Energia geotermalna w klasycznym ujęciu jest ciepłem pochodzącym z wnętrza Ziemi będącym efektem aktywności jego jądra, zgromadzonym w skałach i w wodach.
W naszym kraju ze względu na uwarunkowania geologiczne, wody geotermalne mają temperaturę w granicach 20÷100 ºC, co uniemożliwia wykorzystanie ich do produkcji energii elektrycznej. Nadają się za to do produkcji ciepła:
Zalety:
– odnawialność zasobów,
– użytkowanie przyjazne środowisku,
– możliwość pozyskiwania w pobliżu odbiorcy,
– brak wrażliwości na warunki klimatyczne,
– możliwość budowy na ich bazie instalacji osiągających znaczne moce cieplne.
W Polsce wykorzystanie tego typu energii jest możliwe na obszarze Niżu Polskiego, w Sudetach i Karpatach.
Wykorzystanie zasobów energii geotermalnej (rozumianej jako energia pochodząca z wnętrza Ziemi) nie dotyczy rejonów województwa podlaskiego, gdzie stosowane są tzw. pompy ciepła. Służą one do wykorzystania energii Słońca, które ogrzewa wierzchnią warstwę naszej planety i jest akumulowana w jej zewnętrznej warstwie o grubości około 10 metrów oraz w powietrzu atmosferycznym.
POMPA CIEPŁA jest nowoczesnym i w pełni bezobsługowym urządzeniem, które samodzielnie może ogrzewać dom i zapewnić ciepłą wodę użytkową. Pompy ciepła są urządzeniami pozwalającymi na transformację ciepła ze źródeł niskotemperaturowych, tzw. dolnych źródeł ciepła, na wyższy poziom energetyczny, określany pojęciem górnego źródła ciepła.
Zasada działania:
Sprężarkowa pompa ciepła działa identycznie jak klasyczne sprężarkowe urządzenia chłodnicze, czyli lodówka. Inny jest tylko sposób zagospodarowania uzyskiwanego ciepła i “zimna”. W pompie ciepła parownik służy do pozyskiwania, przy niskiej temperaturze, ciepła z otoczenia. W skraplaczu to samo ciepło oddawane jest, przy wyższej temperaturze, do ogrzewanego medium. “Transport ciepła” od niższej do wyższej temperatury realizowany jest w zamkniętym obiegu termodynamicznym, w którym krąży w sposób ciągły czynnik roboczy, będący nośnikiem energii cieplnej.
Rysunek źródło: www.ochsner.at
Podlega on następującym po sobie przemianom termodynamicznym, stanowiącym zamknięty lewobieżny obieg termodynamiczny. Sprężarka pompy ciepła zasysa pary czynnika chłodniczego z parownika przy niskim ciśnieniu (około od 3 bar do 6 bar) i temperaturze (około od -5°C do 5°C) i spręża do wysokiego ciśnienia (około 25 bar) i temperatury (około 90°C). Za sprężarką pary czynnika są przegrzane. Pary te są skraplane w skraplaczu, oddając ciepło przy temperaturze około 60°C wodzie lub powietrzu wykorzystywanemu do grzania. Skroplone pary czynnika chłodniczego są dławione w zaworze rozprężnym do niskiego ciśnienia i temperatury panującej w parowniku. W parowniku ciecz czynnika chłodniczego odparowuje, przy czym ciepło potrzebne do parowania pobiera z obiegu dolnego źródła. “Pompowanie ciepła” odbywa się kosztem energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę. O efektywności transformacji ciepła (stosunek ilości energii cieplnej uzyskanej w skraplaczu pompy do ilości energii doprowadzonej do napędu sprężarki), decyduje różnica między temperaturami górnego i dolnego źródła. Mniejsza różnica powyższych temperatur gwarantuje wyższą efektywność pracy pompy ciepła. Dlatego też, pompa ciepła najefektywniej pracuje w układach grzewczych niskotemperaturowych (w których dla uzyskania temperatury komfortu w pomieszczeniach wystarczająca jest temperatura zasilania instalacji C.O. rzędu 35°C ÷ 45°C, przy współpracy z dolnym źródłem ciepła o temperaturze nie niższej niż około 0°C. O efektywności pracy pompy ciepła mówi tzw. współczynnik efektywności (COP), określający stosunek energii cieplnej uzyskanej (Qk) do energii elektrycznej pobranej przez silnik sprężarki (Pe). Pompa ciepła jest nowoczesnym, ekologicznym, tanim w eksploatacji i w pełni bezobsługowym urządzeniem, które samodzielnie może ogrzewać dom i zapewnić ciepłą wodę użytkową C.W.U. Zasadę budowy i działania pompy ciepła obrazuje poniższy rysunek:
Rysunek źródło: www.ochsner.at
Praca pomp ciepła jest nierozerwalnie związana z dostarczaniem energii elektrycznej do układu. Około 75% energii bowiem, pobierane jest z naturalnego otoczenia, pozostałe 25% dostarcza prąd elektryczny, niezbędny do napędu sprężarki w pompie ciepła, czyli z 1 kWh energii elektrycznej otrzymujemy ok. 4 kWh energii cieplnej. W efekcie koszt energii z pompy ciepła wynosi 25% kosztu energii elektrycznej i około 60% kosztu energii zawartej w gazie ziemnym. Szeroki zakres mocy grzewczych produkowanych pomp ciepła, umożliwia zastosowanie ich zarówno w domach jednorodzinnych, jak i w dużych obiektach i zakładach przemysłowych.
