ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία Μαχαίρα Σουλτάνα-Μάρθα, ΑΕΜ 5419 Σιµούλη Ασπασία, ΑΕΜ 5493 Επιβλέπων: Χατζηαθανασίου Βασίλειος Επίκουρος Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2009

2 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία Μαχαίρα Σουλτάνα-Μάρθα, ΑΕΜ 5419 Σιµούλη Ασπασία, ΑΕΜ 5493 Επιβλέπων: Χατζηαθανασίου Βασίλειος Επίκουρος Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2009

3 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διπλωµατική δεν θα ήταν δυνατό να υλοποιηθεί χωρίς την πολύτιµη βοήθεια ορισµένων ανθρώπων τους οποίους και θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε δηµοσίως. Καταρχάς, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τον υπεύθυνο της διπλωµατικής µας κ. Χατζηαθανασίου Βασίλειο, επίκουρο καθηγητή του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών Α.Π.Θ, για την εµπιστοσύνη που µας έδειξε αναθέτοντας µας την παρούσα διπλωµατική εργασία καθώς και για την επιστηµονική εποπτεία του. Επιπλέον, θα θέλαµε να εκφράσουµε τις ευχαριστίες µας στον κ. Χατζάργυρο Γεώργιο, τ. Τεχνικό ιευθυντή της µονάδας Συµπαραγωγής της εταιρείας AGRITEX ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε, ο οποίος µε την καθοδήγηση του και την υποµονή του συνέβαλε καθοριστικά στην ολοκλήρωση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. Θερµές ευχαριστίες οφείλουµε επίσης στον κ. Παπακώστα Κωνσταντίνο, επίκουρο καθηγητή του τµήµατος Μηχανολόγων Μηχανικών Α.Π.Θ, και στον κ. Κολιό Νικόλαο, ρ. Γεωλόγος-Ερευνητής του Ινστιτούτου Γεωλογικών Και Μεταλλευτικών Ερευνών, για την ανιδιοτελή προσφορά των γνώσεων τους και τον πολύτιµο χρόνο που µας διέθεσαν ώστε να αποκτήσουµε το κατάλληλο θεωρητικό υπόβαθρο στον τοµέα υπολογισµού των απωλειών θερµότητας και της γεωθερµίας αντίστοιχα. Από τα βάθη της ψυχής µας, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τις οικογένειες µας που ήταν πάντα αρωγοί και συµπαραστάτες των προσπαθειών µας και όλους τους φίλους µας για την ψυχολογική υποστήριξη και την υποµονή τους. Τέλος, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε η µια την άλλη για την άψογη συνεργασία κατά την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής που επισφράγισε την υπέροχη σχέση που καλλιεργήθηκε στη διάρκεια της φοιτητικής µας ζωής. Μαχαίρα Τάνια Σιµούλη Άσπα Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2009.

4 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 4 Εισαγωγή Στόχος της παρούσας διπλωµατικής εργασίας αποτελεί η πρόταση εναλλακτικού συστήµατος θέρµανσης θερµοκηπίου που βρίσκεται στην Αλεξάνδρεια Ηµαθίας και θα αξιοποιεί τη γεωθερµία της περιοχής. Στην υπάρχουσα εγκατάσταση εφαρµόζεται µέχρι σήµερα τεχνολογία συµπαραγωγής για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία πωλείται στον ΕΣΜΗΕ, και θερµότητας που διοχετεύεται στον χώρο καλλιέργειας (θερµοκήπιο). Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται εν συντοµία το θερµοκήπιο και αναλύονται τόσο τα κέρδη όσο και οι απώλειες θερµότητας του. Για τον υπολογισµό των απωλειών θερµότητας ακολουθούνται τρείς διαφορετικές µέθοδοι. Στην πρώτη µέθοδο αναλύονται οι επιµέρους θερµικές απώλειες του θερµοκηπίου και υπολογίζεται η απαιτούµενη ισχύς για την θέρµανση του. Στη δεύτερη µέθοδο χρησιµοποιούνται οι βαθµοώρες (Β.Ω) του έτους , ενώ στην τρίτη µέθοδο χρησιµοποιούνται οι Β.Ω της δεκαετίας για την εξαγωγή συµπερασµάτων σε βάθος χρόνου. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθεται ο ορισµός, τα χαρακτηριστικά και τα πλεονεκτήµατα της γεωθερµίας. Στην συνέχεια προσδιορίζεται η γεωγραφική θέση και αναλύονται οι ιδιότητες του χρησιµοποιούµενου γεωθερµικού πεδίου. Τέλος, γίνεται µια σύντοµη παρουσίαση τόσο των πρώτων όσο και των σύγχρονων εφαρµογών της γεωθερµίας και αναφέρεται το ισχύον νοµοθετικό πλαίσιο. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η αντλία θερµότητας, η οποία αποτελεί και τη βασική µονάδα του γεωθερµικού συστήµατος θέρµανσης. Αναλυτικότερα, παρατίθεται ο ορισµός της αντλίας θερµότητας και αναλύεται ο ψυκτικός κύκλος, στον οποίο και στηρίζεται η λειτουργία της. Επιπλέον γίνεται αναφορά στα διάφορα είδη πηγών και ακροδεκτών θερµότητας βάσει των οποίων προκύπτει και η διάκριση των ειδών των αντλιών θερµότητας. Τέλος αναφέρονται τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα που προκύπτουν από τη χρήση τους. Το τέταρτο κεφάλαιο πραγµατεύεται το προτεινόµενο σύστηµα θέρµανσης, το οποίο αποτελείται από δύο µέρη: ένα ανοιχτό (γεώτρηση) και ένα κλειστό (γεωεναλλάκτης). Το συγκεκριµένο σύστηµα είναι αυτό που προορίζεται για την κάλυψη του θερµικού φορτίου βάσης. Το θερµικό φορτίο αιχµής προτείνεται να καλυφθεί µε συµβατικό σύστηµα λέβητα-καυστήρα. Επίσης, γίνεται αναφορά στο κύκλωµα κυκλοφορητών το οποίο είναι αναγκαίο για την κυκλοφορία του νερού στο σύστηµα θέρµανσης. Στο πέµπτο κεφάλαιο υπολογίζεται το κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας του προτεινόµενου γεωθερµικού συστήµατος. Παρουσιάζεται, επίσης, το κόστος λειτουργίας του υπάρχοντος συστήµατος θέρµανσης το οποίο και συγκρίνεται µε το αντίστοιχο του γεωθερµικού, ενώ στην τελευταία παράγραφο εξάγονται συµπεράσµατα σχετικά µε την µελέτη που εκπονήθηκε. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο της παρούσας διπλωµατικής επισηµαίνονται τα οφέλη από τη χρήση γεωθερµίας και συνοψίζονται τα χαρακτηριστικά του προτεινόµενου συστήµατος. Τέλος δίνεται έναυσµα για περαιτέρω έρευνα συστηµάτων θέρµανσης που συνδυάζουν την γεωθερµία µε άλλες ανανεώσιµες πηγές ενέργειας.

5 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 5 Abstract The aim of the following thesis is the proposal of an alternative heating system which is going to be applied on a greenhouse, located in Alexandria Imathias, Greece. The proposed system is going to utilize the geothermal energy of the region. In the existing installation, a co-production technology is applied in order to produce electric energy, which is sold to the National Greek Energy System. Simultaneously, the heat that is produced is sent to the greenhouse. In the first chapter, a brief description of the greenhouse is presented and both the profits and losses of heat are analyzed. In order to calculate the heat loss, three different methods are followed. In the first method, before of the calculation of the exact amount of power that is required for heating, the individual heat loss emissions are analyzed. The second method is based on the use of degree-hours (D.H) of the year , while in the third method degree-hours of the decade are used. The second chapter lists the definition, the characteristics and the advantages of geothermal energy. Afterwards, the exact geographic location of the drilling used and the attributes of the geothermal field are determined. Finally, the last part of the second chapter presents the first applications and the development of geothermal energy throughout the years and, also, indicates the current legislative framework. In the third chapter, the heat pump, which constitutes the basic unit of the geothermal heating system, is described. In sequence, the third part consists of the definition of the heat pump and the analysis of the refrigeration cycle. This is where heat pump s operation is based on. Additionally, the different types of heat pumps and the advantages and disadvantages of their use are listed. The fourth chapter deals with the proposed heating system, which consists of two parts: one open (drilling) and one closed (geo exchange). This particular system is going to be used in order to cover the base heat load, while the peak of the required heat is proposed to be covered by conventional burner-boiler system. The necessary amount of circulators needed for the circulation of water in the heating system is estimated in the last part of this chapter. In the fifth chapter, an attempt to estimate both the installation and the operating cost of the proposed system is made. This chapter, also, presents the operating cost of the existing heating system which is eventually compared with the equivalent cost of the geothermal. Finally conclusions on the study are drawn. The sixth chapter of this thesis highlights the benefits of using geothermal energy and summarizes the characteristics of the proposed system. Finally, it gives trigger for further investigation on the heating systems that combine geothermal with other renewable energy sources.

6 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 6 Περιεχόμενα 1 Υπολογισµός θερµικών απωλειών Περιγραφή θερµοκηπίου Προσαγωγή Θερµότητας στο Θερµοκήπιο Απώλειες θερµότητας από το θερµοκήπιο Πρώτη Μέθοδος εύτερη Μέθοδος Τρίτη Μέθοδος Γεωθερµία Χαρακτηριστικά Γεωθερµίας Ορισµός γεωθερµίας Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα Εφαρµογές Γεωθερµίας Ιστορική αναδροµή - Πρώτες εφαρµογές Σύγχρονες εφαρµογές Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Θερµική Παραγωγή Γεωθερµικό πεδίο λεκάνης Θεσσαλονίκης Γεωθερµική παραγωγική γεώτρηση ΓΝ-1Π Γεωγραφική θέση και κατασκευή της ΓΝ-1Π οκιµαστική άντληση κατά βαθµίδες οκιµαστική άντληση µε σταθερή παροχή Χηµική σύσταση του νερού της γεώτρησης ΓΝ-1Π Νοµοθεσία Ισχύον νοµοθετικό πλαίσιο Επιχορηγήσεις στον τοµέα της γεωθερµίας Αντλίες Θερµότητας Ορισµός Αρχές Λειτουργίας Ορισµός Αντλίας Θερµότητας Αρχές λειτουργίας-βαθµός επίδοσης Ψυκτικά ρευστά Ο ψυκτικός κύκλος συµπίεσης ατµών Οι πηγές και οι αποδέκτες θερµότητας Αέρας Νερό Έδαφος Οριζόντιος Γεωεναλλάκτης... 76

7 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Κάθετος Γεωεναλλάκτης Σπειροειδής Γεωεναλλάκτης Ήλιος Τύποι Συστηµάτων µε Αντλίες Θερµότητας Πηγή - αποδέκτης θερµότητας Αντλία θερµότητας αέρα-αέρα Αντλίες θερµότητας αέρα-νερού Αντλίες θερµότητας νερού-αέρα Αντλίες θερµότητας νερού-νερού Αντλίες θερµότητας εδάφους-νερού Αντλίες θερµότητας εδάφους-αέρα Κατασκευή Μέγεθος Αντλίες θερµότητας σε συστήµατα θέρµανσης κτιρίων ιαστασιολόγηση των αντλιών θερµότητας Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα Αντλίας Θερµότητας Επιλογή συστήµατος θέρµανσης Ενεργειακή αξιοποίηση της γεώτρησης ΓΝ-1Π Ανοιχτό Κύκλωµα Υπολογισµός θερµοενεργειακού φορτίου της ΓΝ-1Π Υποβρύχια Αντλία Πλακοειδής εναλλάκτης Αντλία Θερµότητας Επιλογή και εγκατάσταση γεωεναλλάκτη Κλειστό Κύκλωµα Κυκλοφορητές οχείο Αδράνειας ή ιαστολής Λέβητες - Καυστήρες Φυσικού Αερίου Σύστηµα ιανοµής Θερµότητας Οικονοµικά Στοιχεία Συµπεράσµατα Σύνοψη ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Α.1 Πρώτη Μέθοδος Α.1.1 Πίνακες Υπολογισµού Απωλειών Ισχύος Α.1.2 ιαγράµµατα Απωλειών Ισχύος Α.2 εύτερη Μέθοδος Α.3 Τρίτη Μέθοδος Α.4 Σύγκριση Μεθόδων ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β Β.1 Εναλλάκτης Θερµότητας

8 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 8 Β.2 Κυκλοφορητές Β.3 οχείο Αδράνειας Β.4 Σύστηµα Λέβητα-Καυστήρα Β.4.1 Λέβητας Β.4.2 Καυστήρας Β.5 Σύστηµα ιανοµής Θερµότητας Βιβλιογραφία

9 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 9 1 Υπολογισµός θερµικών απωλειών Τα περισσότερα φυτά, που καλλιεργούνται στην ύπαιθρο, είναι προσαρµοσµένα στις τοπικές κλιµατικές συνθήκες. Στην περίπτωση που χρειάζεται παραγωγή φυτών σε αντίξοες συνθήκες ή εκτός της εποχής τους επιβάλλεται η χρήση θερµοκηπίων. Στο εσωτερικό τους υπάρχει δυνατότητα ρύθµισης της θερµοκρασίας σε επιθυµητά επίπεδα και κατά συνέπεια η δηµιουργία ενός απόλυτα ελεγχόµενου περιβάλλοντος. Για να επιτευχθεί η επιθυµητή αυτή θερµοκρασία πρέπει να ληφθεί υπόψη η ροή θερµότητας από το θερµοκήπιο προς το περιβάλλοντα χώρο και αντιστρόφως. Η ροή αυτή πραγµατοποιείται µε: Ακτινοβολία. Είναι ο µηχανισµός µετάδοσης θερµότητας από ένα σώµα σε ένα άλλο µέσω ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. Αγωγή. Είναι ο µηχανισµός µε τον οποίο η θερµότητα διαχέεται σε ένα στερεό η σε ακίνητο ρευστό, όταν στο µέσο υπάρχει θερµοκρασιακή κλίση. Μετακίνηση µάζας αέρα. Εξάτµιση νερού. 1.1 Περιγραφή θερµοκηπίου Η ήδη υπάρχουσα εγκατάσταση αποτελεί µια µονάδα συµπαραγωγής ηλεκτρισµού και θερµότητας της εταιρίας AGRITEX ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε. µε χρήση φυσικού αερίου. Η µονάδα, βρίσκεται στην Αλεξάνδρεια Ηµαθίας και αποτελεί πρότυπη µονάδα συµπαραγωγής για τα Ελληνικά δεδοµένα, καθώς συνδυάζει την συγκεκριµένη τεχνολογία µε την αγροτική καλλιέργεια. Στην υπάρχουσα εγκατάσταση χρησιµοποιείται η παραγόµενη θερµότητα για την καλλιέργεια τοµάτας σε ελεγχόµενα θερµαινόµενο θερµοκήπιο, ενώ η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια πωλείται στον ΕΣΜΗΕ. Συγκεκριµένα, η µονάδα διαθέτει θερµοκήπιο 100 στρεµµάτων για την παραγωγή τοµάτας µε τη µέθοδο της υδροπονίας. Υδροπονία είναι η καλλιέργεια φυτών σε υποστρώµατα εκτός του εδάφους. Στην συγκεκριµένη εγκατάσταση οι τοµάτες καλλιεργούνται σε υποστρώµατα πετροβάµβακα. Η εγκατεστηµένη µονάδα χρησιµοποιεί για την θέρµανση του νερού, τρεις µηχανές εσωτερικής καύσης ως µονάδες βάσης και δύο λέβητες (Boilers) ως µονάδες αιχµής. Οι µηχανές εσωτερικής καύσης και οι λέβητες χρησιµοποιούν ως καύσιµο το φυσικό αέριο. Κάθε µηχανή εσωτερικής καύσης είναι συνδεδεµένη µε µια γεννήτρια.

10 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 10 Η µονάδα επίσης παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Μετά το φιλτράρισµα των καυσαερίων παράγεται καθαρό διοξείδιο του άνθρακα και ένα πολύ µικρό ποσοστό οξειδίων του αζώτου. Τα φιλτραρισµένα καυσαέρια απελευθερώνονται στο θερµοκήπιο, όποτε και όσο χρειάζεται, για την καλύτερη ανάπτυξη της καλλιέργειας τοµάτας. Εικόνα 1-1. Θερµοκήπιο AGRITEX.

11 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Προσαγωγή Θερµότητας στο Θερµοκήπιο Η προσαγωγή της θερµότητας στο θερµοκήπιο οφείλεται σε πολλούς παράγοντες. Αναλυτικά αυτοί είναι οι εξής: 1) Η ηλιακή ακτινοβολία, η οποία χωρίζεται στην άµεση και διάχυτη. Αποτελεί την κύρια πηγή θερµότητας του θερµοκηπίου κατά τη διάρκεια της ηµέρας. Η θερµότητα αυτή δίνεται από τον τύπο: q 1 =α *Τ *Ι (1.1) όπου α η επιφάνεια του θερµοκηπίου σε m 2 T το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που διαπερνά τη διαφανή κάλυψη του θερµοκηπίου και Ι η ένταση της ακτινοβολίας σε Kcal/h*m 2 Από το συνολικό διαθέσιµο ηλιακό φως δεν περνάει τελικά όλο στο εσωτερικό του θερµοκηπίου όπως επίσης και δεν απορροφάται το 100% από τα φυτά. Μόνο ένα ποσοστό της τάξης του 30% τελικά είναι αυτό που θερµαίνει ουσιαστικά το θερµοκήπιο, καθώς σύµφωνα µε τον S.Warren Wilson,1979, η ηλιακή ενέργεια ακολουθεί µια πορεία µέσα στο θερµοκήπιο που φαίνεται στο Σχήµα ) Η θερµότητα q 2 η οποία προέρχεται από το εσωτερικό της γης. Θεωρείται όµως αµελητέα, γιατί αντιπροσωπεύει το 0,02% των απαιτήσεων του θερµοκηπίου σε θέρµανση. 3) Η θερµότητα q 3 που οφείλεται στην αναπνοή των φυτών. Και αυτή αµελείται στους υπολογισµούς καθώς αντιπροσωπεύει το 0,3-0,4% της θερµότητας, που προστίθεται στο θερµοκήπιο λόγω ηλιακής ακτινοβολίας. 4) Η θερµότητα q 4 που οφείλεται στα θερµαντικά µέσα όταν η θερµοκρασία πέσει κάτω από την επιθυµητή (σύστηµα θέρµανσης).

12 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 12 ιαθέσιµο φως(100%) Φως που διαπερνάει το θερµοκήπιο (70%) Φως που πέφτει στο φυτό (50%) Φως που απορροφάται από τους χλωροπλάστες (35%) Φώς που χρησιµοποιείται για την παραγωγή ξηράς ουσίας (5%) Ενέργεια οργανικών ουσιών που µετακινούνται στις θέσεις έλλειψης ή συσσώρευσης (3%) Ενέργεια για ανάπτυξη και αποθηκευµένες οργανικές ουσίες (2%) Φως που ανακλάται και απορροφάται από επιφάνεια θερµοκηπίου (30%) Φως που πέφτει σε άλλα αντικείµενα και στο έδαφος (20%) Φως που απορροφάται από τα µη πράσινα µέρη ή ανακλάται (15%) Φως που δεν χρησιµοποιείται φωτοσυνθετικά, µετατρέπεται σε θερµότητα (30%) Ενέργεια για φωτοαναπνοή και διαρκή αναπνοή (2%) οµική αναπνοή (1%) Αχρησιµοποίητα µέρη φυτών (1%) Συλλεγόµενο προϊόν (1%) Εικόνα 1-2. Πορεία και κατάληξη της ηλιακής ενέργειας στο θερµοκήπιο.

13 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 13 Έτσι, ουσιαστικά το συνολικό κέρδος της ηλιακής ακτινοβολίας θα δίνεται από τον τύπο Q Κερδών =q 1 *30% (1.2) όπου q 1 =α *Τ *Ι (1.1) Το θερµοκήπιο αποτελείται από 125 αµφίρικτες µονάδες όπως αυτή της διπλανής εικόνας. Η κάθε µονάδα έχει µήκος x=4m, πλάτος y=200m, το ύψος του ορθογωνίου είναι z 1 =5m και της πυραµίδας 1m. Συνολικά το θερµοκήπιο έχει µήκος 500m, πλάτος 200m και µέγιστο ύψος z=6m. Από τα δεδοµένα του θερµοκηπίου προκύπτει: Εµβαδόν ορθογωνίου: 2 S = ( ) + ( 2 ορθογωνιου 500 5) = 7000m Εµβαδόν πυραµίδων: Sπυραµ ίδων = , = , 75m Ολικό εµβαδόν: 2 S = S + S = , 75m ( ) ( ) 2 ολικό ορθογωνιου πυραµ ίδων Το υλικό κατασκευής του θερµοκηπίου είναι γυαλί πάχους 4 mm µε συντελεστή θερµοαγωγιµότητας 5,9 W/m2*K και επιτρέπει ποσοστό 89% ηλιακής ακτινοβολίας να διέλθει από αυτό. Για να υπολογιστεί το κέρδος από την ηλιακή ακτινοβολία είναι απαραίτητη η γνώση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας (Ι) της περιοχής. Οι τιµές της για κάθε µέρα, όπως αυτές καταγράφονται από τα µετεωρολογικά όργανα της εγκατάστασης, συγκεντρώνονται στους αντίστοιχους πίνακες. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας δίνεται σε J/cm 2 το οποίο αντιστοιχεί σε 0,099 kcal/h*m 2. Τελικά στους τύπους 1.1. και 1.2. αντικαθίστανται οι παρακάτω τιµές: α= ,75 m 2 Τ= 0,89 Ι= η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας κάθε µέρας σε kcal/h*m 2. Τα συνολικά αποτελέσµατα για την κάθε µέρα παρουσιάζονται αναλυτικά σε (kcal/h) στους πίνακες του παραρτήµατος Α. (Πίνακες Α.1-Α.7).

