ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΤΛΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΤΛΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σπουδάστρια: Δασκαλάκη Α. Διονυσία Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα Απρίλιος 2009

2 Αφιερώνεται στους πολυαγαπημένους μου γονείς και στην αδελφή μου

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μου Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μου στο Τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε το Σεπτέμβριο του 2008 και ολοκληρώθηκε τον Απρίλιο του 2009, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η παρούσα εργασία, είχε ως σκοπό τη μελέτη των Σύγχρονων Μεθόδων Άντλησης και Αξιοποίησης της Γεωθερμικής Ενέργειας. Ο τελικός στόχος αυτής ήταν η συγκέντρωση στοιχείων, η διατύπωση παρατηρήσεων και η εξαγωγή συμπερασμάτων τα οποία πιθανό να φανούν χρήσιμα στη μελλοντική ευρεία αξιοποίηση της Γεωθερμικής Ενέργεια. Αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω θερμά την Καθηγήτρια κα Κόγια Φωτεινή, τόσο για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία της στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μου παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή της στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική. Ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου και στην αδελφή μου, για την εμπιστοσύνη τους στις δυνάμεις μου, για τη συνεχή συμπαράσταση και υποστήριξη που είχα από μέρους τους καθώς και για την υπομονή και κατανόηση που μου έδειξαν ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια των σπουδών μου. Τελειώνοντας, θα ήταν παράλειψή μου να μην αναφερθώ στους καθηγητές και στους συμφοιτητές μου, για την προθυμία με την οποία μου παρείχαν τη βοήθειά τους, όποτε τη χρειάστηκα, καθώς επίσης και σε όλους αυτούς που ανήκουν στο φιλικό μου περιβάλλον, οι οποίοι μου συμπαραστάθηκαν και με ενθάρρυναν κατά την προσπάθεια πραγματοποίησης των στόχων μου. Καβάλα, Απρίλιος 2009

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή... 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Διάδοση της Γεωθερμικής Ενέργειας... 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Γεωεναλλάκτες Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος Γεωθερμικοί Τύποι Εναλλακτών Κλειστού Κυκλώματος Οριζόντιο Σύστημα Κάθετο Σύστημα Σπειροειδές Σύστημα Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Ανοικτού Κυκλώματος Αντλίες Θερμότητας Κύκλος Ψύξης Εξοικονόμηση Ενέργειας - Χαμηλά Λειτουργικά Έξοδα Γεωθερμικές Αντλίες... 18

5 3.8 Αρχή Λειτουργίας της Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας Μέρη της Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας Οφέλη από τη Χρήση των Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας Σύγκριση με Συμβατικά Συστήματα Εγκατάσταση ενός Γεωθερμικού Συστήματος Μέθοδοι Εγκατάστασης Γεωθερμικού Εναλλάκτη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Γενικά Κυριότερες Εφαρμογές Θέρμανση Χώρων Αγροτικές Χρήσεις Υδατοκαλλιέργειες Βιομηχανικές Χρήσεις Οικονομικές Χρήσεις Αντλίας Θερμότητας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Μελέτη εγκατάστασης κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας... 40

6 5.1 Γενικά Εγκατάσταση Συστήματος Γεωθερμίας Κλειστό Κύκλωμα με Κατακόρυφους Γεωεναλλάκτες Κλειστό Κύκλωμα με Οριζόντιους Γεωεναλλακτες Ανοικτό Κύκλωμα με Νερό Γεώτρησης Ενδοδαπέδια Θέρμανση Κόστος Εγκατάστασης και Λειτουργίας Γεωθερμικού Κλιματισμού Εφαρμογή Γεωθερμίας σε Κατοικία για Κλιματισμό Η θεωρία του Γεωθερμικού Κλιματισμού Τα Οικονομικά του Γεωθερμικού Κλιματισμού Οικονομική Προσφορά ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ Η Τροφή Θαύμα Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας στη Νιγρίτα Σερρών, Ελλάδα Πως ξεκίνησε η Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας στην Περιοχή Νιγρίτας Σερρών Η Σπιρουλίνα σαν Τροφή... 65

7 6.4 Η Πολύτιμη Διατροφική Αξία της Σπιρουλίνας Η Σπιρουλίνα συνυπήρχε με τους Αρχαίους Πολιτισμούς Άλλες Χρήσεις της Σπιρουλίνας Βιολογικές Φαρμακολογικές ιδιότητες της Σπιρουλίνας Αντιοξειδωτικές ιδιότητες της Σπιρουλίνας Αντικαρκινικές ιδιότητες της Σπιρουλίνας Η Δράση της Σπιρουλίνας κατά του AIDS Η Σπιρουλίνα αποτελεί Τροφή των Αστροναυτών Σύνθεση ανά ημερήσια δόση (3 δισκία των 0,9 g, της Marcus Rohrer Spirulina) Η Σπιρουλίνα όπως την παρουσιάζει το φύλλο οδηγιών της διατιθεμένης στο Εμπόριο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις της Εκμετάλλευσης της Γεωθερμικής Ενέργειας Οι αμελητέες Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις από την Εκμετάλλευση της Γεωθερμικής Ενέργειας Διευκρινίσεις σχετικά με το θέμα των Επιπτώσεων της Γεωθερμίας στο Περιβάλλον Διάθεση των Γεωθερμικών Ρευστών μετά τη χρήση τους από την Αξιοποίηση της Γεωθερμικής Ενέργειας Υψηλής Ενθαλπίας... 82

8 7.5 Θόρυβος στις Γεωθερμικές Μονάδες Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Άλλες Περιβαλλοντικές Επιβαρύνσεις Το Κύριο Περιβαλλοντικό Πρόβλημα: Η Διάθεση των Ρευστών Χαμηλής Ενθαλπίας Χωρίς Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις η Αβαθής Γεωθερμία Επί Μέρους Συμπεράσματα Περιβαλλοντικά Οφέλη από την Αξιοποίηση της Γεωθερμικής Ενέργειας Επιπτώσεις της εξόρυξης και της Επανεισαγωγής των Γεωθερμικών Ρευστών και αλμολοίπων Οι Φυσικές Γεωθερμικές εκδηλώσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαδικασίες και Κόστος Αξιοποίησης της Γεωθερμικής Ενέργειας Διατύπωση Γενικού Συμπεράσματος... 96

9 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Με το ρυθμό της ολοένα και αυξανόμενης κατανάλωσης Ενέργειας στον Πλανήτη, οι πόροι, όπως οι ορυκτές καύσιμες ύλες από τις οποίες χρησιμοποιούμε το μεγαλύτερο μέρος της Ενέργειας, έχουν αρχίσει να εξαντλούνται, γεγονός το οποίο οδηγεί αναπόφευκτα σε αύξηση των τιμών και προβλήματα τα οποία δύσκολα επιλύονται. Ο Δυτικός κόσμος με την ολοένα αυξανόμενη απαίτηση για Ενέργεια, «αποστραγγίζει» σταδιακά τον Πλανήτη και το μέλλον δυστυχώς, δε φαίνεται ρόδινο. Η μόνη λύση λοιπόν είναι η στροφή του ανθρώπου προς πηγές Ενέργειας, οι οποίες είναι, όπως τις χαρακτηρίζουμε, Ανανεώσιμες: Ηλιακή Ενέργεια, Αιολική Ενέργεια, Θαλάσσια Ενέργεια, Γεωθερμική Ενέργεια κ.τ.λ. (εικόνα 1.1). Εικόνα 1.1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Οι πράσινες αυτές πηγές Ενέργειας, ακόμα και τώρα, παραμένουν σε μεγάλο ποσοστό ανεκμετάλλευτες, αν και η Τεχνολογία γύρω από αυτές τα τελευταία χρόνια, έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο και μάλιστα προς πηγές Ενέργειας τις οποίες δεν είχαμε ιδέα πως να εκμεταλλευτούμε παλαιότερα. Σελίδα 1

10 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή Εικόνα 1.2 Εγκαταστάσεις αξιοποίησης της Γεωθερμικής Ενέργειας H θερμότητα είναι μια μορφή Ενέργειας και η Γεωθερμική Ενέργεια (εικόνα 1.2) είναι η θερμότητα που περιέχεται στο εσωτερικό της Γης, η οποία προκαλεί τη δημιουργία διαφόρων γεωλογικών φαινομένων σε Παγκόσμια Κλίμακα. Συνήθως όμως, ο όρος «Γεωθερμική Ενέργεια» χρησιμοποιείται σήμερα για να δηλώσει εκείνο το τμήμα της Γήινης θερμότητας που μπορεί να ανακτηθεί και να αξιοποιηθεί από τον άνθρωπο και με την έννοια αυτή θα χρησιμοποιήσουμε τον όρο από τώρα και στο εξής. Σελίδα 2

11 Κεφάλαιο 2 ο : Διάδοση της Γεωθερμικής Ενάργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η Γεωθερμική Ενέργεια και τα θερμά νερά ήταν γνωστά και στην Αρχαία Ελλάδα. Οι θερµές πηγές θεωρούνταν στην Αρχαιότητα ότι είχαν θεραπευτικές ιδιότητες και γι αυτό τα Ασκληπιεία και άλλοι ιεροί χώροι (π.χ. ναοί) βρίσκονταν κοντά σε αυτές. Αυτό άλλωστε διαπιστώνεται τόσο από τα πρώτα κείµενα της αρχαίας Ελλάδας (Οµηρικά Έπη) όσο και από µεταγενέστερα κείµενα των Ηρόδοτου, Πλούταρχου, Παυσανία, Αριστοτέλη, Αθήναιου, Στράβωνα κ.ά. Ο ηµίθεος Ηρακλής συνδέθηκε και µε τα θερµά λουτρά και πολλές θερµές πηγές λέγονταν «Θέρµες του Ηρακλή». Σηµαντικές είναι οι αναφορές του Ιπποκράτη ( π.χ.) για τις ευεργετικές επιδράσεις των θερµών νερών. Υπάρχουν πολλές παραστάσεις, κυρίως σε αγγεία, που συνδέουν τις θερµές πηγές µε τη χρήση του νερού για ιαµατικούς σκοπούς, ακόµη και για θρησκευτικούς. Η χρήση των φυσικών θερµών ρευστών ήταν γνωστή και στους αρχαίους ανατολικούς λαούς, στην Κίνα και στην Ιαπωνία, µε πληθώρα µαρτυριών στη Μυθολογία και την Ιστορία τους, καθώς και στους παλαιούς γηγενείς κατοίκους της Αµερικής πριν από χιλιάδες χρόνια. Οι Ετρούσκοι και οι Ρωµαίοι χρησιµοποιούσαν τα θερµά νερά όχι µόνο για ιαµατικούς σκοπούς αλλά και για τη θέρµανση οικιών. Ο Γαληνός (2 ος αι. µ.χ.), εκτός από τις συχνές αναφορές στα έργα του, για την ευεργετική αξία των θερµών λουτρών, προσέφερε και φρούτα εκτός εποχής στους καλεσµένους του, τα οποία παρήγαγε προφανώς σε κάποια στοιχειώδη θερµοκήπια. Στη σύγχρονη εποχή, η πρώτη Βιοµηχανική αξιοποίηση της Γεωθερµίας πραγµατοποιήθηκε στο Larderello της Ιταλίας, όπου από τις αρχές του 19 ου αιώνα χρησιµοποιούνταν υπέρθερµος ατµός για την παραγωγή βορικού οξέος και για τη θέρµανση κτιρίων (εικόνα 2.1). Στην ίδια περιοχή, το 1904, έγινε η πρώτη επιτυχηµένη προσπάθεια παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας, µε τη χρήση φυσικών ατµών, που έβγαιναν µε πίεση. Σήµερα λειτουργούν στην περιοχή µονάδες ηλεκτροπαραγωγής Εγκατεστηµένης Ισχύος > 540 MW e. Η πρώτη συστηµατική αξιοποίηση των Γεωθερμικών Ρευστών για θέρμανση χώρων, θερµοκηπίων και κτιρίων, ξεκίνησε τη δεκαετία του 1920 στην Ισλανδία. Σήµερα το µμεγαλύτερο µέρος του πληθυσµού της Ισλανδίας (και ολόκληρη η πρωτεύουσα Σύγχρονες Διατάξεις Άντλησης και Αξιοποίησης της Γεωθερμικής Ενέργειας Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 3

12 Κεφάλαιο 2 ο : Διάδοση της Γεωθερμικής Ενάργειας Ρέικιαβικ) θερµαίνονται µε Γεωθερµικά Ρευστά, ενώ υπάρχει και πλήθος άλλων εφαρµογών (παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας, θέρμανση θερμοκηπίων και πισινών, υδατοκαλλιέργειες, ξήρανση ορυκτών κ.ά.). Εικόνα 2.1 Larderello (Ιταλία), 1904: Η πρώτη επιτυχημένη προσπάθεια παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας, µε τη χρήση φυσικών ατµών, που έβγαιναν µε πίεση. [Πηγές: Geothermal Education Office, ( και International Geothermal Association (iga.igg.cnr.it/geo/ geoenergy.php)] Το παράδειγμα της Ισλανδίας µιµήθηκαν πολλές χώρες της Ευρώπης, της Αµερικής αλλά και της Ασίας. Σήµερα, o αριθµός των χωρών, που έχουν εµπλακεί στη Γεωθερµική Ενέργεια, µε εκµετάλλευση της θερµότητας, ξεπερνά τις εξήντα (60). Στην ηλεκτροπαραγωγή, εκτός από την Ιταλία, έχουν εµπλακεί η Νέα Ζηλανδία, οι Η.Π.Α., η Ιαπωνία, το Μεξικό, οι Φιλιππίνες, η Ινδονησία και αρκετές χώρες της Κεντρικής Αµερικής, αλλά και της Αφρικής (Κένυα). Η συνολική Παγκόσµια Εγκατεστηµένη Ισχύς έφτασε το 2007 τα MW e (σχήμα 2.1) [σε είκοσι πέντε (25) συνολικά χώρες] από 3887 MW e που ήταν το 1980, 5832 MW e το 1990 και 7972 MW e τo Στην Ευρώπη, έξι (6) χώρες (Ιταλία, Ισλανδία, Γαλλία, Πορτογαλία, Αυστρία, Γερµανία) µε ηλεκτροπαραγωγή από τη Γεωθερµία, έχουν Εγκατεστηµένη Ισχύ 1045 ΜW e, ενώ σε τριάντα δύο (32) χώρες, µε εφαρµογές άµεσων χρήσεων (αξιοποίηση της θερµότητας στη θέρµανση θερµοκηπίων και κτιριακών εγκαταστάσεων, υδατοκαλλιέργειες, ξηραντήρια, λουτροθεραπεία, Βιοµηχανικές χρήσεις κ.α.), η συνολική Εγκατεστηµένη Ισχύς φτάνει τα MW t (στοιχεία 2007). Στην Ελλάδα, παρά το πλούσιο Γεωθερµικό Δυναµικό, δε λειτουργεί καµία εγκατάσταση Σύγχρονες Διατάξεις Άντλησης και Αξιοποίησης της Γεωθερμικής Ενέργειας Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 4

