Geotermikus rendszerek

GEOTERMIA

Mi az a geotermia?

A geoterm, geotermia elnevezések a görög eredetű ,,geo’’ és ,,theme’’ (hő) szavakból erednek, amelyek összerakva földhőt jelentenek. Pontosabban megfogalmazva, a Föld magjából eredő hőt nevezzük így, amely az egyéb, magot alkotó elemek mellett jelen lévő radioaktív elemek ( uránium, kálium, stb. ) lassú bomlásából keletkezik. A földkéregben, a földfelszín alatt kb. 10 km mélyen lévő hőmennyiség hőenergiája mintegy 50000-szerese a bolygó teljes földgáz- és kőolaj készletének.

Míg a geotermikus melléknév magyarítása leginkább az lehetne, hogy ,,földhővel működő, földhőt hasznosító’’ , addig a geotermia a földhő felhasználásával kapcsolatos ismereteket, megoldásokat, technológiákat magába foglaló tudományág összefoglaló elnevezése.

Hazánk természetes adottságának köszönhetően a geotermikus energia az egyik legnagyobb potenciállal rendelkező, leghatékonyabban kiaknázható, megújuló energiaforrás. A magyarországi geotermikus gradiens közel másfélszerese a világátlagnak, így rengeteg lehetőséget tartogat a jövőbeni energiafejlesztések terén.

A geotermia lényege dióhéjban:

A Föld belsejének főbb részei: belső mag, külső mag, alsó köppeny, felső köppeny, és a földkéreg. A kb. 1200 km sugarú belső magot vas és nikkel alkotja, a kb. 2100 km vastagságú külső magot pedig olvadt kőzet (magma) ezt veszi körbe az alsó és felső részből álló földköpeny, majd végül a kéreg.

A földkéreg igen vékony a többi réteghez képest, a felső földköpeny legfelső részével együtt 50-100 km között váltakozik a vastagsága, s ez alkotja az óceánok és kontinensek alját. Nem összefüggő, hanem különböző méretű lemezekből áll, amelyek mozgásai közben a magma sokszor közelebb kerül a felszínhez, így a geotermikus hőenergia jobban hozzáférhetővé válik, amit a kisebb, egyszerűbb geotermikus hőszivattyú rendszerektől kezdve a komplex, nagy hőerőművekig többféle módon lehet használni.

A geotermikus energia hasznosítási területei:

  • A felszín közeli meleg vizes források, tározók hasznosítása közvetlen vagy távfűtési rendszerekben
  • Földfelszín alatt pár km-re található rezervoárok magas hőmérsékletű (150C feletti) vízének, vízgőzének hasznosítása elektromos áram termelésre geotermikus hőerőművekben.
  • Földfelszín közeli víz- vagy földhőmérséklet alkalmazása épületek belső hőmérsékletének szabályozására
 
Gazdaságossági szempontok

A geotermikus talajszondás rendszerek a jelenleg ismert leghatékonyabb fűtési és hűtési megoldást kínálják. A hatékonyság legfontosabb alapja a talaj stabil hőmérséklete, mely télen 0-10 C, nyáron pedig 15-20 C-os hőmérsékletszintet biztosít. Pontos méretezéssel és anyag/termékválasztással 4-7 közötti fűtési COP (hatékonysági) mutató és 4-8 közötti hűtési EER (hatékonysági) mutató érhető el. Ez azt jelenti, hogy egységnyi elektromos energiából sokszor annyi hő/hűtési energia nyerhető ki. Az alábbiakban egy 100 és egy 500 kW-os fűtési/hűtési rendszer gazdaságossági összehasonlítását mutatjuk be:

Geotermikus Gazdaságossági szempontok

Tervezés

Egy talajszondás hőszivattyús rendszer tervezése összetett feladat. Részben geológiai és részben épületgépészeti vonatkozásai vannak. Cégünk a VDI4640 német szabvány előírásai szerint méretezi a talajszonda mezőket. Egy földhőszonda telepítésekor az irányadó paraméter a talaj (földtani közeg) hővezető képessége. A hőszivattyús rendszerekhez kapcsolódó földhőszonda méretezését a talaj hővezető képességének pontos ismerete határozza meg. Ezeket az értékeket vagy egyedileg készített szondateszt eredményből, vagy a folyamatosan bővülő adatbázisunkból nyerjük, mely korábbi teszteredmények alapján készül.