Pompa ciepła może pobierać ciepło bezpośrednio z gruntu przy pomocy ułożonych w nim, poziomych lub pionowych, gruntowych wymienników ciepła, z wody podskórnej w układzie dwóch studni lub powietrza. Najtańszym w wykonaniu i najkorzystniejszym w eksploatacji, jest rozwiązanie polegające na pobieraniu ciepła z wody podskórnej, w układzie dwóch studni wierconych, pozwalających na bezpośredni odzysk depta zawartego w wodzie gruntowej. Woda, o średniorocznej temperaturze około 80°C, pobierana z jednej studni przepływa przez parownik pompy ciepła, w którym zostaje ochładzana, oddając pompie ciepło potrzebne do zmiany faz czynnika. Następnie ta sama ilość wody (ok. 0,25 m3/h na 1 kW mocy grzewczej) zostaje ponownie oddana do tej samej warstwy wodonośnej, przez drugą studnię zwaną zrzutową, lub też jeśli istnieje taka możliwość do pobliskiego zbiornika wodnego.
Dolne źródło ciepła powinno charakteryzować się:
– dużą pojemnością cieplną,
– możliwie stałą i wysoką temperaturą,
-brakami zanieczyszczeń mogących powodować korozję elementów lub powstanie osadów,
– łatwą dostępnością i niskimi kosztami instalacji służącej do pozyskiwania i transportu ciepła.
Dolnym źródłem w przypadku instalacji przemysłowych może być również ciepło towarzyszące różnym procesom technologicznym:
– zakumulowane w wodach kopalnianych w kopalniach węgla,
– zakumulowane w ściekach porafineryjnych w rafineriach,
– zakumulowane w ściekach w oczyszczalniach ścieków,
– z procesu schładzania wody chłodzącej turbiny w elektrowniach,
– z procesu schładzania mleka w mleczarniach.
Zalety instalacji pompy ciepła:
– Dostarcza prawie darmową energię, pobierając ją ze źródła – środowiska.
– Jest wygodna i czysta – nie wymaga instalowania komina czy dodatkowego systemu wentylacji, nie wydziela zapachów; jest w pełni zautomatyzowana, nie potrzebuje konserwacji ani okresowych przeglądów.
– Pracuje cicho – nie jest dokuczliwa dla otoczenia.
– Jest bezpieczna dla środowiska – nie emituje sadzy, ani spalin, nie zanieczyszcza więc otoczenia; układ grzewczy zasilany przez nią jest ekologiczny.
– Pozwala uniezależnić się od wzrostu cen paliw (gazu, oleju opałowego) spowodowanych na przykład wyczerpywaniem się zasobów naturalnych czy międzynarodowymi konfliktami gospodarczymi.
– Sprawność pompy ciepła w miarę upływu czasu nie spada – jest stała w całym okresie jej eksploatacji.
Wady instalacji pompy ciepła:
– Sprężarka będąca częścią urządzenia wykorzystuje energię elektryczną – brak zasilania i instalacji wspomagającej (agregat prądotwórczy, baterie słoneczne) powoduje przerwanie pracy układu.
– Jest droga – ponad 30% droższa od dobrej klasy tradycyjnego układu kotłowego (koszt porównywalny z kotłem kondensacyjnym i instalacją na propan-butan, ale eksploatacja kilkakrotnie tańsza).
– Niewielu fachowców potrafi zaprojektować układ z pompą ciepła tak, aby w pełni zaspokajał potrzeby domowników – dostarczał ciepłą wodę i zapewniał komfort termiczny w pomieszczeniach.