13 Κεφάλαιο 2 ο : Διάδοση της Γεωθερμικής Ενάργειας ηλεκτροπαραγωγής, ενώ η συνολική Εγκατεστηµένη Ισχύς, σε άµεσες χρήσεις, είναι µόλις 94 MW t, συµπεριλαµβανοµένων και των Γεωθερµικών Αντλιών θερµότητας, οι οποίες έχουν εγκατεστηµένη ισχύ 20 ΜW t (στοιχεία 2007). Σχήμα 2.1 Χάρτης των χωρών με εγκατεστημένη Ηλεκτρική Ισχύ από Γεωθερμική Ενέργεια. Η συνολική Παγκόσμια εγκατεστημένη ισχύς έφτασε το 2007 τα 10,3 GW e [Πηγή: BertaniR., 2007] Σύγχρονες Διατάξεις Άντλησης και Αξιοποίησης της Γεωθερμικής Ενέργειας Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 5

14 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΑΝΤΛΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Για την άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας χρησιμοποιούνται οι Γεωεναλλάκτες ή Γεωθερμικοί Εναλλάκτες. 3.1 ΓΕΩΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες είναι τα συστήματα που αποβάλλουν ή απορροφούν θερμότητα από μια πηγή θερμότητας όπως το έδαφος ή η λίμνη ή η θάλασσα ή το πηγάδι. Η αποβολή ή απορρόφηση πραγματοποιείται με την κυκλοφορία νερού ή κάποιου άλλου υγρού, δια μέσου σωληνώσεων που ξεκινούν από την πηγή θερμότητας ή ψυχρότητας και καταλήγουν στο χώρο που θέλουμε να θερμάνουμε ή να ψύξουμε αντίστοιχα. Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες διακρίνονται (σχήμα 3.1) σε: Κλειστού Κυκλώματος και Ανοικτού Κυκλώματος Σχήμα 3.1 Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού (α, β, γ, δ) και Ανοικτού (ε, στ) Κυκλώματος 3.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος (εικόνα 3.1, 3.2) αποτελούνται από ένα υπόγειο ή υποθαλάσσιο δίκτυο, από υψηλής αντοχής πλαστικούς σωλήνες, που λειτουργεί ως Εναλλάκτης Θερμότητας. Για να συλλέξουμε θερμότητα από τη Γη Σελίδα 6

15 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας τροφοδοτούμε το δίκτυο με νερό, το οποίο αποκτά τη θερμοκρασία της Γης. Όπου εφαρμόζονται Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος χρησιμο-ποιείται και ένας κυκλοφορητής για την ομαλή τροφοδοσία της Αντλίας Θερμότητας. Εικόνα 3.1 Γεωθερμικός Εναλλάκτης Κλειστού Κυκλώματος Εικόνα 3.2 Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος Σελίδα 7

16 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Η χρήση Γεωθερμικών Εναλλακτών Κλειστού Κυκλώματος έχει τo πλεονέκτημα ότι το κύκλωμα της Γης και του σπιτιού, είναι κλειστά και κατά συνέπεια δεν παρουσιάζονται επικαθίσεις αλάτων σε αυτούς, με αποτέλεσμα η συντήρηση του συστήματος να είναι μηδαμινή. 3.3 ΤΥΠΟΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΩ- ΜΑΤΟΣ Υπάρχουν τρεις τύποι Γεωθερμικών Εναλλακτών Κλειστού Κυκλώματος ανάλογα με τη διάταξη του δικτύου σωληνώσεων στο έδαφος: Οριζόντιο Σύστημα Κάθετο Σύστημα Σπειροειδές Σύστημα ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Εικόνα 3.3 Οριζόντιο Σύστημα Στο οριζόντιο σύστημα (εικόνα 3.3) οι σωλήνες τοποθετούνται σε χαντάκια, σε βάθος από ένα κόμμα δύο έως τρία (1,2 3) μέτρα και σε κάθε χαντάκι εγκαθίστανται από ένας έως έξι (1 6) σωλήνες. Το μήκος τους εξαρτάται από παράγοντες όπως το θερμικό φορτίο, το υλικό κατασκευής, το έδαφος κ.ά. Σελίδα 8

17 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Το σύστημα αυτό έχει μικρότερο κόστος εγκατάστασης απαιτείται όμως μεγαλύτερη έκταση Γης. Τα οριζόντια συστήματα μπορεί να είναι σε διάταξη σειρών ή σε παράλληλη διάταξη (σχήμα 3.2, 3.3). Σχήμα 3.2 Οριζόντιο Σύστημα σε σειρά Σχήμα 3.3 Οριζόντιο Σύστημα παράλληλο Η διάταξη σειρών έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Σελίδα 9

18 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Χρήση σωλήνα ενός μεγέθους. Υψηλότερη θερμική απόδοση ανά μέτρο σωλήνωσης εξαιτίας της μεγαλύτερης διαμέτρου σωλήνα που απαιτείται. Μια δίοδο παροχής. Η διάταξη σειρών έχει τα παρακάτω μειονεκτήματα: Μεγαλύτερο όγκο νερού και αντιψυκτικού. Υψηλότερη τιμή ανά μέτρο εξαιτίας του υλικού σωλήνωσης. Η παράλληλη διάταξη έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Χαμηλότερο κόστος σωληνώσεως. Απαιτείται λιγότερο αντιψυκτικό όπου χρειάζεται. Η παράλληλη διάταξη έχει το μειονέκτημα ότι πρέπει να εξασφαλίζεται η απομάκρυνση όλου του αέρα ΚΑΘΕΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Εικόνα 3.4 Κάθετο Σύστημα Το κάθετο σύστημα (εικόνα 3.4) τοποθετείται κυρίως όταν υπάρχει περιορισμένη έκταση Γης, σε φρεάτια που ανοίγονται σε βάθος από πενήντα έως εκατόν τριάντα (50 έως 130) μέτρα μέσα στα οποία τοποθετούνται οι σωλήνες. Το κάθετο σύστημα έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: μικρότερο συνολικό μήκος σωλήνωσης Σελίδα 10

19 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας μικρότερα ποσά ενέργειας, από ότι για άντληση απαιτείται μικρότερη έκταση Γης η αξιοποιήσιμη θερμότητα του εδάφους επηρεάζεται λιγότερο από την εξωτερική θερμοκρασία (μεγάλο βάθος). Το κάθετο σύστημα έχει και το εξής μειονέκτημα ότι απαιτείται εξοπλισμός γεωτρήσεων με αποτέλεσμα αύξηση του κόστους κατασκευής. Τα κάθετα συστήματα μπορεί να είναι σε διάταξη σειρών ή παράλληλη διάταξη με τα ίδια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα όπως και στο οριζόντιο σύστημα ΣΠΕΙΡΟΕΙΔΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑ Σχήμα 3.4 Σπειροειδές Σύστημα Το σπειροειδές σύστημα αποτελείται από σωλήνες που τυλίγονται σε σπείρες (σπιράλ) και τοποθετούνται σε χαντάκια μέσα στο έδαφος (σχήμα 3.4). Το τυπικό σπειροειδές σύστημα τοποθετείται με βήμα μηδέν κόμμα διακόσια πενήντα τέσσερα (0,254) μέτρα το οποίο ισοδυναμεί με δώδεκα (12) μέτρα σωλήνωσης ανά μέτρο χαντακιού. Το εκτεταμένο σπειροειδές σύστημα τοποθετείται με βήμα ένα κόμμα σαράντα δύο (1,42) μέτρα που ισοδυναμεί με τέσσερα (4) μέτρα σωλήνα ανά μέτρο χαντακιού. Το σπειροειδές σύστημα έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: απαιτείται μικρότερη έκταση Γης απαιτείται λιγότερο σκάψιμο για τη δημιουργία χαντακιών. Το σπειροειδές σύστημα έχει και το εξής μειονέκτημα ότι απαιτείται μεγαλύτερο μήκος σωλήνα. Σελίδα 11

20 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Το σπειροειδές σύστημα μπορεί να έχει οριζόντια ή κάθετη διάταξη με μόνη διαφορά ότι στην οριζόντια διάταξη είναι ευκολότερη η επανατοποθέτηση των χωμάτων. 3.4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Εικόνα 3.5 Γεωθερμικός Εναλλάκτης Ανοικτού Κυκλώματος Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Ανοικτού Κυκλώματος (εικόνα 3.5) χρησιμοποιούν επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα ως πηγή Θέρμανσης - Ψύξης και χώρους απόθεσης του νερού που επιστρέφει υποβαθμισμένο. Τέτοιες πηγές είναι η λίμνη, το πηγάδι, το ποτάμι, η γεώτρηση ή και η ίδια η θάλασσα. Ενδεικτικά, ένα σπίτι διακοσίων ογδόντα (280) τετραγονικών μέτρων απαιτεί περίπου τριάντα έως πενήντα επτά (30 57) λίτρα ανά λεπτό, παροχής νερού. Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Ανοικτού Κυκλώματος έχουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Το σύστημα αυτό είναι οικονομικότερο από του κλειστού κύκλου 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. Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες έχουν τα παρακάτω μειονεκτήματα: Η ποιότητα του νερού μπορεί να αλλάξει με το χρόνο. Σελίδα 12

21 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Η ποσότητα του νερού μπορεί να μεταβάλλεται ακανόνιστα, ειδικά κατά περιόδους ξηρασίας. Αν ανοιχτεί πηγάδι, γίνεται αβέβαιο αν θα υπάρχει νερό ή αν θα καλύψει τις ανάγκες. Σε πολλές περιοχές δεν επιτρέπεται το άνοιγμα πηγαδιού ή γεώτρησης. 3.5 ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΟΣ Η Αντλία Θερμότητας έχει την ικανότητα να παράγει Θερμική Ενέργεια Q, η οποία συντίθεται από τρεις συνιστώσες: τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την επιθυμητή θερμοκρασία ρευστού εισαγωγής, στο σύστημα απόδοσης - απόληψης θερμότητας στον κλιματιζόμενο χώρο και την ισχύ του συμπιεστή της Αντλίας Θερμότητας (σχήμα 3.5). Σχήμα 3.5 Σχεδιάγραμμα μιας Αντλίας Θερμότητας (1. Εξατμιστής, 2. Συμπιεστής, 3. Συμπυκνωτής, 4. Στοιχείο Εκτόνωσης) Από πειραματικές μετρήσεις προέκυψε ότι ο Συντελεστής Απόδοσης μιας Αντλίας Θερμότητας (COP) εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι σημαντικότεροι των οποίων είναι: Σελίδα 13

22 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Η διαφορά θερμοκρασίας (ΔΤ) μεταξύ του παραγόμενου από την Αντλία Θερμότητας θερμικού ρευστού και της πηγής θερμότητας (που μπορεί να είναι ο περιβάλλων αέρας ή κάποια φυσική υδάτινη μάζα), δηλαδή η διαφορά θερμοκρασίας συμπυκνωτή και εξατμιστή. Όσο μικρότερο είναι αυτό το ΔΤ, τόσο μεγαλύτερο είναι το COP. Η σταθερότητα θερμοκρασίας της πηγής θερμότητας, καθώς και η τιμή αυτής, ιδιαίτερα στο μεταξύ των 0 C 30 C διάστημα. Το σημαντικότερο πρόβλημα στην αποδοτική χρήση Αντλιών Θερμότητας, είναι η εξασφάλιση μιας πηγής θερμότητας, που να παρέχει Θερμική Ενέργεια με σταθερή ισχύ και σταθερή θερμοκρασία καθ όλη τη διάρκεια της λειτουργίας της. Για την εξασφάλιση της πηγής αυτής υπάρχουν για ένα κτίριο τέσσερις επιλογές: α) Οι αέριες μάζες που περιβάλλουν το κτίριο. β) Οι τυχόν υπάρχουσες επιφανειακές υδάτινες μάζες. γ) Οι τυχόν υπάρχουσες υπόγειες υδάτινες μάζες. δ) Οι υπεδαφικές μάζες. Οι επιλογές αυτές διαχωρίζουν τις Αντλίες Θερμότητας σε Τεχνολογίες όπως: αέρα - νερού νερού - νερού και άμεσης εκτόνωσης, αέρα αέρα. Οι αέριες μάζες (Αντλίες Θερμότητας αέρα νερού) είναι η κατασκευαστικά πιο εύκολη λύση, αλλά η μεγάλη αστάθεια της θερμοκρασίας τους έχει ως συνέπεια χαμηλό ετήσιο συντελεστή απόδοσης της Αντλίας Θερμότητας σε σύγκριση με τις Αντλίες νερού (νερού - νερού). Επίσης, στις εγκαταστάσεις Αντλιών Θερμότητας άμεσης εκτόνωσης (αέρα - αέρα), ο αέρας με τη σύστασή του (υγρασία, σκόνη, οξυγόνο, όξινα συστατικά) προκαλεί αυξημένα έξοδα συντήρησης της εγκατάστασης, ενώ τα εξαρτήματα τροφοδοσίας αέρα, επιβαρύνουν το κτίριο από πλευράς χώρου και αισθητικής. Εξάλλου, η δημιουργία πάγου στους ατμοποιητές το χειμώνα και η αδυναμία του περιβάλλοντα αέρα να απορροφά και να αποθηκεύει την απορριπτόμενη ψυκτική ή θερμική Ενέργεια της εγκατάστασης, δημιουργούν επίσης προβλήματα λειτουργίας και μειώνουν την απόδοση της Αντλίας Θερμότητας κατά τη διάρκεια ακραίων μετεωρολογικών φαινομένων. Στις επιλογές β, γ και δ χρησιμοποιείται νερό για τη μεταφορά της θερμότητας από την πηγή στην Αντλία Θερμότητας (νερού - νερού). Η συσκευή αυτή είναι σχεδιασμένη να Σελίδα 14