Szondateszt

A szondateszteket egy német fejlesztésű (UBEG) mérőgép és a Geort Kft közreműködésével végezzük. Az elkészült szondateszt alapján EED szoftverrel 25 évre modellezzük az adott szondamező működését. Ezen adatok/eredmények birtokában képesek vagyunk az optimális talajszonda rendszer méretét (talajszonda mennyiségét) meghatározni.

Hidraulikai méretezés

A tervezés másik fontos eleme a hidraulikai méretezés. A hidraulikai méretezés alapján kell biztosítanunk a talajszondában a turbulens áramlást, nagy csődimenziókkal a lehető legalacsonyabb ellenállást (alacsony szivattyú munkát), a fagyvédelmet a lehető legkevesebb fagyállóval és a hőszivattyú hőcserélőjében a megfelelő áramlást. Erre a feladatra saját fejlesztésű számító szoftvert alkalmazunk, mely együtt veszi figyelembe az itt leírt szempontokat.

Engedélyeztetés

Magyarországon a talajszonda rendszereket a Bányakapitányságnál (5 regionális hatóság) kell engedélyeztetni. Ez a hatóság szükség esetén bevonja a még érintett egyéb szakhatóságokat az eljárásba. Cégünk a sorozatos engedélyeztetések okán minden regionális kapitánysággal munkakapcsolatban áll és folyamatos egyeztetés alapján gyors és hatékony eljárást tud biztosítani üzleti partnereinek.

Kivitelezés

Geotermikus fúrás

Geotermikus talajszondák fúrását általában két technológia felhasználásával végezzük. A könnyebben fúrható talajrétegek esetében vízöblítéses technológiát alkalmazunk, melynek során a fúrószár belsejében áramlik lefelé a fúrófolyadék, majd a fúrószár mellett felfelé haladva tör a felszínre. Ez a fúrófolyadék hozza fel (mossa ki) a kifúrt anyagot (fúróiszap). Ezt a keringtetést a fúróiszap szivattyú végzi. A fúrófej többféle lehet a fúrási nehézség szerint. Vízöblítéses fúrás esetében 3 kategóriát különböztetünk meg a nehézségi fok szerint. A fúrási kategóriák között jelentős időbeli, szerszám használati, így árkülönbség van. A köves, sziklás területeken csak légöblítéses (kalapácsos) technológia alkalmazható. Ebben az esetben az öblítést, azaz a kifúrt anyag felszínre kerülését a fúrószár belsejében generált légnyomás biztosítja. A szükséges légnyomást kompresszorral állítjuk elő és a fúrást, azaz a kőréteg bontását ütvefúrással végezzük. Ez a technológia a kiegészítő berendezések, a többlet energia illetve a sokkal hosszabb technológiai időigénye miatt jelentősen költségesebb.

Tömedékelés

A német VDI4640-es szabvány pontosan rögzíti, hogy a furatot, a szonda elhelyezés után milyen módon kell kitölteni, azaz tömedékelni. A tömedékelésnek két fontos szerepe is van, mégpedig a talaj-rétegek egymástól való elválasztása (környezetvédelmi szempont), a másik pedig a jó hővezetés. Ennek megfelelően komoly cégek egyre kifinomultabb anyagokat állítanak elő kimondottan ezen igények kielégítésére. Cégünk a sokéves tapasztalatok alapján a Geort Mix Premium típusú, kiváló minőségű és hővezetésű anyaggal tömedékeli a furatokat, amely akár 20-25%-kal magasabb teljesítményt garantál. A furatok tömedékelése kivétel nélkül a VDI4640 szerint, alulról felfelé történik, a teljes kitöltés érdekében.

