Mi az a geotermikus fűtés? Teljes útmutató
A földfelszíntől lefelé, a Föld középpontja felé haladva emelkedik a hőmérséklet. Egy felszín alatti semleges zónán túl (ahol a felszín alatti hőmérséklet már keveset változik, nagyjából a külső átlaghőmérséklettel egyenlő) indul ez az emelkedés. Magyarországon ez a hőfok emelkedés nagyobb, mint a földi átlag, annak mintegy kétszerese. Az egyik, környezeti hőt hasznosító alternatív fűtési módszer a geotermikus fűtés, mely ezt a földhőt hasznosítja, így a magyarországi átlagnál nagyobb emelkedés kedvező ebből a szempontból.
Környezeti hőt hasznostó alternatív fűtési rendszerek
A környezeti hőt felhasználó rendszerek alapeleme a hőszivattyú, ezért ezen keresztül mutatjuk be ezeket a fűtési lehetőségeket.
A hőszivattyú fűtésre, hűtésre és vízmelegítésre használatos eszköz. Elektromos árammal működik, mely hálózatból, de akár napelemes rendszerből is biztosítható. A föld, a víz vagy a levegő által eltárolt hőenergiát, illetve a felszín alatti földhőt hasznosítja.
Működési alapelve egy olyan folyadék (vegyszerrel kezelt víz) tulajdonságain alapul, mely a víznél alacsonyabb hőfokon párolog. A felhasznált közeg (talaj, talajvíz, levegő) hőmérsékletét átvéve folyamatos körforgásban párolog, lecsapódik, így melegítve az épületet. Ezt gőzkompressziós elvnek is nevezik, a gőz egy zárt csőrendszerben áramlik. A hőszivattyú kondenzátorában lecsapódik, a hőjét leadja a csövek falán keresztül a helyiség levegőjének, központi fűtés esetén pedig a fűtővíznek. Ha ez megtörtént, a cseppfolyós hűtőközeg egy szelepen keresztül terjeszkedik, közben hirtelen elpárolog, hőmérséklete lecsökken. A hideg, kisnyomású gőzt a hideg oldali hőcserélőben felmelegíti a környezet, a hőszivattyú kompresszora összesűríti, visszajuttatja a kondenzátorba – ez a folyamat ismétlődik a hőszivattyús fűtés működése során.
Ezt a folyamatot meg lehet fordítani, ha a hőszivattyút fűtés helyett hűtésre használják, ami ennek a rendszernek a nagy előnye, hogy nyáron klimatizálásra is alkalmazható.
A talajhőt többféle módon tudjuk hasznosítani:
Földkollektorokkal:
Beépíthetünk egy csőrendszert a felszín alatt mintegy másfél méteres mélységben. A talaj hő hasznosítása a nagy felületen elhelyezett műanyag csőrendszeren keresztül zajlik. Legfeljebb száz méter összhosszúságú vezeték rendszert érdemes telepíteni, e fölött nagyon megnő a hőszivattyú teljesítmény igénye. A műanyag csövekben keringtetett glikol-víz keverék továbbítja a talaj hőt. A tél második felében a fokozatos felmelegedés hatására már megindul a talaj regenerációja, a következő fűtési időszakig a talaj hőtárolása ismét maximális lesz. A földkollektorok hátránya, hogy a mintegy másfél méteres süllyesztés kisebb hőleadást tesz csak lehetővé, valamint a vízszintes vezetékhálózatnak nagy a helyigénye.
Talajszondákkal:
Kisebb helyigényű és nagyobb hőleadású megoldás a függőleges földhő talajszondák alkalmazása. Ezek akár 150 méterre is leérhetnek megfelelő körülmények esetén. Általános megoldás szerint a glikolos víz két párhuzamos csőben áramlik lefelé, majd két másik csövön keresztül jön vissza a hőszivattyúba. Helytakarékos megoldás, a nagyobb mélység miatt hatékonyabb hőcserével. Gyakori módszer, ezért evvel külön cikkben is foglalkozunk.
Talajvízből:
A talajvíz is jól hasznosítható fűtésre és hűtésre, mivel hőmérséklete keveset ingadozik, átlagosan 8 és 12 °C közötti. A hőhasznosítás rendszere kissé másképp működik, mint a földkollektorok, vagy talajszondák esetében, szívókutat és nyelő, illetve lecsapolókutat kell létesíteni.
Hulladékhőből:
Elsősorban ipari környezetben, ipari léptékben lehet hőszivattyúval hasznosítani a melléktermékként jelentkező hulladékhőt, ami például füstgáz, vagy fáradt gőz formájában jelentkezik. Egy üzemben az irodák fűtését így is biztosíthatjuk.
Levegőből:
A környezeti levegőből is lehetséges a hőszivattyús hasznosítás. Akár a külső, akár a belső levegőt lehet így keringtetni. Ennél a megoldásnál a hatásfok kisebb, mint a geotermikus hő, vagy a talajvíz hő hasznosítás esetén.
A geotermikus fűtés előnyei, hátrányai, hatékonysága, költsége
A geotermikus fűtési rendszerek üzemeltetése költségtakarékos a gáz, olaj, vagy elektromos fűtéshez képest. A hőszivattyú árammal működik. Hatékonyan hasznosítja a felvett elektromos áramot, viszont nagy teljesítményű. A hálózati áramfogyasztást napelem telepítéssel csökkenthetjük.
Jól kialakított geotermikus fűtéssel akár teljesen kiválthatjuk a kazánokat, a fűtést és a melegvizet is biztosíthatjuk. Ebből következik, hogy környezetkímélő megoldás, károsanyag kibocsájtás gyakorlatilag nincs a felhasználási helyen (csak az áramtermelésnél az erőműben).
Klimatizálásra is használható, így nem kell két rendszert kiépíteni, egy hálózat biztosítani tudja mindkét funkciót.
Leghatékonyabban alacsonyabb hőmérsékletű és nagy hőleadó felületű fűtési módok esetében alkalmazhatjuk. Annál nagyobb a rendszer hatékonysága, minél kisebb a fűtési előremenő hőmérséklet. Ideális a padló-, fal- és mennyezetfűtés ebből a szempontból. A radiátoros megoldás kevésbé hatékony.
Melegvíz biztosítás esetén arra kell számítani, hogy a melegvíz hőmérséklete várhatóan 60 °C alatt marad.
A geotermikus fűtési rendszernek a fentiek szerint sok előnye van és kevés hátránya. Hátrányként jelentkezik még a megvalósítási költség. A földkollektor nagy kiterjedésű földmunkát igényel, a talajszonda a mélyen elhelyezett csövek miatt költséges. A hőszivattyú telepítés is több milliós tétel.
Mindent összevetve a geotermikus fűtési rendszer telepítése pl. padlófűtéssel akár többszöröse is lehet egy hagyományos központi fűtési (gázkazán radiátorokkal) megoldásnak. Ellensúlyozza ezt az áramon kívüli alacsony fenntartási költség, a hosszú, gyakorlatilag kevés karbantartási igényű működés, a kizárt szénmonoxid veszély, a lényegesen kisebb tűzveszély. Napelemmel kombinálva tovább nő a beruházási igény, de jobban csökken az üzemeltetési költség.
Útépítési és útüzemeltetési összefüggések
Földünk egyes helyein olyan mennyiségben fordulnak elő hőforrások, hogy gyakorlatilag teljeskörűen biztosítják egy terület fűtését és melegvíz szükségletét. Ezen kívül erőműveket is telepítenek rá, valamint a környező utak, járdák, parkolók alá telepített csőrendszerrel a fagymentesítést is megoldják. Elsősorban Izlandon és Észak-Amerikában találunk ilyen adottságú helyeket.
Összefoglalás
A geotermikus hő hasznosítás hőszivattyús hőtermeléssel több szempontból előnyös megoldás, abban az esetben, ha a funkciónak legjobban megfelelő, a helyi körülményekhez legjobban passzoló rendszert telepítünk.
A helyi viszonyokhoz tartozik a talaj szerkezete, felépítése, ennek függvényében könnyebben, vagy nehezebben tudjuk az akár száz méteres talajszondát elhelyezni. Amennyiben a kisebb mélységű földkollektor látszik előnyösebbnek, számolni kell az akár száz méter hosszú vezeték helyigényével. Udvarunk, kertünk nagy részét fel kell bontani, a földet ideiglenesen tárolni. Beépítés után várhatóan tovább használható a csőrendszer feletti terület kisebb korlátozással, pl. mérsékelt terheléssel.
A rendszer fordítva is működik, egy hálózattal meg tudjuk oldani fűtést és a hűtést is.
Egy régebbi épületnél a geotermikus fűtésre átállás bonyolultabb és költségesebb, mint egy új épületet így elkészíteni.
Összességében a geotermikus rendszerű fűtés és hűtés egy hatékony, korszerű, környezetkímélő és biztonságos megoldás. A hagyományos rendszerekhez képest kisebb karbantartási igényű. Aránylag nagy a hőszivattyú elektromos energia igénye, viszont más közüzemi költsége gyakorlatilag nincs. Nagyon fontos a körültekintő tervezés, több alternatíva vizsgálata, talajszonda esetén engedélyezési eljárást is kalkuláljunk. Az alapos előkészítéssel tudjuk az aránylag magas telepítési költséget optimalizálni. A legjobb megoldással, gondos, szakszerű kivitelezéssel várhatóan tíz éven belüli megtérülést érhetünk el egy hagyományos gázkazános, radiátoros fűtési és helységenkénti légkondícionálási rendszerhez képest.
Magyarországon különösen hatékony fűtési és hűtési módozat a kedvező geotermikus grádiens értékre tekintettel.
Ide vonatkozó másik cikkünk:
Talajszonda: Minden, amit tudni érdemes 2024-ben
Felhasznált irodalom:
https://www.eon.hu/hu/blog/otthon-kenyelme/geotermikus-futes.html
http://naturenergy.eu/uzemeltetes/epulet-energetika/talajszonda/
https://www.tenderterv.hu/talajszonda-es-hoszivattyu
https://energiatudatosotthon.hu/geotermikus-hoszivattyu-mukodese/
https://builder.techinfus.com/hu/
Az ábra saját feldolgozású.