23 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας δέχεται νερό αντί αέρα, έχει απλούστερη κατασκευή και εξάλλου, έναντι του αέρα, το νερό έχει σαφή πλεονεκτήματα ως φορέας θερμότητας, κυρίως λόγω της μεγαλύτερης θερμοχωρητικότητάς του και της σταθερής πυκνότητάς του. Το μειονέκτημα των υδάτινων μαζών είναι ότι σπάνια βρίσκονται διαθέσιμες, στην άμεση γειτονία του κτιρίου, σε ποσότητες επαρκείς, για να παρέχουν την απαιτούμενη Θερμική Ενέργεια. Ιδιαίτερα το επιφανειακό νερό (επιλογή β) στην Ελλάδα, βρίσκεται με επαρκείς παροχές κοντά σε κτίρια εξαιρετικά σπάνια και μόνο όταν αυτά είναι κτισμένα πολύ κοντά στην ακτογραμμή ή στις όχθες μιας λίμνης, μπορούν να προμηθεύονται Θερμική και Ψυκτική Ενέργεια από το θαλασσινό ή λιμναίο νερό. Όμως, τα επιφανειακά νερά υπόκεινται, κατά τη διάρκεια του έτους, σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας τους, ενώ επιπλέον το θαλασσινό νερό, λόγω της αλμυρότητάς του, απαιτεί δαπανηρούς εναλλάκτες θερμότητας, ανθεκτικούς στη διαβρωτική επίδραση των αλάτων. Εικόνα 3.6 Αντλία θερμότητας εδάφους//νερού Το υπόγειο νερό αποτελεί τη βέλτιστη λύση για την κάλυψη των θερμικών και ψυκτικών αναγκών ενός κτιρίου με Αντλία Θερμότητας (εικόνα 3.6), αρκεί να είναι διαθέσιμο με μια ελάχιστα σταθερή παροχή. Και αυτό, διότι καθ όλη τη διάρκεια του έτους έχει θερμοκρασία σταθερή ή σχεδόν σταθερή. Το θερμικό περιεχόμενό του είναι εν μέρει ηλιακής και εν μέρει γήινης προέλευσης. Όταν υπόγειο νερό από πηγάδι ή γεώτρηση, με μια μικρή, έστω, παροχή μόνο 5 m 3 /h=1,38 kg/s και θερμοκρασία 18 C, οδηγηθεί στον ατμοποιητή της Αντλίας Θερμότητας και υποστεί ψύξη κατά 5 C, με την απόδοση της θερμικής ισχύος είναι Σελίδα 15

24 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας δυνατό να θερμανθεί κτίριο με θερμαινόμενους χώρους εμβαδού μεταξύ m 2 περίπου. Έτσι, εάν χρησιμοποιηθούν συστήματα θέρμανσης χαμηλών θερμοκρασιών, π.χ. 40 C 50 C και διατίθεται για την Αντλία Θερμότητας θερμική πηγή θερμοκρασίας 17 C 20 C, όπως συμβαίνει με τις υπεδαφικές θερμοκρασίες σε βάθος m στην Ελλάδα, μπορεί να επιτευχθεί συντελεστής απόδοσης Αντλίας Θερμότητας πάνω από 500% που είναι αισθητά υψηλότερος, από ότι λ.χ. στην Ελβετία ή την Αυστρία, όπου οι υπεδαφικές θερμοκρασίες είναι 8 C 12 C. Τέλος, στις περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει διαθέσιμο υπόγειο νερό, τότε το ρευστό που κυκλοφορεί στο κλειστό κύκλωμα ενός Γεωθερμικού Εναλλάκτη, είναι αυτό που θα συνδεθεί με την Αντλία Θερμότητας και θα λειτουργεί ως μεταφορέας θερμότητας από το υπέδαφος στον ατμοποιητή ΚΥΚΛΟΣ ΨΥΞΗΣ Ο Κύκλος Ψύξης χρησιμοποιεί ένα υγρό που ονομάζεται ψυκτικό υγρό για να μεταφέρει θερμότητα από ένα μέρος σε ένα άλλο. Το κλειδί για το πως λειτουργεί το σύστημα, είναι η ιδιότητα που έχει το ψυκτικό υγρό να βράζει σε πολύ μικρότερη θερμοκρασία από ότι το νερό. Για παράδειγμα το ψυκτικό υγρό που συνήθως χρησιμοποιείται, βράζει στους 5 C 10 C, ενώ το νερό βράζει στους 100 C. Ας δούμε πως βράζοντας και συμπυκνώνοντας, το ψυκτικό υγρό, μπορεί να μεταφερθεί θερμότητα. Η διαδικασία είναι ίδια είτε πρόκειται για ψυγείο, είτε για air condition, είτε για Αντλία Θερμότητας. Θα ξεκινήσουμε με τη λειτουργία ψύξης. Υγρό ψυκτικό το οποίο εισέρχεται στη σπείρα εισόδου που λειτουργεί ως εξατμιστής, όπως δηλώνει και το όνομά του, εξατμίζει το υγρό. Στον εξατμιστή το υγρό έχει θερμοκρασία από 4,5 C - 10 C και χωρίς να αλλάξει η θερμοκρασία του, απορροφά θερμότητα και αλλάζει από υγρό σε αέριο (σχήμα 3.6). Η θερμότητα που εξατμίζει το ψυκτικό υγρό προέρχεται από το θερμό αέρα του δωματίου, την οποία παραλαμβάνει ένα κύκλωμα αέρα ή νερού. Στη συνέχεια το ψυκτικό υγρό περνά από τη σπείρα του εξατμιστή. Καθώς περνά από την ψυχρή σπείρα δίνει κάποια από τη θερμότητά του και μειώνεται η θερμοκρασία του. Το αέριο ψυκτικό μετακινείται στο συμπιεστή ο οποίος είναι ουσιαστικά μια αντλία που ανυψώνει την πίεση ώστε να κυκλοφορεί το ψυκτικό διαμέσου του συστήματος. Σελίδα 16

25 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Σχήμα 3.6 Κύκλος Ψύξης Σχήμα 3.7 Ένα ιδιοφυές αξίωµα: Τέσσερις λειτουργικές μονάδες συνεργάζονται ώστε η θερμότητα που αντλείται από το περιβάλλον να φτάσει σε υψηλότερα επίπεδα θερμοκρασίας: εξατμιστής, συμπιεστής, συμπυκνωτής και εκτονωτική βαλβίδα. Οι Αντλίες Θερμότητας μεταφέρουν τη θερμότητα, που έχει αντληθεί από το περιβάλλον μέσω ενός εξατμιστή σε ένα ασφαλές ψυκτικό μέσον. H πίεση του ψυκτικού μέσου αυξάνεται με έναν συμπιεστή. Μέσω της συμπίεσης αυξάνεται η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου. Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας μεταφέρεται η θερμότητα στο νερό που προορίζεται για τη θέρμανση. Στην εκτονωτική βαλβίδα, το ψυκτικό μέσον εκτονώνεται και έτσι ψύχεται. Από τέσσερις κιλοβατώρες Ενέργειας για τη θέρμανση, πληρώνουμε μόνο μία κιλοβατώρα. Το περιβάλλον μας προσφέρει δωρεάν μέχρι και τρεις κιλοβατώρες για τη θέρμανσή μας. Η αύξηση της πίεσης από το συμπιεστή προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του ψυκτικού. Καθώς φεύγει από το συμπιεστή το ψυκτικό είναι ένα ζεστό αέριο θερμοκρασίας 40 C - 50 C, (σχήμα 3.6) που στη συνέχεια ρέει στο συμπυκνωτή. Καθώς συμπυκνώνεται, δίνει θερμότητα σε ένα άλλο κύκλωμα νερού ή αέρα. Το κύκλωμα Σελίδα 17

26 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας νερού ή αέρα είναι ικανό να πάρει θερμότητα από τις σπείρες του εναλλάκτη επειδή είναι ακόμη πιο ψυχρό από τις σπείρες των 45 C. Καθώς το ψυκτικό υγρό φεύγει από το συμπυκνωτή είναι πλέον υγρό αφού έχει ψυχθεί, αλλά εξακολουθεί να είναι υπό υψηλή πίεση (σχήμα 3.6). Η βαλβίδα εκτόνωσης επιτρέπει στο ψυκτικό υγρό να περάσει σε χώρο χαμηλότερης πίεσης και θερμοκρασίας (σχήμα 3.7).. Ο κύκλος ολοκληρώνεται όταν το ψυχρό ψυκτικό υγρό επανέρχεται στον εξατμιστή για να πάρει θερμότητα από το δωμάτιο όντας υγρό. Το χειμώνα μια βαλβίδα αλλάζει τη σπείρα εισόδου, η οποία πλέον λειτουργεί ως συμπυκνωτής ενώ η σπείρα εξόδου λειτουργεί ως εξατμιστής. 3.6 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - ΧΑΜΗΛΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ΕΞΟΔΑ Με τη χρήση μιας Αντλίας Θερμότητας, το σύστημα είναι έως και πέντε (5) φορές πιο αποτελεσματικό από τα παραδοσιακά συστήματα θέρμανσης με ορυκτά καύσιμα. Με ιδανικές κλιματολογικές συνθήκες στη χώρα μας, ο μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης (COP) του συστήματος, μπορεί να είναι πάνω από το πέντε (5). Οι Αντλίες Θερμότητας εξασφαλίζοντας τέτοιο υψηλό βαθμό απόδοσης λειτουργούν µε χαμηλό κόστος κατανάλωσης, ενώ παράλληλα το κόστος συντήρησης είναι μηδαμινό. Η οδηγία της Ε.Ε σχετικά με την εξοικονόμηση Ενέργειας επιβάλει, μέσα στα επόμενα χρόνια, την αντικατάσταση των παλιών εγκαταστάσεων θέρμανσης πετρελαίου ή αερίου, από χαμηλά σε εκπομπές CO 2, συστήματα θέρμανσης, όπως οι Αντλίες Θερμότητας. 3.7 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Η Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας χρησιμοποιείται για τη μεταφορά θερμότητας από και προς το έδαφος για παραγωγή ψύξης, θέρμανσης και ζεστού νερού χρήσης, για οικιακές αλλά και ευρύτερης κλίμακας εφαρμογές. Η περίφημη Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας πρακτικά δεν είναι τίποτε άλλο από μια μηχανή που μπορεί να μεταφέρει τη θερμότητα από τον ψυχρό χώρο στο θερμό ή στη γλώσσα των μηχανικών, από τη «θερμή δεξαμενή» στην «ψυχρή δεξαμενή». Ακριβώς την ίδια δουλειά εκτελεί το οικιακό ψυγείο και το κλιματιστικό μηχάνημα που απαντάται στα Σελίδα 18

27 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας σπίτια και στα γραφεία. Μια διαφορά που έχει το ψυγείο με το κλιματιστικό, είναι το ότι στο δεύτερο μπορεί να οριστεί από το χρήστη η θερμή και η ψυχρή δεξαμενή. Το καλοκαίρι ορίζουμε θερμή δεξαμενή το περιβάλλον και ψυχρή τον εσωτερικό χώρο (επιλέγοντας λειτουργία ψύξης) και το μηχάνημα αποβάλλει στο περιβάλλον τη θερμότητα του σπιτιού. Το χειμώνα ορίζουμε θερμή δεξαμενή τον εσωτερικό χώρο και ψυχρή το περιβάλλον (επιλέγοντας λειτουργία θέρμανσης) και το μηχάνημα αποβάλλει τη θερμότητα που υπάρχει στο περιβάλλον μέσα στο σπίτι. 3.8 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Σχήμα 3.8 Μια Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας καταναλώνει συνήθως γύρω στο 25-30% της Ενέργειας που αποδίδει, συμβάλλοντας έτσι σημαντικά στην εξοικονόμηση Ενέργειας. Οι Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε υβριδικά συστήματα, από κοινού με ηλιοθερμικά. Η Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας (Geothermal Heat Pump ή για συντομία GHP) (σχήμα 3.8) αντί να χρησιμοποιεί τον αέρα του εξωτερικού περιβάλλοντος για να αποβάλλει (καλοκαίρι) ή να αντλήσει (χειμώνας) θερμότητα, χρησιμοποιεί τη θερμότητα Σελίδα 19

28 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας που περικλείουν τα υπόγεια νερά, τα νερά των λιμνών και της θάλασσας ή ακόμα και τη θερμότητα που περικλείει το χώμα! Έχει επαληθευτεί το γεγονός ότι λίγα μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους η θερμοκρασία είναι σχεδόν σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Η GHP, χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο σωληνώσεων, όπου κυκλοφορεί νερό, κατάλληλα τοποθετημένων, ανταλλάζει θερμότητα με το έδαφος ή με τη θάλασσα αναλόγως την εγκατάσταση. 3.9 ΜΕΡΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Μια Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας αποτελείται (σχήμα 3.9) από το Συμπιεστή, την Πηγή Θερμότητας, το συμπυκνωτή και το μειωτή πίεσης. Σχήμα 3.9 Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας Σε ένα κλειστό κύκλωμα κυκλοφορεί ένα ψυκτικό μέσο, το οποίο αξιοποιεί δωρεάν θερμότητα από το έδαφος, αποδίδει τη θερμότητα αυτή μέσω του συμπυκνωτή, με υψηλή θερμοκρασία στο θερμαντικό σύστημα και χρησιμοποιείται για την παρασκευή του ζεστού νερού ΟΦΕΛΗ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Oι Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας αποτελούν μια τυποποιημένη, φιλική προς το περιβάλλον και αξιόπιστη Τεχνολογία για θέρμανση, ψύξη και παροχή ζεστού νερού χρήσης, η οποία εμφανίζει σημαντικά οικονομικά πλεονεκτήματα και μπορεί να παίξει αποτελεσματικό ρόλο, στην ορθολογική χρήση Ενέργειας και στην αντιμετώπιση των Σελίδα 20