A fúrás és tömedékelés mellett nagy jelentőséget tulajdonítunk a talajszondák szakszerű összekötésének. A műanyag hegesztéseket elektrofittingekkel végezzük. Az alkalmazott FRANK GET Control hegesztőgép minden hegesztésről ripotot készít, ami később kimenthető az eszközből. A vízszintes összekötéseket a talajszint alatt 1 m-rel vezetjük. A -1 m-es mélység biztosítja a külső hatásokkal szembeni biztonságot, illetve hőtechnikai szempontból kizárja a veszteségeket. A vízszintes összekötések is PE100 RC anyagból készülnek, mely egy jelentősen ellenálló anyagminőség és nem igényel homokterítést. Ennek ellenére amennyiben a talajminőség indokolja, a vízszintes összekötéseket homokágyban vezetjük. A vízszintes összekötések felett 20-50 cm-rel zöld jelzőszalagot helyezünk el.

Osztógyűjtő elhelyezés, összekötés

A geotermikus rendszerek telepítése során a talajköri osztó-gyűjtőknek két fajtáját szoktuk alkalmazni. Magasabb szondaszám esetén az épületen kívül, földben elhelyezett osztó-gyűjtő aknát, míg kevesebb szonda esetén az épületen belül elhelyezett, előre szerelt osztó-gyűjtőt alkalmazunk. A megfelelő, gazdaságos és biztonságos üzem megvalósítására minden egységet hőmérséklet és nyomásmérő műszerekkel, és elzáró szerelvényekkel látunk el, valamint szonda körönként – a beszabályozáshoz szükséges – rotaméteres térfogatáram mérőket, és gömbcsapokat szerelünk fel. A rotaméteres beállító egység 5-42 l/min értékek közötti beállítást tesz lehetővé.

Az osztó-gyűjtőtől induló gerincvezeték közvetíti az összegyűjtött hőt a hőközpont felé. Ez a vezetékpár is PE100 anyagból készül, elektrofittinges, hegesztett kötésekkel. Az épületbe történő bevezetésnél a szakszerű falátvezetéshez előre elhelyezett védőcső szükséges. A védőcső és a haszncső között gumiharang, vagy előfeszíthető gumitömítéses tömítőelem biztosítja a vízzáróságot. Ajánlatunk tartalmazza a szükséges tömítőelemet, de az épületszerkezetbe beépítendő vak- vagy védőcsövet nem. Az általunk alkalmazott tömítő elemek 63-as átmérőig NA110 (belső átmérő: 100 mm) védőcsövet igényelnek.

Feltöltés

A rendszer fagyálló feltöltését ipari feltöltő berendezéssel végezzük, hosszú keringtetéssel, így biztosítjuk a lehetőségekhez mért legkevesebb mikrobuborékot a fagyálló folyadékban. A fagyállóság mértéke függ a számításokban szereplő fűtési primer hőmérsékletektől, valamint az aktuálisan ajánlott hőszivattyú gyártói előírásától. A fagyálló folyadék típusát és a fagyállóság fokát az ajánlatunk részletesen tartalmazza.

Talajszondás rendszerre a kivitelezés befejezésekor használatba vételi engedélyt kell kérni a bányakapitánysági hatóságtól. A használatba vételi engedélyt a rendszer beüzemelése után lehet igényelni.

Anyagfelhasználás

Munkáink során csak és kizárólag VDI4640 szabvány szerint minősített termékeket építünk be. Nagy jelentőséget tulajdonítunk a sok éves tapasztalat alapján, csúcstechnológiával előállított anyagminőségnek. Folyamatosan figyelemmel kísérjük és követjük a szakmai újdonságokat és technológiai újításokat. Mind a műanyag rendszerek, mind a hőszivattyúk vonatkozásában több jelentős európai beszállító termékeivel dolgozunk, mely cégek egyedi feltételeket biztosítanak részünkre.