosowań w ciepłym klimacie zainstalowano jedną pompę ciepła o podwójnym źródle (powietrze/grunt). Ponadto w ośrodkach badawczych na Uniwersytecie w Padwie we Włoszech oraz w Tecnalia w Bilbao w Hiszpanii zainstalowano cztery kompaktowe pompy ciepła typu plug-and-play w celu stworzenia aplikacji do zarządzania energią i zbadania nowych czynników chłodniczych o niskim współczynniku globalnego ocieplenia. Bernardi podkreśla: „Rozwiązania te obejmują wykorzystanie nowych czynników chłodniczych o niskim współczynniku globalnego ocieplenia, aby spełnić wymagania nadchodzących przepisów”. Na potrzeby wiercenia w twardych skałach zespół projektu GEO4CIVHIC opracował wydajną, kompaktową rotacyjno-wibracyjną głowicę wiertniczą. Prace demonstracyjne w irlandzkim Greystones odbywają się w zbitej skale, więc zespół jako płynu wiertniczego użył sprężonego powietrza. Stopień zużycia sprężonego powietrza i wiertła był znacznie niższy w porównaniu z konwencjonalną metodą wiercenia. W bardziej miękkich skałach na Malcie, w zabytkowym ogrodzie Msida Bastion, w roli płynu wiertniczego zastosowano wodę, a samo wiercenie przebiegało bardzo szybko, choć z prędkością poniżej 1 m/min.

Przyszłość energii geotermalnej

Kompleksowe mapy możliwości wiertniczych opracowane w ramach projektu GEO4CIVHIC pozwolą scharakteryzować lokalizacje według właściwości geologicznych, dostarczając informacji na temat szybkości i kosztu wiercenia. „W celu integracji elektrowni geotermalnych z innymi źródłami odnawialnymi opracowujemy system wspomagania decyzji. Pomoże to użytkownikom poprawić ogólną efektywność energetyczną i przyspieszyć zwrot z inwestycji”, podkreśla Bernardi. Wizja Bernardiego dotycząca historycznych zasobów budowlanych Europy obejmuje „zademonstrowanie wszystkim interesariuszom długoterminowych korzyści ekonomicznych płynących z wykorzystania do celów ogrzewania i chłodzenia płytkich zasobów energii geotermalnej. Planowane przez nas działania w zakresie szkoleń, wytycznych i warsztatów przyczynią się do zwiększenia świadomości i zaufania do tej technologii wśród interesariuszy”, podsumowuje.

Słowa kluczowe

GEO4CIVHIC, pompa ciepła, budynek historyczny, czynnik chłodniczy, płytka energia geotermalna, ogrzewanie i chłodzenie, wiercenie, odwiert, źródła odnawialne

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania