Geotermalni sistemi

Geotermalni sistemi – toplotne črpalke zemlja/voda z geosondo
Za geotermalno toplotno črpalko najpogosteje potrebujemo vertikalni zemeljski kolektor ali geosondo, nameščeno pod zemljo. Sestavljata jo odvodna in dovodna cev, povezani s toplotno črpalko. Po ceveh geosonde se pretaka tekoči medij (mešanica vode in sredstva proti zmrzovanju), s pomočjo katerega se prenaša geotermalna energija, shranjena v kamninah in/ali v vodi v zemlji.
Prejeto geotermalno energijo toplotna črpalka pretvori in odda radiatorskemu ali talnemu sistemu ogrevanja ali pa se uporabi za ogrevanje tople sanitarne vode.

Kako pa deluje hlajenje z geosondo?
Z geosondo je mogoče prostor tako ogrevati kot tudi hladiti. Poleti lahko namreč takšen sistem z geosondo deluje v obratnem načinu kot pozimi. Saj je zemlja poleti hladnejša od zraka. Geotermalni sistem zato odvečno toploto odvaja iz objekta in jo odlaga globoko v zemljo.

Geosonde uvrščamo med zaprte geotermalne toplotne sisteme.
Zaprti geotermalni toplotni sistemi delujejo na principu prenašanja geotermalne energije iz določene globine pod površjem. Ti imajo mrežo cevi izdelanih iz materialov (npr. jeklo, baker in PEHD), in napolnjenih z delovno tekočino (etilen, glikol). Kot taki imajo vlogo toplotnega izmenjevalca. Ta deluje kot prenosnik toplote, ki toploto prenaša iz podzemlja v toplotne črpalke po bodisi horizontalno nameščenih (zemeljski kolektor) ali vgrajenih v vertikalne vrtine (geosonde) ceveh.

Voda z dodanim okolju neškodljivim proti zamrzovalnim sredstvom, se v zemljini notranjosti ogreva in se na to segreta prenaša na površino po vzporedni cevi, kjer priteče do toplotne črpalke. Globina in premer vrtin sta odvisna od prostorov ogrevanja in njihove potrebne toplotne moči. Vrtine imajo premer vrtanja običajno 152 mm, geosonde pa se vgrajujejo nekje na globini od 80-100 m, nekatere tudi do 150 m.

Geosonde morajo biti odporne na potencialne nevarnosti na globini, saj morajo ostati nepoškodovane pod vplivom tlaka, vlage in škodljivcev.
Vgrajevanje poteka tako, da se v globino namesti geosonda in se s polnilno maso zapolni prazen prostor med cevmi in steno vrtine, ki fiksira sistem. Na ta način se izboljša učinek prenašanja toplote zaradi prevodnosti. Material za polnjene medprostora je beton in mešanice iz betonita. Medij za prenos toplote je okolju neškodljiv, prav tako pa pri vgradnji poskrbimo za minimalno obremenjevanje okolja.

Odvzem toplote iz zemlje je odvisen od lastnosti zemlje in znaša v povprečju od 40 do 100 W/m dolžine sonde oziroma globine tal. Če se nahajamo na vodnatem področju, so možne večje vrednosti. Količina vode in poroznost tal ima velik vpliv na toplotno prevodnost.

Odvzem toplote je sledeč:
-Suha peščena tla: 20 W/m
-Vlažna peščena tla: 40 W/m
-Vlažna kamnita tla: 60 W/m
-Tla s podtalnico: 80 – 100 W/m

Temperatura zemlje na globini 15 m je celo leto cca. 10 °C in je konstantna, približno vsakih 33 m globine pa se temperatura dvigne za 1 °C.