14 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Απώλειες θερµότητας από το θερµοκήπιο Πρώτη Μέθοδος Όταν ο εξωτερικός αέρας έχει χαµηλότερη θερµοκρασία από τον αέρα στο εσωτερικό του θερµοκηπίου τότε προκαλούνται απώλειες θερµότητας. Αυτές διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Α) Απώλειες θερµότητας λόγω της µετακίνησης αέρα από και προς το θερµοκήπιο. Η µετακίνηση αυτή οφείλεται τόσο στις τυχόν κατασκευαστικές ατέλειες του θερµοκηπίου, όσο και στον απαιτούµενο εξαερισµό µέσω των παραθύρων. Η εναλλαγή αυτή του αέρα προκαλεί σοβαρές απώλειες θερµότητας. Η ανταλλασσόµενη θερµότητα Q 1 προσδιορίζεται από τη σχέση: Q 1 =m*(h i -H e ) (1.3.) όπου: m η µάζα αέρα που εναλλάσσεται σε Kg Hi η ενθαλπία του εσωτερικού αέρα σε kwh/kg He η ενθαλπία του εξωτερικού αέρα σε kwh/kg Πρέπει να διευκρινιστεί ότι: Η ειδική θερµότητα cp του αέρα, υπό σταθερή πίεση δίνεται από τον τύπο: ( ) ( ) µεταβολήενθαλπ ίας dh cp= µεταβολήθερµοκρασ ίας dt Ο όγκος αέρα Va Q που εναλλάσσεται συνολικά ισούται µε τον όγκο του θερµοκηπίου V Θ επί τον αριθµό n των εναλλαγών, δηλαδή: V α-q =n*v Θ. Η ολική µάζα του αέρα m που εναλλάσσεται ισούται µε: m= V α-q * P=n*V Θ *P όπου: V α-q ο όγκος του αέρα που εναλλάσσεται συνολικά P η πυκνότητα του αέρα. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η θερµότητα Q 1 που χάνεται µε την εναλλαγή του αέρα δίνεται από τον τύπο:

15 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 15 όπου ( t t ) 1 2 Q 1 =m*c p (t 1 -t 2 ) η διαφορά θερµοκρασίας εισερχόµενου και εξερχόµενου αέρα. Βάζοντας τις συνήθεις τιµές των c p =0,24kcal/kg* o C και P=1,3 kg/m 3,τότε η θερµότητα Q 1 εκφράζεται τελικά από τον τύπο: Q 1 =0,31*n*V Θ *(t 1 -t 2 ) kcal/h (1.4) Ο αριθµός, n, εναλλαγών αέρα ανά ώρα παίρνει τις ακόλουθες τιµές: n=0,8-1 για νέα κατασκευή-γυαλί n=0,8-2,5 για νέα κατασκευή-απλό πλαστικό n=0,6-1,2 για νέα κατασκευή-διπλό πλαστικό n=1,5 για παλιά κατασκευή-γυαλί (καλή συντήρηση) n=2,5 για παλιά κατασκευή-γυαλί (κακή συντήρηση) n=50 για ανοικτό θερµοκήπιο Για την συγκεκριµένη εγκατάσταση του θερµοκηπίου ισχύει: V Θερµοκηπίου = V Ορθογωνίου +(125* V Πυραµίδων ) V Ορθογωνίου =200*5*500=50.000m 3 V Πυραµίδων = *S βάσης * Ύψος = *200*4 Άρα ο συνολικός όγκος του είναι : V Θερµοκηπίου = ,33m 3 Ο αριθµός εναλλαγών αέρα ανά ώρα, n, ισούται µε 1 καθώς πρόκειται για καινούρια εγκατάσταση µε γυαλί. Β) Απώλειες θερµότητας λόγω αγωγιµότητας από τα διαφανή µέρη του θερµοκηπίου. Για να πραγµατοποιηθεί η φωτοσύνθεση των φυτών είναι απαραίτητο να υπάρχει φως. Για αυτό τα υλικά κάλυψης των θερµοκηπίων είναι διαφανή, ώστε να µπορεί να περάσει µέσα από αυτά η ηλιακή ακτινοβολία. Όµως τα υλικά κάλυψης έχουν µικρό πάχος και συνεπώς µικρή θερµική µόνωση µε αποτέλεσµα,όταν η εξωτερική θερµοκρασία είναι χαµηλή,η ροή θερµότητας προς τα έξω να είναι µεγάλη. Οι απώλειες αυτές γίνονται κυρίως µε αγωγιµότητα από τα διαφανή µέρη και δίνονται από τον τύπο του Gray:

16 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 16 Q 2 =K*S* t kcal/h (1.5) όπου: Κ ο συντελεστής θερµοαγωγιµότητας του υλικού κάλυψης σε kcal*m -2 *h -1 * o C -1 S Η επιφάνεια του υλικού κάλυψης του θερµοκηπίου σε m 2 t η διαφορά θερµοκρασίας του αέρα µέσα και έξω από το θερµοκήπιο σε o C Αν µερικά τµήµατα του καλύµµατος έχουν διαφορετικό συντελεστή αγωγιµότητας ή αν τα διαφανή µέρη αποτελούνται από διαφορετικά υλικά, τότε οι απώλειες θερµότητας δίνονται από το άθροισµα: Q 2 =ΣK i * S i * t Ο συντελεστής θερµοαγωγιµότητας Κ των συνηθισµένων υλικών κάλυψης παίρνει τις εξής τιµές (σε kcal*m -2 *h -1 * o C -1 ): Γυαλί πάχους 3mm K=5,1 Γυαλί πάχους 6mm K=4,9 Πολυαιθυλένιο πάχους 8/100 mm K=5,7 Πολυαιθυλένιο πάχους 8/100 mm διπλό K=2-3 Πολυαιθυλένιο πάχους 12/100 mm K=5,4 Πολυαιθυλένιο πάχους 1,5 mm K=4,8. Στο υπό εξέταση θερµοκήπιο χρησιµοποιείται θερµική κουρτίνα τοποθετηµένη οροφής η οποία µπορεί να ανοίγει και να κλείνει ανάλογα µε τις θερµικές του ανάγκες. Όταν η κουρτίνα είναι κλειστή εξοικονοµείται ενέργεια της τάξης του 20% και επηρεάζει την απώλεια θερµότητας από την συνολική επιφάνεια των 125 πυραµίδων. Πιο συγκεκριµένα, ο τύπος για τις απώλειες θερµότητας καλύµµατος θα δίνεται από τη σχέση: Q 2 =K*S Ορθογωνίου * t +K*S Πυραµίδων * t ( Ώ + Ώ ή ) (1.6) Ο συντελεστής θερµοχωρητικότητας του υλικού κατασκευής του θερµοκηπίου είναι Κ= 5,9 W/m 2 *K=5,07 kcal/m 2 *h* o C, αφού 1cal=4,18J και 1W=1J/sec. Γ) Απώλειες θερµότητας µε αγωγιµότητα από το έδαφος. Στο χώρο του θερµοκηπίου παρατηρείται ροή ενέργειας προς το έδαφος, η οποία στο κεντρικό τµήµα του οφείλεται στη διαφορά θερµοκρασίας εδάφους-αέρα του εσωτερικού του θερµοκηπίου, ενώ περιµετρικά οφείλεται στη διαφορά θερµοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους µέσα και έξω από το θερµοκήπιο. Ο τύπος που δίνει τις απώλειες αυτές είναι ο ακόλουθος: Q 3 =K Εδάφους *S Εδάφους * t kcal/h (1.7.)

17 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 17 όπου: Κ εδ : Ο συντελεστής θερµοαγωγιµότητας του εδάφους ο οποίος για ένα µέσο γεωργικό έδαφος ισούται µε 1,6 kcal*m -2 *h -1 * o C -1. S εδ : Η επιφάνεια του εδάφους του θερµοκηπίου σε m 2 (Εδώ:200*500= m 2 ). t: Η διαφορά θερµοκρασίας αέρα-εδάφους στο εσωτερικό του θερµοκηπίου σε βαθµούς Κελσίου. Στα µεγάλα συγκροτήµατα, όπως και στην συγκεκριµένη εγκατάσταση, θεωρείται ότι οι απώλειες είναι οµοιόµορφες σε όλη την επιφάνεια του εδάφους. Η θερµοκρασία όµως του εδάφους και η ροή θερµότητας προς αυτό είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστούν και γι αυτό στην πράξη σαν t στον παραπάνω τύπο λαµβάνεται η διαφορά θερµοκρασίας εσωτερικού-εξωτερικού αέρα. ) Απώλειες θερµότητας λόγω ακτινοβολίας µεγάλου µήκους κύµατος των φυτών και του εδάφους. Κάθε σώµα στη γη εκπέµπει θερµική ακτινοβολία µεγάλου µήκους κύµατος ( 3,5-100m). Τέτοιου είδους ακτινοβολία εκπέµπεται και από τα καλλιεργούµενα φυτά και το έδαφος ενός θερµοκηπίου, µε αποτέλεσµα να δηµιουργούνται απώλειες θερµότητας.αυτές δίνονται από τον εξής τύπο: Q 4 =σ*p*f* S Εδάφους (ε f *T i 4 ε α *Τ ε 4 ) (1.8.) όπου: σ η σταθερά Stefan-Boltzmann σε kwh*m -2 *K. P το ποσοστό περατότητας του καλύµµατος στην ακτινοβολία µεγάλου µήκους κύµατος, που εκπέµπουν τα φυτά και το έδαφος. F το ποσοστό της επιφάνειας του καλύµµατος που δεν καλύπτεται από συµπυκνωµένους υδρατµούς. S εδ η επιφάνεια του εδάφους του θερµοκηπίου σε m 2. Εf η εκπεµπτικότητα του εδάφους και των φυτών του θερµοκηπίου. Εα η εκπεµπτικότητα της ατµόσφαιρας. Τi η απόλυτη θερµοκρασία στο χώρο του θερµοκηπίου σε Κ. Τe η θερµοκρασία του ουρανού σε Κ. H εκπεµπτικότητα των φυτών και του εδάφους παίρνει συνήθως την τιµή 0,9. Η εκπεµπτικότητα του ουρανού λαµβάνεται 0,73-0,8 για καθαρές νύχτες και 1 για πλήρη συννεφιά. Το ποσοστό περατότητας P της ακτινοβολίας µεγάλου µήκους κύµατος από το κάλυµµα του θερµοκηπίου, διαφέρει για τα διάφορα υλικά κάλυψης. Στην πράξη θεωρείται ότι οι απώλειες θερµότητας λόγω της ακτινοβολίας των φυτών και του εδάφους αντιπροσωπεύουν, για τις ελληνικές συνθήκες, το 25% του αθροίσµατος των άλλων απωλειών του θερµοκηπίου και δίνονται από τον τύπο:

18 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 18 Q 4 =25%*( Q 1 + Q 2 + Q 3 ) (1.9.) Ε) Απώλειες θερµότητας λόγω της διαπνοής των φυτών και της εξάτµισης του νερού από το έδαφος. Οι απώλειες αυτές είναι µεγάλες, κυρίως τις ηµέρες µε ισχυρή ηλιοφάνεια ενώ κατά τη νύχτα είναι σχεδόν ανύπαρκτες. Έχει υπολογιστεί, ότι από την ακτινοβολία που εισέρχεται τελικά στο θερµοκήπιο, ένα ποσοστό της τάξης του 70% καταναλώνεται για εξατµισοδιαπνοή και απλή εξάτµιση. ΣΤ) Απώλειες θερµότητας λόγω φωτοσύνθεσης φυτών. Οι απώλειες αυτές είναι πολύ µικρές συγκριτικά µε τις άλλες απώλειες του θερµοκηπίου και για το λόγο αυτό συνήθως παραλείπονται στους υπολογισµούς, καθώς έχει βρεθεί ότι από την εισερχόµενη στο θερµοκήπιο ακτινοβολία ένα ποσοστό της τάξης του 1% χρησιµοποιείται για τη φωτοσύνθεση των φυτών. Ζ) Απώλειες θερµότητας λόγω συµπύκνωσης των υδρατµών στο κάλυµµα του θερµοκηπίου. Οι απώλειες αυτές είναι πολύ µικρές και θεωρούνται αµελητέες. Συνοψίζοντας, οι συνολικές απώλειες της εγκατάστασης του θερµοκηπίου θα είναι ίσες µε το άθροισµα των επιµέρους απωλειών που περιγράφηκαν παραπάνω. ηλαδή: Q Συνολικά =Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 kcal/h Οπότε οι συνολικές θερµικές ανάγκες του θερµοκηπίου θα είναι ίσες µε τη διαφορά των ηλιακών θερµικών κερδών µείον τις θερµικές απώλειες, υπολογισµένα για την κάθε µέρα ξεχωριστά, δηλαδή: Q Απαιτούµενη = Q Απωλειών -Q Κερδών Τα µετεωρολογικά δεδοµένα, θερµοκρασία και ηλιακή ακτινοβολία, που χρησιµοποιούνται στους συγκεκριµένους υπολογισµούς αναφέρονται στην χρονική περίοδο Οκτώβριος 2007-Απρίλιος 2008.

19 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας εύτερη Μέθοδος Στη µέθοδο αυτή υπολογίστηκαν οι βαθµοώρες για κάθε µήνα του χρόνου ξεχωριστά. Η µέθοδος των βαθµοωρών και οι παραλλαγές της είναι µια σχετικά απλή µεθοδολογία ενεργειακής ανάλυσης για κτίρια και εγκαταστάσεις. Η εφαρµογή τους προϋποθέτει ότι η εσωτερική θερµοκρασία του κτιρίου διατηρείται σταθερή και ότι το σύστηµα θέρµανσης ή κλιµατισµού λειτουργεί για όλη τη χειµερινή ή θερινή περίοδο µε σταθερό βαθµό απόδοσης. Έτσι θα προκύψει απλά και γρήγορα µια εκτίµηση των µηνιαίων και κατ επέκταση και των ετήσιων, αναγκών του θερµοκηπίου σε θέρµανση. Ουσιαστικά οι βαθµοώρες είναι ένα µέτρο της διακύµανσης της εξωτερικής θερµοκρασίας µιας περιοχής και ένας δείκτης για το πόσο δριµύ είναι το κλίµα της. Εποµένως, µε τη χρήση των βαθµοωρών η εκτίµηση των ενεργειακών απαιτήσεων ενός κτιρίου σχετίζεται µε τη µεταβολή του κλίµατος της περιοχής, στην οποία είναι εγκατεστηµένο το κτίριο. Εδώ χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος βαθµοωρών µεταβλητής βάσης. Η µέθοδος αυτή είναι στην ουσία γενίκευση της κλασσικής µεθόδου των βαθµοωρών αλλά ο υπολογισµός τους στην περίπτωση αυτή γίνεται µε βάση τη θερµοκρασία ισορροπίας (t bal ), που είναι η θερµοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος (t 0 ), στην οποία το κτίριο δε χρειάζεται ούτε ψύξη, ούτε θέρµανση, εκείνη, δηλαδή, η θερµοκρασία, στην οποία οι συνολικές θερµικές απώλειες είναι ίσες µε τα θερµικά κέρδη. Η µέθοδος χρησιµοποιείται, κυρίως, για τον υπολογισµό των ενεργειακών απαιτήσεων για θέρµανση, αλλά υπάρχουν και παραλλαγές της για τον υπολογισµό της απαραίτητης ενέργειας για την ψύξη του κτιρίου. Πιο αναλυτικά, η διαδικασία έχει ως εξής: Α. Υπολογισµός Συνολικού Συντελεστή Απωλειών Θερµοκηπίου (Κ). 1) Απώλειες λόγω εξαερισµού. Χρησιµοποιώντας τον τύπο 1.4. που αναλύθηκε προηγουµένως προκύπτει ότι Q 1 =0,31*n*V Θ *(t 1 -t 2 ) kcal/h Από τον τύπο αυτό προκύπτει ο συντελεστής απωλειών λόγω εξαερισµού Κ 1 και ισούται µε: K 1 =0,31*n*V Θ => K 1 = ,33 kcal*/h* o C 2) Απώλειες αγωγιµότητας από τα διαφανή µέρη του θερµοκηπίου. Χρησιµοποιώντας τον τύπο 1.6. που αναλύθηκε προηγουµένως προκύπτει ότι: Q 2 =K*S Ορθογωνίου * t +K*S Πυραµίδων * t ( Ώ + Ώ ή ) Όπου, ο παράγοντας «ώρες κλειστή», ισούται µε τον λόγο του αθροίσµατος των ωρών του µήνα που είναι κλειστή η κουρτίνα της οροφής, προς το άθροισµα των ηµερών του συγκεκριµένου µήνα. Ενώ ο παράγοντας «ώρες ανοιχτή» ισούται µε την διαφορά 24-«ώρες κλειστή». Έτσι το αποτέλεσµα των ωρών προκύπτει σε h/day.

20 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 20 Οπότε τελικά µετά την αντικατάσταση των αντίστοιχων µεγεθών οι απώλειες θα δίνονται από τύπο της µορφής Q 2 =K 2 * T όπου το Κ 2 (ο συντελεστής απωλειών αγωγιµότητας καλύµµατος) δεν είναι σταθερό αλλά εξαρτάται από τις ώρες που είναι ανοιχτή και κλειστή η κουρτίνα τον εκάστοτε µήνα, και δίνεται σε kcal/h* ο C. 3) Απώλειες αγωγιµότητας εδάφους Χρησιµοποιώντας τον τύπο 1.7. που αναλύθηκε προηγουµένως προκύπτει ότι: Q 3 =K Εδάφους *S Εδάφους * t kcal/h και επειδή το Κ εδ είναι σταθερό και ίσο µε 1,6 kcal*m -2 *h -1 * o C -1 όπως επίσης και το S εδ είναι σταθερό και ίσο µε 200*500= m 2 προκύπτει τελικά και ο συντελεστής απωλειών αγωγιµότητας εδάφους Κ 3 σταθερό και ίσο µε: K 3 = K Εδάφους *S Εδάφους =>K 3 = kcal/h o C 4) Απώλειες λόγω ακτινοβολιών µεγάλου µήκους κύµατος των φυτών και του εδάφους. Χρησιµοποιώντας τον τύπο 1.9. που αναλύθηκε προηγουµένως προκύπτει ότι: Q 4 =25%*( Q 1 + Q 2 + Q 3 ) άρα Q 4 =0,25*(K 1 +K 2 +K 3 )* Τ =>K 4 =0,25*( K 1 +K 2 +K 3 ) kcal/h o C Τελικά προκύπτει ο συνολικός συντελεστής απωλειών από το άθροισµα των επιµέρους συντελεστών Κ 1, Κ 2, Κ 3, Κ 4. K Συνολικό = K 1 +K 2 +K 3 +K 4 kcal/h o C Η τιµή του τελικού συντελεστή στη συνέχεια µετατρέπεται σε kw / o C. Β. Υπολογισµός Θερµικών Κερδών Θερµοκηπίου. Τα θερµικά κέρδη από την ηλιακή ακτινοβολία που λαµβάνει το θερµοκήπιο υπολογίζονται και στη δεύτερη µέθοδο όπως ακριβώς και στην πρώτη µε τον τύπο 1.2. Q Κερδών =0,3*0,89*119303*Ι (kcal/h) Το αποτέλεσµα όµως εδώ µετατρέπεται από kcal/h σε W ή kw.

21 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 21 Γ. Θερµοκρασία Ισορροπίας. Τα συνολικά θερµικά κέρδη του θερµοκηπίου από τον ήλιο Q Κερδών, όπως υπολογίστηκαν στο προηγούµενο βήµα σε ΜW, t i η απαιτούµενη θερµοκρασία της εγκατάστασης, (θερµοκρασία σχεδιασµού σε C) και Κ ο συνολικός συντελεστής θερµικών απωλειών του κτιρίου σε KW/ C συνδέονται µε τον παρακάτω τύπο: Κ Συνολικό =(t i -t bal )=Q Κερδών ( 1.10) Η θερµοκρασία ισορροπίας του θερµοκηπίου είναι: t bal = t i - (1.11) όπου t i είναι ο λόγος του αθροίσµατος των εσωτερικών θερµοκρασιών προς το άθροισµα των ηµερών του αντίστοιχου µήνα.. Βαθµοώρες. Oι συνολικές βαθµοώρες του µήνα δίνονται τελικά από τον τύπο: ΒΩ= (t bal - t out)* 24 (1.12) Ε. Συνολικές Απώλειες Μήνα. Οι µηνιαίες απώλειες τελικά είναι: Q Συνολικό = Κ Συνολικό * ΒΩ (kwh) Τα συνολικά αποτελέσµατα των ανωτέρω υπολογισµών παρουσιάζονται αναλυτικά παράρτηµα Α. (Πίνακας Α.8) Τρίτη Μέθοδος Τέλος, παρουσιάζεται και µία τρίτη µέθοδος για τον υπολογισµό των απωλειών του θερµοκηπίου που βασίζεται στις βαθµοηµέρες θέρµανσης ανά µήνα, για διάφορες θερµοκρασίες βάσης, στην δεκαετία Η µέθοδος αυτή εξετάζεται προκειµένου να υπολογιστούν οι απώλειες σύµφωνα µε τα κλιµατολογικά δεδοµένα µεγαλύτερης χρονικής περιόδου ( ) σε αντίθεση µε τις δύο προηγούµενες µεθόδους στις οποίες χρησιµοποιήθηκαν στοιχεία µίας χρονιάς ( Οκτώβριος 2007-Απρίλιος 2008). Για την εγκατάσταση του θερµοκηπίου χρησιµοποιήθηκαν οι βαθµοηµέρες δεκαετίας για την περιοχή της Θεσσαλονίκης,όπως παρουσιάζονται αναλυτικά στον παρακάτω πίνακα.

22 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 22 Πίνακας 1.1. Βαθµοηµέρες Θεσσαλονίκης για τη δεκαετία Θεσσαλονίκη Βαθµοηµέρες θέρµανσης σε συνάρτηση µε τη θερµοκρασία βάσης Θερµοκρ , ,5 18, , , ,5 Βάσης ( ο C) ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡΤ ΑΠΡ ΜΑΙΟΣ ΟΚΤ ΝΟΕ ΕΚ ΣΥΝΟΛΟ Στην µέθοδο αυτή µε βάση την t bal, που προκύπτει από τον τύπο 1.11 υπολογίζονται οι απώλειες ενέργειας σε MWh. Οι απώλειες ενέργειας είναι το γινόµενο του συνολικού συντελεστή απωλειών, όπως περιγράφηκε και υπολογίστηκε στην δεύτερη µέθοδο, επί τις βαθµοηµέρες που αντιστοιχούν στην θερµοκρασία βάσης του εκάστοτε µήνα. Πολλαπλασιάζοντας επί 24 ώρες οι βαθµοηµέρες µετατρέπονται σε βαθµοώρες µε αποτέλεσµα οι απώλειες ενέργειας να προκύπτουν σε MWh. ( απώλειες ενέργειας σε MWh=Κ ολ *ΒΜ*24 ). Τα αποτελέσµατα των παραπάνω υπολογισµών παρουσιάζονται αναλυτικά στο παράρτηµα Α. (Πίνακας Α.9). Στο παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα αποτελέσµατα των τριών µεθόδων που εφαρµόστηκαν για τον υπολογισµό των απωλειών ενέργειας του θερµοκηπίου. Παρατηρείται σύγκλιση των δύο πρώτων µεθόδων καθώς οι υπολογισµοί στηρίχτηκαν στα µετεωρολογικά δεδοµένα της περιοχής της Αλεξάνδρειας Ηµαθίας για τη χρονιά Η απόκλιση που υπάρχει µεταξύ της τρίτης µεθόδου και των δύο πρώτων οφείλεται στο γεγονός ότι οι υπολογισµοί στηρίχτηκαν στις βαθµοηµέρες της δεκαετίας ιάγραµµα 1-1. Συγκριτικά αποτελέσµατα των τριών µεθόδων.

23 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 23 2 Γεωθερµία 2.1 Χαρακτηριστικά Γεωθερµίας Η παρουσία ηφαιστείων, θερµών πηγών και άλλων επιφανειακών εκδηλώσεων θερµότητας είναι αυτή που οδήγησε τους προγόνους µας στο συµπέρασµα ότι το εσωτερικό της γης είναι ζεστό. Όµως, µόνο κατά την περίοδο µεταξύ του 16 ου και 17 ου αιώνα, όταν δηλαδή κατασκευάστηκαν τα πρώτα µεταλλεία σε βάθος µερικών εκατοντάδων µέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, οι άνθρωποι, µε τη βοήθεια κάποιων απλών φυσικών παρατηρήσεων, κατέληξαν στο συµπέρασµα ότι η θερµοκρασία της γης αυξάνεται µε το βάθος Ορισµός γεωθερµίας Γεωθερµία ή Γεωθερµική ενέργεια ονοµάζεται η ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης µε µορφή νερών, ατµών, αερίων ή µειγµάτων αυτών ή ακόµη και ως ενέργεια από τα πετρώµατα και αποτελεί µία σηµαντική Ανανεώσιµη Πηγή Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Είναι η φυσική ενέργεια της γης που διαρρέει το θερµό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια. Εικόνα 2-1. Ο φλοιός, ο µανδύας και ο πυρήνας της γης.

24 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 24 Η µετάδοση θερµότητας πραγµατοποιείται µε δύο τρόπους: α) Με αγωγή από το εσωτερικό προς την επιφάνεια µε ρυθµό 0,04-0,06 W/m 2 β) Με ρεύµατα µεταφοράς που περιορίζονται όµως στις ζώνες κοντά στα σύνορα των λιθοσφαιρικών πλακών, λόγω ηφαιστειακών και υδροθερµικών φαινοµένων. Οι πρώτες µετρήσεις µε θερµόµετρο έγιναν κατά πάσα πιθανότητα το 1740 σε ένα ορυχείο κοντά στο Belfort της Γαλλίας (Bullard, 1965). Ήδη από το 1870, για τη µελέτη της θερµικής κατάστασης του εσωτερικού της γης χρησιµοποιούνταν κάποιες προχωρηµένες για την εποχή επιστηµονικές µέθοδοι, ενώ η θερµική κατάσταση που διέπει τη γη, η θερµική ισορροπία και εξέλιξή της κατανοήθηκαν καλύτερα τον 20ο αιώνα, µε την ανακάλυψη του ρόλου της ραδιενεργής θερµότητα. Η θερµότητα που περιέχεται στο εσωτερικό της γης αποτελεί την γεωθερµική ενέργεια και είναι τόσο µεγάλη, ώστε µπορεί να θεωρηθεί πρακτικά ανεξάντλητη µορφή ενέργειας για τα ανθρώπινα µέτρα. Η τεχνολογία για την άντληση γεωθερµικής ενέργειας διαφοροποιείται σε ρηχή γεωθερµική σε σχετικά χαµηλές θερµοκρασίες, και σε βαθιά γεωθερµική στις υψηλότερες θερµοκρασίες. Αβαθής γεωθερµική ενέργεια είναι η αποθηκευµένη σε µορφή θερµότητας ενέργεια του φλοιού της γης, σε βάθη έως 150 m. και µε θερµοκρασίες υπεδάφους έως 18 ο C. Αυτή η ενέργεια προέρχεται από την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας (σχεδόν το 50% από τη συνολική ποσότητα που φθάνει στη Γη) από τη γήινη επιφάνεια και που στα γεωγραφικά πλάτη της εύκρατης ζώνης κάτω από κάποιο βάθος παραµένει περίπου σταθερή (10-18 ο C) καθ όλη τη διάρκεια του έτους. H σταθερή και µόνιµη αυτή ενέργεια µπορεί να χρησιµοποιηθεί, το χειµώνα για θέρµανση νερού κεντρικής θέρµανσης έως 50 ο C, το καλοκαίρι για ψύξη νερού κλιµατισµού έως 10 ο C, όπως επίσης και για ζεστό νερό χρήσης καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Η άντληση της ενέργειας από τα βαθύτερα στρώµατα της Γης, η λεγόµενη βαθειά γεωθερµική ενέργεια, απαιτεί τη διάνοιξη πηγαδιών σε µεγάλο βάθος. Τα πιθανά θερµά υπόγεια ύδατα µπορούν να χρησιµοποιηθούν απευθείας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερµότητας. Συχνά γίνεται διάκριση ανάµεσα στα γεωθερµικά συστήµατα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι το νερό στην υγρή φάση και σε εκείνα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι ο ατµός. Στα συστήµατα όπου επικρατεί το νερό, η υγρή φάση είναι αυτή που ελέγχει συνεχώς την πίεση. Μέσα στη φάση αυτή µπορεί να περιέχονται και κάποια αέρια µε τη µορφή µικρών φυσαλίδων. Αυτά τα γεωθερµικά συστήµατα, των οποίων οι θερµοκρασίες κυµαίνονται από 125 ο C µέχρι 225 ο C, είναι τα πλέον συνηθισµένα παγκοσµίως. Ανάλογα µε τις συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας, µπορούν να παράγουν θερµό νερό, µίγµα νερού και ατµού, υγρό ατµό, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις ξηρό ατµό. Στα συστήµατα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι ο ατµός, το υγρό νερό και ο ατµός συνήθως συνυπάρχουν στον ταµιευτήρα, µε τον ατµό να ελέγχει συνεχώς την πίεση. Ένας άλλος διαχωρισµός των γεωθερµικών συστηµάτων είναι αυτός που βασίζεται στην κατάσταση ισορροπίας στον ταµιευτήρα σύµφωνα µε τον οποίο λαµβάνονται υπόψη η κυκλοφορία των ρευστών του ταµιευτήρα και ο µηχανισµός µεταφοράς της θερµότητας. Στα δυναµικά συστήµατα ο ταµιευτήρας τροφοδοτείται συνεχώς µε νερό, το οποίο θερµαίνεται. Στη συνέχεια, ο ταµιευτήρας αποφορτίζεται, είτε γιατί το θερµό ρευστό ανέβηκε µέχρι την επιφάνεια είτε γιατί άρχισε να γεµίζει τους υδατοπερατούς υπόγειους σχηµατισµούς. Η θερµότητα µεταφέρεται στο σύστηµα µέσω του µηχανισµού της συναγωγής και της κυκλοφορίας του ρευστού. Αυτή η κατηγορία περιλαµβάνει συστήµατα τόσο υψηλής (>150 ο C) όσο και χαµηλής (<100 ο C) θερµοκρασίας. Στα στατικά συστήµατα, γνωστά και ως στάσιµα ή

25 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 25 συστήµατα αποθήκευσης, παρατηρείται ελάχιστη ή καµία τροφοδοσία του ταµιευτήρα και η µεταφορά θερµότητας γίνεται µόνο µε τη βοήθεια του µηχανισµού αγωγής. Οι περιοχές της γης όπου υπάρχουν γεωθερµικά ρευστά (δηλαδή νερό, αέρια ή µίγµα νερού και αερίων) σε ικανοποιητική ποσότητα, θερµοκρασία και βάθος ονοµάζονται γεωθερµικά πεδία. Ανάλογα µε το θερµοκρασιακό επίπεδό τους διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: i. Υψηλής Ενθαλπίας (>150 C) που χρησιµοποιείται συνήθως για παραγωγή ηλεκτρισµού. ii. Μέσης Ενθαλπίας (80 έως 150 C) που χρησιµοποιείται για θέρµανση ή και ξήρανση ξυλείας και αγροτικών προϊόντων καθώς και µερικές φορές και για την παραγωγή ηλεκτρισµού (π.χ. µε κλειστό κύκλωµα φρέον που έχει χαµηλό σηµείο ζέσεως). iii. Χαµηλής Ενθαλπίας (25 έως 80 C) που χρησιµοποιείται για θέρµανση χώρων, για θέρµανση θερµοκηπίων, για ιχθυοκαλλιέργειες, για παραγωγή γλυκού νερού. Η ενθαλπία, η οποία σε γενικές γραµµές θεωρείται ότι είναι ανάλογη της θερµοκρασίας, χρησιµοποιείται για να εκφράσει την περιεχόµενη θερµική ενέργεια των ρευστών και δίνει µια γενική εικόνα της ενεργειακής αξία τους. Η Ελλάδα, όπως φαίνεται και στην εικόνα 2-2, είναι πολύ ευνοηµένη γεωθερµικά. Γεωθερµικά πεδία υψηλής ενθαλπίας έχουν εντοπισθεί στη Μήλο και Νίσυρο, µε ρευστά θερµοκρασίας µέχρι 325 και 350 ο C αντίστοιχα, ενώ περιοχές ευνοϊκές για τον εντοπισµό γεωθερµικών ρευστών µέσης ή και υψηλής ενθαλπίας είναι η Κίµωλος, η Σαντορίνη, το Σουσάκι, τα Μέθανα, η Κως, η Λέσβος, η Χίος, η Σαµοθράκη, το έλτα του Νέστου, το έλτα του Έβρου κ.ά. Εικόνα 2-2. Ακροπόταµος Καβάλας.

26 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 26 Εικόνα 2-3 Γεωθερµικά πεδία στην Ελλάδα Το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (Ι.Γ.Μ.Ε.) στην µακροχρόνια ερευνητική του πορεία και διαβλέποντας τις ενεργειακές ανάγκες της χώρας, αλλά και τις σηµαντικές επιπτώσεις από την αύξηση της κατανάλωσης συµβατικών ενεργειακών πόρων, από την δεκαετία του 1980 ανέπτυξε σηµαντική ερευνητική δραστηριότητα στον τοµέα εντοπισµού και αξιοποίησης γεωθερµικών κοιτασµάτων. Τα διαθέσιµα µέχρι σήµερα αποτελέσµατα α επιβεβαίωσαν αυτήν την ερευνητική προσπάθεια.

27 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 27 Συγκεκριµένα στην Βόρεια Ελλάδα έχουν εντοπιστεί οι εξής πιθανοί γεωθερµικοί πόροι µέσης ενθαλπίας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε δυαδικό κύκλο: Λεκάνη έλτα Νέστου (γεωθερµικό πεδίο Ερατεινού - Χρυσούπολης) Λεκάνη έλτα Έβρου (γεωθερµικό πεδίο Αρίστηνου) Λεκάνη Στρυµόνα Σαµοθράκη Γεωθερµικό πεδίο Ακροποτάµου Καβάλας (ευρύτερη περιοχή λεκάνης Στρυµόνα). Ενώ πεδία χαµηλής ενθαλπίας έχουν εντοπιστεί: Λεκάνη Στρυµόνα (Νιγρίτα, Σιδηρόκαστρο, Λιθότοπος-Ηράκλεια, Άγκιστρο, Ίβηρα-Αχινός-Μαυροθάλασσα) Ανατολική Μακεδονία - Θράκη (Ακροπόταµος Καβάλας, Ερατεινό- Χρυσούπολη, Νέο Εράσµιο, Σάππες, Λίµνη Μητρικού, Αρίστηνο, Τυχερό, Σαµοθράκη) Χερσόνησος Χαλκιδικής (Ελαιοχώρια, Αγία Παρασκευή, Σάνη) Περιοχή Θεσσαλονίκης [Λεκάνη Μυγδονίας (Λαγκαδάς-Νυµφόπετρα- Απολλωνία), Λεκάνη Θεσσαλονίκης (Αλεξάνδρεια), Θέρµη - Λεκάνη Ανθεµούντα] Λεκάνη Αλµωπίας υτική Μακεδονία (Αετός Αµυνταίου Φλώρινας). Εικόνα 2-4. Νέα Κεσσάνη Ξάνθης.

28 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 28 Εικόνα 2-5. Σωσάνδρα Αλµωπίας Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα Η γεωθερµική ενέργεια αποτελεί µία καθαρή µορφή ενέργειας, φιλική προς το περιβάλλον, ιδιαίτερα όταν συγκρίνεται µε τις συµβατικές µορφές ενέργειας, µε ελάχιστες έως µηδαµινές περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την εκµετάλλευσή της. Ακόµη και όταν υπάρχουν κάποιες περιορισµένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, αυτές µπορούν πάντοτε να αντιµετωπισθούν µε τη χρήση της τεχνολογίας. Τα κύρια πλεονεκτήµατα της γεωθερµικής ενέργειας είναι: Είναι διαθέσιµη µέρα και νύχτα όλο το χρόνο και δεν επηρεάζεται από καιρικές συνθήκες. Προσφέρεται έτοιµη σαν θερµικό προϊόν. εν µπορεί να µεταφερθεί µακριά, άρα θα πρέπει να αξιοποιηθεί επί τόπου από τις παραγωγικές δυνάµεις. Αναπτύσσεται σε πεδινές περιοχές µε άριστες συνθήκες αξιοποίησης στη σύγχρονη γεωργία, αγροτοβιοµηχανία, ιχθυοκαλλιέργεια, αστικές και βιοµηχανικές χρήσεις κλπ. Μπορεί να συµβάλλει στην αγροτουριστική και οικοτουριστική ανάπτυξη. Λόγω της αυξηµένη θερµικής ροής της περιοχής µπορεί να γίνει χρήση γεωθερµικών αντλιών θερµότητας. Συγκεκριµένα τα περιβαλλοντικά οφέλη της γεωθερµικής ενέργειας είναι: Συνεχόµενη παροχή ενέργειας µε υψηλό συντελεστή λειτουργίας >90%. Μικρό λειτουργικό κόστος, αν και το κόστος εγκατάστασης είναι σηµαντικά αυξηµένο σε σχέση µε τις συµβατικές µορφές ενέργειας. εν παράγει επικίνδυνα αέρια καύσης (CO 2, NO x, SO 2 κλπ), ούτε σωµατίδια, ούτε τέφρα, ούτε καπνό. Μικρή απαίτηση γης για την αξιοποίηση της (εγκατάσταση µονάδας, χώρος γεωτρήσεων, σωληνώσεις µεταφοράς κτλ) συγκριτικά µε αυτή που απαιτείται από ατµοηλεκτρικούς, υδροηλεκτρικούς σταθµούς κτλ. Συµβολή στην επίτευξη των στόχων της Λευκής Βίβλου της Ε.Ε. και του πρωτόκολλου του Κιότο.

29 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 29 Συµβολή στη µείωση της ενεργειακής εξάρτησης µιας χώρας, µε τον περιορισµό εισαγωγών ορυκτών καυσίµων. Η αξιοποίηση της γεωθερµικής ενέργειας συναντά ορισµένα βασικά προβλήµατα τα οποία θα πρέπει να λυθούν ικανοποιητικά για την οικονοµική εκµετάλλευση αυτής της µορφής ενέργειας. Τα προβλήµατα αυτά, που σχετίζονται άµεσα µε την ιδιάζουσα χηµική σύσταση των περισσότερων γεωθερµικών ρευστών, είναι : Ο σχηµατισµός επικαθίσεων σε κάθε σχεδόν επιφάνεια που έρχεται σε επαφή µε το γεωθερµικό ρευστό. Η διάβρωση των µεταλλικών επιφανειών. Ορισµένες περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις, όπως διάθεση των ρευστών µετά τη χρήση τους και εκποµπές τοξικών αερίων κυρίως του υδρόθειου. Ο σχηµατισµός επικαθίσεων σε γεωθερµικές µονάδες µπορεί να ελεγχθεί σε κάποιο βαθµό, αν όχι ολοκληρωτικά, µε µια πληθώρα τεχνικών και µεθόδων. Μερικές τυπικές πρακτικές είναι οι εξής: Ο σωστός σχεδιασµός της µονάδας και η επιλογή των κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας της. Η ρύθµιση του ph του ρευστού. Η προσθήκη χηµικών ουσιών (αναστολέων δηµιουργίας επικαθίσεων). Η αποµάκρυνση των σχηµατιζόµενων στερεών µε χηµικά ή φυσικά µέσα στη διάρκεια προγραµµατισµένων ή όχι διακοπών λειτουργίας της µονάδας. Οι δυνατότητες ελέγχου της διάβρωσης στις γεωθερµικές µονάδες επικεντρώνονται στα εξής: Επιλογή του κατάλληλου υλικού κατασκευής. Επικάλυψη των µεταλλικών επιφανειών µε ανθεκτικά στη διάβρωση στρώµατα. Προσθήκη αναστολέων διάβρωσης. Σωστός σχεδιασµός της µονάδας. Η γεωθερµική ενέργεια θεωρείται ήπια µορφή ενέργειας, σε σύγκριση µε τις συµβατικές µορφές ενέργειας, χωρίς βέβαια οι επιπτώσεις από την εκµετάλλευση της να είναι συχνά αµελητέες. Τα προβλήµατα από τη διάθεση των ρευστών που χρησιµοποιούνται για άµεσες χρήσεις (ρευστά µέσης και χαµηλής ενθαλπίας) είναι κατά κανόνα ηπιότερα, σχεδόν µηδενικά, από ότι των ρευστών που χρησιµοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (ρευστά υψηλής ενθαλπίας). Θα πρέπει να τονιστεί ότι στην περίπτωση που εφαρµόζεται η άµεση επανεισαγωγή των γεωθερµικών ρευστών στον ταµιευτήρα οι επιπτώσεις είναι ελάχιστες.

30 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Εφαρµογές Γεωθερµίας Στο παρελθόν η εκµετάλλευση της γεωθερµικής ενέργειας περιορίζονταν σε περιοχές όπου οι γεωλογικές συνθήκες επέτρεπαν σε ένα µέσο (νερό σε υγρή ή αέρια φάση) να µεταφέρει τη θερµότητα από τις βαθιές θερµές ζώνες στην επιφάνεια ή κοντά σε αυτήν. Με τον τρόπο αυτό δηµιουργήθηκαν οι γεωθερµικοί πόροι. Με το πέρασµα των χρόνων και την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών η γεωθερµική ενέργεια χρησιµοποιείται και για την εκµετάλλευση της θερµότητας του υπεδάφους (αβαθής γεωθερµία) Ιστορική αναδροµή - Πρώτες εφαρµογές Σε πολλούς τοµείς της ανθρώπινης ζωής οι πρακτικές εφαρµογές προηγούνται της επιστηµονικής έρευνας και της τεχνολογικής ανάπτυξης. Η γεωθερµία αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγµα του φαινοµένου αυτού. Αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχόµενου των γεωθερµικών ρευστών γινόταν ήδη από τις αρχές του 19ου αιώνα. Εκείνη την περίοδο, στην Τοσκάνη της Ιταλίας, και συγκεκριµένα στην περιοχή του Larderello, λειτουργούσε µια χηµική βιοµηχανία για την παραγωγή βορικού οξέος από τα βοριούχα θερµά νερά που ανέβλυζαν από φυσικές πηγές ή αντλούνταν από ρηχές γεωτρήσεις. Η παραγωγή του βορικού οξέος γινόταν µε εξάτµιση των βοριούχων νερών µέσα σε σιδερένιους λέβητες, χρησιµοποιώντας ως καύσιµη ύλη ξύλα από τα κοντινά δάση. Το 1827, ο Francesco Larderel, ιδρυτής της βιοµηχανίας αυτής προτίµησε αντί να καίγονται ξύλα από τα διαρκώς αποψιλωνόµενα δάση της περιοχής να αναπτύξει ένα σύστηµα για τη χρήση της θερµότητας των βοριούχων ρευστών στη διαδικασία εξάτµισης (Εικόνα 2-6). Εικόνα 2-6. Η καλυµµένη «λιµνούλα» που χρησιµοποιούταν για τη συλλογή των βοριούχων υδάτων και την παραγωγή βορικού οξέος.

31 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 31 Η εκµετάλλευση της µηχανικής ενέργειας του φυσικού ατµού ξεκίνησε περίπου την ίδια περίοδο. Ο γεωθερµικός ατµός χρησιµοποιήθηκε για την ανέλκυση των ρευστών, αρχικά µε κάποιους πρωτόγονους αέριους ανυψωτήρες και στη συνέχεια µε παλινδροµικές και φυγοκεντρικές αντλίες και βαρούλκα. Το 1892, το πρώτο γεωθερµικό σύστηµα τηλεθέρµανσης τέθηκε σε λειτουργία στο Boise του Αϊντάχο των Η.Π.Α. Το 1928, µια άλλη πρωτοπόρος χώρα στην εκµετάλλευση της γεωθερµικής ενέργειας, η Ισλανδία, ξεκίνησε επίσης την εκµετάλλευση των γεωθερµικών ρευστών (κυρίως θερµών νερών) για τη θέρµανση κατοικιών. Το 1904, έγινε η πρώτη απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερµικό ατµό, και πάλι στο Larderello της Ιταλίας. Το 1942, η εγκατεστηµένη γεωθερµοηλεκτρική ισχύς ανερχόταν στα kwe. Σύντοµα, πολλές χώρες ακολούθησαν το παράδειγµα της Ιταλίας. Το 1919 κατασκευάστηκαν οι πρώτες γεωθερµικές γεωτρήσεις στο Beppu της Ιαπωνίας, ενώ το 1921 ακολούθησαν εκείνες στο The Geysers της Καλιφόρνιας των ΗΠΑ. Το 1958 ένα µικρό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τέθηκε σε λειτουργία στη Νέα Ζηλανδία, ένα άλλο στο Μεξικό το 1959, στις ΗΠΑ το 1960 και ακολούθησαν πολλά άλλα σε διάφορες χώρες. Μετά το 2ο Παγκόσµιο Πόλεµο, η αξιοποίηση της γεωθερµικής ενέργειας έγινε ελκυστική σε πολλές χώρες, επειδή ήταν ανταγωνιστική ως προς άλλες µορφές ενέργειας. Επιπλέον, η ενέργεια αυτή δε χρειαζόταν να εισαχθεί από άλλες χώρες, όπως συµβαίνει µε τα ορυκτά καύσιµα ενώ σε πολλές περιπτώσεις αποτελούσε τον µοναδικό διαθέσιµο εγχώριο ενεργειακό πόρο. Στη δεκαετία του 1970, λόγω της πετρελαϊκής κρίσης, δόθηκε σηµαντική ώθηση στην ανάπτυξη της γεωθερµίας, ακόµα και σε περιοχές µε σχετικά χαµηλή γεωθερµική βαθµίδα, όπως είναι η λεκάνη του Παρισιού. Η παρουσία θερµού νερού στους γεωλογικούς σχηµατισµούς της λεκάνης του Παρισιού είχε ανακαλυφθεί ήδη από τη δεκαετία του 1950 ενώ διεξάγονταν έρευνες για πετρέλαιο, αλλά η πρώτη γεωθερµική γεώτρηση έγινε µόλις το 1962 στο Carrίers-sυrseine Σύγχρονες εφαρµογές Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι η πιο σηµαντική µορφή αξιοποίησης των γεωθερµικών πόρων υψηλής θερµοκρασίας (>150 ο C). Οι µέσης και χαµηλής θερµοκρασίας πόροι (<150 ο C) είναι κατάλληλοι για πολλούς και διαφορετικούς τύπους εφαρµογών. Το κλασσικό διάγραµµα του Lindal (Εικόνα 2-7), το οποίο δείχνει τις πιθανές χρήσεις των γεωθερµικών ρευστών σε συνάρτηση µε τη θερµοκρασία τους, ισχύει ακόµη µέχρι σήµερα. Οι περισσότερο καθιερωµένες εφαρµογές είναι η θέρµανση χώρων, οι ιχθυοκαλλιέργειες, η ξήρανση αγροτικών προϊόντων και η παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος. Στο κάτω µέρος του διαγράµµατος Lindal ο κορεσµένος ατµός χρησιµοποιείται αποκλειστικά στην παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος, ενώ οι άµεσες χρήσεις καλύπτουν όλη την κλίµακα θερµοκρασιών. Θα πρέπει να τονιστεί ότι διάγραµµα Lindal δεν περιορίζει το είδος των δυνατών χρήσεων, ούτε πρέπει να ληφθούν αυστηρά υπόψη τα όρια των θερµοκρασιών που θέτει.

32 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 32 Ιαµατικά Λουτρά Πισίνες-κολυµβητήρια Θερµαντικά σώµατα Ενδοδαπέδια θέρµανση Θερµό νερό Ψύξη µε απορρόφηση Αντλίες θερµότητας Λιώσιµο χιονιού Θερµοκήπια Θέρµανση εδάφους Ξήρανση λαχαν. & Καθαρισµός κτηνοτρ. µον. Επεξεργασία τροφίµων Υδατοκαλλιέργειες Αφαλάτωση νερού Χώνευση βιολ. λάσπης Ανάκτηση πετρελαίου Πλύσιµο µαλλιού Ξήρανση ξυλείας Απόληψη αλάτων (εξατµ.) Βιοµηχανία χάρτου Συµβατικός τρόπος Κύκλος Rankine Λουτροθεραπεία Θέρµανση/ψύξη χώρων Αγροτικές χρήσεις Βιοµηχανικές χρήσεις Ηλεκτροπαραγωγή Θερµοκρασία (C) Εικόνα 2-7. ιάγραµµα Lindal Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Ένας από τους πιο διαδεδοµένους τρόπους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε χρήση γεωθερµίας αποτελεί η χρήση συµβατικών ατµοστρόβιλων. Η λειτουργία τους στηρίζεται στην εκµετάλλευση γεωθερµικών ρευστών που έχουν υψηλές θερµοκρασίες τουλάχιστον 150 ο C. Η µονάδα λειτουργεί µε συµπυκνωτές, όπου η πίεση διατηρείται συνεχώς σε χαµηλά επίπεδα ή χωρίς, οπότε γίνεται διάθεση του ατµού στην ατµόσφαιρα. Ο τύπος µε ατµοστρόβιλους ατµοσφαιρικής εκτόνωσης είναι απλούστερος και φθηνότερος. Ο ατµός που έρχεται, είτε απευθείας από γεωτρήσεις που παράγουν ξηρό ατµό, είτε από γεωτρήσεις µε υγρό ατµό αφού γίνει ο διαχωρισµός του νερού, περνά από τον ατµοστρόβιλο και στη συνέχεια απελευθερώνεται στην ατµόσφαιρα. Η παραπάνω διαδικασία περιγράφεται στην Εικόνα 2-8.

33 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 33 Εικόνα 2-8. Κύκλος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας µε χρήση συµβατικών ατµοστροβίλων. Ένας άλλος τρόπος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί η χρήση δευτερεύοντος οργανικού ρευστού. Το γεωθερµικό ρευστό χρησιµοποιείται για τη θέρµανση σε έναν εναλλάκτη του δευτερεύοντος ρευστού (νερό και αµµωνία, ισοβουτάνιο, ισοπεντάνιο, CO 2 κτλ.) το οποίο έχει χαµηλότερο σηµείο ζέσης σε σχέση µε το νερό. Οι ατµοί του δευτερεύοντος ρευστού οδηγούνται αρχικά στον στρόβιλο και στη συνέχεια στον συµπυκνωτή. Τέλος το ρευστό από τον συµπυκνωτή συµπιέζεται και επανεισάγεται πάλι στον εναλλάκτη θερµότητας. Ο παραπάνω κύκλος παρουσιάζεται συνοπτικά στην Εικόνα 2-9. Εικόνα 2-9. Κύκλος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας µε χρήση δευτερεύοντος οργανικού ρευστού. Το µεγαλύτερο γεωθερµικό έργο παγκόσµια ευρίσκεται στα Geysers στη Β. Καλιφόρνια. Η εγκατεστηµένη ισχύς υπερβαίνει τα ΜW και καλύπτει το 6% της ηλεκτρικής ενέργειας της B. Καλιφόρνιας.

34 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 34 Εικόνα Geysers California Παρά το µεγάλο γεωθερµικό δυναµικό της Ελλάδας, η αξιοποίηση της γεωθερµικής ενέργειας είναι σε πολύ χαµηλά επίπεδα. εν υπάρχει καµιά εγκατάσταση ηλεκτροπαραγωγής. Τα γεωθερµικά πεδία υψηλής θερµοκρασίας (>130 o C) εντοπίζονται στο ηφαιστειακό τόξο του Νότιου Αιγαίου που εκτείνεται από τη νήσο Νίσυρο µέχρι το Σουσάκι - Αγ. Θεοδώρους. Σηµαντικότερα απ αυτά είναι το πεδίο της νήσου Μήλου µε απολήψιµο δυναµικό 120 MWe και της Νισύρου µε 50 MWe. Έγινε µία πρώτη προσπάθεια µε µια πρώτη πιλοτική µονάδα από τη ΕΗ στη Μήλο, η οποία προκάλεσε τις αντιδράσεις των κατοίκων της περιοχής αφού επειδή δεν ελήφθησαν τα κατάλληλα µέτρα σηµειώθηκε έκλυση στην ατµόσφαιρα κάποιων αερίων, όπως το θείο, που µυρίζει πολύ άσχηµα. Οι κάτοικοι έκλεισαν την πιλοτική µονάδα και επηρέασαν και αυτούς της Νισύρου οι οποίοι µε τη σειρά τους δεν επέτρεψαν να γίνει εγκατάσταση ηλεκτροπαραγωγής στο νησί. Σήµερα οι κάτοικοι δείχνουν να είναι πιο θετικοί στο ενδεχόµενο εγκατάστασης µιας µονάδας ηλεκτροπαραγωγής από γεωθερµία, εφόσον βέβαια υπάρξουν οι κατάλληλες εγγυήσεις σχετικά µε την περιβαλλοντική προστασία. Στην Ελλάδα τα γεωθερµικά πεδία υψηλής ενθαλπίας βρίσκονται κυρίως στο νότιο τµήµα της χώρας. Η ανάπτυξη µονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και η διασύνδεσή τους στο σύστηµα, θα βοηθήσουν στο να αποκατασταθεί, η ανισορροπία που υπάρχει αυτή τη στιγµή καθώς η παραγωγή του ηλεκτρικού ρεύµατος γίνεται κυρίως στη βόρειο Ελλάδα, ενώ η µεγάλη κατανάλωση στα νότια και αυτό αποτελεί µεγάλο πρόβληµα καθώς υπάρχουν απώλειες κατά τη µεταφορά και µεγάλα προβλήµατα στην εξισορρόπηση φορτίου. Στον Πίνακα 2.1. αναφέρονται οι χώρες που χρησιµοποιούν τη γεωθερµική ενέργεια για παραγωγή ηλεκτρισµού, καθώς και η εγκατεστηµένη γεωθερµική ηλεκτρική ισχύς: και η αύξηση µεταξύ των ετών Στον ίδιο πίνακα φαίνεται επίσης η συνολική εγκατεστηµένη ισχύς στις αρχές του 2003 (8402,21 MWe). Η εγκατεστηµένη γεωθερµική ηλεκτρική ισχύς στις αναπτυσσόµενες χώρες το 1995 και το 2000 αντιπροσωπεύει αντίστοιχα το 38% και το 47% της συνολικής εγκατεστηµένης ισχύος παγκοσµίως. Το 2007 η παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος µε γεωθερµική ενέργεια εφαρµόζονταν σε 24 χώρες και η εγκατεστηµένη ισχύς των µονάδων παραγωγής ενέργειας στον κόσµο ανέρχονταν στα MWe, σηµειώνοντας αύξηση περισσότερων από 800 MWe σε σχέση µε το 2005.

35 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 35 Πίνακας 2.1. Χώρες που χρησιµοποιούν γεωθερµική ενέργεια για παραγωγή ηλεκτρισµού. ΧΩΡΕΣ 1995(MW e ) 2000(MW e ) (Αύξηση σε MW e ) % Αύξηση σε MW e 2003 MW e ΑΙΘΙΟΠΙΑ ΑΡΓΕΝΤΙΝΗ 0, ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ ,15 ΑΥΣΤΡΙΑ ,25 ΓΑΛΛΙΑ 4,2 4, ΓΕΡΜΑΝΙΑ ,23 ΓΙΟΥΑΤΕΜΑΛΑ - 33,4 33,4-29 ΕΛ ΣΑΛΒΑ ΟΡ ,3 161 Η.Π.Α 2.816, ΙΑΠΩΝΙΑ 413,7 546,9 133,2 32,2 560,9 ΙΝ ΟΝΗΣΙΑ 309,75 589,5 279,75 90,3 807 ΙΣΛΑΝ ΙΑ ΙΤΑΛΙΑ 631, ,3 24,3 790,5 ΚΕΝΙΑ ΚΙΝΑ 28,78 29,17 0,39 1,35 28,18 ΚΟΣΤΑ ΡΙΚΑ ,5 87, ,5 ΜΕΞΙΚΟ ,3 953 Ν.ΖΗΛΑΝ ΙΑ ,8 421,3 ΝΙΚΑΡΑΓΟΥΑ ,5 ΠΑΠΟΥΑ - ΝΕΑ ΓΟΥΙΝΕΑ ΠΟΡΤΟΓΑΛΛΙΑ ΡΩΣΙΑ ΤΑΥΛΑΝ Η 0,3 0, ,3 ΤΟΥΡΚΙΑ 20,4 20, ,4 ΦΙΛΙΠΠΙΝΕΣ , ΣΥΝΟΛΟ 6.833, , ,54 16, ,21

36 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Θερµική Παραγωγή Οι άµεσες χρήσεις της θερµότητας των γεωθερµικών ρευστών για θέρµανση είναι οι παλαιότερες, οι πιο πολύπλευρες και οι πλέον συνηθισµένες µορφές αξιοποίησης της γεωθερµικής ενέργειας. Η λουτροθεραπεία, η θέρµανση χώρων και η τηλεθέρµανση, οι αγροτικές εφαρµογές, οι υδατοκαλλιέργειες και κάποιες βιοµηχανικές χρήσεις είναι οι πιο γνωστές µορφές χρήσεις, όµως οι αντλίες θερµότητας αποτελούν την πιο διαδεδοµένη µορφή αξιοποίησης (12,5 % της συνολικής χρήσης της γεωθερµικής ενέργειας κατά το έτος 2000). Υπάρχουν φυσικά και κάποιοι άλλοι µικρότερης κλίµακας τρόποι εκµετάλλευσης της γεωθερµίας, οι οποίοι όµως δεν είναι τόσον συνηθισµένοι. Στη συνέχεια αναλύονται κάποιες από τις κύριες µη ηλεκτρικές χρήσεις της γεωθερµίας. Τηλεθέρµανση Η περιφερειακή θέρµανση οικισµών και πόλεων βρίσκει εφαρµογή σε πολλές χώρες. Με την εφαρµογή τηλεθέρµανσης µε γεωθερµική ενέργεια δύνανται να δηµιουργηθούν ιδιαίτερα ευνοϊκές συνθήκες εκµετάλλευσης διότι η παραγωγή θερµικής ενέργειας εξασφαλίζεται από εγκαταστάσεις χαµηλού κόστους κατασκευής, συντηρήσεως και, κυρίως, λειτουργίας. Τα γεωθερµικά συστήµατα τηλεθέρµανσης είναι έντασης κεφαλαίου, δηλαδή απαιτούν µεγάλα αρχικά κεφάλαια. Το κύριο κόστος αφορά την αρχική επένδυση για την κατασκευή των γεωτρήσεων παραγωγής και επανεισαγωγής, την αγορά των συστηµάτων άντλησης και µεταφοράς των ρευστών, την κατασκευή των δικτύων και των σωληνώσεων, την προµήθεια του εξοπλισµού ελέγχου και παρακολούθησης των εγκαταστάσεων, την κατασκευή των σταθµών διανοµής και των δεξαµενών αποθήκευσης. Παρόλα αυτά, τα λειτουργικά έξοδα, τα οποία αφορούν στην ενέργεια που καταναλώνεται για την άντληση των ρευστών, τη συντήρηση του συστήµατος και η διαχείριση της εγκατάστασης, είναι σηµαντικά µικρότερα σε σύγκριση µε αυτά µιας συµβατικής µονάδας. Ένας κρίσιµος παράγοντας για τον υπολογισµό του αρχικού κόστους του συστήµατος είναι η πυκνότητα του θερµικού φορτίου ή, αλλιώς, οι απαιτήσεις σε θέρµανση δια την επιφάνεια που καλύπτει η περιοχή που πρόκειται να θερµανθεί. Η υψηλή θερµική πυκνότητα καθορίζει την οικονοµική βιωσιµότητασκοπιµότητα του έργου τηλεθέρµανσης, αφού το δίκτυο διανοµής απορροφά µεγάλα κεφάλαια. Κάποια οικονοµικά οφέλη θα µπορούσαν να προκύψουν από το συνδυασµό θέρµανσης και ψύξης σε περιοχές όπου οι κλιµατικές συνθήκες επιτρέπουν τέτοιες εφαρµογές. Ο συντελεστής φορτίου σε ένα τέτοιο σύστηµα ψύξης-θέρµανσης θα πρέπει να είναι µεγαλύτερος από αυτόν που αντιστοιχεί µόνο στη θέρµανση, και η τιµή της ενεργειακής µονάδας πρέπει να είναι κατά συνέπεια χαµηλότερη.

37 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 37 Εικόνα 2-11 Εφαρµογή τηλεθέρµανσης στο Όρεγκον. Αντλίες Θερµότητας Οι αντλίες θερµότητας, όπως αναλύεται και στην προηγούµενη παράγραφο, είναι µηχανήµατα τα οποία αντλούν θερµότητα (µε τη µορφή ψύξης ή θέρµανσης) από µια δεξαµενή θερµότητας (αέρας περιβάλλοντος, δεξαµενή νερού, υπόγεια νερά, λίµνη κλπ) προς ένα χώρο, µέσω ενός κύκλου εξάτµισης και συµπύκνωσης ενός εργαζόµενου µέσου, µε την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Χαρακτηριστικό των αντλιών θερµότητας είναι η αντιστρεπτή λειτουργία τους, δηλαδή η ικανότητά τους να παρέχουν τόσο ψύξη όσο και θέρµανση στο χώρο. Οι αντλίες θερµότητας προσφέρουν µια σειρά πλεονεκτηµάτων (ανάλυση στην παράγραφο 3.1.8) και για αυτό γνωρίζουν µεγάλη άνθηση τα τελευταία χρόνια. Γεωργία-Κτηνοτροφία Οι αγροτικές εφαρµογές της γεωθερµίας συνίστανται κυρίως στις ανοικτές καλλιέργειες και τη θέρµανση θερµοκηπίων. Το θερµό νερό µπορεί να χρησιµοποιηθεί και στις ανοικτές καλλιέργειες για την άρδευσή τους και/ή τη θέρµανση του εδάφους. Το µεγαλύτερο µειονέκτηµα της άρδευσης µε χλιαρό νερό εντοπίζεται στο γεγονός ότι, για να επιτευχθεί κάποια αξιόλογη µεταβολή της θερµοκρασίας του εδάφους θα πρέπει οι µεγάλες ποσότητες νερού να έχουν θερµοκρασία τόσο χαµηλή ώστε να µην προκαλούν ζηµιές στις αρδευόµενες καλλιέργειες. Η βέλτιστη λύση φαίνεται ότι είναι ο συνδυασµός θέρµανσης εδάφους και άρδευσης. Η χηµική σύσταση των γεωθερµικών νερών που χρησιµοποιούνται για άρδευση θα πρέπει να εξετάζεται και να παρακολουθείται προσεκτικά, ώστε να αποφεύγονται τυχόν βλαβερές συνέπειες στα φυτά. Η πιο συνηθισµένη γεωθερµική εφαρµογή στον αγροτικό τοµέα είναι η θέρµανση θερµοκηπίων, η οποία αναπτύχθηκε ιδιαίτερα σε πολλές χώρες. Η εκτός εποχής καλλιέργεια κηπουρικών, οπωρικών και ανθοκοµικών προϊόντων ή η ανάπτυξή τους σε περιοχές µε µη ευνοϊκές κλιµατολογικές συνθήκες, µπορεί σήµερα να βασιστεί σε µια ευρέως εφαρµοσµένη τεχνολογία.

38 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 38 Σε πολλές περιπτώσεις τα γεωθερµικά νερά θα µπορούσαν να αξιοποιηθούν ακόµη επικερδέστερα, µέσα από τη συνδυασµένη χρήση τους σε κτηνοτροφικές µονάδες και γεωθερµικά θερµοκήπια. Η ενέργεια που χρειάζεται για τη θέρµανση µιας µονάδας εκτροφής ζώων είναι περίπου το 50% αυτής που απαιτείται για ένα θερµοκήπιο ίδιας επιφάνειας, οπότε η κλιµακωτή χρήση των γεωθερµικών ρευστών θεωρείται ενδεδειγµένη. Η εκτροφή ζώων σε ένα περιβάλλον ελεγχόµενης θερµοκρασίας συνεισφέρει στη βελτίωση της υγείας τους, ενώ η χρήση των θερµών ρευστών θα µπορούσε να επεκταθεί στον καθαρισµό και την εξυγίανση των χώρων τους, αλλά και στην ξήρανση των αποβλήτων τους. Υδατοκαλλιέργεια-Ιχθυοκαλλιέργεια Οι υδατοκαλλιέργειες, οι οποίες στην ουσία αποτελούν την ελεγχόµενη εκτροφή υδρόβιων οργανισµών, αποκτούν σήµερα ολοένα και µεγαλύτερη σπουδαιότητα σε παγκόσµιο επίπεδο, λόγω της αυξηµένης ζήτησής τους στην αγορά. Ο έλεγχος της θερµοκρασίας εκτροφής των ειδών αυτών είναι πολύ πιο σηµαντικός σε σχέση µε τα είδη που αναπτύσσονται στην ξηρά. Οι θερµοκρασίες που απαιτούνται για τα υδρόβια είδη κυµαίνονται κατά βάση µεταξύ 20 ο C και 30 ο C. Το µέγεθος των εγκαταστάσεων εξαρτάται από την αρχική θερµοκρασία των ρευστών, τη θερµοκρασία που απαιτείται στις δεξαµενές εκτροφής και από τις θερµικές απώλειες των τελευταίων. Η απαραίτητη θερµοκρασία στο νερό της δεξαµενής της ιχθυοκαλλιέργειας κυµαίνεται από 14 έως 30 ο C ανάλογα µε το είδος της. Η ιχθυοκαλλιέργεια µπορεί να γίνει είτε µεµονωµένα µε γεωθερµικά ρευστά σαν θερµαντικό µέσο, θερµοκρασίας 25 έως 35 ο C, είτε από το απορριπτόµενο νερό από τη θέρµανση θερµοκηπίων. Εικόνα 2-12 Αντιπαγετική προστασία και θέρµανση τεχνητών λιµνών στο Πόρτο Λάγος Ν. Ξάνθης.

39 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 39 Βιοµηχανία Συγκεκριµένα παραδείγµατα βιοµηχανικών εφαρµογών είναι η εµφιάλωση νερού και ανθρακούχων ποτών, η παραγωγή χαρτιού, τµηµάτων αυτοκινήτων, η ανάκτηση λαδιού, η παστερίωση γάλακτος, η χρήση στη βυρσοδεψία, η χηµική ανάκτηση προϊόντων, η παραγωγή µε διαχωρισµό του CO 2, η χρήση σε πλυντήρια, η ξήρανση γης διατόµων, η επεξεργασία πολτού και χαρτιού και η παραγωγή βορικών αλάτων και βορικού οξέος. Υπάρχουν επίσης εφαρµογές για χρήση των γεωθερµικών ρευστών χαµηλής θερµοκρασίας για λιώσιµο πάγου και αντιπαγετική προστασία πεζοδροµίων, δρόµων και πλατειών, ως και σχέδια για τη διάλυση της οµίχλης σε κάποια αεροδρόµια. Εικόνα 2-13 Ξήρανση διατοµιτών στην Ισλανδία. Αφαλάτωση θαλασσινού νερού Αφαλάτωση θαλασσινού νερού µε γεωθερµικά ρευστά σαν θερµαντικό µέσο δύνανται να επιτευχθεί µε τη µέθοδο της πολυσταδιακής εξάτµισης εν κενώ. Για να είναι οικονοµικά συµφέρουσα η αφαλάτωση πρέπει η θερµοκρασία των γεωθερµικών ρευστών να είναι τουλάχιστον 60 ο C. Η θερµοκρασία απόρριψης σχεδιάζεται να είναι ο C Μικρή µονάδα αφαλάτωσης στην Κίµωλο.

40 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 40 Εφαρµογές στον κόσµο Η θέρµανση χώρων και η τηλεθέρµανση παρουσίασαν µεγάλη ανάπτυξη στην Ισλανδία, όπου η συνολική ισχύς του γεωθερµικού συστήµατος τηλεθέρµανσης ανέρχονταν στα τέλη του 1999 σε περίπου 1200 MW. Αποτελούν επίσης ιδιαίτερα διαδεδοµένες εφαρµογές και στις χώρες της Ανατολικής Ευρώπης, καθώς και τις Η.Π.Α., Κίνα, Ιαπωνία, Γαλλία, κλπ. Συνδυασµός τηλεθέρµανσης και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας λαµβάνει χώρα και στο Μόναχο της Γερµανίας στα πλαίσια του προγράµµατος CHP µε παραγωγή 3,36 MWe. Συστήµατα γεωθερµικών αντλιών θερµότητας κλειστού κυκλώµατος που είναι συνδεδεµένες µε το υπέδαφος και αντλιών επιφανειακού ή υπόγειου νερού βρίσκονται εγκατεστηµένα σε 27 χώρες, µε συνολική θερµική ισχύ που ανήλθε σε MW κατά το έτος Η πλειοψηφία των εγκαταστάσεων βρίσκεται στις ΗΠΑ (4.800 MW), την Ελβετία (500 MW), τη Σουηδία (377 MW), τον Καναδά (360 MW), τη Γερµανία (344 MW) και την Αυστρία (228 MW). Για τη λειτουργία των συστηµάτων αυτών χρησιµοποιούνται ρηχοί υδροφόροι ορίζοντες ή εδάφη και υπόγεια πετρώµατα, µε θερµοκρασίες που κυµαίνονται µεταξύ 5-30 ο C. Οι υδατοκαλλιέργειες περιλαµβάνουν την εκτροφή κροκοδείλων και αλιγατόρων, που αξιοποιούνται συνήθως ως τουριστικό αξιοθέατο αλλά και για την εκµετάλλευση του δέρµατός τους, η οποία µπορεί να αποτελέσει µια πολύ επικερδή δραστηριότητα. Με βάση την εµπειρία από τις Η.Π.Α., φαίνεται ότι, διατηρώντας τη θερµοκρασία ανάπτυξής του σταθερή στους 30 ο C, ένας αλιγάτορας µπορεί να µεγαλώσει σε µήκος περίπου 2 µέτρα µέσα σε 3 χρόνια, ενώ εάν ζούσε σε φυσικές συνθήκες η αύξηση του µήκους του δεν θα ξεπερνούσε τα 1,20 µέτρα κατά την ίδια χρονική περίοδο. Τέτοια ερπετά εκτρέφονται εδώ και χρόνια σε ειδικές εγκαταστάσεις στο Κολοράντο και το Αϊντάχο των Η.Π.Α., ενώ παρόµοιες εφαρµογές σχεδιάζονται και στην Ισλανδία. Η καλλιέργεια της σπιρουλίνας θεωρείται επίσης µια µορφή υδατοκαλλιέργειας. Λόγω της υψηλής διατροφικής του αξίας, αυτό το µονοκυτταρικό, σπειροειδές και γαλάζιο-πράσινο φίκος, συχνά αποκαλείται υπερτροφή. Επίσης, έχει προταθεί ως λύση στο πρόβληµα της ασιτίας στις φτωχότερες περιοχές του πλανήτη, όµως για την ώρα χαρακτηρίζεται στο εµπόριο απλά ως συµπλήρωµα διατροφής. Η σπιρουλίνα καλλιεργείται σήµερα σε αρκετές τροπικές και υποτροπικές χώρες, σε λίµνες ή τεχνητές δεξαµενές, όπου επικρατούν ιδανικές συνθήκες για τη γρήγορη ανάπτυξή της (µέσα σε ένα ζεστό, αλκαλικό περιβάλλον, πλούσιο σε CO 2 ). Παρόλα αυτά, σε αρκετές χώρες των εύκρατων ζωνών η γεωθερµική ενέργεια έχει ήδη αξιοποιηθεί επιτυχώς σε τέτοιες υδατοκαλλιέργειες, για την ανάπτυξη της σπιρουλίνας σε ετήσια βάση, παρέχοντας την απαραίτητη θερµότητα αλλά και το CO 2. Στην Ιαπωνία λειτουργεί µια µικρή βιοµηχανία που χρησιµοποιεί τις λευκαντικές ιδιότητες του υδρόθειου (H 2 S) των γεωθερµικών νερών για την παραγωγή πρωτοποριακών και εξαιρετικής ποιότητας υφασµάτων για γυναικεία ρούχα. Στην ίδια χώρα, εφαρµόζεται σε πειραµατικό στάδιο µια τεχνική για τη βιοτεχνική-βιοµηχανική παρασκευή ενός ελαφρού γεωθερµικού ξύλου, το οποίο θεωρείται ιδιαίτερα κατάλληλο για ειδικές κατασκευές. Κατά την επεξεργασία του κανονικού ξύλου µε το νερό µιας γεωθερµικής πηγής, τα πολυσακχαρίδια του υφίστανται υδρόλυση, οπότε το υλικό γίνεται πιο πορώδες και συνεπώς ελαφρύτερο. Οι µη ηλεκτρικές χρήσεις της γεωθερµικής ενέργειας ανά τον κόσµο παρουσιάζονται στον πίνακα 2.2.

41 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 41 Η εγκατεστηµένη θερµική ισχύς γεωθερµικών µονάδων µέσης και χαµηλής θερµοκρασίας ανήλθε το 2007 στα MW, παρουσιάζοντας αύξηση 75% σε σχέση µε το 2000, µε µέση ετήσια αύξηση 12%. Αντίστοιχα, η χρήση ενέργειας αυξήθηκε κατά 43% σε σχέση µε το 2000 και ανήλθε στα TJ ( GWh/έτος). Πίνακας 2.2. Μη ηλεκτρικές χρήσεις της γεωθερµίας ανά τον κόσµο. ΧΩΡΑ ΙΣΧΥΣ (MW) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (ΤJ/έτος) Αίγυπτος 1 15 Αλγερία Αργεντινή 25,7 449 Αρµενία 1 15 Αυστραλία 34,4 351 Αυστρία 255, Βέλγιο 3,9 107 Βενεζουέλα 0,7 14 Βουλγαρία 107, Γαλλία Γερµανία Γεωργία Γουατεµάλα 4,2 117 ανία 7,4 75 Ελβετία 547, Ελλάδα 57,1 385 Η.Π.Α Ηνωµένο Βασίλειο 2,9 21 Ιαπωνία Ινδία Ινδονησία 2,3 43 Ιορδανία 153, Ισλανδία Ισραήλ 63, Ιταλία 325, Καναδάς 377, Καραϊβική 0,1 1 Κένυα 1,3 10 Κίνα

42 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 42 Κολοµβία 13,3 266 Κορέα 35,8 753 Κροατία 113,9 555 Λιθουανία Μεξικό 164, Νέα Ζηλανδία 307, Νεπάλ 1,1 22 Νορβηγία 6 32 Ολλανδία 10,8 57 Ονδούρα 0,7 17 Ουγγαρία 472, Π.Γ..Μ. 81,2 510 Περού 2,4 49 Πολωνία 68,5 275 Πορτογαλία 5,5 35 Ρουµανία 152, Ρωσία 308, Σερβία Σλοβακία 132, Σλοβενία Σουηδία Ταϊλάνδη 0,7 15 Τουρκία Τσεχία 12,5 128 Τυνησία 23,1 201 Υεµένη 1 15 Φιλιππίνες 1 25 Φινλανδία 80,5 484 Χιλή 0,4 7 Σύνολο

43 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 43 Εφαρµογές στην Ελλάδα Η κυριότερη εφαρµογή της γεωθερµικής ενέργειας στην Ελλάδα σήµερα (εκτός από τη χρήση των ρευστών για λουτροθεραπευτικούς σκοπούς που αποτελεί παράδοση αιώνων) είναι η θέρµανση θερµοκηπίων και η θέρµανση του εδάφους για την πρωΐµιση σπαραγγιών. Τα τελευταία όµως χρόνια παρατηρείται µία στασιµότητα στον τοµέα αυτό, η οποία αντισταθµίζεται από τη διεύρυνση στο είδος των γεωθερµικών χρήσεων, όπως για παράδειγµα ιχθυοκαλλιέργειες, παραγωγή σπιρουλίνας, αφαλάτωση νερού και γεωθερµικές αντλίες θερµότητας. Στον Πίνακα 2.3. παρουσιάζεται η γεωθερµική χρήση στην Ελλάδα κατά το 2000, 2004, Πίνακας 2.3. Γεωθερµική Χρήση στην Ελλάδα. Χρήση Εγκατεστηµένη ισχύς 2000 (MW) Εγκατεστηµένη ισχύς 2004 (MW) Εγκατεστηµένη ισχύς 2007 (MW) Θέρµανση χώρων 1,1 1,2 1,4 Θέρµανση 20,6 22,2 26,5 θερµοκηπίων Υδατοκαλλιέργειες 1 0 9,3 9,3 Ξήρανση αγροτικών 4 0,3 0,8 προϊόντων Λουτροθεραπευτικές 35 36,0 36 µονάδες Γεωθερµικές αντλίες 0,4 4,0 20 θερµότητας ΣΥΝΟΛΟ 61, ιχθυοκαλλιέργειες και καλλιέργεια σπιρουλίνας Παρατηρείται πολύ µεγάλη ανάπτυξη στη χρήση γεωθερµικών αντλιών θερµότητας το 2007, αύξηση παρατηρείται επίσης στη θέρµανση θερµοκηπίων ενώ σε µικρότερο ποσοστό υπάρχει αύξηση στη θέρµανση χώρων και στην ξήρανση αγροτικών προϊόντων, η οποία έχει µειωθεί αρκετά από το Σταθερή παραµένει η χρήση για υδατοκαλλιέργειες και λουτροθεραπεία. Συγκεκριµένες εφαρµογές θέρµανσης µε γεωθερµία στην Ελλάδα παρουσιάζονται στη συνέχεια. Θέρµες Ξάνθης. Πιλοτική θέρµανση του Γυµνασίου Θερµών Ξάνθης, συνολικής επιφάνειας 60 m 2, από γεωθερµικά νερά θερµοκρασίας 51,5 ο C. Το σύστηµα θέρµανσης λειτούργησε σε πλήρη ισχύ από 3/3/2003 και δοκιµάστηκε µε εξωτερική θερµοκρασία µέχρι 4 ο C. Αποδίδει στο Γυµνάσιο Θερµών kcal/h, καλύπτοντας το 80% του σχεδιασµένου φορτίου αιχµής και εξωτερική θερµοκρασία 9 ο C. (Έργο ΕΘΙΑΓΕ).

44 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 44 ηµαρχείο Πυλαίας Θεσσαλονίκης Χρησιµοποιείται γεωεναλλάκτης, 21 τυφλές σωλήνες σε βάθος 80m, για τη θέρµανση του κτιρίου επιφάνειας m 2 που τέθηκε σε λειτουργία τον Σεπτέµβριο του Το θερµικό φορτίο του κτιρίου είναι 265 kw ενώ το ψυκτικό 280 kw. Λουτρά Τραϊανούπολης, Ν. Έβρου Με τη χρήση εναλλακτών θερµότητας και σύστηµα ενδοδαπέδιας θέρµανσης θερµαίνονται οι κτιριακές εγκαταστάσεις (πτέρυγες διαµονής, υδροθεραπευτήριο, εστιατόριο), έκτασης m 2, µε γεωθερµικό ρευστό θερµοκρασίας 52 ο C και παροχή 50 m 3 /h. Τα αποτελέσµατα από αυτές τις εφαρµογές είναι αισιόδοξα και δίνουν ώθηση για παραπέρα έρευνα σε γεωθερµικά πεδία που έχουν εντοπιστεί αλλά δεν έχουν ακόµη µελετηθεί διεξοδικά.

45 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Γεωθερµικό πεδίο λεκάνης Θεσσαλονίκης Η λεκάνη της Θεσσαλονίκης καταλαµβάνει γεωγραφικά την χερσαία περιοχή της πεδιάδας Θεσσαλονίκης-Κατερίνης, δυτικά της πόλης της Θεσσαλονίκης και εκτείνεται προς βορρά ως την F.Y.R.O.M., προς νότο επικοινωνεί µε τον Θερµαϊκό κόλπο, δυτικά περιορίζεται από τα Πιέρια Όρη και το Βέρµιο και ανατολικά από τον Χορτιάτη. Πρόκειται για έναν τεράστιο ιζηµατογενή χώρο έκτασης 4200 km 2 στην ξηρά και 4000 km 2 σε θαλάσσιο περιβάλλον. Οι ποταµοί Αξιός, Αλιάκµονας, Λουδίας και Γαλλικός ρέουν µέσα σε αυτή τη λεκάνη. Η ιδιαίτερη γεωτεκτονική κατάσταση (ρηξιγενής τεκτονική) που διαµορφώθηκε στον Βορειοελλαδικό χώρο µετά τις αλπικές ορογενετικές κινήσεις, η παρουσία υπόθερµων νερών και η έντονη παρουσία Πλειοκαινικών λαβών δηµιουργούν προϋποθέσεις ύπαρξης γεωθερµικού ενδιαφέροντος και τις απαραίτητες προϋποθέσεις για την εγκαθίδρυση υδροθερµικών συστηµάτων κυρίως χαµηλής ενθαλπίας. Στην κεντρική Μακεδονία οι µεγάλες ιζηµατογενείς λεκάνες, αποτέλεσµα κυρίως εφελκυστικής τεκτονικής, συνοδεύτηκαν από την αύξηση της ροής θερµότητας και επέτρεψαν τη συγκέντρωση θερµικής ενέργειας σε βαθείς γεωλογικούς σχηµατισµούς. Οι σχηµατισµοί αυτοί παρουσιάζουν υψηλό πορώδες και φιλοξενούν γεωθερµικά ρευστά που µπορούν να αξιοποιηθούν για το υψηλό θερµοενεργειακό τους φορτίο. Στη λεκάνη Θεσσαλονίκης έχουν ανορυχθεί αρκετές βαθιές γεωτρήσεις έρευνας υδρογονανθράκων από ξένες εταιρείες, ελληνικό δηµόσιο και.ε.π. όπως για παράδειγµα: Αλεξάνδρεια 1, Λουδίας, Κλειδί κ.τ.λ. Οι λόγοι οι οποίοι οδήγησαν στην απόφαση της κατασκευής βαθιάς γεωθερµικής γεώτρησης έρευνας παραγωγής ΒΒ της Αλεξάνδρειας είναι οι εξής: α. Η µεγαλύτερη θερµική ανωµαλία στην περιοχή της λεκάνης διαπιστώθηκε στην περιοχή Αλεξάνδρειας Ηµαθίας. β. Σε όλη την ευρύτερη περιοχή οι θερµοκρασίες των νερών στις υδρογεωτρήσεις έχουν τιµές µεγαλύτερες των 17 ο C. Οι θερµοκρασίες αυτές είναι κατάλληλες για την αξιοποίηση του θερµικού φορτίου µέσω αντλιών θερµότητας τόσο στον οικιακό όσο και στον αγροτικό τοµέα. γ. Η αναµενόµενη παρουσία Μειοκαινικών σχηµατισµών είναι σηµαντικού πάχους (~300m) και έχουν καλά υδραυλικά χαρακτηριστικά (πορώδες, περατότητα). Τα αποτελέσµατα από το γεωτρητικό πρόγραµµα του Ι.Γ.Μ.Ε. µε την ανόρυξη της συγκεκριµένης γεώτρησης, που χαρακτηρίζεται ως ΓΝ-1Π αναλύονται στην ακόλουθη παράγραφο.

46 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Γεωθερµική παραγωγική γεώτρηση ΓΝ-1Π Γεωγραφική θέση και κατασκευή της ΓΝ-1Π Η παραγωγική γεωθερµική γεώτρηση ΓΝ-1Π ανορύχθηκε ΒΒ της Αλεξάνδρειας Ηµαθίας, σε απόσταση ~4km ΒΒ της πόλης της Αλεξάνδρειας, 1,8 km ΒΒ του χωριού Σχοινάς και 1,6 km του χωριού Νεοχώριο. Η θέση της γεώτρησης πάνω σε τοπογραφικό χάρτη παρουσιάζεται στην εικόνα 2-16α. Η γεώτρηση ΓΝ-1Π έφθασε µέχρι βάθος 805m. Στην εικόνα 2-16β παρουσιάζεται η λιθοστρωµατική στήλη της γεώτρησης µε τα τεχνικάκατασκευαστικά χαρακτηριστικά της και τις µεταβολές της θερµοκρασίας και της αγωγιµότητας µε το βάθος, όπως αυτές καταγράφηκαν στο εσωτερικό της γεώτρησης κατά την εκτέλεση διαγραφιών. Παρατηρήθηκε ότι η γεώτρηση παρουσιάζει έντονο αρτεσιανισµό. Με ελεύθερη ροή (χωρίς αντλητικό µέσο) παρέχονται m 3 /h γεωθερµικού νερού θερµοκρασίας 34,1 ο C. Επίσης διαπιστώνεται η ύπαρξη φυσαλίδων που είναι ενδεικτική της παρουσίας αερίων. Από την εκτέλεση των διαγραφιών ακόµα καταγράφηκε αυξηµένη τιµή φυσικής ραδιενέργειας (ακτινοβολία -γ) συγκεκριµένα σε βάθος m λόγω της ιδιαίτερης σύστασης των εκεί πετρωµάτων (τεφροπράσινοι άργιλοι και αργιλοµαργαϊκά υλικά). Μετά το πέρας της κατασκευής της γεώτρησης έλαβαν χώρα δοκιµαστικές αντλήσεις που έγιναν σε δύο στάδια. Το πρώτο στάδιο περιελάµβανε την άντληση κατά βαθµίδες, ενώ το δεύτερο την άντληση µε σταθερή παροχή. Η µέτρηση της παροχής των υδροφόρων στρωµάτων πραγµατοποιήθηκε µε τη βοήθεια του φωρατή ροόµετρου. Οι δοκιµές άντλησης έγιναν για τη διαρκή και ακριβή παρακολούθηση της στάθµης στην αντλούµενη γεώτρηση και έχουν ως σκοπό τον καθορισµό των υδραυλικών παραµέτρων των υδροφόρων στρωµάτων της γεώτρησης, της µέγιστης παροχής, της κρίσιµης παροχής και της εκµεταλλεύσιµης παροχής. Εικόνα 2-15 Αλεξάνδρεια Ηµαθίας.

47 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 47 Εικόνα 2-16 α. Τοπογραφικός Χάρτης Γεώτρησης ΓΝ-1Π µε κλίµακα 1:

48 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας οκιµαστική άντληση κατά βαθµίδες Η δοκιµαστική άντληση κατά βαθµίδες έγινε σε τρία στάδια µε µεταβαλλόµενη παροχή άντλησης κατά στάδιο και διήρκεσε έξι ώρες. Το πρώτο στάδιο έγινε µε παροχή Q 1 = 80 m 3 /h, το δεύτερο στάδιο έγινε µε παροχή Q 2 =110 m 3 /h και το τρίτο στάδιο έγινε µε παροχή Q 3 =144,5 m 3 /h. Κάθε στάδιο διήρκεσε δυο ώρες. Στον πίνακα 2.4. παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της δοκιµαστικής άντλησης κατά βαθµίδες. Πίνακας 2.4. οκιµαστική άντληση κατά βαθµίδες 1 η Βαθµίδα 2 η Βαθµίδα 3 η Βαθµίδα Χρόνος Μετρήσεων Συνολική ιάρκεια Άντλησης Πτώση Στάθµης (m) Παροχή Άντλησης (m) ιάρκεια Άντλησης Θερµοκρασία ( ο C) 11: : , : ,00 12:30 1h 1h 15, :00 1h 30 1h 30 15,48 13:30 2h 2h 15, :35 5 2h 5 20, : h 30 21, :30 1h 3h 22, :00 1h 30 3h 30 22, :30 2h 4h 22, :35 5 4h 5 30, : h 30 31, :30 1h 5h 32,34 144, :00 1h 30 5h 30 32,87 35,5 17:30 2h 6h 33,20 35,5 Στο σχήµα παρουσιάζεται η χαρακτηριστική καµπύλη της παροχής (Q) µε την πτώση στάθµης (δ). ιαπιστώνεται ότι δεν παρατηρείται µια εµφανής δυσανάλογη πτώση στάθµης σε σχέση µε την παροχή, ενώ από τη συνολική µορφή της καµπύλης µπορεί να θεωρηθεί ότι η κρίσιµη παροχή είναι Q c >145 m 3 /h. Ως κρίσιµη παροχή ορίζεται η τιµή της παροχής πέραν της οποίας παρατηρείται δυσανάλογα µεγάλη πτώση στάθµης και εποµένως για να αντληθεί µια ποσότητα νερού απαιτείται µεγαλύτερη δαπάνη ενέργειας από ότι αν η ίδια ποσότητα νερού αντληθεί µε χαµηλότερες παροχές. Πρέπει να επισηµανθεί ότι η κρίσιµη παροχή δεν έχει καµία σχέση µε τη µέγιστη παροχή µιας γεώτρησης αλλά αποτελεί απλά µια ένδειξη που καταδεικνύει µέχρι ποια παροχή είναι οικονοµικά συµφέρουσα η εκµετάλλευση της γεώτρησης.

49 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 49 Εικόνα Χαρακτηριστική καµπύλη της παροχής (Q) µε την πτώση στάθµης (δ). Αναφορικά µε τη θερµοκρασία του νερού κατά τη διάρκεια της δοκιµαστικής άντλησης κατά βαθµίδες διαπιστώνεται µια θερµοκρασιακή σταθερότητα ίση µε 35 ο C σε όλη τη διάρκεια του πρώτου και δεύτερου σταδίου και στην πρώτη ώρα του τρίτου σταδίου και µια µικρή άνοδος (35,5 ο C) στη δεύτερη και τελευταία ώρα του τρίτου σταδίου. Μετά το πέρας της δοκιµαστικής άντλησης και για χρονικό διάστηµα 35 λεπτών πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις επαναφοράς στάθµης. Τα αποτελέσµατα παρατίθενται στον πίνακα 2.5. ιαπιστώνεται η ταχεία επαναφορά της στάθµης µετά το τέλος της άντλησης αφού µετρήθηκαν 32,3m σε χρονικό διάστηµα µόλις 35 λεπτών και η στάθµη της αντλούµενης γεώτρησης έφθασε σε βάθος µόλις 0,9m από την επιφάνεια. Αυτή η γρήγορη επαναφορά της στάθµης είναι ενδεικτική του µεγάλου δυναµικού της γεώτρησης. Πίνακας 2.5. Επαναφορά στάθµης µετά το πέρας της δοκιµαστικής κατά βαθµίδες άντλησης. Χρόνος Μετρήσεων ιάρκεια Επαναφοράς Στάθµη από την Επιφάνεια (m) Επαναφορά Στάθµης (m) 17:30: ,2 33,20 17:30: ,0 18,20 17:31:00 1 min 10,0 23,20 17:38:00 8 min 5,0 28,20 17:41:00 11 min 3,9 29,30 17:43:00 13 min 3,5 29,70 17:45:00 15 min 3,1 30,13 17:55:00 25 min 1,5 31,70 18:05:00 35 min 0,9 32,30

50 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας οκιµαστική άντληση µε σταθερή παροχή Η κύρια δοκιµαστική άντληση διήρκεσε 72 ώρες, πραγµατοποιήθηκε µε σταθερή παροχή Q=130m 3 /h και ταυτόχρονη παρατήρηση της πτώσης στάθµης στην αντλούµενη γεώτρηση. Συγχρόνως γινόταν και µετρήσεις της θερµοκρασίας του αντλούµενου νερού και δειγµατοληψίες νερού σε συγκεκριµένες και επιλεγµένες χρονικές στιγµές. Τα αποτελέσµατα της δοκιµαστικής άντλησης παρατίθενται στον πίνακα 2.6. Πίνακας 2.6. οκιµαστική άντληση µε σταθερή παροχή. Χρόνος Μετρήσεων ιάρκεια Άντλησης Πτώση Στάθµης (m) Παροχή Άντλησης (m 3 /h) Θερµοκρασία ( ο C) 08: :05 5 min 20,30 08:10 10 min 21, :15 15 min 23, :20 20 min 24,35 08:30 30 min 25,55 08:45 45 min 26, :00 1h 27,09 09:15 1h 15 min 27,68 09:30 1h 30 min 27,95 10:00 2h 28,32 10:30 2h 30 min 28,60 11:00 3h 28,97 11:30 3h 30 min 29, :00 4h 29,70 12:30 4h 30 min 30,03 13:00 5h 30,30 13:30 5h 30 min 30, ,5 14:00 6h 30,90 14:30 6h 30 min 31,22 15:00 7h 31,60 35,5 15:30 7h 30min 31,95 16:00 8h 32,18 16:30 8h 30min 32,44 17:00 9h 32,67 35,5 18:00 10h 32,99 19:00 11h 33,30 20:00 12h 33,68 35,5 21:00 13h 33,95 22:00 14h 34,35 23:00 15h 34,54 00:00 16h 34,85 35,5

51 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 51 Πίνακας 2.6. (συνέχεια) Χρόνος ιάρκεια Μετρήσεων Άντλησης Πτώση Στάθµης (m) Παροχή Άντλησης (m 3 /h) Θερµοκρασία ( ο C) 01:00 17h 35,16 02:00 18h 35,35 04:00 20h 35,78 35,2 06:00 22h 36,15 08:00 24h 36,54 35,5 10:00 26h 36,85 12:00 28h 37,03 35,5 16:00 32h 37,47 35,5 20:00 36h 38, :00 40h 38,91 04:00 44h 39,29 35,5 08:00 48h 39,78 12:00 52h 40,30 16:00 56h 40,50 35,5 20:00 60h 40,65 02:00 66h 40,90 35,5 08:00 72h 41,05 35,5 Αναφορικά µε τη θερµοκρασία του αντλούµενου νερού διαπιστώνεται αρχικά θερµοκρασία 35 ο C και στη συνέχεια (µετά τα πρώτα 45λεπτά) µια σχετική θερµοκρασιακή σταθερότητα σε όλη σχεδόν τη διάρκεια της 72ώρης άντλησης µε θερµοκρασία νερού Τ= 35,5 ο C. Μοναδικές εξαιρέσεις αποτελούν οι θερµοµετρήσεις σε χρόνους 3h και 30min και 20h από την έναρξη της άντλησης µε αντίστοιχες θερµοκρασίες 35 και 35,2 ο C. Η παρατηρηθείσα µικρή διαφοροποίηση στις δυο αυτές χρονικές στιγµές όµως δεν µπορεί να αλλάξει τη γενικότερη εικόνα της θερµοκρασιακής σταθερότητας που παρουσιάζει η γεώτρηση κατά την άντληση.

52 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Χηµική σύσταση του νερού της γεώτρησης ΓΝ-1Π Προκειµένου να εξεταστεί η χηµική σύσταση του νερού αλλά και για να διαπιστωθούν τυχόν µεταβολές της χηµικής σύστασης του νερού κατά την άντληση και λειτουργία της γεώτρησης πραγµατοποιήθηκε δειγµατοληψία σε διάφορα στάδια και σε συγκεκριµένες χρονικές στιγµές της αντλητικής διαδικασίας. Έτσι ελήφθησαν συνολικά έξι δείγµατα νερού και αποτελέσµατα των χηµικών αναλύσεών τους παρουσιάζονται στον πίνακα 2.7. Σε γενικές γραµµές διαπιστώνεται ο σχεδόν αµετάβλητος χηµικός χαρακτήρας του αντλούµενου γεωθερµικού νερού. Προκύπτει ότι το νερό ανήκει στην κατηγορία των Na-Cl νερών. Το κατιονικό φορτίο του νερού εκφράζεται κυρίως από το Νa + (σε ποσοστό 80,2-81,4%) ενώ το ανιονικό από τα ιόντα Cl - (91,7-92,4%). Στη συνέχεια της µελέτης ως αντιπροσωπευτικό δείγµα νερού θα θεωρείται το δείγµα Νο 8, το οποίο ελήφθη µετά από 72ώρης διάρκειας άντληση µε σταθερή παροχή 130 m 3 /h και έτσι αυτό αντιστοιχεί σε αντλούµενο γεωθερµικό νερό µετά από σηµαντικό χρόνο συνεχούς άντλησης. Το σύνολο διαλυµένων αλάτων (Σ..Α.) ανέρχεται στα 2,18 g/l ενώ το ph είναι 7,99 δηλαδή ελαφρώς αλκαλικό. Για τις επιµέρους συγκεντρώσεις παρατηρείται αυξηµένη παρουσία του Β, χαµηλή συγκέντρωση των ιόντων Ca 2+, Μg 2+, HCO - 3 και ακόµα χαµηλότερη του Κ + και των SO 2-4. Χαρακτηριστική είναι η µηδενική παρουσία του Li και η πολύ χαµηλή περιεκτικότητα του νερού σε SiO 2, δηλαδή τιµή µέσα στα φυσιολογικά πλαίσια για κανονικά υπόγεια νερά. Για την καλύτερη αξιολόγηση του νερού της γεώτρησης χρησιµοποιήθηκαν τα αποτελέσµατα χηµικών αναλύσεων νερών που προέρχονται από µικρότερου βάθους υδρογεωτρήσεις στην περιοχή της ΓΝ-1Π. Συγκεκριµένα, χρησιµοποιήθηκαν τα αποτελέσµατα των χηµικών αναλύσεων των νερών ΝΙS, ΝΙS-1 µέχρι και ΝΙS-20 της περιοχής Νησίου, από τις υδρογεωτρήσεις ΝΕΟ-1 και ΝΕΟ-2 της περιοχής Νεοχωρίου καθώς και τις βαθύτερες γεωτρήσεις Γ-3 και Γ-4 του Ι.Γ.Μ.Ε. Γενικά διαπιστώνεται η σαφής διαφοροποίηση του δείγµατος γεωθερµικού νερού της ΓΝ-1Π, το οποίο ανήκει στην κατηγορία των Na-Cl νερών από τα υπόλοιπα νερά της περιοχής. Η συντριπτική πλειοψηφία των νερών της περιοχής, που προέρχονται από ρηχούς υδροφορείς και τα οποία τροφοδοτούν τις υπάρχουσες κοινές υδρογεωτρήσεις είναι του γενικότερου τύπου Ca(Mg,Na)-HC0 3. Το Σύνολο των ιαλυµένων Αλάτων (Σ..Α ή T.D.S) του γεωθερµικού νερού είναι 2,178 mg/l ενώ στα νερά της περιοχής που προέρχονται από ρηχές υδρογεωτρήσεις το Σ..Α κυµαίνεται µεταξύ 244,3 και 683,3 mg/l. Όλα τα νερά (γεωθερµικά και µη) χαρακτηρίζονται από ουδέτερα έως ελαφρώς αλκαλικά αφού το pη κυµαίνεται µεταξύ 7,38 και 8,33. Η περιεκτικότητα σε SiO 2 του νερού της γεώτρησης είναι χαµηλή (19,9 mg/l) και αυτή η τιµή είναι πολύ χαµηλότερη τόσο από τα ψυχρά, επιφανειακότερα νερά της περιοχής (28, mg/l) όσο και από το δείγµα της ερευνητικής γεώτρησης Γ-3 (37,9 mg/l). Αντίθετα αυξηµένη είναι η παρουσία του βορίου (4,8 mg/l), ενδεικτική της γεωθερµικής του προέλευσης. Στον πίνακα 2.8. παρατίθενται οι λόγοι Mg/Ca, Na/K, Na/Cl, Cl/SO 4 και Cl/HCO CO 3 για τα νερά της γεώτρησης ΓΝ-1Π και των γειτονικών υδρογεωτρήσεων της περιοχής.

53 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 53 Πίνακας 2.7. Αποτελέσµατα χηµικών αναλύσεων από τη γεώτρηση κατά τη διάρκεια των δοκιµαστικών αντλήσεων.

54 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 54 Πίνακας 2.8. Λόγοι Mg/Ca, Na/K, Na/Cl, Cl/SO 4 και Cl/HCO - 3 +CO 2-3 για τα νερά της γεώτρησης ΓΝ-1Π και των γειτονικών υδρογεωτρήσεων της περιοχής. - Cl/HCO ΕΙΓΜΑ Mg/Ca Na/K Na/Cl Cl/SO CO 3 ΓΝ-1Π 0, ,86 0, ,31 11,932 NIS-1 0,958 6,50 1,300-0,102 NIS-2 0,659 6,75 2,025-0,105 NIS-4 0,367 2,35 1,220 50,00 0,136 NIS-5 1,001 5,69 1,644 45,00 0,110 NIS-6 1,112 5,69 1,233-0,142 NIS-7 1,135 7,08 1,535-0,138 NIS-9 0,500 2,79 1,340 10,00 0,131 NIS-10 0,465 2,58 1,340-0,134 NIS-14 0,328 2,41 1,300 1,67 0,143 NIS-15 0,271 2,74 1,575 4,00 0,108 NIS-3 0,509 3,60 1,200 7,50 0,120 NIS-20 0,239 2,56 2,181 1,01 0,081 NIS-11 0,371 5,00 1,444 2,05 0,120 NIS-12 0,231 3,00 1,350 1,91 0,114 NIS-13 0,218 3,72 0,893 1,71 0,213 NEO-1 0,844 5,73 3,153 40,00 0,087 NEO-2 1,579 4,96 2,424 22,50 0,098 NIS 1,053 13,67 1,025 5,00 0,089 NIS-16 0,625 12,00 0,800 1,43 0,063 NIS-17 1,018 24,00 1,600 5,00 0,065 NIS-18 1,158 5,00 0,714 5,00 0,072 Γ-3 0,874 67,97 21, ,00 0,033 Γ-4 0,786 23,09 6,530 0,52 0,111 ιαπιστώνεται ότι ενώ στα συνήθη υπόγεια νερά της περιοχής ο λόγος Na/K κυµαίνεται µεταξύ 2,41 και 67,97 ( η υψηλότερη τιµή στο δείγµα Γ-3), το γεωθερµικό νερό της ΓΝ-1Π εµφανίζει πολύ υψηλή τιµή του λόγου αυτού (201,86), λόγω της πολύ υψηλής συγκέντρωσης Na + και της διατήρησης της συγκέντρωσης K + σε χαµηλά, φυσιολογικά πλαίσια (6,0 mg/l ). Η τιµή του λόγου αυτού είναι πολύ µεγαλύτερη από την συνήθη τιµή του λόγου Na/K που παρατηρείται στο θαλασσινό νερό. Ο λόγος Na/Cl για τα νερά των κοινών, µικρού βάθους υδρογεωτρήσεων λαµβάνει τιµές µικρότερες από 3,15. Στο γεωθερµικό νερό της ΓΝ-1Π η τιµή του λόγου αυτού είναι 0,893. Η τιµή αυτή ανήκει µέσα στα πλαίσια τιµών που παρουσιάζουν τόσο τα κανονικά υπόγεια νερά, όσο και το θαλασσινό νερό. Ο λόγος Cl/SO 4 2- για το νερό της ΓΝ-1Π είναι υπερβολικά υψηλός (988,3) σε σχέση µε τον αντίστοιχο του θαλασσινού νερού. Ο λόγος Cl/SO 4 είναι συνήθως µεγαλύτερος σε βαθιά νερά από ότι σε τοπικές πηγές εξαιτίας της οξείδωσης των σουλφιδίων και της χαµηλής διαλυτότητας των θειϊκών ορυκτών σε υψηλές θερµοκρασίες. Το γεωθερµικό νερό της γεώτρησης χαρακτηρίζεται ως χλωριούχο. Η τιµή του λόγου Cl/HCO 3 - +CO 3 2- (11,932), είναι πολύ υψηλή και διαφοροποιείται σηµαντικά από τις τιµές του λόγου αυτού για τα υπόλοιπα δείγµατα της περιοχής (0,033-0,213). Με

55 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 55 βάση την τιµή του λόγου αυτού γίνεται σαφής η διαφοροποίηση του νερού της γεώτρησης από το κοινό θαλασσινό νερό. Επιπλέον, η υψηλή τιµή στο γεωθερµικό νερό είναι ενδεικτική της βαθύτερης προέλευσης του, αφού κοντά στις περιοχές τροφοδοσίας των υδροφόρων επικρατούν τα HCO - 3 ενώ οι συγκεντρώσεις του Cl - αυξάνουν σε µεγαλύτερα βάθη. Η συγκέντρωση του Br - στο νερό της ΓΝ-1Π είναι πολύ χαµηλή. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα ο λόγος Cl/Br να παρουσιάζει πολύ µεγάλες τιµές ( ). Λαµβάνοντας υπόψη ότι στο θαλασσινό νερό η σχέση Cl/Br είναι περίπου 300 διαφαίνεται η διαφοροποίηση του νερού της ΓΝ-1Π από το θαλασσινό νερό. Ο υφάλµυρος χαρακτήρα νερών αποδίδεται κατά κύριο λόγο στο εγκλωβισµό τους µέσα σε ευρείς φακούς κλαστικών ιζηµάτων ή κατά µήκος ρηγµάτων και κατά δεύτερο λόγο σε εναπόθεση µικροκρυσταλλικού άλατος µέσα σε θαλάσσια ιζήµατα. Στο νερό της γεώτρησης ΓΝ-1Π εµφανίζονται επίσης ορυκτά όπως ο ασβεστίτης, ο αραγωνίτης, ο δοµίτης, ο χαλαζίας και η τάλκη. Οι δείκτες κορεσµού (ls) του νερού ως προς τα ορυκτά αυτά παρατίθενται συγκεντρωτικά στον πίνακα 2.9 από τον οποίο προκύπτει ότι το νερό είναι ελαφρώς κορεσµένο ως προς τον ασβεστίτη µε ls=0,604, γεγονός που υποδηλώνει ελαφριά τάση απόθεσης του ορυκτού αυτού. Επίσης παρουσιάζει το µεγαλύτερο δείκτη κορεσµού τόσο ως προς τον αραγωνίτη (ls=0,468) όσο και ως προς το δολοµίτη (ls=1,378). Όλα τα νερά, τόσο το γεωθερµικό όσο και τα άλλα (υπόθερµα- ψυχρά) είναι κορεσµένα ως προς τον χαλαζία. Μάλιστα, τον χαµηλότερο δείκτη κορεσµού (ls=0,366) τον παρουσιάζει το νερό της ΓΝ-1Π. Αναφορικά µε το δείκτη κορεσµού ως προς τη γύψο, διαπιστώνεται ότι όλα τα νερά είναι πολύ ακόρεστα ως προς το ορυκτό αυτό (πολύ χαµηλός δείκτης κορεσµού). Αντίθετα όλα εµφανίζονται να είναι κορεσµένα ως προς τον τάλκη και µάλιστα µε σηµαντικό δείκτη κορεσµού, που κυµαίνεται µεταξύ 0,298 και 4,288. Αναφορικά µε την ποσιµότητα του νερού της γεώτρησης θα πρέπει να επισηµανθεί ότι οι αυξηµένες συγκεντρώσεις των κοινών ιόντων Na + (710 mg/l ) και Cl - (1226,21 mg/l) το καθιστούν ακατάλληλο για πόση, αφού αυτές οι συγκεντρώσεις υπερβαίνουν κατά πολύ τις ανώτατες παραδεκτές συγκεντρώσεις που καθορίζονται διεθνώς. Σύµφωνα µε τον Παγκόσµιο Οργανισµό Υγείας το µέγιστο αποδεκτό όριο για Cl είναι 200 mg/l και το µέγιστο επιτρεπόµενο είναι 600 mg/l. Επίσης µε βάση την Κοινοτική Οδηγία 80/778 και το ΦΕΚ 53Α/ , το ανώτατο επιτρεπόµενο όριο για το Na + είναι 150 mg/l (από το 1987), ενώ το Cl - θεωρείται επικίνδυνο σε συγκέντρωση µεγαλύτερη των 200 mg/l. Η αυξηµένη τιµή του TDS -Σύνολο των ιαλυµένων Αλάτων (2178 mg/l ) που υπερβαίνει το προτεινόµενο από το U.S. ENVIRONMENTAL AGENCY όριο των 700 mg/l καθιστά το νερό προβληµατικό για ενδεχόµενη άρδευση. Οι υψηλές συγκεντρώσεις των Na + και Cl - εγκυµονούν σοβαρά προβλήµατα στη γεωργική απόδοση, ειδικά αν το νερό απορροφάται από τις ρίζες των φυτών, που είναι και το πιο σύνηθες. Η διάβρωση και η απόθεση αλάτων από το νερό είναι απαραίτητο να είναι γνωστές πριν από κάθε χρήση του. Για την εκτίµηση της ικανότητας του νερού να αποθέτει άλατα ή να διαβρώνει είναι απαραίτητη η γνώση των δεικτών κορεσµού Langelier (LSi) και σταθερότητας ή Ryznar (Sti).

56 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 56 Πίνακας 2.9. είκτες κορεσµού ως προς συγκεκριµένα ορυκτά. είκτες Κορεσµού ΕΙΓΜΑ Ασβεστίτη Αραγωνίτη ολοµίτη Χαλαζία Γύψου Τάλκη ΓΝ-1Π 0,604 0,468 1,378 0,366-3,589 3,914 NIS-1 0,272 0,123 0,565 1,011-3,782 2,853 NIS-2 0,182 0,033 0,223 0,963-1,750 NIS-4 0,333 0,184 0,271 1,218-3,967 2,642 NIS-5 0,409 0,260 0,860 0,975-4,116 3,621 NIS-6 0,491 0,342 1,070 0,972-4,134 NIS-7 0,495 0,346 1,087 0,936-4,000 NIS-9 0,283 0,134 0,305 1,118-3,315 2,384 NIS-10 0,524 0,375 0,756 1,102-3,173 NIS-14 0,558 0,412 0,727 1,073-2,515 3,755 NIS-15 0,256 0,107-0,015 1,126-2,956 1,361 NIS-3 0,323 0,176 0,433 1,142-3,233 2,954 NIS-20 0,078-0,067-0,035 1,024-2,481 0,045 NIS-11 0,544 0,395 0,700 1,109-2,622 3,442 NIS-12 0,226 0,079-0,108 1,102-2,614 1,111 NIS-13 0,246 0,097-0,129 1,430-2,278 1,097 NEO-1 0,087-0,063 0,129 0,835-4,103 0,482 NEO-2 0,417 0,268 1,074 1,000-3,897 4,288 NIS 0,297 0,148 0,657 0,816-3,132 1,810 NIS-16 0,458 0,309 0,753 1,064-2,602 2,599 NIS-17 0,084-0,065 0,215 0,793-3,26 0,336 NIS-18 0,127-0,022 0,358 0,938-3,197 1,211 Γ-3 0,362 0,022 0,861 0,729-4,636 0,298 Γ-4-0,064-0,202-0, ,422 - Ο δείκτης κορεσµού ή Langelier χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό των παραµέτρων, που συµβάλλουν στην απόθεση CaCO 3 ή άλλων ορυκτών από το νερό στις σωληνώσεις κλπ. Ο δείκτης κορεσµού Langelier είναι ο αρχαιότερος και γνωστότερος δείκτης για την πρόβλεψη της τάσης ενός νερού για τη δηµιουργία ανθρακικών επικαθίσεων. Για τον καθορισµό του δείκτη κορεσµού απαιτείται η γνώση : 1) Της αλκαλικότητας, που είναι συνάρτηση της συγκέντρωσης σε ppm, ανθρακικών, οξυανθρακικών και υδροξυλικών ιόντων. 2) Της συγκέντρωσης σε ppm των ιόντων που περιέχει το νερό. 3) Το ph. 4) Της θερµοκρασίας. 5) Του συνόλου των διαλυµένων στο νερό αλάτων (TDS).

57 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 57 Ο δείκτης LSi ορίζεται ως LSi = ph ph s, όπου ph= το πραγµατικό ph, που µετριέται στα δείγµατα του νερού, και ph s = είναι το ph στο οποίο ο ασβεστίτης βρίσκεται σε ισορροπία και υπολογίζεται λαµβάνοντας υπόψη τα ιόντα Ca 2+ και HCO - 3, το TDS και τη θερµοκρασία. Θετικές τιµές του LSi, δηλαδή LSi >0, υποδηλώνουν ότι υπάρχει τάση για επικαθίσεις και πιθανότητα να καταβυθιστεί το CaCO 3, ενώ για LSi<0, τότε δεν υπάρχει τάση για επικαθίσεις και το νερό θα διαλύσει το CaCO 3. Από τα δεδοµένα της γεώτρησης ΓΝ -1Π προκύπτει ότι LSi=+0,63 και συνεπώς υπάρχει µια πολύ µικρή τάση απόθεσης CaCO 3. Ο δείκτης σταθερότητας Ryznar είναι ένας δείκτης που προτάθηκε από τον Ryznar για προσδιορισµό του ποσού του CaCO 3 που αποτίθεται από το νερό σε οποιαδήποτε θερµοκρασία µέχρι τους 93 ο C και την πρόγνωση της διαβρωτικής ικανότητας των νερών που δεν αποθέτουν άλατα. Ο Ryznar θεώρησε ότι ο δείκτης κορεσµού δίνει ποιοτικές µόνο πληροφορίες για την ικανότητα του νερού να αποθέτει άλατα και για αυτό πρότεινε την αντικατάσταση του µε έναν δείκτη που δίνει ποσοτικές πληροφορίες για το ίδιο φαινόµενο τον οποίο ονόµασε δείκτη σταθερότητας. Ο δείκτης σταθερότητας (Sti) δίνεται από την σχέση : Sti=2 ph s - ph. Όταν Sti>7, τότε το νερό είναι διαβρωτικό. Όταν Sti<7, τότε το νερό έχει την τάση να αποθέτει άλατα. Από την παραπάνω σχέση προκύπτει Sti=6,73 για τη ΓΝ-1Π. Από τον υπολογισµό των δεικτών LSi και Sti προκύπτει ότι το νερό της γεωθερµικής γεώτρησης ΓΝ-1Π εµπίπτει στην ουδέτερη ζώνη (ζώνη σταθερότητας). Η παρουσία φυσαλίδων στο στόµιο της ΓΝ-1Π αποτέλεσε το έναυσµα για συλλογή και ανάλυση αέριου δείγµατος από τη γεώτρηση αυτή. Η ανάλυση των αερίων έγινε µε τη µέθοδο της αέριας χρωµατογραφίας/φασµατοµετρίας µαζών. Τα αποτελέσµατα της ανάλυσης της αέριας φάσης ήταν : N = 2 99,4%, CO 2 =0,4% και O 2 =0,2% συνεπώς διαπιστώνεται ότι µεταξύ των αερίων που εκλύονται σε µορφή φυσαλίδων από τη γεώτρηση ΓΝ-1Π, κυριαρχεί το άζωτο (Ν 2 ). Για τον προσδιορισµό των ραδιενεργών στοιχείων ραδίου (Ra), ουρανίου (U) και ραδονίου (Rn) πραγµατοποιήθηκε συµπληρωµατική δειγµατοληψία νερού από την ΓΝ-1Π. Κατά την δειγµατοληψία µετρήθηκαν επί τόπου οι ακόλουθες φυσικοχηµικές παράµετροι: Θερµοκρασία νερού : Τ=34,1 ο C Αγωγιµότητα νερού : µs/cm (στους 33,1 ο C) ph νερού: 7,82 Από τις µετρήσεις και εργαστηριακές αναλύσεις για τον προσδιορισµό των ραδιενεργών στοιχείων που βρίσκονται διαλυµένα στο νερό προέκυψε ότι η τιµή του ραδονίου ( 222 Rn) είναι 663 pci/lt τιµή που θεωρείται κάπως αυξηµένη, αλλά όχι υπερβολικά υψηλή. Αυξηµένη είναι και η παρουσία του ραδίου ( 226 Ra) η οποία ανέρχεται στα 89 pci/lt. Το ανώτατο επιτρεπόµενο όριο συγκέντρωσης στο πόσιµο νερό είναι τα 3 pci/lt. Τέλος το ουράνιο (U) εµφανίζεται σε πολύ χαµηλές συγκεντρώσεις µόλις 6 µg/lt πολύ κοντά στο όριο ανιχνευσιµότητας (5 µg/lt) ενώ το ανώτατο όριο για το πόσιµο νερό ανέρχεται στα 20 µg/ lt.

58 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Νοµοθεσία Ισχύον νοµοθετικό πλαίσιο Με το νέο ΦΕΚ Τεύχος Β 1249/ καθορίζονται οι όροι, οι προϋποθέσεις, τα απαιτούµενα δικαιολογητικά και η διαδικασία έκδοσης άδειας για τα γεωθερµικά συστήµατα κλιµατισµού (ανοικτά και κλειστά). Η εκµετάλλευση του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα για θέρµανση-ψύξη αποτελεί µία νέα κατηγορία υδρογεωτρήσεων και η χορήγηση άδειας εγκατάστασης του υδροφόρου ορίζοντα δεν υπόκειται στην υφιστάµενη νοµοθεσία περί υδρευτικών ή αρδευτικών γεωτρήσεων. Με άλλα λόγια, επιτρέπει την ανόρυξη των απαραίτητων υδρογεωτρήσεων για την αξιοποίηση του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα µε την προϋπόθεση ότι το σύστηµα επανεισάγει ολόκληρη την ποσότητα του νερού που αντλήθηκε από τον υδροφόρο ορίζοντα χωρίς να µεταβάλει τη φυσικοχηµική σύσταση του. Το δικαίωµα αναζήτησης, έρευνας και διαχείρισης του γεωθερµικού δυναµικού (σύνολο θερµότητας των γεωλογικών σχηµατισµών που υπερβαίνουν τους 25 C) και των γεωθερµικών πεδίων (ενιαίος µεταλλευτικός χώρος εντός του οποίου εντοπίζεται αυτοτελές δυναµικό) ανήκει µόνο στο ηµόσιο (άρθρο 3 τεύχος πρώτο). Στην περίπτωση Μη ερευνηµένων χώρων ή Πιθανών γεωθερµικών πεδίων, το δηµόσιο διατηρεί το δικαίωµα εκµίσθωσης της έρευνας και διαχείρισης γεωθερµικού δυναµικού. Η εκµίσθωση πραγµατοποιείται κατόπιν πλειοδοτικού διαγωνισµού µε γραπτές σφραγισµένες προσφορές, για πέντε (5) χρόνια µε δικαίωµα µονοµερούς παράτασης από το µισθωτή µέχρι συµπλήρωσης τριακονταετίας. (άρθρο 4 τεύχος πρώτο). Στην περίπτωση Βεβαιωµένων γεωθερµικών πεδίων, το δηµόσιο αυτή τη φορά εκµισθώνει το δικαίωµα διαχείρισης. Μερικά από τα κριτήρια που συνυπολογίζονται πριν παραχωρηθεί το δικαίωµα διαχείρισης στον διαγωνιζόµενο είναι µεταξύ άλλων το ύψος του προϋπολογισµού, η βιωσιµότητα της προτεινόµενης επένδυσης και ο βαθµός ορθολογικής διαχείρισης του γεωθερµικού πεδίου. Όποιος ερευνά ή διαχειρίζεται ή εκµεταλλεύεται γεωθερµικά πεδία χωρίς να έχει αποκτήσει σχετικό δικαίωµα, τιµωρείται µε φυλάκιση τουλάχιστον τριών (3) µηνών και µε πρόστιµο από χίλια (1.000) ΕΥΡΩ έως εκατό χιλιάδες ( ) ΕΥΡΩ. (άρθρο 9) Για την εγκατάσταση για ιδία χρήση ενεργειακών συστηµάτων θέρµανσης/ψύξης χώρων µέσω της εκµετάλλευσης της θερµότητας των γεωλογικών σχηµατισµών και των νερών, επιφανειακών και υπόγειων που δεν χαρακτηρίζονται ως γεωθερµικό δυναµικό, απαιτείται άδεια που χορηγείται στον κύριο του ακινήτου από την αρµόδια Νοµαρχιακή Αυτοδιοίκηση (άρθρο 11). Προκειµένου να εκδοθεί η σχετική άδεια σε περίπτωση ανόρυξης γεωτρήσεων θα πρέπει αυτές να βρίσκονται εντός των ορίων της ιδιοκτησίας (οικοπέδου ή αγροτεµαχίου ή γηπέδου) επί της οποίας βρίσκονται οι προς κλιµατισµό χώροι. Ειδικότερα οι γεωτρήσεις οφείλουν να απέχουν τουλάχιστον: α) ύο (2) µέτρα από τα όρια της ιδιοκτησίας. β) Πέντε (5) µέτρα από υφιστάµενο γειτονικό κτίσµα διαφορετικής ιδιοκτησίας. γ) Πέντε (5) µέτρα από το όριο της απαλλοτριωµένης ζώνης σιδηροδροµικής γραµµής. δ) έκα (10) µέτρα από κεντρικό αγωγό µεταφοράς φυσικού αερίου. Ως κεντρικός εννοείται ο αγωγός ο οποίος χρησιµεύει στην τροφοδοσία/επικοινωνία κεντρικών µονάδων του δικτύου και δεν αφορά στη σύνδεση του τελικού χρήστη µε το δίκτυο.

59 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 59 ε) Πέντε (5) µέτρα από κεντρικούς υπόγειους αγωγούς (ύδρευσης, άρδευσης, αποχέτευσης κλπ.). Ως κεντρικοί αγωγοί νοούνται οι αγωγοί µεγάλης διαµέτρου οι οποίοι χρησιµεύουν στην τροφοδοσία/επικοινωνία κεντρικών µονάδων του δικτύου και δεν αφορούν στη σύνδεση του τελικού χρήστη µε το δίκτυο. Σε κάθε γεώτρηση να γίνεται τσιµέντωση τουλάχιστο για τα 5 ανώτερα µέτρα και τοποθέτηση στο ίδιο µήκος περιφραγµατικής χαλύβδινης σωλήνωσης. Σε περίπτωση όπου στην περιοχή του ακινήτου απαγορεύεται η διάνοιξη υδρογεωτρήσεων, επιτρέπεται η εγκατάσταση και λειτουργία εναλλακτών κλειστού κυκλώµατος. Σε περίπτωση εκµετάλλευσης θερµότητας µε τη χρήση επιφανειακών ή υπόγειων νερών, ο χρήστης υποχρεούται στην επαναφορά του συνόλου των χρησιµοποιηθέντων νερών και στην ίδια ποιότητα, στον αρχικό αποδέκτη. Σε αντίθετη περίπτωση όπου υπάρχει ανάλωση ποσότητας νερού ή αλλοίωσης της ποιότητας του, η έκδοση της σχετικής άδειας υπόκειται και στις διατάξεις του ν.3199/2003 (ΦΕΚ 280 Α ). (άρθρο 4 τεύχος δεύτερο). Συνοπτικά, η διαδικασία χορήγησης άδειας εκµετάλλευσης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα περιλαµβάνει τα εξής στάδια: ΣΤΑ ΙΟ 1. Η ιεύθυνση Ανάπτυξης της Νοµαρχιακής Αυτοδιοίκησης, µετά τον έλεγχο της πληρότητας των δικαιολογητικών και αφού διαπιστώσει ότι η περιοχή του ακινήτου βρίσκεται εντός χαρακτηρισµένου γεωθερµικού πεδίου, απευθύνεται στον Υπουργό Ανάπτυξης ή στο Γενικό Γραµµατέα Περιφέρειας. Έπειτα, µετά από γνωµοδότηση του Ι.Γ.Μ.Ε θα καθοριστεί το µέγιστο βάθος µέχρι το οποίο είναι επιτρεπτή η άντληση ρευστών ή γενικότερα η εκµετάλλευση της θερµότητας των γεωλογικών σχηµατισµών που δεν χαρακτηρίζονται γεωθερµικό δυναµικό. Επιπλέον θα προσδιοριστούν οι όροι της εγκατάστασης για την προστασία του γεωθερµικού δυναµικού και του περιβάλλοντος. ΣΤΑ ΙΟ 2. Αν διαπιστωθεί ότι δεν συντρέχουν οι προϋποθέσεις για την έκδοση της αιτουµένης αδείας, εκδίδεται αιτιολογηµένη απορριπτική απόφαση του νοµάρχη. ΣΤΑ ΙΟ 3. Αν διαπιστωθεί ότι συντρέχουν οι προϋποθέσεις εκδίδεται η αιτούµενη άδεια.( άρθρο 6 τεύχος δεύτερο). Η απόφαση χορήγησης της αδείας περιλαµβάνει απαραιτήτως: α) Τα στοιχεία του ιδιοκτήτη ή επικαρπωτή και τη θέση του ακινήτου. β) Την ισχύ του συστήµατος, το µέγιστο βάθος διατρήσεων και τις θέσεις των γεωτρήσεων. γ) Το χρόνο αποπεράτωσης των εργασιών εγκατάστασης του συστήµατος. δ) Όρο ότι µετά την αποπεράτωση του συστήµατος θα υποβληθεί γεωλογική τοµή κλίµακας µέχρι 1:500 ή µεγαλύτερης, των γεωτρήσεων που ανορύχθηκαν καθώς και πλήρη στοιχεία σχετικά µε τα χαρακτηριστικά τους (βάθη, ποσότητα αντλούµενου επανεισαγόµενου νερού/ρευστού κάθε γεώτρηση, θερµοκρασία άντλησης επανεισαγωγής, µετρήσεις θερµοκρασίας κατά την ανόρυξη σε ενδεικτικά µέτρα ανόρυξης, µήκη φιλτροσωλήνων και τυφλών σωλήνων κτλ). Τα στοιχεία αυτά µπορούν να χρησιµοποιηθούν για εκπόνηση σχετικών γεωλογικών µελετών. ε) Όρο ότι θα τοποθετηθούν υδροµετρητές και καταγραφικά θερµόµετρα στα στόµια των γεωτρήσεων(παραγωγικής ή και επανεισαγωγής). στ) Όρο ότι θα χρησιµοποιείται το προβλεπόµενο από την κείµενη νοµοθεσία εργατοτεχνικό προσωπικό και το προσωπικό επίβλεψης και θα λαµβάνονται όλα τα απαραίτητα µέτρα για τον περιορισµό των παρενοχλήσεων των περιοίκων καθώς και

60 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 60 για την προστασία της υγείας και ασφάλειας των εργαζόµενων και του περιβάλλοντος. ζ) Όρο ότι θα εφαρµοσθεί η εγκεκριµένη µελέτη και οι όροι της αδείας και της παρούσης αποφάσεως. η) Όρο ότι η αρµόδια υπηρεσία της νοµαρχίας έχει το δικαίωµα να ελέγχει σε τακτά χρονικά διαστήµατα την όλη εγκατάσταση. (άρθρο 6 τεύχος δεύτερο) Τέλος για την εγκατάσταση, διαχείριση και εκµετάλλευση δικτύου ιανοµής Θερµικής Ενέργειας σε Τρίτους (τηλεθέρµανση - τηλεψύξη), απαιτείται άδεια ιανοµής Θερµικής Ενέργειας, η οποία χορηγείται από τον Υπουργό Ανάπτυξης µετά από γνώµη της ΡΑΕ. Η Άδεια ιανοµής Θερµικής Ενέργειας χορηγείται µόνο σε νοµικά πρόσωπα για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα, για την εξυπηρέτηση συγκεκριµένης γεωγραφικής περιοχής και για συγκεκριµένες θερµικές χρήσεις της θερµικής ενέργειας από τους καταναλωτές. Με την άδεια καθορίζονται ιδίως ο χρόνος ισχύος της, η περιοχή κατασκευής των εγκαταστάσεων, η τεχνολογία και το πρόγραµµα κατασκευών και προσδιορίζονται ειδικότερα οι όροι και οι προϋποθέσεις της διανοµής θερµικής ενέργειας σε τρίτους καταναλωτές Επιχορηγήσεις στον τοµέα της γεωθερµίας Τα γεωθερµικά συστήµατα κλιµατισµού επιχορηγούνται από το 4 ο κοινοτικό πλαίσιο στήριξης. Στις συνολικές δαπάνες συµπεριλαµβάνονται η ανόρυξη των υδρογεωτρήσεων, ο γεωεναλλάκτης, τα δίκτυα διανοµής του νερού, οι γεωθερµικές αντλίες θερµότητας, ο ηλεκτρολογικός πίνακας, οι µελέτες και η επίβλεψη του έργου καθώς επίσης και οι µονάδες εξαναγκασµένης επανακυκλοφορίας αέρα ή ενδοδαπέδια θέρµανση. Την επιχορήγηση έχουν το δικαίωµα να την λάβουν νοµικά πρόσωπα και µόνο, κι εφόσον πληρούν τις προϋποθέσεις της επιχορήγησης. Το ποσοστό επιχορήγησης είναι συνάρτηση του κεντρικού άξονα στον οποίο υπάγεται η επιχορήγηση. Στον τοµέα του εκσυγχρονισµού το ποσοστό επιχορήγησης κυµαίνεται βάσει της γεωγραφικής τοποθεσίας που υπάγεται τι έργο, ενώ στον τοµέα των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας είναι σταθερή σε ολόκληρη την ελληνική επικράτεια.

61 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 61 3 Αντλίες Θερµότητας 3.1 Ορισµός Αρχές Λειτουργίας Η αντλία θερµότητας είναι µια µηχανή η οποία έχει τα ίδια κατασκευαστικά µέρη και τις ίδιες αρχές λειτουργίας µε µία κοινή ψυκτική συσκευή. Ειδικότερα, όταν το ενδιαφέρον εστιάζεται στο ποσό της απορροφούµενης θερµότητας και στην ψύξη του χώρου η συσκευή ονοµάζεται ψυγείο (ή κλιµατιστική συσκευή), ενώ αντίθετα όταν το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στην απορριπτόµενη θερµότητα και στις εφαρµογές θέρµανσης τότε η ίδια µηχανή ονοµάζεται αντλία θερµότητας Ορισµός Αντλίας Θερµότητας Η αντλία θερµότητας είναι µία συσκευή η οποία έχει την ικανότητα να αντλεί θερµότητα από µία πηγή χαµηλής θερµοκρασίας και να τη µεταφέρει σε έναν αποδέκτη υψηλότερης θερµοκρασίας. Για παράδειγµα, κατά τη χειµερινή περίοδο µία αντλία θερµότητας έχει την ικανότητα να µεταφέρει θερµότητα από τον ψυχρό εξωτερικό αέρα σε ένα χώρο, µε σκοπό τη θέρµανση του χώρου. Επίσης κατά τη θερινή περίοδο µία αντλία θερµότητας µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη µεταφορά θερµότητας από ένα χώρο προς τον θερµότερο εξωτερικό αέρα, µε σκοπό την ψύξη του χώρου. Συνήθως οι αντλίες θερµότητας είναι σχεδιασµένες κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να µπορούν να αντιστρέφουν την ψυκτική και τη θερµαντική τους λειτουργία. Αυτό επιτρέπει τη χρήση της ίδιας συσκευής για ψύξη και θέρµανση. Η αντλία θερµότητας αποτελείται από τέσσερα κατασκευαστικά µέρη, τον συµπιεστή, τον συµπυκνωτή, τον εξατµιστή και την εκτονωτική βαλβίδα. Η µεταφορά της θερµότητας από την χαµηλή στην υψηλή θερµοκρασία γίνεται µε κατανάλωση µηχανικής ενέργειας για την λειτουργία του συµπιεστή της συσκευής. Η ενέργεια αυτή προέρχεται είτε από ηλεκτρικό κινητήρα είτε από µία µηχανή εσωτερικής καύσης (πετρελαίου ή φυσικού αερίου). Το µηχανικό έργο που δαπανάται για την λειτουργία της αντλίας θερµότητας χρησιµεύει για την µεταφορά µιας ποσότητας θερµότητας, που ήδη υπάρχει σε µία πηγή ενέργειας (αέρας, νερό, έδαφος), σε υψηλότερη θερµοκρασία και όχι για την παραγωγή θερµότητας. Συνήθως η διεργασία αυτή της µεταφοράς θερµότητας έχει ένα βαθµό επίδοσης από 2 έως 4, δηλαδή η αντλία θερµότητας παρέχει από 2 έως 4 φορές περισσότερη θερµότητα (kw th ) από την ηλεκτρική ενέργεια (kw e ) που καταναλώνει. Αυτό συµβαίνει γιατί η θερµότητα που µεταφέρεται στην υψηλή θερµοκρασία περιέχει τόσο το µηχανικό έργο όσο και τη θερµική ενέργεια που απορροφάται στη χαµηλή θερµοκρασία, όπως φαίνεται στην εικόνα 3-1.

62 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 62 Χώρος προσαγωγής θερµότητας (πηγή υψηλής θερµοκρασίας) T h Q h Αντλία Θερµότητας W Μηχανικό έργο Q c T c Χώρος απαγωγής θερµότητας (πηγή θερµότητας ή πηγή χαµηλής θερµοκρασίας) Εικόνα 3-1 Κίνηση ενέργειας κατά τη λειτουργία µιας αντλίας θερµότητας. Η µεταφορά της θερµότητας µεταξύ των δύο χώρων διαφορετικής θερµοκρασίας γίνεται µε τη βοήθεια των ψυκτικών ρευστών. Τα ψυκτικά ρευστά, ακολουθώντας µία κυκλική λειτουργία σε ένα θερµοδυναµικό κύκλο, απορροφούν θερµότητα όταν εξατµίζονται και αποβάλλουν θερµότητα όταν συµπυκνώνονται. Η χρήση των ψυκτικών ρευστών είναι πολύ διαδεδοµένη γιατί τα περισσότερα έχουν την ιδιότητα να εξατµίζονται σε πολύ χαµηλές θερµοκρασίες. Έτσι µπορούν να απορροφήσουν θερµότητα ακόµη και όταν η θερµοκρασία της πηγής θερµότητας (π.χ. αέρας) είναι µικρότερη από τους 0 C. Βέβαια όσο µεγαλύτερη είναι η θερµοκρασία της πηγής θερµότητας τόσο µεγαλύτερος είναι και ο βαθµός απόδοσης της αντλίας θερµότητας. Γενικά, µικρές τοπικές αντλίες θερµότητας µπορούν να χρησιµοποιηθούν για θέρµανση και ψύξη µικρών χώρων (κατοικιών, γραφείων, καταστηµάτων κ.λ.π.). Για τη θέρµανση και ψύξη µεγαλύτερων χώρων (νοσοκοµείων, πολυκαταστηµάτων, γραφείων, θερµοκηπίων), για τη θέρµανση νερού σε κολυµβητήρια και για την κεντρική παραγωγή θερµού νερού χρήσης χρησιµοποιούνται µεγάλα κεντρικά συστήµατα. Σε ορισµένες περιπτώσεις, αντί να χρησιµοποιηθεί µία µόνο αντλία θερµότητας, η συνολική ισχύς µοιράζεται σε πολλές µικρότερης ισχύος συσκευές, για να εξυπηρετηθεί ένα κτίριο κατά ζώνες. Επίσης συχνά εγκαθίστανται συστήµατα µε αντλίες θερµότητας, τα οποία παρέχουν συγχρόνως θέρµανση και ψύξη σε ένα κτίριο.

63 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Αρχές λειτουργίας-βαθµός επίδοσης Η αρχή λειτουργίας των αντλιών θερµότητας είναι ίδια µε αυτή που εφαρµόζεται στα κοινά ψυγεία, όπου η θερµότητα µεταφέρεται από τον χώρο του ψυγείου (~ 5ºC) στον χώρο του περιβάλλοντος(~ 20ºC). Οι αντλίες θερµότητας που χρησιµοποιούνται για θέρµανση µεταφέρουν θερµότητα από το εξωτερικό περιβάλλον σε έναν θερµαινόµενο χώρο, ενώ οι αντλίες θερµότητας που χρησιµοποιούνται για ψύξη µεταφέρουν θερµότητα από ένα χώρο που ψύχεται προς το εξωτερικό περιβάλλον. Συνήθως οι αντλίες θερµότητας χρησιµοποιούνται τόσο για τη θέρµανση όσο και για την ψύξη ενός χώρου, χωρίς αυτό να αποτελεί τον κανόνα, διότι σε πολλές περιπτώσεις µία αντλία θερµότητας εγκαθίσταται αποκλειστικά για θέρµανση. Η λειτουργία των αντλιών θερµότητας βασίζεται σε διάφορους ψυκτικούς κύκλους µε επικρατέστερο αυτόν της συµπίεσης ατµών ενός ψυκτικού ρευστού. Για την λειτουργία µιας αντλίας θερµότητας σύµφωνα µε τον ψυκτικό κύκλο συµπίεσης ατµών είναι απαραίτητες οι παρακάτω συσκευές: α) ο συµπιεστής β) ο συµπυκνωτής γ) ο εξατµιστής δ) η εκτονωτική διάταξη ε) η τετράοδη βαλβίδα. Οι συσκευές αυτές είναι κοινές για όλους τους τύπους των αντλιών θερµότητας που θα αναφερθούν στην συνέχεια. Εικόνα 3-2 Κύκλος λειτουργίας Αντλίας Θερµότητας.

64 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 64 α) Συµπιεστής. Ο συµπιεστής είναι το πιο σηµαντικό µηχανικό µέρος των συστηµάτων που εργάζονται µε βάση τον ψυκτικό κύκλο συµπίεσης ατµών. Ο συµπιεστής είναι µια αντλία ατµού. Αναρροφά τους ατµούς του ψυκτικού ρευστού από τον εξατµιστή, τους συµπιέζει από τη χαµηλή πίεση στην υψηλή και καλύπτει τις απώλειες πίεσης στις σωληνώσεις και τα εξαρτήµατα του ψυκτικού κύκλου. Οι πιο συχνά χρησιµοποιούµενοι τύποι συµπιεστών είναι οι φυγοκεντρικοί, οι κοχλιωτοί, οι παλινδροµικοί (εµβολοφόροι), οι σπειροειδείς συµπιεστές καθώς και οι συµπιεστές τύπου τυµπάνου. β) Συµπυκνωτής. Ο συµπυκνωτής είναι το τµήµα της αντλίας θερµότητας από το οποίο αποβάλλεται η θερµότητα. Ουσιαστικά ο συµπυκνωτής είναι ένας εναλλάκτης θερµότητας µεταξύ του ψυκτικού ρευστού και της πηγής/αποδέκτη θερµότητας. Κατά την θερµαντική λειτουργία, ο συµπυκνωτής αποδίδει θερµότητα στο µέσον ή το χώρο που πρέπει να θερµανθεί. Αντίστροφα κατά την ψυκτική λειτουργία ο συµπυκνωτής απορρίπτει θερµότητα στο εξωτερικό περιβάλλον. Στην πράξη αυτό γίνεται µε την αντιστροφή του ψυκτικού κύκλου και την εναλλαγή της λειτουργίας του συµπυκνωτή και του εξατµιστή. Οι συµπυκνωτές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τους αερόψυκτους και τους υδρόψυκτους. Οι αερόψυκτοι συµπυκνωτές κατασκευάζονται από χαλκοσωλήνες µε εξωτερικά πτερύγια (από χαλκό ή αλουµίνιο), µέσα στους οποίους κυκλοφορεί το ψυκτικό ρευστό. Τα πτερύγια αυξάνουν την επιφάνεια εναλλαγής έτσι ώστε να γίνεται ευκολότερα η αποβολή της θερµότητας. Ο αέρας κυκλοφορεί µε την βοήθεια ανεµιστήρα (εξαναγκασµένη κυκλοφορία) κάτι που καθιστά τον συµπυκνωτή ιδιαίτερα θορυβώδη και απόλυτα εξαρτηµένο από την απαίτηση για συχνή συντήρηση (καθαρισµό, έλεγχο του ανεµιστήρα). Οι υδρόψυκτοι συµπυκνωτές ψύχονται µε την βοήθεια του νερού. Χρησιµοποιούνται στις αντλίες θερµότητας µε πηγή/αποδέκτη θερµότητας το νερό (ανοιχτό κύκλωµα) ή το έδαφος (κλειστό κύκλωµα). Κατασκευάζονται και αυτοί από χαλκοσωλήνες όπως και οι αερόψυκτοι συµπυκνωτές. γ) Εξατµιστής. Ο εξατµιστής είναι το τµήµα της αντλίας θερµότητας που απορροφά θερµότητα από έναν χώρο ή ένα µέσον. Όπως ο συµπυκνωτής, έτσι και ο εξατµιστής είναι ένας εναλλάκτης θερµότητας µεταξύ ψυκτικού ρευστού και πηγής/αποδέκτη θερµότητας. Η απορρόφηση θερµότητας γίνεται µε εξάτµιση του ψυκτικού µέσου υπό σταθερή πίεση. Οι εξατµιστές κατασκευάζονται από χαλκοσωλήνες, σε αντίστοιχους τύπους µε τους συµπυκνωτές ( υδρόψυκτοι- αερόψυκτοι). Οι υδρόψυκτοι εξατµιστές συνδυάζονται µε αντλίες θερµότητας που έχουν ως πηγή/αποδέκτη θερµότητας το νερό (αντλίες θερµότητας νερού/νερού και εδάφους/νερού). Αντίστοιχα οι αερόψυκτοι εξατµιστές τοποθετούνται στις αντλίες θερµότητας µε πηγή/αποδέκτη θερµότητας τον αέρα ( αντλίες θερµότητας αέρα αέρα και αέρα νερού).

65 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 65 Το µειονέκτηµα των εξατµιστών είναι ότι λόγω της λειτουργίας τους, συχνά ρίχνουν την θερµοκρασία της πηγής θερµότητας σε πολύ χαµηλά επίπεδα, µε κίνδυνο να σχηµατιστεί πάγος στην επιφάνεια των σωλήνων. Αυτό µπορεί να προκαλέσει µηχανικές βλάβες στους σωλήνες, ενώ εµποδίζει και τη µετάδοση θερµότητας. Για να αποφευχθεί ο κίνδυνος αυτός, στους υδρόψυκτους εξατµιστές κλειστού κυκλώµατος χρησιµοποιείται διάλυµα αντιπηκτικού αντί για νερό. Αντίστοιχα, στους αερόψυκτους εξατµιστές ανοικτού κυκλώµατος, όταν η θερµοκρασία της πηγής θερµότητας πέσει χαµηλά, ενεργοποιείται η διαδικασία της αποπάγωσης. δ) Εκτονωτική ιάταξη. Η εκτονωτική διάταξη ρυθµίζει την ποσότητα του υγρού ψυκτικού ρευστού από τον συµπυκνωτή προς τον εξατµιστή και αλλάζει τα θερµοδυναµικά χαρακτηριστικά του ψυκτικού ρευστού έτσι ώστε από υγρό υψηλής πίεσης στην έξοδό του, να µετατρέπεται σε µίγµα υγρού-ατµού σταθερής χαµηλής πίεσης. Οι πιο συνηθισµένοι τύποι εκτονωτικών διατάξεων που χρησιµοποιούνται στις αντλίες θερµότητας είναι η θερµοστατική εκτονωτική βαλβίδα και ο τριχοειδής σωλήνας. ε) Τετράοδη Βαλβίδα. Η τετράοδη βαλβίδα ανάµιξης είναι η συσκευή µέσω της οποίας γίνεται η αντιστροφή του ψυκτικού κύκλου από ψύξη σε θέρµανση. Η ενεργοποίησή της γίνεται από την διάταξη ελέγχου που έχει κάθε αντλία θερµότητας. Εικόνα 3-3. Τετράοδη βαλβίδα ανάµειξης για την αντιστροφή του ψυκτικού κύκλου. Γενικά εκτός από τις πέντε παραπάνω βασικές συσκευές, οι αντλίες θερµότητας περιλαµβάνουν ανάλογα µε την κατασκευή τους και διάφορα άλλα

66 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 66 εξαρτήµατα και µηχανισµούς, που έχουν ως αποστολή την καλύτερη ρύθµιση και την ασφαλή λειτουργία τους. Ενδεικτικότερα µπορούν να αναφερθούν: - ο διαχωριστής λαδιού, που τοποθετείται στην έξοδο του συµπιεστή και έχει ως σκοπό να διαχωρίσει το λάδι λίπανσης από τους υπέρθερµους ατµούς του ψυκτικού ρευστού - το φίλτρο-ξηραντήρας, που συγκρατεί τα στερεά σωµατίδια και τα ίχνη υδρατµού ή νερού που περιέχονται στο ψυκτικό ρευστό - οι βαλβίδες αντεπιστροφής, που επιτρέπουν τη ροή του ψυκτικού µόνο προς µία κατεύθυνση - οι ρυθµιστές υψηλής και χαµηλής πίεσης - οι διατάξεις αποπάγωσης - οι θερµοστάτες - οι ηλεκτρονικές µονάδες ελέγχου κ.ά. Ως επίδοση µιας αντλίας θερµότητας ορίζεται ο λόγος της ωφέλιµης ενέργειας προς την ενέργεια που δαπανάται. Βαθµός επίδοσης = που δαπανάται Για την περίπτωση της λειτουργίας σε θέρµανση είναι: Βαθµός επίδοσης θέρµανσης = Για την περίπτωση της λειτουργίας σε ψύξη είναι: Βαθµός επίδοσης ψύξης = Ενέργεια Ηλεκτρική ενέργεια για την κίνηση του συµπιεστή Υπάρχουν δύο διαφορετικοί δείκτες που χρησιµοποιούνται για να περιγράψουν την απόδοση µιας αντλίας θερµότητας. Ο στιγµιαίος βαθµός επίδοσης COP (Coefficient of Performance) και ο εποχιακός βαθµός επίδοσης HSPF (Heating Seasonal Performance Factor). Ο βαθµός επίδοσης συναντάται και µε τον όρο συντελεστής συµπεριφοράς", και είναι πάντοτε µεγαλύτερος από τη µονάδα. Ο στιγµιαίος βαθµός επίδοσης COP είναι ο πιο συνηθισµένος δείκτης για την επίδοση µιας αντλίας θερµότητας. Είναι ο λόγος της ωφέλιµης ισχύος σε (W) προς την καταναλισκόµενη ηλεκτρική ισχύ σε (W). Οι τιµές του συνήθως κυµαίνονται από 2 έως 4 για τις αντλίες θερµότητας µε πηγή τον αέρα. Στην περίπτωση των αντλιών θερµότητας µε πηγή το νερό ή το έδαφος, η τιµή του COP κυµαίνεται συνήθως από 3 έως 5. Για την περίπτωση της χειµερινής λειτουργίας ορίζεται ως: COP H = ή ύ ή

67 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 67 Για την περίπτωση της θερινής λειτουργίας ορίζεται ως: COP C = ή ύ ή ή ύ ή Για την περίπτωση της θερινής λειτουργίας σε ψύξη, χρησιµοποιείται συχνά και ο λόγος ενεργειακής απόδοσης EER (Energy Efficiency Ratio). Ο λόγος αυτός ορίζεται ως: EER= ή ύ ή ή ύ ή Επειδή Btu/h = 1 W, η τιµή EER=10 είναι ισοδύναµη µε COPC= 10/3.412 = Γενικά µία αντλία θερµότητας θεωρείται ότι έχει ικανοποιητική επίδοση, εάν EER>10. Οι δείκτες COP και EER βασίζονται σε εργαστηριακές µετρήσεις και δεν µπορούν να αποδώσουν τη συµπεριφορά µιας αντλίας θερµότητας σε µακρόχρονη λειτουργία. Αντίθετα ο εποχιακός βαθµός απόδοσης HSPF αποδίδει πιο ρεαλιστικά την συµπεριφορά µιας αντλίας θερµότητας σε εποχιακή βάση (εβδοµάδα, µήνας, περίοδος). Ο εποχιακός βαθµός επίδοσης HSPF είναι ο λόγος της συνολικής ωφέλιµης ενέργειας σε (kwh) προς την συνολικά καταναλισκόµενη ηλεκτρική ενέργεια σε (kwh), η οποία µπορεί να περιλαµβάνει και την κατανάλωση βοηθητικής ενέργειας (π.χ. από ηλεκτρική αντίσταση, ανεµιστήρες εξατµιστή και συµπυκνωτή). Για την περίπτωση της χειµερινής λειτουργίας ορίζεται ως: HSPF h = ή έ ί ή ό ή έ Για την περίπτωση της θερινής λειτουργίας ορίζεται ως: HSPF c = ό ί ή = Καταναλισκόµενη ηλεκτρική ενέργεια Επιπλέον χρησιµοποιείται και ο λόγος της εποχιακής ενεργειακής επίδοσης SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) ο οποίος ορίζεται ως: SEER= ό ί ή = Καταναλισκόµενη ηλεκτρική ενέργεια Η εποχιακή επίδοση µιας αντλίας θερµότητας θεωρείται ικανοποιητική εάν HSPF>3 ή αντίστοιχα SEER>10. Ένας πολύ σπουδαίος φυσικός νόµος που ισχύει για κάθε αντλία θερµότητας είναι: Όσο µικρότερη είναι η διαφορά µεταξύ της θερµοκρασίας του µέσου από το οποίο αντλείται η θερµότητα και της θερµοκρασίας του µέσου στο οποίο απορρίπτεται η θερµότητα, τόσο υψηλότερος είναι ο βαθµός απόδοσης. =

68 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Ψυκτικά ρευστά Με τον όρο ψυκτικό ρευστό καλείται κάθε ουσία (σε υγρή ή αέρια µορφή) που χρησιµοποιείται στον κύκλο λειτουργίας των ψυκτικών µηχανών και των αντλιών θερµότητας, απορροφά θερµότητα από ένα µέσο ή ένα χώρο και την αποδίδει σε ένα άλλο µέσο ή χώρο. Η απορρόφηση της θερµότητας βασίζεται στην ατµοποίηση του ψυκτικού υγρού, η οποία γίνεται σε ένα στοιχείο ατµοποίησης (εξατµιστής). Η απόδοση της θερµότητας γίνεται µε την συµπύκνωση των ατµών του ψυκτικού µέσου, η οποία γίνεται σε ένα στοιχείο συµπύκνωσης (συµπυκνωτής). Η καταλληλότητα ενός ψυκτικού ρευστού για κάποια δεδοµένη εφαρµογή, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Σε αυτούς περιλαµβάνονται οι θερµοδυναµικές, φυσικές και χηµικές ιδιότητές του καθώς και κάποιες απαιτήσεις ασφάλειας. Η σπουδαιότητα ή η φυσική σηµασία κάθε χαρακτηριστικού µεταβάλλεται από εφαρµογή σε εφαρµογή και δεν υπάρχει το ιδανικό ψυκτικό ρευστό για όλες τις εφαρµογές. Μερικά από τα χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει ένα ψυκτικό ρευστό είναι: 1)Θερµοδυναµικά χαρακτηριστικά - Υψηλή λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης - Χαµηλή θερµοκρασία βρασµού σε ατµοσφαιρική πίεση - Χαµηλή θερµοκρασία πήξης - Θετική πίεση εξάτµισης - Σχετικά χαµηλή πίεση συµπύκνωσης 2)Φυσικά και χηµικά χαρακτηριστικά - Ικανοποιητική διαλυτότητα ελαίου - Χαµηλή διαλυτότητα νερού - Μικρό ειδικό όγκο - Αδράνεια και χηµική σταθερότητα 3)Απαιτήσεις ασφάλειας - Να µην είναι εύφλεκτο - Να µην είναι δηλητηριώδες ή τοξικό - Να µην είναι ερεθιστικό - Να ανιχνεύεται εύκολα σε περίπτωση διαρροών. Κάθε ψυκτικό ρευστό χαρακτηρίζεται µε το σύµβολο R (Refrigerant), το οποίο ακολουθούν δύο ή τρεις αριθµοί. Στα συνηθισµένα ψυκτικά ρευστά οι αριθµοί αυτοί εκφράζουν τα άτοµα φθορίου (F), υδρογόνου (Η) και άνθρακα (C) στη χηµική τους ένωση. Συνηθισµένα ψυκτικά µέσα είναι τα R12, R13,R22, R134a, R407C κ.λ.π. Σύµφωνα µε ορισµένα κριτήρια τα ψυκτικά ρευστά κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες. i) Με κριτήριο την τοξικότητα χωρίζονται στις κατηγορίες Α και Β. Στην κατηγορία Α ανήκουν τα µη τοξικά. Στην κατηγορία Β ανήκουν τα ψυκτικά µέσα που µπορούν να προκαλέσουν βλάβη στην υγεία σε περίπτωση εισπνοής, κατάποσης ή επαφής µε το δέρµα.

69 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 69 ii) Με κριτήριο την αναφλεξιµότητα χωρίζονται στις κατηγορίες: 1 (µη αναφλέξιµο), 2 (χαµηλή αναφλεξιµότητα) και 3 (υψηλή αναφλεξιµότητα). Σύµφωνα µε τα παραπάνω, ο βέλτιστος χαρακτηρισµός από πλευράς ασφάλειας για ένα ψυκτικό ρευστό είναι Α1 (µη τοξικό, µη αναφλέξιµο). Ενδεικτικά, στον πίνακα 3.1, αναφέρεται το σηµείο βρασµού και η οµάδα ασφαλείας των πιο συνηθισµένων ψυκτικών ρευστών. Πίνακας 3.1. Σηµείο βρασµού και οµάδα ασφάλειας των συνηθέστερων ψυκτικών ρευστών. No Σηµείο βρασµού, Χηµική ονοµασία Χηµικός τύπος C (101kPa σύνθεση ατµ.πίεση) Οµάδα ασφαλείας 12 ιχλωροδιφθοροµεθάνιο CCl2F2-30 Α1 22 Χλωροδιφθοροµεθάνιο CHClF2-40 Α1 125 Πενταφθοροαιθάνιο CHF2CF3-48 Α1 134α 1,1,1,2-τετραφθοροαιθάνιο CH2FCF3-26 Α1 407C R-32 (23%), R-125 (25%), R134a(52%) -44 Α1 410A R-32 (50%),R-125 (50%) -51 Α1 Αν εξαιρεθεί η αµµωνία, η οποία χρησιµοποιείται σε µεγάλες εγκαταστάσεις συντήρησης και κατάψυξης, τα υπόλοιπα ψυκτικά ρευστά που χρησιµοποιούνται στις ψυκτικές και κλιµατιστικές συσκευές καθώς και στις αντλίες θερµότητας προέρχονται από υδρογονάνθρακες, στους οποίους κάποια άτοµα υδρογόνου (Η) έχουν αντικατασταθεί από άτοµα χλωρίου (Cl) ή φθορίου (F). Οι ενώσεις αυτές ονοµάζονται αλογονοµένοι υδρογονάνθρακες και διακρίνονται ανάλογα µε τη χηµική τους σύσταση σε: - χλωροφθοράνθρακες (CFC) - υδροχλωροφθοράνθρακες (HCFC) - υδροφθοράνθρακες (HFC) Οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) π.χ. R-12 (CCl2F2), R-115 (CClF2CF3) χρησιµοποιήθηκαν ως ψυκτικά ρευστά από την δεκαετία του 1930, κυρίως λόγω των θερµοδυναµικών τους ιδιοτήτων και της ασφάλειας στη χρήση τους. Η παραγωγή τους όµως στις αναπτυγµένες χώρες έχει περιορισθεί και έχει απαγορευθεί η τοποθέτησή τους στις νέες ψυκτικές/κλιµατιστικές συσκευές. Αυτό συνέβη γιατί οι ουσίες αυτές όταν βρεθούν στα ανώτερα στρώµατα της ατµόσφαιρας διασπώνται και απελευθερώνουν χλώριο, το οποίο αντιδρά µε το όζον (Ο3) και το καταστρέφει. Οι υδροχλωροφθοράνθρακες (HCFC) π.χ. R-22 (CHClF2), R-123 (CHCl2CF3) επίσης καταστρέφουν το στρώµα του όζοντος, αλλά σε λιγότερο βαθµό από τους χλωροφθοράνθρακες (το R22 για παράδειγµα καταστρέφει το όζον της ατµόσφαιρας 20 φορές λιγότερο από το R12). Υπάρχουν περιορισµοί στη χρήση τους και έχει δροµολογηθεί η διαδικασία της σταδιακής αντικατάστασής τους, αλλά δεν έχει ακόµη διακοπεί η παραγωγή τους. Οι υδροφθοράνθρακες (HFC) π.χ. R-32 (CH2F2), R-125 (CHF2CF3), R-134a (CH2FCF3) δεν καταστρέφουν το στρώµα του όζοντος και έχουν πολλές από τις επιθυµητές ιδιότητες των CFC και HCFC. Χρησιµοποιούνται πλέον ευρέως ως υποκατάστατα των κλασσικών ψυκτικών ρευστών. Έχουν όµως και αυτοί ένα µειονέκτηµα. Εάν διαρρεύσουν στη ατµόσφαιρα, παραµένουν στα ανώτερα στρώµατά της και παγιδεύουν την εκπεµπόµενη ακτινοβολία από τη γη (φαινόµενο

70 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 70 του θερµοκηπίου).για τον περιορισµό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των ψυκτικών ρευστών, έχουν θεσπισθεί νόµοι καθώς και διαδικασίες για τη συλλογή, ανακύκλωση και αναγέννησή τους. Τα ψυκτικά ρευστά τα οποία κυρίως χρησιµοποιούνται σήµερα σε ψυκτικές µονάδες, κλιµατιστικές συσκευές και αντλίες θερµότητας είναι: α) Το R-134a, το οποίο υποκαθιστά το R-12. β) Το R-407C, το οποίο υποκαθιστά το R-22. Είναι µίγµα τριών ψυκτικών ρευστών (R-32, 23%, R-125, 25% και R134a, 52%), τα οποία είναι HFC και δεν συµβάλλουν στην τρύπα του όζοντος. γ) Το R-410Α, το οποίο επίσης υποκαθιστά το R-22. Είναι µίγµα δύο ψυκτικών ρευστών (R-32, 50% και R-125, 50%), τα οποία είναι HFC Ο ψυκτικός κύκλος συµπίεσης ατµών Στον ιδανικό ψυκτικό κύκλο ισχύει Q H = Q C + W όπως αναλύθηκε προηγουµένως και φαίνεται στο σχήµα 2-9. Στην πραγµατική όµως λειτουργία µιας ψυκτικής µονάδας το ισοζύγιο αυτό δεν ισχύει, διότι υπάρχουν διάφορες απώλειες που το ανατρέπουν όπως φαίνεται στην Εικόνα 3-4. Οι επιµέρους µεταβολές αναλύονται στον πίνακα 3.2. Εικόνα 3-4. ιάγραµµα Πίεσης Ενθαλπίας.

71 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 71 Πίνακας 3.2. Μεταβολές στον ψυκτικό κύκλο συµπίεσης ατµών. Μεταβολή ιεργασία Ψυκτικό ρευστό Μεταβολή ενέργειας 1-2 Συµπίεση Παίρνει ενέργεια 2-4 Συµπύκνωση Αποβάλλει θερµότητα 4-5 Εκτόνωση Από υγρό υψηλής πίεσης γίνεται υγρός ατµός χαµηλής πίεσης 5-1 Εξάτµιση Αντλεί θερµότητα Κατανάλωση µηχανικού έργου Αποβολή θερµότητας στον αποδέκτη θερµότητας Καµία ενεργειακή µεταβολή Απορρόφηση θερµότητας από την πηγή θερµότητας

72 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Οι πηγές και οι αποδέκτες θερµότητας Το ιδιαίτερο πλεονέκτηµα των αντλιών θερµότητας είναι ότι χρησιµοποιούν όλες τις διαθέσιµες πηγές θερµότητας του περιβάλλοντος. Οι διαθέσιµες πηγές θερµότητας είναι το νερό, το έδαφος, ο αέρας και ο ήλιος. Οι τρεις πρώτες πηγές αποθηκεύουν ηλιακή ακτινοβολία, έτσι µπορεί να θεωρηθεί ότι έµµεσα χρησιµοποιείται πάντα η ηλιακή ενέργεια ως πηγή. Ως αποδέκτες θερµότητας µπορούν να χρησιµοποιηθούν ο αέρας, το νερό και το έδαφος. Η επιλογή της πηγής και του αποδέκτη θερµότητας για µία εφαρµογή εξαρτάται από την γεωγραφική θέση, το κλίµα, τη διαθεσιµότητα, το αρχικό κόστος, το κόστος συντήρησης και λειτουργίας και φυσικά από τον τύπο του συστήµατος που θα επιλεγεί για την συγκεκριµένη εφαρµογή Αέρας Ο αέρας είναι παντού και σε απεριόριστες ποσότητες. Γι αυτό το λόγο, οι αντλίες θερµότητας µε πηγή ή αποδέκτη θερµότητας τον αέρα συναντούν και τις περισσότερες εφαρµογές, ιδιαίτερα σε κτίρια κατοικιών και σε µικρά ή µεσαία εµπορικά κτίρια. Για την µεταφορά της θερµότητας ανάµεσα στον αέρα και το ψυκτικό µέσο χρησιµοποιούνται πτερυγιοφόροι σωλήνες µε εξαναγκασµένη συναγωγή, δηλαδή µε κυκλοφορία του αέρα από ανεµιστήρες. ύο παράγοντες πρέπει να εξετάζονται κατά την επιλογή και τον σχεδιασµό µιας αντλίας θερµότητας, η οποία έχει ως πηγή τον αέρα: α) Η κατανοµή της θερµοκρασίας του περιβάλλοντος Καθώς η θερµοκρασία του περιβάλλοντος µειώνεται, δηλαδή όσο ψυχρότερος είναι ο καιρός, αντίστοιχα µειώνεται και η θερµαντική ισχύς των αντλιών θερµότητας µε πηγή τον αέρα. Γι αυτό συνήθως η θερµαντική ισχύς της Α.Θ. επιλέγεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε η ψυκτική της ισχύς να µην είναι υπερβολικά υψηλή για τις απαιτήσεις του κτιρίου σε ψύξη. Εάν µετά την επιλογή της Α.Θ. οι απαιτήσεις του κτιρίου σε θέρµανση καλύπτονται µόνο µέχρι µια ορισµένη εξωτερική θερµοκρασία π.χ. 5 C, για την κάλυψη των θερµικών απαιτήσεων σε χαµηλότερες εξωτερικές θερµοκρασίες εγκαθίσταται µια βοηθητική πηγή θερµότητας. β) Ο σχηµατισµός παγετού Σε λειτουργία κύκλου θέρµανσης, όταν η θερµοκρασία της επιφάνειας του εξωτερικού στοιχείου (εξατµιστή) είναι 0 C ή µικρότερη, µε αντίστοιχη εξωτερική θερµοκρασία 2 έως 5 C υψηλότερη, µπορεί να σχηµατισθεί πάγος στο εξωτερικό στοιχείο (καθώς περνά ο αέρας και δίνει θερµότητα στο ψυκτικό µέσο, πέφτει η θερµοκρασία του στην έξοδο του στοιχείου και η υγρασία του εναποτίθεται υπό

73 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 73 µορφή πάγου στους σωλήνες και τα πτερύγια του εξατµιστή). Ο πάγος αυτός εµποδίζει τη µετάδοση θερµότητας και µειώνει το βαθµό απόδοσης. Η αποπάγωση γίνεται µε αντιστροφή του κύκλου λειτουργίας, δηλαδή τίθεται σε λειτουργία ο κύκλος σε ψύξη µε ενεργοποίηση της τετράοδης βαλβίδας (βάνας) ανάµιξης. Κατά τη διάρκεια της αποπάγωσης διακόπτεται η θέρµανση του κτιρίου και καταναλώνεται συµπληρωµατική ενέργεια για την απόψυξη, η οποία όµως µειώνει τον συνολικό βαθµό απόδοσης. Η έναρξη/παύση της αποπάγωσης γίνεται συνήθως µε έλεγχο της πτώσης πίεσης του αέρα στον εξατµιστήρα ή µε αισθητήρια ανίχνευσης του πάγου. Εκτός από τον αέρα του περιβάλλοντος, ως πηγή θερµότητας µπορεί να χρησιµοποιηθεί και ο αέρας απόρριψης από συστήµατα κεντρικού εξαερισµού ή κλιµατισµού. Σε πολλά δηµόσια και εµπορικά κτίρια, ένα ποσό από τον αέρα των χώρων πρέπει να ανανεώνεται συνεχώς. Ο απορριπτόµενος αέρας είναι ιδανική πηγή θερµότητας για αντλίες θερµότητας µε πηγή τον αέρα, εφόσον η παροχή του είναι σταθερή και ικανοποιητική Νερό Το νερό αποτελεί µια ικανοποιητική και σε πολλές περιπτώσεις ιδανική πηγή θερµότητας. Το νερό του δικτύου της πόλης σπάνια χρησιµοποιείται γιατί κοστίζει πολύ και υπάρχουν νοµικοί περιορισµοί για τη χρήση του σε τέτοιες εφαρµογές. Το επιφανειακό νερό (ποτάµια, λίµνες) µπορεί να χρησιµοποιηθεί αλλά η θερµοκρασία του πέφτει αισθητά το χειµώνα, µε αποτέλεσµα να επηρεάζεται δυσµενώς η λειτουργία της αντλίας θερµότητας. Μπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί και το νερό της θάλασσας ιδιαίτερα σε παραθαλάσσια ξενοδοχεία. Τα υπόγεια νερά είναι µια ιδιαίτερα ελκυστική πηγή θερµότητας διότι έχουν σχεδόν καθ όλη τη διάρκεια του έτους σταθερή θερµοκρασία (10-20 C), η οποία είναι αρκετά υψηλή για την λειτουργία των Α.Θ. Συχνά υπάρχουν υπόγεια νερά σε επαρκείς ποσότητες, τα οποία αφού χρησιµοποιηθούν διοχετεύονται πάλι στον υδροφόρο ορίζοντα (σε αυτή την περίπτωση το κόστος του νερού είναι µηδενικό και αλλάζει µόνο η θερµοκρασία του νερού). Στην περίπτωση των υπόγειων νερών ως πηγή θερµότητας, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στα παρακάτω σηµεία: Η θερµοκρασία του νερού της πηγής να έχει ικανοποιητική και σταθερή θερµοκρασία. Το νερό να βρίσκεται σε εκµεταλλεύσιµο βάθος και να είναι γνωστή η παροχή και η διεύθυνση ροής του. Η παροχή του νερού να είναι ικανοποιητική και να διατηρείται σταθερή. Πρέπει να λαµβάνονται µέτρα ώστε το νερό να µη µολύνεται από διαρροές λαδιού ή ψυκτικού µέσου. Το νερό να είναι χηµικά κατάλληλο και να δίνεται προσοχή στην πιθανή διάβρωση του εναλλάκτη της Α.Θ.

74 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας 74 Στις εφαρµογές όπου αξιοποιούνται τα επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα της γης (λίµνη, πηγάδι, ποτάµι, γεώτρηση ή και η ίδια η θάλασσα.) ως πηγή θερµότητας, χρησιµοποιείται ειδικός τύπος σωληνώσεων που ονοµάζεται γεωθερµικός εναλλάκτης ανοικτού κυκλώµατος (Εικόνα 3-5). Εικόνα 3-5. Γεωθερµικός εναλλάκτης ανοιχτού κυκλώµατος. είναι: Συνοπτικά τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα του κυκλώµατος αυτού Πλεονεκτήµατα: Το σύστηµα αυτό είναι οικονοµικότερο από του κλειστού κυκλώµατος (αυτό αναλύεται εκτενώς στην αµέσως επόµενη παράγραφο) όταν υπάρχει λίµνη ή ήδη ανοιγµένο πηγάδι ή γεώτρηση που να µπορούν να καλύψουν τις απαιτήσεις Είναι ευκολότερη η εγκατάστασή του, καθώς εκλείπουν παράγοντες όπως: αντιψυκτικό, κρυµµένες διαρροές, σωληνώσεις που πρέπει να απαλλαχθούν από τον αέρα Μειονεκτήµατα: Η ποιότητα του νερού µπορεί να αλλάξει µε το χρόνο. Η ποσότητα του νερού µπορεί να µεταβάλλεται ακανόνιστα ειδικά κατά περιόδους ξηρασίας. Αν ανοιχθεί πηγάδι, δεν είναι βέβαιο ότι θα υπάρχει νερό ή θα καλύψει τις απαιτούµενες ανάγκες. Σε πολλές περιοχές δεν επιτρέπεται το άνοιγµα πηγαδιού ή γεώτρησης. Τέλος, σε βιοµηχανικές εφαρµογές µπορούν να χρησιµοποιηθούν και απόνερα, αλλά απαιτούν ακριβή εξέταση της παροχής και της θερµοκρασίας τους και εξαρτώνται από την ώρα της ηµέρας και την εποχή του έτους.

75 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Έδαφος Για την εκµετάλλευση της ενέργειας των πετρωµάτων του υπεδάφους χρησιµοποιείται η τεχνική του θαψίµατος δικτύου σωληνώσεων (γεωσυλλέκτηςγεωεναλλάκτης) σε µικρό σχετικά βάθος. Η τεχνική αυτή ξεκίνησε να εφαρµόζεται τη δεκαετία του 40 σε περιορισµένη όµως χρήση. Από τότε µέχρι σήµερα η πρόοδος που έχει συντελεστεί στον τοµέα αξιοποίησης της θερµικής ενέργειας του εδάφους είναι αλµατώδης. Σε αυτή την εξέλιξη συνέβαλε καθοριστικά τόσο η χρήση ανθεκτικότερων υλικών στο δίκτυο σωληνώσεων όσο και χρήση νέου τύπου αντλιών θερµότητας, µε αποτέλεσµα σήµερα τα συστήµατα γεωεναλλακτών-αντλιών θερµότητας να αποτελούν ένα από τα πιο αποδοτικά συστήµατα θέρµανσης και ψύξης. Η σύνθεση του χώµατος, η οποία ποικίλλει (υγρός άργιλος, άµµος, βραχώδες έδαφος κ.τ.λ.), έχει µια καθοριστική επίδραση στις θερµικές του ιδιότητες και εποµένως και στο βαθµό απόδοσης των Α.Θ. Το σηµαντικότερο µέγεθος είναι η θερµική διαχυτότητα, που όµως είναι δύσκολο να υπολογισθεί χωρίς επαρκή δεδοµένα για την ποιότητα του χώµατος. Η θερµική διαχυτότητα είναι ο λόγος της θερµικής αγωγιµότητας προς το γινόµενο της πυκνότητας και της ειδικής θερµότητας. Η θερµική αγωγιµότητα του εδάφους εξαρτάται από το περιεχόµενό του σε υγρασία. Η λογική της χρήσης σωληνώσεων ενταφιασµένων στο έδαφος στηρίζεται στο γεγονός ότι η θερµοκρασία της γης σε βάθος δύο έως τριών µέτρων διατηρείται σχεδόν σταθερή (µεταξύ 10 ο C και 18 ο C) καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου κάτι που δεν συµβαίνει µε την θερµοκρασία του εξωτερικού αέρα. Συνήθως οι σωληνώσεις στο έδαφος είναι από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας. Στο κύκλωµα σωληνώσεων κυκλοφορεί νερό (ή αντιπηκτικό διάλυµα για την αποφυγή δηµιουργίας πάγου σε ψυχρά κλίµατα) το οποίο όµως δεν αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα του υπεδάφους αλλά διοχετεύεται από ειδικό σύστηµα παροχής που εγκαθίσταται από ηλεκτρολόγο-µηχανολόγο µηχανικό και αποκτά σταδιακά την θερµοκρασία του εδάφους. Στην περίπτωση αυτή το δίκτυο σωληνώσεων ονοµάζεται γεωθερµικός εναλλάκτης κλειστού κυκλώµατος. Όπου εφαρµόζονται τέτοιοι εναλλάκτες χρησιµοποιείται και ένας κυκλοφορητής για την οµαλή τροφοδοσία της αντλίας θερµότητας. Το βασικό πλεονέκτηµα του κλειστού κυκλώµατος είναι ότι το κύκλωµα της γης και του σπιτιού, είναι κλειστά και κατά συνέπεια δεν παρουσιάζονται επικαθίσεις αλάτων σε αυτά, µε αποτέλεσµα η συντήρηση του συστήµατος να είναι µηδαµινή. Υπάρχουν τρεις τύποι γεωεναλλακτών κλειστού κυκλώµατος όπως αναλύεται και παρακάτω:

76 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Οριζόντιος Γεωεναλλάκτης Σε περιπτώσεις που υπάρχει µεγάλος διαθέσιµος περιβάλλοντας χώρος, τότε µπορεί να χρησιµοποιηθεί η διάταξη του οριζόντιου γεωεναλλάκτη. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές τοποθέτησης του οριζόντιου γεωεναλλάκτη στο υπέδαφος. 1.Σωλήνες σε παράλληλη διάταξη: Σε βάθος περίπου 1,5 µέτρο από την επιφάνεια τοποθετούνται παράλληλα µήκη σωλήνας η µία δίπλα στην άλλη. Η απόσταση µεταξύ των σωλήνων πρέπει να είναι τουλάχιστον 60 εκατοστά. Η µέθοδος αυτή αποδίδει W/m 2 εδάφους. 2. Σωλήνες η µία πάνω από την άλλη: Η πρώτη σωλήνα τοποθετείται περίπου στα δύο µέτρα ενώ η δεύτερη τοποθετείται εκατοστά πάνω από την πρώτη. Η µέθοδος αυτή αποδίδει περίπου W/m 2 εδάφους. 3.Σωλήνες απλωµένες σε σπείρες: Σε βάθος περίπου 1,5 µέτρο από την επιφάνεια απλώνεται κουλούρα πολυαιθυλενίου µε τέτοια διάταξη ώστε να σχηµατιστούν σπείρες η οποίες να εφάπτονται µεταξύ τους. Η µέθοδος αυτή αποδίδει W/m 2 εδάφους. 4.Πλέγµα: Σε βάθη περίπου δυο µέτρα από την επιφάνεια τοποθετούνται προκατασκευασµένα πλέγµατα που αποτελούνται από λεπτές σωλήνες Φ8 ή Φ10. Η µέθοδος αυτή αποδίδει περίπου 80W/m 2 εδάφους. Οι σωλήνες που χρησιµοποιούνται συνήθως (εκτός από το πλέγµα) είναι από πολυαιθυλένιο τρίτης γενιάς HDPE Φ32 ή Φ40. Για να απλωθούν οι σωλήνες συνήθως κατασκευάζεται µια τάφρος και αφού τοποθετηθούν, σύµφωνα µε τα παραπάνω, η τάφρος καλύπτεται ξανά µε χώµα. Η επιφάνεια πάνω από τον γεωεναλλάκτη µπορεί στη συνέχεια να χρησιµοποιηθεί χωρίς περιορισµούς. Γενικά, η διάταξη του οριζόντιου γεωεναλλάκτη είναι σαφώς οικονοµικότερη από αυτή του κάθετου γεωεναλλάκτη αλλά απαιτεί µεγάλη διαθέσιµη έκταση για την εφαρµογή της. Εικόνα 3-6. Κλειστό Κύκλωµα- Οριζόντιος Γεωεναλλάκτης.

77 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Κάθετος Γεωεναλλάκτης Συνήθως χρησιµοποιείται σε µεγάλες εφαρµογές όπου η απαιτούµενη ανάγκη δεν µπορεί να καλυφθεί από ένα οριζόντιο κύκλωµα και σε περιπτώσεις που υπάρχει έλλειψη διαθέσιµου περιβάλλοντα χώρου (κυρίως σε αστικά κέντρα). Τοποθετείται κυρίως όταν υπάρχει περιορισµένη έκταση γης σε φρεάτια που ανοίγονται σε βάθος από 50 έως 130 µέτρα βάθος µέσα στα οποία τοποθετούνται οι σωλήνες. Η κατασκευή του κάθετου γεωθερµικού εναλλάκτη γίνεται στα εξής στάδια: 1) Κατασκευή στεγνών γεωτρήσεων διαµέτρου 8½ σε βάθη περίπου 100m. 2) Συναρµολόγηση γεωεναλλάκτη στην επιφάνεια. Ο γεωεναλλάκτης αποτελείται από τέσσερις σωλήνες (2 προσαγωγής και 2 επιστροφής) οι οποίες ενώνονται µεταξύ τους µε ειδικά τεµάχια. 3) οκιµή αντοχής γεωεναλλάκτη στην επιφάνεια µε νερό στα 10bar. 4) Τοποθέτηση γεωεναλλάκτη µέσα στις στεγνές γεωτρήσεις. 5) Πλήρωση γεωτρήσεων µε µείγµα τσιµέντου, µπετονίτη και άµµου. 6) Κατασκευή φρεατίου επίσκεψης στην επιφάνεια. Τα συστήµατα των κάθετων γεωεναλλακτών αποδίδουν περίπου 7,5 kw/100m γεωεναλλάκτη. Τα βασικά πλεονεκτήµατα της διάταξης αυτής είναι το µικρό συνολικό µήκος σωλήνωσης, η απαίτηση για µικρή έκταση γης και τέλος το γεγονός ότι η αξιοποιήσιµη θερµότητα του εδάφους επηρεάζεται λιγότερο από την εξωτερική θερµοκρασία (µεγάλο βάθος). Σηµαντικό µειονέκτηµα αποτελεί το γεγονός ότι απαιτείται εξοπλισµός ανάλογος µε αυτόν που χρησιµοποιείται για την διάνοιξη γεωτρήσεων µε αποτέλεσµα την αύξηση του κόστους κατασκευής, ιδιαίτερα όταν το έδαφος είναι πετρώδες. Εικόνα 3-7. Κλειστό Κύκλωµα-Κάθετος Γεωεναλλάκτης.

78 Θέρµανση Θερµοκηπίου Με Χρήση Γεωθερµίας Σπειροειδής Γεωεναλλάκτης Αποτελείται από σωλήνες που τυλίγονται σε σπείρες (σπιράλ) και τοποθετούνται σε χαντάκια µέσα στο έδαφος. Το τυπικό σπειροειδές σύστηµα τοποθετείται µε βήµα 0,254 µέτρα το οποίο ισοδυναµεί µε 12 µέτρα σωλήνωσης ανά µέτρο χαντακιού. Το εκτεταµένο σπειροειδές σύστηµα τοποθετείται µε βήµα 1,42 µέτρα που ισοδυναµεί µε 4 µέτρα σωλήνας ανά µέτρο χαντακιού. Στα πλεονεκτήµατα της διάταξης συνυπολογίζεται η απαίτηση για µικρή έκταση γης και ανάγκη για λιγότερο σκάψιµο για την δηµιουργία χαντακιών, ενώ στα µειονεκτήµατα η απαίτηση για µεγαλύτερο µήκος σωλήνα. Το σπειροειδές σύστηµα µπορεί να έχει οριζόντια ή κάθετη διάταξη µε µόνη διαφορά ότι στην οριζόντια διάταξη είναι ευκολότερη η επανατοποθέτηση των χωµάτων. Εικόνα 3-8. Κλειστό Κύκλωµα- Σπειροειδής Γεωεναλλάκτης. Σε γενικές γραµµές, τα κλειστά συστήµατα γεωεναλλακτών (οριζόντια ή κάθετα) διαφέρουν από τα συµβατικά συστήµατα θέρµανσης ή ψύξης στο ότι δεν καίνε ορυκτά καύσιµα για να παράγουν θερµότητα. Απλά µεταφέρουν τη θερµότητα από και προς τη γη για να παρέχουν την αποδοτική, προσιτή και φιλική προς το περιβάλλον θέρµανση και ψύξη. Ηλεκτρική ενέργεια χρησιµοποιείται για την λειτουργία του συστήµατος δηλαδή του συµπιεστή και των κυκλοφορητών. Επιπλέον ένα σύστηµα γεωεναλλάκτη είναι τρεις έως πέντε φορές αποδοτικότερο από ένα συµβατικό σύστηµα, παρέχουν δηλαδή τρεις έως πέντε µονάδες ενέργειας για κάθε µονάδα ηλεκτρικής ενέργειας που τροφοδοτεί το σύστηµα. Βασικό χαρακτηριστικό-πλεονέκτηµα των κλειστών συστηµάτων γεωεναλλακτών είναι ότι δεν χρειάζονται συντήρηση. Με σωστή εγκατάσταση ο γεωεναλλάκτης θα λειτουργεί ακόµα και για περισσότερο από πενήντα χρόνια, ιδιαίτερα αν η κατασκευή των σωληνώσεων γίνει από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE), το οποίο τους προσδίδει ανθεκτικότητα και καλές ιδιότητες θερµικής αγωγιµότητας. Σωλήνες PVC δεν πρέπει ποτέ να χρησιµοποιούνται. Τα υπόλοιπα µέρη του συστήµατος, η αντλία θερµότητας, οι κυκλοφορητές και το