29 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας κλιματικών αλλαγών. Αυτό αναγνωρίζεται όλο και περισσότερο από τους Ευρωπαίους πολίτες, που υιοθετούν την Τεχνολογία με αυξανόμενους ρυθμούς. Οι Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας, αξιοποιούν την πανταχού διαθέσιμη θερμική Ενέργεια του εδάφους, συνδυάζοντας μια Αντλία Θερμότητας με έναν γεωεναλλάκτη. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, η Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας αφαιρεί θερμότητα από το έδαφος και την προσθέτει στο σύστημα θέρμανσης του κτιρίου. Αυτή η διεργασία αναστρέφεται κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού προκειμένου να παρέχει ψύξη. Τα καταλληλότερα συστήματα θέρμανσης - ψύξης γι αυτό το σκοπό είναι το ενδοδαπέδιο, τα αερόθερμα και η παροχή αέρα μέσω αεραγωγών. Καθώς η θερμοκρασία του εδάφους σε μερικά μέτρα βάθος παραμένει σχεδόν σταθερή καθόλη τη διάρκεια του έτους, ανεξάρτητα από τις εξωτερικές καιρικές συνθήκες, οι Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας παρέχουν αποδοτική θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό χρήσης, εξοικονομώντας Ενέργεια και μειώνοντας τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου. Άλλα οφέλη των Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας είναι καθαρό τοπικό περιβάλλον, πρόσθετη αξία στο κτίριο λόγω χαμηλού κόστους κλιματισμού, και υψηλής ποιότητας θερμική άνεση στους εσωτερικούς χώρους. Οι Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας αξιοποιούν Γεωθερμικό δυναμικό (θερμοκρασίας < 25 C), το οποίο βρίσκεται παντού σε μερικά μέτρα κάτω από το έδαφος, και το οποίο σύμφωνα με την Ελληνική Νομοθεσία ανήκει στην υπεράνω του ιδιοκτησία. Η σχετική αδειοδότηση γίνεται με απλή διαδικασία από τη Νομαρχία. Σύμφωνα με στοιχεία του Κέντρου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ΚΑΠΕ, το κόστος εγκατάστασης Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας ανέρχεται σε /kw th ), δηλαδή για μια κατοικία 150 m² το κόστος εγκατάστασης για θέρμανση, κλιματισμό και παροχή ζεστού νερού χρήσης, ανέρχεται σε περίπου. Για μεγαλύτερα συστήματα τα κοστολόγια ανά kwh είναι σημαντικά μικρότερα. Ο γεωεναλλάκτης δεν απαιτεί καμία συντήρηση και έχει διάρκεια ζωής τουλάχιστον πενήντα (50) χρόνια. Όσον αφορά τις Αντλίες Θερμότητας και τα εσωτερικά συστήματα θέρμανσης ψύξης, η διάρκεια ζωής τους είναι μεγαλύτερη από εκείνη των αντίστοιχων συμβατικών συστημάτων, ενώ απαιτείται ελάχιστη συντήρηση. Η Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας λειτουργεί με χαμηλή κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος, με κόστος λειτουργίας το 50% εκείνου του φυσικού αερίου για θέρμανση και 30-40% λιγότερο από τα άλλα συστήματα για ψύξη. Ανάλογα με τη χρήση, η απόσβεση του αρχικού κεφαλαίου γίνεται σε πέντε έως επτά (5 7) χρόνια. Σελίδα 21

30 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας 3.11 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Μπορεί να κάνει κάποιος τη σύγκριση με ένα συμβατικό σύστημα κλιματισμού με αερόψυκτες εξωτερικές μονάδες όπως π.χ. τα πολύ γνωστά σε όλους μας κλιματιστικά μηχανήματα διαιρούμενου τύπου, οι εξωτερικές μονάδες των οποίων είναι εμφανείς στα μπαλκόνια των διαμερισμάτων ή στα δώματα των κτιρίων. Όλοι όσοι τα έχουν χρησιμοποιήσει το καλοκαίρι κατά τη διάρκεια μιας πολύ ζεστής μέρας 35 C - 40 C, γνωρίζουν τη δραματική πτώση της απόδοσής τους και την αδυναμία τους να δροσίσουν ικανοποιητικά το χώρο. Αυτό συμβαίνει γιατί η συσκευή καλείται να αποβάλει θερμότητα σε ένα περιβάλλον ήδη κορεσμένο από θερμικό φορτίο και καταβάλει μια μάταιη προσπάθεια καταναλώνοντας υπερβολικά ποσά Ηλεκτρικής Ενέργειας. Αν όμως η κλιματιστική συσκευή απέβαλε τη θερμότητα σε ένα ψυχρότερο περιβάλλον, όπως αυτό του εσωτερικού του εδάφους, όπου ακόμη και στις θερμότερες μέρες του καλοκαιριού η θερμοκρασία δεν ξεπερνάει τους 20 C, τότε η απόδοσή της θα ήταν πάρα πολύ μεγάλη και η οικονομία σε Ηλεκτρική Ενέργεια τεράστια. Σε αυτήν την αρχή της Θερμοδυναμικής βασίζεται η χρήση των Γεωθερμικών Εναλλακτών, που κατά μια έννοια «μεταφέρουν», με τη βοήθεια της Αντλίας θερμότητας, τους 20 C του εδάφους μέσα στο κτίριο, καταναλώνοντας έτσι την ελάχιστη δυνατή Ηλεκτρική Ενέργεια. Κατά ανάλογο τρόπο, το χειμώνα, το Γεωθερμικό Σύστημα καλείται να ανυψώσει τους 15 C - 17 C του εδάφους, μέχρι τους 20 C - 22 C για να ζεστάνει το εσωτερικό του κτιρίου. Η οικονομία και εδώ είναι τεράστια σε σχέση με μία συμβατική Αντλία Θερμότητας Αέρα. Να σημειωθεί ότι τα συμβατικά κλιματιστικά μηχανήματα αδυνατούν σχεδόν να ζεστάνουν το χώρο σε θερμοκρασίες κάτω των 0 C. Κάνοντας μια περίληψη των πλεονεκτημάτων των Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας (νερού νερού) σε σχέση με τις Αντλίες Θερμότητας με πηγή αέρα (αέρα - νερού) έχουμε τα κάτωθι: Ο βαθμός απόδοσης (COP) μιας Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας, δηλαδή η ποσότητα θερμικής Ενέργειας που παράγει σε σχέση με την ποσότητα Ηλεκτρικής Ενέργειας που καταναλώνει, είναι στην πράξη 4,0% - 5,5%, ενώ στην Αντλία Θερμότητας με πηγή αέρα είναι κατώτερη από 2,8%, εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Σελίδα 22

31 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Λειτουργεί χωρίς πρόβλημα σε οποιεσδήποτε καιρικές και θερμοκρασιακές συνθήκες περιβάλλοντος, υπό το μηδέν το χειμώνα και πάνω από 40 C το καλοκαίρι, διότι η Αντλία Θερμότητας με πηγή νερό, τροφοδοτείται από το Γεωθερμικό Εναλλάκτη, με νερό αμετάβλητης θερμοκρασίας, ίσης περίπου με αυτήν που επικρατεί στο υπέδαφος κάτω από το κτίριο. Το κόστος λειτουργίας και συντήρησης του συστήματος Γεωθερμικού Κλιματισμού είναι πολύ χαμηλότερο, από ότι στο σύστημα με Αντλία Θερμότητας με πηγή αέρα. Επίσης η χρήση Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας συμβάλλει θετικά σε δύο υψηλούς αναπτυξιακούς κοινωνικούς στόχους: Στην εξοικονόμηση Ενέργειας με την πολύ χαμηλή κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος και την παραγωγή πολλαπλάσιας Θερμικής και Ψυκτικής Ενέργειας από την επιτόπια Γεωθερμική. Στην προστασία του περιβάλλοντος, διότι, χρησιμοποιώντας την καθαρή Γεωθερμική Ενέργεια, εκτοπίζει το ρυπογόνο πετρέλαιο και μειώνει την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος, που, όπως είναι γνωστό, παράγεται στη χώρα μας κυρίως στους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς από ρυπογόνα καύσιμα. Οι Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας λοιπόν λειτουργούν με το μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης από τα άλλα είδη Αντλιών Θερμότητας, έχοντας μικρές και σταθερές διαφορές θερμοκρασιών. Αρκεί να αναφέρουμε ότι π.χ. σε συνθήκες λειτουργίας (είσοδος κυκλώματος Γης 18 C, έξοδος 10 C / είσοδος κυκλώματος σπιτιού 35 C, έξοδος 4 C), λειτουργούν με συντελεστή βαθμού απόδοσης στη θέρμανση, μεγαλύτερο του 500% ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΝΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Οι μέθοδοι εγκατάστασης ενός Γεωθερμικού Συστήματος (εικόνα 3.7) ποικίλουν ανάλογα με τη μορφολογία του εδάφους, το διαθέσιμο χώρο οικοπέδου, την ύπαρξη ή όχι υπογείων υδάτων, τις απαιτήσεις των χώρων κλιματισμού και άλλων παραγόντων και κατά συνέπεια καθορίζεται και σχεδιάζεται κατά περίπτωση. Στην Ελλάδα η μέση ετήσια τιμή της θερμοκρασίας του υπεδάφους σε βάθος > 2 m, είναι της τάξης των C. Αντίστοιχα, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος το καλοκαίρι μπορεί να φτάσει και τους 40 C - 42 C, ενώ το χειμώνα τους 0 C - 5 C. Σελίδα 23

32 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 3.7 Εγκατάσταση Γεωθερμικού Εναλλάκτη 3.13 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι εγκατάστασης του Γεωθερμικού Εναλλάκτη: 1. Εγκατάσταση κλειστού βρόχου (ανακυκλοφορία του ψυκτικού) με οριζόντιες σπείρες σωληνώσεων. Ανοίγονται ορύγματα βάθους περίπου 2 m ή γίνεται εξολοκλήρου εκσκαφή του χώρου και τοποθετείται ο Γεωθερμικός Εναλλάκτης. Χρησιμοποιείται σχεδόν κατά αποκλειστικότητα όταν επαρκεί ο χώρος του οικοπέδου επειδή είναι η πιο οικονομική λύση. 2. Εγκατάσταση κλειστού βρόχου (ανακυκλοφορία του ψυκτικού) με κατακόρυφες σπείρες σωληνώσεων. Γίνονται γεωτρήσεις σε μικρά σχετικά βάθη και εισάγονται σωλήνες που αποτελούν το Γεωθερμικό Εναλλάκτη. Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η επιφάνεια του οικοπέδου είναι μικρή και δε μπορεί να εφαρμοσθεί η 1η μέθοδος. 3. Εγκατάσταση με γεωτρήσεις άντλησης και επαναφοράς υπογείων υδάτων. Σελίδα 24

33 Κεφάλαιο 3 ο : Άντληση της Γεωθερμικής Ενέργειας Το νερό αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα, διέρχεται από την Αντλία Θερμότητας, όπου απορροφά ή αποδίδει θερμότητα και κατόπιν επανεισάγεται στη Γη. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται σε περιοχές με ρηχό βάθος υδροφόρου ορίζοντα. Βασικό του πλεονέκτημα είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις σε χώρο στο οικόπεδο. Σελίδα 25

34 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας (σχήμα 4.2) καλύπτουν ένα ευρύ φάσµα οικονοµικών δραστηριοτήτων και εφαρµογών ανάλογα µε τη θερµοκρασία και την ποιότητα των ρευστών. Μάλιστα µπορούν να διακριθούν σε ηλεκτρικές και άµεσες χρήσεις. Στις άµεσες χρήσεις γίνεται απευθείας εκµετάλλευση της θερµότητας των ρευστών (χωρίς να παραχθεί Ηλεκτρική Ενέργεια). Οι κυριότερες χρήσεις της Γεωθερµίας παρουσιάζονται συνοπτικά στο τροποποιηµένο διάγραµµα Lindal (σχήμα 4.1). Το διάγραµµα αυτό είναι ενδεικτικό, γεγονός που σηµαίνει ότι οι δυνατότητες χρήσης δεν περιορίζονται µόνο σε αυτές που αναφέρονται στο διάγραµµα, ούτε τα θερµοκρασιακά όρια που τίθενται είναι πολύ αυστηρά. Σχήμα 4.1 το τροποποιημένο διάγραμμα Lindal Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 26

35 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Σχήμα 4.2 Χρήσεις Γεωθερμικής Ενέργειας Γεωθερμικά Ρευστά µε θερμοκρασία > 150 ο C (υψηλής ενθαλπίας) χρησιµοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά στην παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (εικόνα 4.1), ενώ οι άµεσες χρήσεις καλύπτουν όλη την κλίµακα των θερµοκρασιών. Όµως, µε κατάλληλη Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 27

36 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας διαδικασία, όπως είναι ο λεγόµενος «δυαδικός κύκλος» (ή κύκλος Rankine µε οργανικό ρευστό), είναι δυνατή η ηλεκτροπαραγωγή και µε τη χρησιμοποίηση ρευστών χαµηλότερης θερµοκρασίας 85 ο C ο C (εικόνα 4.2). Στην Ελλάδα υπάρχει η δυνατότητα παραγωγής Ηλεκτρικής Eνέργειας (εικόνα 4.3), τόσο µε ρευστά υψηλής ενθαλπίας όσο και µε το δυαδικό κύκλο. Εικόνα 4.1 Μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής Ενέργειας στην περιοχή The Geysers της Καλιφόρνιας των Η.Π.Α [Πηγή:Geothermal Education Office, Εικόνα 4.2 Μονάδα παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στο Larderello της Ιταλίας [Πηγή:Geothermal Education Office, Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 28

37 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.3 Μονάδα ξήρανσης γης διατόμων στην Ισλανδία 4.2 ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Οι κυριότερες άµεσες εφαρµογές της Γεωθερµίας, όπου γίνεται αξιοποίηση της θερµότητας των ρευστών, µπορούν να ταξινοµηθούν στις εξής κατηγορίες: θέρµανση χώρων (εικόνα 4.4), αγροτικές χρήσεις, υδατοκαλλιέργειες, Βιομηχανικές χρήσεις, λουτροθεραπεία (εικόνα 4.5) και Αντλίες Θερµότητας. Εικόνα 4.4 Σωλήνες Γεωθερμικού Νερού που μπορούν να τοποθετηθούν κάτω από πεζοδρόμια και δρόμους για αντιπαγετική προστασία κατά τη διάρκεια του χειμώνα, όπως σε αυτό το πεζοδρόμιο στο Klamath Education Office, Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 29

38 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.5 Ξενοδοχειακή Θερμαλιστική μονάδα στο Αφιόν Καραχισάρ της Τουρκίας. Η Γεωθερμική Ενέργεια, από γεώτρηση 49 C, αξιοποιείται τόσο στον τομέα του ιαματικού τουρισμού και της αναψυχής (πισίνες) όσο στη θέρμανση του υπερπολυτελούς ξενοδοχείου Στις περισσότερες Γεωθερµικές Εφαρµογές απαιτείται η µεταφορά της θερµότητας των Γεωθερµικών Ρευστών σε ένα ρευστό λειτουργίας (κυρίως γλυκό νερό ή και αέρας), µέσω εναλλακτών θερµότητας και χρησιµοποιείται η αποκτηµένη πλέον θερµότητα αυτού του ρευστού λειτουργίας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται ορισµένα παραδείγµατα εφαρµογών, ανά κατηγορία ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΧΩΡΩΝ Θέρµανση κτιρίων µε εναλλάκτες θερµότητας αέρα-νερού ή νερού - νερού Θέρµανση χώρων κολυµβητηρίων και πισίνων Αντιπαγετική προστασία δρόµων, πεζοδροµίων, πλατειών, χώρων στάθµευσης κ.λ.π. Τηλεθέρµανση οικισµών ΑΓΡΟΤΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ 4.8) Θέρµανση θερµοκηπίων (θερµοκρασίες που απαιτούνται: 40 ο C ο C) (εικόνα Ξήρανση δηµητριακών (θερµοκρασίες: 40 ο C - 80 ο C) Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 30

39 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας 4.9) Ξήρανση λαχανικών, φρούτων και καρπών (θερµοκρασίες: 40 ο C - 70 ο C) (εικόνα Ξήρανση αγροτικών προϊόντων, όπως µηδινικής, καπνού, βαµβακιού Θέρµανση εδάφους (θερµοκρασίες: 25 ο C - 40 ο C) (εικόνα 4.10) Υπεδάφια θέρµανση για πρωίµηση σπαραγγιών (εικόνα 4.6, 4.7) Θέρµανση πτηνοτροφικών και κτηνοτροφικών µονάδων και ποιµνιοστασίων Επεξεργασία γάλακτος (θερµοκρασίες: 70 ο C ο C) Συντήρηση τροφίµων παραγωγή ψύξης (θερµοκρασίες: 90 ο C ο C) Καλλιέργεια µανιταριών (θερµοκρασίες: 20 ο C - 60 ο C) Καθαρισµός κτηνοτροφικών και πτηνοτροφικών µονάδων. Άρδευση µε απορριπτόµενο Γεωθερµικό Νερό (µόνον όταν είναι πολύ καλής ποιότητας). Εικόνα 4.6 Υπεδάφια θέρμανση για πρωίμηση σπαραγγιών Εικόνα 4.7 Υπεδάφια θέρμανση για πρωίμηση σπαραγγιών στο Νέο Εράσμιο Ξάνθης Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 31

40 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.8 Θέρμανση θερμοκηπίου με λουλούδια σε γλάστρες στο Σιδηρόκαστρο Νομού Σερρών με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 32

41 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.9 Γεωθερμικό Ξηραντήριο τομάτας τύπου σήραγγας στο Ν. Εράσμιο της Ξάνθης Εικόνα 4.10 Αντιπαγετική προστασία και θέρμανση τεχνητών λιμνών ιχθυοκαλλιέργειας στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 33

42 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας ΥΔΑΤΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Καλλιέργεια και ανάπτυξη διαφόρων ειδών ψαριών (χέλια, λαβράκια, τσιπούρες, γατόψαρα), θαλάσσιων µαλακόστρακων (γαρίδες), ερπετών, µικροφυκών (εικόνα 4.11) κ.ά. (θερµοκρασίες που απαιτούνται:15 ο C - 35 ο C) Εικόνα 4.11 Καλλιέργεια του μικροφύκους Spirulina με τη χρήση της Γεωθερμικής Ενέργειας στη Νιγρίτα Σερρών ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ Αφαλάτωση νερού (π.χ. αφαλάτωση θαλασσινού ή υφάλµυρου νερού σε νησιωτικές και παραθαλάσσιες περιοχές µε έντονο πρόβληµα επάρκειας γλυκού νερού) Χώνευση βιολογικής λάσπης και λυµάτων Ξήρανση Γης διατόµων (στην Ισλανδία, µε ατµό θερµοκρασίας 170 ο C) Πλύσιµο και λεύκανση µαλλιών (στη Νέα Ζηλανδία) Παραγωγή απεσταγµένου νερού (στη Νέα Ζηλανδία) Πλύσιµο και ξήρανση µαλλιού Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 34

43 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.12 Μονάδα ανάκτησης CO 2 από Γεωθερμικά Ρευστά στο Ηaedarendi της Ισλανδίας [Πηγή: Geothermal Developmen and Research in Iceland, National Energy Aurhority and Ministries of Industry and Commerce, 2006] Εικόνα 4.13 Πισίνες, ανοικτές και κλειστές, με Γεωθερμικό Νερό σε Ιαπωνία, Η.Π.Α και Ευρώπη [Πηγή: Geothermal Education Office, Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 35

44 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Ανάκτηση πετρελαίου (π.χ. στο Καζακστάν) Εξόρυξη ουρανίου (Τέξας, Η.Π.Α.), επεξεργασία χαλκού (Νότιο Μεξικό, Η.Π.Α.), διαχωρισµός χρυσού (Νεβάδα, Η.Π.Α.), ορυχεία (Σιβηρία) Ξήρανση ξυλείας Απόληψη και ανάκτηση διαφόρων αλάτων και στοιχείων Ανάκτηση διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) (εικόνα 4.12) Λουτροθεραπεία Ιαµατικά Λουτρά και spa (λουτροθεραπεία, ποσιθεραπεία, εισπνοθεραπεία, θαλασσοθεραπεία) Πισίνες αναψυχής (εικόνα 4.13) Στην Ελλάδα υπάρχει σηµαντικός αριθµός Γεωθερµικών Πεδίων χαµηλής ενθαλπίας (θερµοκρασίας 25 ºC 90 ºC) σε όλη τη χώρα, µε ρευστά που µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε πολλές άµεσες εφαρµογές (Γεωθερµικές Αντλίες Θερµότητας, Αβαθής Γεωθερμία). 4.3 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Περισσότερο οικονοµική γίνεται η χρήση της Αντλίας (σχήμα 4.3 και εικόνες 4.14, 4.15 και 4.16). Αυτό σηµαίνει ότι για κάθε µία (1) µονάδα Ηλεκτρικής Ενέργειας παράγεται θερµότητα (1,5-5 µονάδων). Συγκριτικά µπορεί να αναφερθεί ότι ένας καυστήρας ορυκτών καυσίµων µπορεί να είναι (78% - 95%) αποδοτικός, ενώ µια Γεωθερμική Αντλία Θερµότητας είναι (150% - 500%). Οι Γεωθερμικές Αντλίες αποτελούν µία καθιερωµένη και αξιόπιστη Τεχνολογία, ελαττώνουν τις δαπάνες για θέρµανση και κλιµατισµό κατά (25% - 75%), µειώνουν σηµαντικά τις εκποµπές CO 2 και προστατεύουν το περιβάλλον. Υπάρχουν διάφορα είδη Γεωθερµικών Αντλιών Θερµότητας, σχεδιασµένα για τις αντίστοιχες εφαρµογές. Ιδιαίτερα σηµαντική είναι η ανάπτυξη των Γεωθερμικών Αντλιών Θερµότητας σε χώρες της Κεντρικής και Βόρειας Ευρώπης (Γερµανία, Σουηδία, Ελβετία κ.ά.). Μέχρι το Νοέµβριο του 2007 είχαν καταγραφεί στην Ελλάδα πάνω από διακόσιες (200) εφαρµογές Γεωθερμικών Αντλιών Θερµότητας µε συνολική εγκατεστηµένη ισχύ 20 ΜW t και παρουσιάζουν µία γρήγορη ανάπτυξη, πιθανότατα και λόγω των διατάξεων της υφιστάµενης νοµοθεσίας, δηλαδή της Υπουργικής Απόφασης Υπ. Αρ. 9Β, /Φ.166/ΟΙΚ Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 36

45 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας 18508/5552/207 (Φ.Ε.Κ.1595/τ.Β/ ). Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι η χρήση Γεωθερμικών Αντλιών Θερµότητας, εκτός από τη θέρµανση κατοικιών, είναι εφικτή και οικονοµική σε θερµοκήπια, κτηνοτροφικές και πτηνοτροφικές µονάδες, ιχθυοκαλλιέργειες κ.α Σχήμα 4.3 Τυπική εφαρμογή ενός συστήματος γεωεναλλάκτη σε γεώτρηση και Αντλία Θερμότητας σε κατοικία Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 37

46 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.14 Χρήση συστήματος Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας (τοποθέτηση οριζόντιου κλειστού κυκλώματος γεωεναλλάκτη ) για την κάλυψη θερμικών αναγκών μονοκατοικίας 220 m² στην περιοχή Αγγελοχωρίου Θεσ/νίκης (στάδιο κατασκευής και ανάπτυξης) Εικόνα 4.15 Ανάπτυξη οριζόντιου κυκλώματος γεωεναλλάκτη για εγκατάσταση συστήματος Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας σε μικρή κατοικία στη Σκόπελο. Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 38

47 Κεφάλαιο 4 ο : Χρήσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 4.16 Η Αντλία Θερμότητας που τοποθετήθηκε για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης και ψύξης αυτής της κατοικίας. Είναι χαρακτηριστικός ο μικρός όγκος που καταλαμβάνει. Σύγχρονες μέθοδοι άντλησης και αξιοποίησης της Γεωθερμικής ενέργειας, Δασκαλάκη Α. Διονυσία Σελίδα 39

48 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΜΕΛΕΤΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 5.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι σύγχρονες οικολογικές τάσεις (εικόνα 5.1) αφενός, και το συνεχώς αυξανόμενο κόστος των συμβατικών μορφών Ενέργειας αφετέρου, οδηγούν ως μονόδρομος, στη χρήση των Ήπιων Μορφών Ενέργειας ακόμη και σε θέματα καθημερινών εφαρμογών όπως η θέρμανση και ο κλιματισμός μιας κατοικίας. Μια από τις μορφές Ενέργειας που ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία, των Ήπιων δηλαδή Μορφών Ενέργειας, είναι και η Γεωθερμική Ενέργεια. Εικόνα 5.1 Γεωθερμική Ενέργεια Σελίδα 40

49 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Το πιο σύγχρονο και οικολογικό σύστημα κλιματισμού στον κόσμο, είναι με τη Γεωθερμική Ενέργεια. Ραγδαία είναι η αύξηση των εγκαταστάσεων Γεωθερμικού Κλιματισμού σε νέα κτίρια όλων των ειδών στη χώρα μας, καθώς ιδιώτες, μηχανικοί και αρχιτέκτονες υιοθετούν με ικανοποίηση τα πλεονεκτήματά του. Πρόκειται για ένα σύστημα που προσφέρει απόλυτη άνεση όλο το χρόνο (ψύξη και θέρμανση) ταυτόχρονα, με πολύ μικρότερο λειτουργικό κόστος από όλα τα συμβατικά συστήματα (καλοριφέρ, καυστήρες πετρελαίου, φυσικού αερίου κ.λ.π.). Ήδη εξαιρετικά διαδεδομένη στο εξωτερικό, η Γεωθερμία για εφαρμογές κλιματισμού, προσφέρει σε προσιτό αρχικό κόστος, ένα σύστημα που αποτελεί πραγματικά ότι τελειότερο υπάρχει στο χώρο αυτήν τη στιγμή. Μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε νέο σπίτι ή κτίριο (σχήμα 5.1), αξιοποιώντας τις θερμικές ιδιότητες του εδάφους, μόλις δύο (2) μέτρα κάτω από την επιφάνειά του. Όσον αφορά τις εφαρμογές χρήσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στον κτιριακό τομέα, η Γεωθερμία είναι με διαφορά, η πιο αποτελεσματική Τεχνολογία, με τα σημαντικότερα απτά πλεονεκτήματα. Απαλλάσσει οριστικά από τo ξεπερασμένο πλέον σύστημα πετρελαίου καυστήρα, με συνέπεια, πέρα από τα οικονομικά, να προσφέρει και μεγάλα περιβαλλοντικά οφέλη μηδενισμού έκλυσης ρύπων, στο οικιστικό περιβάλλον. Σχήμα 5.1 Εγκατάσταση Γεωθερμικής Ενέργειας Η χρήση της Γεωθερμικής Ενέργειας για τον κλιματισμό κτιρίων εξασφαλίζει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Σελίδα 41

50 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας είναι διαθέσιμη όλο το 24ωρο, καθ' όλη τη διάρκεια του χρόνου και υπό οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες. (Δεν εξαρτάται π.χ από την ηλιοφάνεια κ.τ.λ.), είναι διαρκώς ανανεώσιμη, καθώς προέρχεται από το εσωτερικό της Γης και την ακτινοβολία του Ηλίου (σχήμα 5.2), μπορεί να αξιοποιηθεί με δοκιμασμένες Τεχνολογίες ψύξης - θέρμανσης, όπως για παράδειγμα ενδοδαπέδια θέρμανση ή κλιματισμό με fan coils, καθώς επίσης και σε υβριδικά συστήματα, όπως π.χ. από κοινού με ηλιοθερμικά πεδία, εξασφαλίζει θέρμανση και ψύξη των χώρων, καθώς και παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, με την ίδια εγκατάσταση, χωρίς επιπλέον κόστος, αποδεσμεύει πλήρως από το πετρέλαιο, εξοικονομεί χώρους, αφού δεν υπάρχει ανάγκη για δεξαμενή πετρελαίου και καμινάδα, είναι φιλική προς το περιβάλλον αφού δεν υπάρχουν εκπομπές ρύπων. Σχήμα 5.2 Συνδυασμός Γεωθερμίας και Ηλιακής Ενέργειας σε Ενδοδαπέδια Θέρμανση - Ψύξη και παραγωγή ζεστού νερού χρήσης κατοικίας 5.2 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Η παρούσα πρόταση αφορά στην εγκατάσταση συστήματος Γεωθερμίας κλειστού ή ανοικτού τύπου, με κατακόρυφους Γεωεναλλάκτες, για τη θέρμανση και ψύξη χώρων. Σελίδα 42

51 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας ΚΛΕΙΣΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΜΕ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΥΣ ΓΕΩΕΝΑΛ- ΛΑΚΤΕΣ Σε περίπτωση που δεν υπάρχει επαρκής διαθέσιμος χώρος εντός του οικοπέδου για τη διάστρωση των οριζόντιων εναλλακτών, προτείνεται η εγκατάσταση κατακόρυφων Εναλλακτών (σχήμα 5.3) που τοποθετούνται εντός αντίστοιχων τυφλών γεωτρήσεων. Συνολικά απαιτούνται τέσσερις (4) γεωτρήσεις βάθους 100 m η καθεμία. Με τον τρόπον αυτό δημιουργούνται δύο πρωτεύοντα κλειστά κυκλώματα, στα οποία κυκλοφορεί διάλυμα νερού με αντιψυκτικό, το οποίο μεταφέρει τη θερμότητα προς και από τις αντλίες θερμότητας, ανάλογα και με το ζητούμενο θερμαντικό ή ψυκτικό κύκλο. Σχήμα 5.3 Κατακόρυφος Γεωεναλλάκτης ΚΛΕΙΣΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΜΕ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥΣ ΓΕΩΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ Για την ανάπτυξη των οριζόντιων γήινων εναλλακτών, απαιτείται «σκάμμα» συνολικής επιφάνειας 760 m 2 σε βάθος 100cm 120cm. Στο επίπεδο αυτό αναπτύσσεται Σελίδα 43

52 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας το οριζόντιο σύστημα, το οποίο αποτελείται από είκοσι τρία (23) κυκλώματα σωλήνων πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας, τα οποία, μέσω των επί μέρους συλλεκτών, οδηγούνται στην Αντλία Θερμότητας (σχήμα 5.4). Με τον τρόπον αυτό δημιουργείται ένα πρωτεύον κλειστό κύκλωμα στο οποίο κυκλοφορεί διάλυμα νερού με αντιψυκτικό και το οποίο μεταφέρει τη θερμότητα προς και από την Αντλία Θερμότητας ανάλογα και με το ζητούμενο θερμαντικό ή ψυκτικό κύκλο. Σχήμα 5.4 Οριζόντιος Γεωεναλλάκτης ΑΝΟΙΚΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΜΕ ΝΕΡΟ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ Σε περίπτωση ύπαρξης υπόγειου νερού στην περιοχή ή γεώτρησης (πηγάδι), εναλλακτικά προτείνεται η εφαρμογή ανοικτού κυκλώματος γεωεναλλάκτη. Γι αυτό απαιτούνται δύο (2) γεωτρήσεις, μία παραγωγική και μία επανεισαγωγής. Από την πρώτη γεώτρηση, αντλείται, μέσω κατάλληλης Αντλίας, το νερό γεώτρησης, προσάγεται μέσα σε Σελίδα 44

53 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας έναν εναλλάκτη θερμότητας, στην Αντλία Θερμότητας και στη συνέχεια, οδηγείται ξανά στο έδαφος, μέσω της δεύτερης γεώτρησης (σχήμα 5.5). Με τον τρόπον αυτό δημιουργείται ένα πρωτεύον ανοικτό κύκλωμα, στο οποίο κυκλοφορεί το νερό άντλησης και το οποίο μεταφέρει τη θερμότητα προς και από την Αντλία Θερμότητας ανάλογα και με το ζητούμενο θερμαντικό ή ψυκτικό κύκλο. Σχήμα 5.5 Ανοικτό Κύκλωμα με Αντλία Γεώτρησης Ο Γεωθερμικός κλιματισμός μπορεί να εγκατασταθεί σε όλα τα νέα συγκροτήματα κατοικιών και οικοδομών, κυρίως όμως βρίσκει πεδίο εφαρμογής σε κτίρια επαγγελματικών χώρων και Βιομηχανικές μονάδες. Τα συστήματα αβαθούς Γεωθερμίας που χρησιμοποιούνται για κλιματισμό κτιρίων, αποτελούνται από τρεις κλάδους συγκρότησης: α. Το Γεωθερμικό εναλλάκτη, ο οποίος αποβάλλει ή προσροφά θερμότητα από το έδαφος. Σελίδα 45

54 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Η επιλογή του Γεωεναλλάκτη εξαρτάται από το διαθέσιμο χώρο που υπάρχει στο οικόπεδο της κατασκευής, μπορεί να είναι είτε οριζόντιος όταν υπάρχει διαθέσιμος χώρος, είτε κατακόρυφος μέσα στη Γη, όταν το έδαφος προσφέρεται για γεώτρηση, π.χ. δεν είναι πετρώδες. Στην οριζόντια διάταξη το κόστος εκσκαφής - τοποθέτησης του εναλλάκτη θερμότητας, είναι αισθητά χαμηλότερο. Στην κατακόρυφη διάταξη, ο αριθμός των γεωτρήσεων εξαρτάται από το ψυκτικό και θερμικό φορτίο της κατασκευής, ενδείκνυται δε σε περιπτώσεις κατασκευών, που η εναπομείνασα επιφάνεια του οικοπέδου είναι περιορισμένη. Σχήμα 5.6 Γεωθερμικός Κλιματισμός Το διάγραμμα του (σχήματος 5.6) απεικονίζει τη συγκεντρωτική διάταξη μίας Γεωθερμικής Εγκατάστασης, για τυπική κατασκευή τριών επιπέδων. β. Την αντλία θερμότητας νερού - νερού, η οποία αντλεί Ενέργεια από ένα χώρο και τη μεταφέρει σε έναν άλλο χώρο υψηλότερης θερμοκρασίας. Σελίδα 46

55 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Εξαιτίας της σταθερής θερμοκρασίας του εδάφους, καθ` όλη τη διάρκεια του έτους, ο βαθμός απόδοσης COP της Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας παραμένει σταθερά σε λόγο 6 προς 1. γ. Το σύστημα που προσδίδει ή απορροφά θερμότητα από το εσωτερικό του χώρου. Οι Αντλίες Θερμότητας δε μπορούν να χρησιμοποιηθούν με τα συμβατικά σώματα των καλοριφέρ καθώς αυτά απαιτούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες νερού, αλλά μόνο με συστήματα ακτινοβολίας (θέρμανση και ψύξη δαπέδου). Υποστηρικτικά στο εσωτερικό της εγκατάστασης, μπορούν να λειτουργήσουν και F.C.U. (σώματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα), για την αφύγρανση των εσωτερικών χώρων στη λειτουργία της ψύξης (σχήμα 5.7). Σχήμα 5.7 Στο διάγραμμα απεικονίζεται ο κύκλος λειτουργίας της Γεωθερμικής Αντλίας στη λειτουργία της θέρμανσης, ο οποίος αντιστρέφεται την καλοκαιρινή περίοδο μέσω της βαλβίδας αντιστροφής 5.3 ΕΝΔΟΔΑΠΕΔΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ Η ενδοδαπέδια θέρμανση ή δαπεδοθέρμανση ή θέρμανση δαπέδου όπως αλλιώς ονομάζεται (σχήμα 5.2), αποτελεί ένα σύγχρονο τρόπο θέρμανσης των κτιρίων, γραφείων, κατοικιών, σχολείων, νηπιαγωγείων, κλειστών γυμναστηρίων, εκκλησιών, γηροκομείων, σούπερ μάρκετ, ξενοδοχείων, Βιομηχανικών χώρων παραγωγής και αποθήκευσης, προσφέροντας σημαντική εξοικονόμηση Ενέργειας και μεγάλη θερμική άνεση. Οδεύουμε προς τη συμπλήρωση 25ετίας από τότε που ξεκίνησε να εφαρμόζεται η θέρμανση δαπέδου. Έχουμε φτάσει σήμερα λοιπόν στο σημείο, το σύστημα αυτό της θέρμανσης να έχει γίνει ευρύτερα αποδεκτό. Σελίδα 47

56 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Η θέρμανση δαπέδου με θερμό νερό, είναι αυτή που έχει επικρατήσει με ποσοστό που αγγίζει το 95% στη χώρα μας, έναντι άλλων συστημάτων ενδοδαπέδιας θέρμανσης (π.χ. ηλεκτρικής αντίστασης). Εικόνα 5.2 Ενδοδαπέδια Θέρμανση Η διαδικασία της λειτουργίας της δαπεδοθέρμανσης είναι πολύ απλή και έχει ως εξής: Το θερμό νερό προπαρασκευασμένο στην κατάλληλη θερμοκρασία, από κάποια πηγή θερμότητας (π.χ. λεβητοστάσιο, Αντλία Θερμότητας, ηλιακό συγκρότημα κ.τ.λ.), διαρρέοντας το σύστημα των σωληνώσεων του δαπέδου, θερμαίνει το θερμομπετόν, το οποίο θερμοσυσσωρεύει, υψώνει τη θερμοκρασία του και θερμαίνει το χώρο. Μια δαπεδοθέρμανση θερμαίνει ένα χώρο κυρίως ακτινοβολώντας θερμοκρασία (65%) και κατά δεύτερο λόγο με μεταφορά (35%). Η ενδοδαπέδια θέρμανση, αποτελεί τεχνική που εμφανίζεται στην αρχαιότητα με βασική καύσιμη ύλη τα καυσόξυλα, και μέσο μετάδοσης τον αέρα, που διαχέονταν σε υπόγεια κανάλια κάτω από το δάπεδο (εικόνα 5.3). Τα τελευταία τριάντα (30) χρόνια, με εξελιγμένες τεχνικές μεθόδους εφαρμογής και υλικά, κάνει έντονη την παρουσία της, ξεχωρίζοντας ανάμεσα σε πολλά συστήματα, κυρίως για την ποιότητα της θέρμανσης, την οικονομία και την απόλυτη ελευθερία του χώρου που μας προσφέρει. Λόγω της ομοιόμορφης και οριζόντιας κατανομής θερμότητας από το δάπεδο προς την οροφή, επιτρέπει τη θέρμανση χώρων με μεγάλο ύψος οροφής όπως Βιομηχανικές εγκαταστάσεις, εκκλησίες κ.τ.λ. Η ενδοδαπέδια θέρμανση, λειτουργεί με νερό χαμηλής θερμοκρασίας, από 30 C - 45 C, που κυκλοφορεί σε σωλήνες εγκιβωτισμένους στο δάπεδο. Το ζεστό νερό μεταφέρει θερμότητα στο θερμομπετόν που περιβάλλει τους πλαστικούς σωλήνες και στη συνέχεια το δάπεδο ακτινοβολεί θερμότητα. Αυτό σημαίνει Σελίδα 48

57 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας ότι αυτή η μορφή θέρμανσης χρησιμοποιεί σα θερμαντικό σώμα το δάπεδο και αυτό ακριβώς είναι το χαρακτηριστικό που προσδίδει στην ενδοδαπέδια θέρμανση την πλειοψηφία των πλεονεκτημάτων που εμφανίζει. Εικόνα 5.3 Ενδοδαπέδια Θέρμανση Η θέρμανση του χώρου πραγματοποιείται με ακτινοβολία θερμότητας από το δάπεδο, και διαχέεται ομοιόμορφα από τα πόδια προς το κεφάλι, προσφέροντας μία αίσθηση θερμικής θαλπωρής. Προσφέρει πολύ χαμηλό λειτουργικό κόστος γιατί λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες, με συνέπεια τη χαμηλή κατανάλωση καυσίμου άρα και τη μεγάλη εξοικονόμηση Ενέργειας. Το σύστημα αυτό είναι σημαντικά οικονομικότερο, φιλικό προς το περιβάλλον και ταυτόχρονα πολύ αποδοτικό, αφού η επιφάνεια των σωμάτων ενός αντίστοιχου συστήματος, έχει αντικατασταθεί στη δαπεδοθέρμανση, με την επιφάνεια όλου του δαπέδου, με συνέπεια τη μεγάλη αύξηση της θερμαντικής ισχύος. Δίνει απόλυτη ελευθερία στη διαμόρφωση των χώρων, απαλλάσσοντας το κτίριο από τα εμφανή θερμαντικά σώματα, επιτρέποντας την εκμετάλλευση όλων των χώρων, με λειτουργικό τρόπο και προσφέροντας ένα καλαίσθητο αρχιτεκτονικό αποτέλεσμα. Επιπλέον, Σελίδα 49

58 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας απαλλάσσει από τις καυτές επιφάνειες των σωμάτων δημιουργώντας ασφαλέστερο περιβάλλον, ιδιαίτερα για τα μικρά παιδιά. Οι χαμηλές θερμοκρασίες λειτουργίας της ενδοδαπέδια θέρμανσης, απαλλάσσουν από την ξηρότητα του αέρα του χώρου και δίνουν ένα πραγματικά υγιεινό περιβάλλον. Επιπλέον, λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών, το σύστημα αυτό δε δημιουργεί ρεύματα αέρα κι έτσι δεν υπάρχουν φαινόμενα που βλέπουμε σε άλλα συστήματα, όπως μαυρίσματα στους τοίχους ή μεταφορά σωματιδίων και μικροβίων. Ορισμένοι από τους παράγοντες που συμβάλλουν στην απόσβεση του κόστους βραχυπρόθεσμα, μιας εγκατάστασης ενδοδαπέδιας θέρμανσης είναι: Η μειωμένη κατανάλωση καυσίμων, που προαναφέρθηκε (πάνω από 30%). Το μειωμένο κόστος κτιριακής συντήρησης, αφού δεν είναι ανάγκη να αντιμετωπιστούν μαυρίσματα στους τοίχους και στις κουρτίνες. Το μηδενικό κόστος συντήρησης και αντικατάστασης θερμαντικών σωμάτων. Αύξηση του χρόνου ζωής του καυστήρα ο οποίος λειτουργεί λιγότερες ώρες. Υπάρχει η δυνατότητα συνδυαστικής λειτουργίας με άλλα θερμαντικά συστήματα, ώστε με τη χρήση ενός μόνο λέβητα να θερμάνουμε κάποιοι χώροι του κτίσματος με ενδοδαπέδια θέρμανση και κάποιοι άλλοι με το κλασικό σύστημα θέρμανσης με σώματα ή fan coils. Παράλληλα, από τον ίδιο λέβητα είναι δυνατό να τροφοδοτούνται και τα ζεστά νερά χρήσης του κτιρίου όπου υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης όλων των σύγχρονων πηγών θερμότητας. Το σύστημα δαπεδοδροσισμού έχει τη δυνατότητα λειτουργίας δροσισμού, εκμεταλλευόμενο το ήδη υπάρχον δίκτυο σωληνώσεων της ενδοδαπέδιας θέρμανσης. Είναι ένα λειτουργικό σύστημα, που προσφέρει άνεση, απορροφώντας ομοιόμορφα θερμότητα από όλες τις κατευθύνσεις. Με αναφορά στην έννοια του δροσισμού εννοείται η μετατροπή του δαπέδου σε μια τεράστια ψυχρή επιφάνεια. Η θερμοκρασία νερού προσαγωγής του δροσισμού στις σωληνώσεις, είναι 18 C 20 C, ενώ η θερμοκρασία του δαπέδου είναι 20 C - 22 C. Με τη λειτουργία του δροσισμού επιτυγχάνουμε μείωση της θερμοκρασίας του χώρου 4 C 6 C. Η πηγή Ενέργειας που τροφοδοτεί μία εγκατάσταση ενδοδαπέδιας θέρμανσης δροσισμού είναι η Αντλία Θερμότητας αέρα - νερού. Ο δροσισμός θα μπορούσε να τεθεί σε λειτουργία πολύ αργότερα από την ενδοδαπέδια θέρμανση, αρκεί κατά την εγκατάσταση του συστήματος να έχει ληφθεί μέριμνα για τοποθέτηση τερματικών μονάδων νερού στο χώρο, οι οποίες θα εξυπηρετήσουν στην αφύγρανσή του κατά τη λειτουργία του δαπεδοδροσισμού, καθώς και Σελίδα 50

59 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας των σωλήνων προσαγωγής και επιστροφής κρύου νερού για την τροφοδοσίας τους και του σχετικού συστήματος αυτονομίας. Ο δροσισμός, λόγω της χρήσης μεγάλης ψυκτικής επιφάνειας, εμφανίζει πλεονεκτήματα όπως άνεση και υγιεινό περιβάλλον, απόλυτη ελευθερία στη διαμόρφωση των χώρων, μεγάλη εξοικονόμηση Ενέργειας και μειωμένο αρχικό κόστος κτήσης, αφού χρησιμοποιείται το ήδη υπάρχον δίκτυο σωληνώσεων, ενώ το ψυκτικό μηχάνημα υποδιαστασιολογείται γιατί στη συγκεκριμένη εγκατάσταση γίνεται εκμετάλλευση της αδράνειας και της θερμοχωρητικότητας του συστήματος. Το σημαντικότερο κομμάτι της ενδοδαπέδιας θέρμανσης είναι η μελέτη και η εφαρμογή της, αφού για να παρέχει το πλήθος των πλεονεκτημάτων που προαναφέρθηκαν, απαιτεί πρόβλεψη και προσοχή στην εγκατάστασή της. 5.4 ΚΟΣΤΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ Θα πρέπει να γίνει διαχωρισμός του κόστους του Γεωθερμικού Κλιματισμού σε δύο μεγέθη, το κόστος εγκατάστασης και το κόστος λειτουργίας. Όσον αφορά το κόστος εγκατάστασης είναι σίγουρα μεγαλύτερο από μιας συμβατικής εγκατάστασης θέρμανσης με σώματα. Η διαφορά του κόστους ποικίλει ανάλογα και με την εφαρμογή και την έκταση που εφαρμόζεται. Γενικά όσο μεγαλύτερο είναι το κτίριο στο οποίο εφαρμόζεται, τόσο η διαφορά στο κόστος μεταξύ ενδοδαπέδιας και συμβατικής θέρμανσης μειώνεται. Επίσης στη σύγκριση θα πρέπει να συνυπολογιστεί ότι στην περίπτωση της δαπεδοθέρμανσης, στο κόστος εγκατάστασης συμπεριλαμβάνεται και η θερμομόνωση του δαπέδου. Αντίθετα το κόστος λειτουργίας της ενδοδαπέδιας θέρμανσης, είναι μικρότερο από αυτό μιας συμβατικής θέρμανσης (περίπου κατά 20%), συγκρινόμενο όμως για ίσες ώρες λειτουργίας. Το «λεπτό σημείο» για την κατανόηση του κόστους λειτουργίας, έγκειται στο γεγονός ότι η δαπεδοθέρμανση είναι ένα σύστημα μεγάλης αδράνειας, συνεπώς για να αντιληφθεί τις εντολές (ON - OFF, μεταβολές θερμοκρασίας) που του δίνονται απαιτείται χρόνος. Σελίδα 51

60 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Προορίζεται λοιπόν για εφαρμογές θέρμανσης με αρκετές ώρες ημερήσιας λειτουργίας και μάλιστα η οικονομία στη λειτουργία σε σχέση με μια συμβατική εγκατάσταση, είναι τόσο μεγαλύτερη όσο περισσότερες ώρες ημερησίως λειτουργεί. Αν οι απαιτήσεις θέρμανσης είναι μικρότερες από έξι (6) ώρες ημερησίως, τότε η ενδοδαπέδια θέρμανση ίσως δεν είναι το κατάλληλο σύστημα, δεδομένου ότι θα διατηρείται το σύστημα της θέρμανσης ανοικτό περισσότερες ώρες από ότι πραγματικά χρειάζεται. Επίσης θα πρέπει εδώ να αναφερθεί ότι απαραίτητη προϋπόθεση για την οικονομική λειτουργία της δαπεδοθέρμανσης, είναι η ύπαρξη αντιστάθμισης - ενός ηλεκτρονικού εξοικονομητή Ενέργειας, που σε συνδυασμό με κάποια αισθητήρια θερμοκρασίας και μια τετράοδη βάνα, συντελούν στην εξοικονόμηση Ενέργειας καυσίμου, ελέγχοντας τη θερμοκρασία του νερού θέρμανσης. 5.5 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΓΙΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟ Σε κατοικία εμβαδού 230 m 2 στο Ντράφι Πεντέλης στην Αττική, μελετήθηκε και κατασκευάστηκε ο κλιματισμός (ψύξη - θέρμανση) αυτής, αξιοποιώντας την αβαθή Γεωθερμική Ενέργεια με τη χρήση Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας ισχύος 17 kw και Γεωεναλλάκτη κλειστού κύκλωματος σε οριζόντια διάταξη. Ο Γεωθερμικός Εναλλάκτης τοποθετήθηκε σε οριζόντια διάταξη σε τρείς στρώσεις κυκλωμάτων σωληνώσεων σε βάθη 4 m, 3 m και 2 m αντίστοιχα. Ο τρόπος αυτός επιλέχθηκε λόγω της ιδιαιτερότητας του οικοπέδου και της ελεύθερης επιφάνειας του υπεδάφους που ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθεί. Δια μέσου συλλεκτηρίων αγωγών τα κυκλώματα του Γεωεναλλάκτη συνδέθηκαν με τη Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας (ΓΑΘ) που βρίσκεται στο μηχανοστάσιο του υπογείου της κατοικίας. Δια μέσου της ΓΑΘ τροφοδοτείται με νερό, ζεστό το χειμώνα και ψυχρό το καλοκαίρι, δοχείο αδρανείας και από εκεί τα κυκλώματα του ενδοδαπέδιου συστήματος θέρμανσης - δροσισμού και τα fan coil των χώρων της κατοικίας που κλιματίζεται. Το σύστημα αυτοματισμού με χρήση προγραμματιζόμενου ελεγκτή θέτει σε λειτουργία την όλη εγκατάσταση (ΓΑΘ, ενδοδαπέδιο, fan coil κ.λ.π.) και τη ρυθμίζει ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες και τις επιθυμητές θερμοκρασίες των χώρων, με σημαντική εξοικονόμηση Ενέργειας και με άριστη συμπεριφορά ως προς τις θερμοκρασιακές συνθήκες διαβίωσης που επιτυγχάνει. Σελίδα 52

61 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 5.4 Εγκατάσταση Ενδοδαπέδιας Θέρμανσης Στη συγκεκριμένη εγκατάσταση, έχει εγκατασταθεί μετρητική διάταξη θερμιδομετρητών και ηλεκτρικής Ενέργειας, έτσι ώστε να υπάρχει πλήρης εικόνα της λειτουργίας και του βαθμού απόδοσης αυτής. 5.6 Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΟY ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ Η Γεωθερμία για εφαρμογές κλιματισμού αποκαλείται επίσης «αβαθής» ή «χαμηλής θερμοκρασίας / ενθαλπίας» και βασίζεται σε μία εξαιρετικά απλή θεωρητική βάση (σχήμα 5.8). Σελίδα 53

62 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Σχήμα 5.8 Διακύμανση Θερμοκρασίας αέρα και εδάφους Μεταφέρει Ενέργεια / Θερμότητα ανάμεσα στον κλιματιζόμενο χώρο και στο έδαφος, σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα καλοριφέρ / καυστήρα που παράγουν το σύνολο της απαιτούμενης θερμότητας, καίγοντας πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Σχήμα 5.9 Μέρη Γεωθερμικής Εγκατάστασης Σελίδα 54

63 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας To χειμώνα λοιπόν, το Γεωθερμικό σύστημα παίρνει θερμότητα από το έδαφος και τη μεταφέρει στους χώρους μας για να τους θερμάνει, ενώ το καλοκαίρι κάνει το αντίθετο, απορροφώντας θερμότητα από τους εσωτερικούς χώρους και απορρίπτοντάς την στο έδαφος. Με αυτόν τον τρόπο, μεταφέροντας δηλαδή τη θερμότητα αντί να την παράγει, πετυχαίνει να καταναλώνει μόλις το 25% της Ενέργειας που θα σπαταλούσε ένα σύστημα καυστήρα / καλοριφέρ. Εικόνα 5.5 Οριζόντια σωλήνωση Τα μέρη μιας Γεωθερμικής Εγκατάστασης παρουσιάζονται με απλό τρόπο στο (σχήμα 5.9). Διακρίνεται η Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας (Α), ο Γεωεναλλάκτης (Β), η ενδοδαπέδια θέρμανση, οι κρυφοί αεραγωγοί, τα fancoils κ.λ.π. (Γ 1, Γ 2 ) και το ζεστό νερό χρήσης. Σελίδα 55

64 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Εικόνα 5.6 Κατακόρυφη σωλήνωση Εικόνα 5.7 Τοποθεσία με υπόγεια ύδατα Σελίδα 56

65 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Η σωλήνωση στο έδαφος, που αναλαμβάνει την παραλαβή / απόρριψη θερμότητας στο έδαφος, γίνεται με κοινούς πλαστικούς σωλήνες πολυαιθυλενίου (HDPE) που έχουν διάρκεια ζωής πάνω από πενήντα (50) χρόνια (εικόνες 5.5, 5.6). Σε τοποθεσίες με υπόγεια ύδατα (εικόνα 5.7), αξιοποιούνται δύο γεωτρήσεις αντλώντας από τη μια και επιστρέφοντας νερό στην άλλη. Εικόνα 5.8 Λίμνη Θάλασσα Για κτίρια δίπλα σε μικρές ή μεγάλες λίμνες ή ακόμα και τη θάλασσα (εικόνα 5.8), μία κλειστού τύπου σωλήνωση «ρίχνεται» στο νερό. 5.7 ΤΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΤΟΥ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ Η Γεωθερμία είναι το οικονομικότερο και αποδοτικότερο σύστημα κλιματισμού αυτήν τη στιγμή στον κόσμο, για άνεση όλον το χρόνο, χειμώνα - καλοκαίρι. Είναι ο διάδοχος του ξεπερασμένου, για περιβαλλοντικούς, λειτουργικούς και οικονομικούς λόγους πλέον, καλοριφέρ / καυστήρα. Σελίδα 57

66 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας Στη συνέχεια παρατίθεται ένα σύντομο παράδειγμα που δίνει άμεσα μία εικόνα για το μέγεθος της ετήσιας εξοικονόμησης που επιτυγχάνεται με τη Γεωθερμία. Τα δεδομένα και οι τιμές ηλεκτρικού ρεύματος και πετρελαίου που χρησιμοποιούνται είναι πραγματικά. Πίνακας 5.1 Παράδειγμα εφαρμογής αξιοποίησης Γεωθερμίας για εξοικονόμηση Ενέργειας Κατοικία 280 m 2 στα Βόρεια Προάστια της Αθήνας Μέγιστη αναγκαία ισχύς θέρμανσης: 35 kw Μέγιστη αναγκαία ισχύς ψύξης: 20 kw Απαιτούμενη ενέργεια θέρμανσης ετησίως: kwh Απαιτούμενη ενέργεια ψύξης ετησίως: kwh Συμβατικό Σύστημα (καλοριφέρ για θέρμανση και κλιματιστικά τοίχου split για ψύξη) Γεωθερμία (Κρυφοί αεραγωγοί, fan coils, υποδαπέδια για θέρμανση & ψύξη) Κόστος εγκατάστασης Κόστος εγκατάστασης Ετήσιο λειτουργικό κόστος 3800 Ετήσιο λειτουργικό κόστος 1600 Η απόσβεση της διαφοράς του κόστους της Γεωθερμικής εγκατάστασης θα γίνει σε πέντε έως επτά (5 7) χρόνια και ταυτόχρονα επιτυγχάνεται προστασία του Περιβάλλοντος. Σχήμα 5.14 Μείωση Εκπομπών Ρύπων Σελίδα 58

67 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Εγκατάστασης Κλιματισμού με χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας 5.8 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΠΡΟΣΦΟΡΑ Στον πίνακα 5.2 δίνεται μια οικονομική προσφορά Ενδοδαπέδιας Θέρμανσης για μια κατοικία εμβαδού 140 m 2. Πίνακας 5.2 Προσφορά Πίνακα Θέρμανσης (140 m 2 ) COMO-FLOOR OXYGEN BARRIER Φ (m) 1336 ΜΟΡΦΟΠΛΑΚΑ ΜΕ ΦΡΑΓΗ ΥΔΡΑΤΜΩΝ 141,750 (m 2 ) 1956 ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΤΑΙΝΙΑ ΜΕ ΦΙΛΜ Κ 150 (m) 222 ΑΥΤΟΚΟΛΛΗΤΟ (50 m 150 mm 8 mm) ΑΡΜΟΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ mm 14 (m) 20 ΣΤΗΡΙΓΜΑ ΣΩΛΗΝΑ ΚΛΙΠ ,6 ΒΕΛΤΙΩΤΙΚΟ ΜΠΕΤΟΝ (20 kg) 20 (kg) 97 ΙΝΕΣ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ (900 g) ΠΙΝΑΚΑΣ ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΟΣ , ΤΡΙΟΔΟΣ 1" (12 m 3 /h) ΤΕΤΡΑΟΔΟΣ 11/4" (18 m 3 /h) 1 99 ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗΣ ΕΠΑΦΗΣ ΥΔΡΟΣΤΑΤΗΣ 2 44 ΓΡΟΥΠ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ ΜΕ ALEN Κ ΒΑΛΒΙΔΑ ΘΕΡΜΟΗΕΚΤΡΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 9ΔΡ x 1 x 3/4" ΣΕΤ ΠΛΑΣΤΙΚΗΣ ΣΩΛΗΝΑΣ ΣΠΕΙΡΩΜΑ 3/4" Φ17 2,0 ΜΑΣΤΟΣ ΠΡΟΣΑΓΩΓΗΣ ΣΥΛΛΕΚΤΗ ΜΕ 2 19,4 ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ 1" 1" ΜΑΣΤΟΣ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ 3/4" 3/4" ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ 30 (mm) ΤΑΦ ΤΕΡΜΑΤΙΚΟ ΧΡΩΜΕ ΜΕ O-RING 1/2" 1"1/2" 4 23 ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΕΞΑΕΡΙΣΤΙΚΟ ½" ΧΡΩΜΕ 4 24 ΒΑΛΒΙΔΑ ΕΚΚΕΝΩΣΕΩΣ ΜΕ O-RING 1/2" 4 13 ΣΥΝΟΛΟ ΔΑΠΑΝΗΣ: ΑΡΧΙΚΗ ΤΙΜΗ ΜΕ Φ.Π.Α.: 5276 Σελίδα 59

68 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ 6.1 Η ΤΡΟΦΗ ΘΑΥΜΑ Η Σπιρουλίνα ήταν γνωστή στους Ιθαγενείς της Κεντρικής Αμερικής σα βασικό συστατικό της διατροφής τους. Είναι πηγή υψηλής συγκέντρωσης και ποιότητας πρωτεΐνης, περιέχει ισχυρές αντιοξειδωτικές ουσίες, μεταλλικά στοιχεία, σπάνιας ποιότητας λιπαρές ουσίες απαραίτητες για το νευρικό ιστό (εικόνα 6.1) κ.ά. Ενδιαφέρουσα είναι η δράση της πάνω στον ιό του AIDS του οποίου φαίνεται να αναστέλλει τη λειτουργία. Το κύριο ακόμα πλεονέκτημά της είναι ότι οι βιταμίνες της και τα μεταλλικά άλατά της, δεν είναι συνθετικά αλλά 100% φυσικά και σε καμία περίπτωση δεν περιέχουν τοξικά κατάλοιπα. Εικόνα 6.1 Η Σπιρουλίνα στο μικροσκόπιο Τρεις μόνον παραγωγοί Σπιρουλίνας υπάρχουν σε όλον τον κόσμο. Οι δύο είναι Έλληνες με έδρα παραγωγής και καλλιέργειας τη Νιγρίτα Σερρών (δεδομένα Νοεμβρίου 2006). Σελίδα 60

69 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας 6.2 ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ ΣΤΗ ΝΙΓΡΙΤΑ ΣΕΡΡΩΝ, ΕΛΛΑΔΑ Στα Θερμά Νιγρίτας του νομού Σερρών (σχήμα 6.1), δημιουργήθηκε μια νέα μονάδα, που εκμεταλλεύεται το Γεωθερμικό Πεδίο της περιοχής, για την παραγωγή Σπιρουλίνας. Η Σπιρουλίνα, ένα φύκος μήκους μόλις μισού χιλιοστού, αποτελεί την πλέον θρεπτική ουσία στη Γη, με περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη που φθάνει το 63%, χρησιμοποιείται δε, ως συμπλήρωμα διατροφής κυρίως, αλλά και από τη Βιομηχανία παραγωγής καλλυντικών. Σχήμα 6.1 Τοποθεσία στο χάρτη της περιοχής καλλιέργειας της Σπιρουλίνας Η ΑΛΓΗ ΑΕΓΕ, η Εταιρεία που παράγει και εμπορεύεται τη Σπιρουλίνα, πρόσφατα πιστοποιήθηκε από τον Αυστριακό Οργανισμό Πιστοποίησης TUV - CERT, κατά το πρότυπο ISO Σελίδα 61

70 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Έτσι, η Εταιρεία η οποία εμπορεύεται το τελικό προϊόν σε μορφή σκόνης και σε κάψουλες, απέκτησε ένα σημαντικό πλεονέκτημα για την προώθηση των πωλήσεών της στο εξωτερικό (εικόνες 6.2, 6.3,6.4). Εικόνα 6.2 Εγκαταστάσεις καλλιέργειας Σπιρουλίνας Εικόνα 6.3 Εγκαταστάσεις καλλιέργειας Σπιρουλίνας Σελίδα 62

71 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Εικόνα 6.4 Εγκαταστάσεις καλλιέργειας Σπιρουλίνας ΠΩΣ ΞΕΚΙΝΗΣΕ Η ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΝΙΓΡΙΤΑΣ ΣΕΡΡΩΝ Εικόνα6.5 Υδατοκαλλιέργεια Σπιρουλίνας Σελίδα 63

72 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Η ιδέα της παραγωγής της σπιρουλίνας της περιοχής Νιγρίτας Σερρών, ξεκίνησε το 1992 έπειτα από 10ετή Έρευνα του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και συγκεκριμένα του Τμήματος Γεωλογίας - Γεωθερμίας και του Ινστιτούτου Γεωμεταλλευτικών Ερευνών. Ο Καθηγητής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Δρ. Μιχαήλ Φύτικας, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η εν λόγω περιοχή, είναι όχι μόνον ιδανική για την παραγωγή σπιρουλίνας, αλλά αποτελεί και τη μοναδική περιοχή της Ελλάδας αλλά και της Ευρώπης που συνδυάζει αρμονικά τις παραμέτρους καλλιέργειας του κυανοπράσινου φύκους (εικόνα 6.5). Οι δύο Σερραίοι παραγωγοί με τους οποίους η NASA αλλά και η Ρώσικη Διαστημική Υπηρεσία ήλθαν σε επαφή, είναι οι Μιχάλης Ζουλουμίδης και Βαγγέλης Κολτσιάκης. Εικόνα 6.6 Το Μικροσκοπικό Νηματώδες Κυανοπράσινο Φύκος Σπιρουλίνα Σελίδα 64

73 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας 6.3 Η ΣΠΡΟΥΛΙΝΑ ΣΑΝ ΤΡΟΦΗ Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η Σπιρουλίνα είναι ένα μικροσκοπικό νηματώδες κυανοπράσινο φύκος (microalgae) του γλυκού νερού, που όμως μπορεί να αναπτυχθεί και στο θαλασσινό. Επιστημονικότερα ονομάζεται arthrospira (Αρθροσπείρα) και ανήκει στα κυανοβακτήρια (εικόνα 6.6). Εν πρώτοις εντυπωσιάζει με το βαθύ πράσινο χρώμα της, το οποίο τονίζει τα μέρη που ευδοκιμεί και τα χαρακτηρίζει. Το χρώμα αυτό το οφείλει σε μία χρωστική, την πρωτεΐνη φυκοκυανίνη που είναι ισχυρό αντιοξειδωτικό, αλλά και τη χλωροφύλλη, ουσία γνωστή που χαρακτηρίζει τα φυτά και που είναι δέκτης ισχυρής Ηλιακής Ενέργειας. Από διατροφική άποψη αποτελεί την πλουσιότερη σε πρωτεΐνη «πράσινη τροφή». Περιέχει 5% λιπαρά, χωρίς καθόλου χοληστερόλη, ένα μεγάλο ποσοστό των οποίων βρίσκεται σε μορφή των απαραίτητων για την υγεία ω-6-λιπαρών οξέων, κυρίως λινολυκών και γ - λινολενικού οξέος. Είναι εκπληκτικό πράγματι, πώς ένας τόσο μικρός οργανισμός, μπορεί να κρύβει τόσες πολλές βιταμίνες και τόσα άλλα στοιχεία και μάλιστα στην ιδανική αναλογία για τον ανθρώπινο οργανισμό, ώστε δε θα ήταν υπερβολή να πούμε πως πρόκειται για θαύμα της φύσης δώρο στον άνθρωπο. 6.4 Η ΠΟΛΥΤΙΜΗ ΔΙΑΤΡΟΦΙΚΗ ΑΞΙΑ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ Η διατροφική αξία της σπιρουλίνας είναι πολύτιμη διότι: Έχει 60-70% περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη. Αντίστοιχα η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη άλλων τροφών είναι της σόγιας 35%, της σκόνης γάλακτος 35%, του κρέατος 15-25%, των αυγών 12% και των δημητριακών 8-14%. Η περιεκτικότητά της σε βιταμίνη Β12 είναι δύο έως έξι (2 6) φορές περισσότερη από το ωμό βοδινό συκώτι. Περιέχει πενήντα οκτώ (58) φορές περισσότερο σίδηρο από το ωμό σπανάκι και είκοσι οκτώ (28) φορές περισσότερο από το ωμό βοδινό συκώτι. Είναι τρεις (3) φορές περισσότερο πλούσια σε βιταμίνη Ε από το ωμό φύτρο σιταριού και έχει 49% καλύτερη απορρόφηση από τη συνθετική βιταμίνη Ε. Έχει είκοσι πέντε (25) φορές υψηλότερη περιεκτικότητα β - καροτίνης από ότι τα ωμά καρότα. Τα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα της είναι τρεις φορές περισσότερα από ότι στο λάδι νυχτολούλουδου. Σελίδα 65

74 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Η περιεκτικότητά της σε χλωροφύλλη είναι πέντε έως τριάντα (5 30) φορές υψηλότερη από το σπόρο άλφα - άλφα, το σταρόχορτο και το κριθαρόχορτο (σχήμα 6.2). Σχήμα 6.2 Από την Υδατοκαλλιέργεια στην Κατανάλωση 6.5 Η ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑ ΣΥΝΥΠΗΡΧΕ ΜΕ ΤΟΥΣ ΑΡΧΑΙΟΥΣ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥΣ Υπάρχουν αναφορές ότι είχε ευρεία χρήση στο διαιτολόγιο των Αζτέκων στο Μεξικό εδώ και τετρακόσια (400) χρόνια. Στις μέρες μας αποτελεί τροφή της φυλής kanembu, στην περιοχή της λίμνης Τσαντ, στη Δημοκρατία του Τσαντ, στην Αφρική. Εκεί πωλείται σαν αποξηραμένο είδος ψωμιού και ονομάζεται «dihe». Για την καλλιέργειά της προς μαζική παραγωγή (εικόνα 6.7), εδώ και είκοσι (20) χρόνια χρησιμοποιούνται μεγάλες δεξαμενές αλλά και συγκεντρώσεις σε φυσικές λίμνες. Η σημερινή Παγκόσμια παραγωγή ξεπερνά τους τρεις χιλιάδες (3000) τόνους. 6.6 ΑΛΛΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ Η σπιρουλίνα μπορεί να καταναλωθεί και ως πρόσθετο σε διάφορα είδη τροφίμων (ζυμαρικά, γαλακτοκομικά, χυμούς κ.τ.λ.), αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως άριστη Σελίδα 66

75 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας ζωοτροφή, ως τροφή σε υδατοκαλλιέργειες, ως πρώτη ύλη για την παραγωγή χρωστικών τροφών και καλλυντικών, για φθορίζοντες δείκτες σε ιατρικά τεστ, καθώς και για την παραγωγή ενζύμων στη Μοριακή Γενετική. Είναι ασφαλέστατο διατροφικό προϊόν και αυτό έχει αποδειχθεί τόσο από εκτενείς τοξικολογικές μελέτες, όσο και από τη μακροχρόνια κατανάλωσή της ανά τους αιώνες. Εικόνα6.7 Δισκία Σπιρουλίνας 6.7 ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ - ΦΑΡΜΑΚΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ Οι βιολογικές φαρμακολογικές ιδιότητες της Σπιρουλίνας οφείλονται στις δύο κύριες ουσίες που συγκεντρώνει τη φυκοκυανίνη και τη σπιρουλάνη. Η φυκοκυανίνη είναι η κυριότερη πρωτεΐνη της σπιρουλίνας. Είναι μία φυκομπιλιποπρωτεΐνη επειδή περιέχει μία κυανή χρωστική, το τετραπυρρολικό χρωμοφόρο κυανομπιλίνη, στο οποίο οφείλεται το βαθύ κυανούν χρώμα της πρωτεΐνης αυτής. Συμμετέχει στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης μαζί με τη φυκομπιλιποπρωτεΐνη αλλοφυκοκυανίνη και τη χρωστική χλωροφύλλη. Σελίδα 67

76 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Η Σπιρουλίνα είναι ένας θειικός πολυσακχαρίτης μεγάλου Μοριακού Βάρους και αποτελείται από απλά σάκχαρα, παράγωγα της ραμνόζης, ξυλόζης καθώς και ουρανικά οξέα. 6.8 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ Τα κύρια αντιοξειδωτικά συστατικά είναι η φυκοκυανίνη, η σπιρουλίνα, το β - καροτένιο και ορισμένες πολυφαινόλες. In vitro έχει αποδειχθεί ότι η φυκοκυανίνη δεσμεύει τις πολύ δραστικές ρίζες του υδροξυλίου και του υπεροξειδίου, καθώς και τα δραστικά υπεροξυνιτρώδη ιόντα, παρεμποδίζει την οξείδωση λιπιδίων καθώς και εκλεκτικά τη δράση του ενζύμου κυκλοοξυγενάση - 2 COX - 2, το οποίο είναι υπεύθυνο για διάφορες φλεγμονώδεις καταστάσεις και υπερεκφράζεται σε διάφορους τύπους καρκίνου. Η σπιρουλίνα δεσμεύει ρίζες υδροξυλίου και λιπιδίων, καθώς και τις ελεύθερες ρίζες DMPD και ABTS. 6.9 ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ Έρευνες σε ανθρώπινα κύτταρα αλλά και σε ανθρώπους, έδειξαν ότι η κατανάλωση 1 g Σπιρουλίνας την ημέρα, προκαλεί πλήρη εξάλειψη βλαβών λευκοπλακίας (προκαρκινική βλάβη βλεννογόνου του στόματος). Η φυκοκυανίνη επάγει απόπτωση (κυτταρικό θάνατο) ανθρώπινων κυττάρων λευχαιμίας, ενώ η σπιρουλίνα μειώνει τη μεταστατικότητα στον πνεύμονα κυττάρων μελανώματος. Παράλληλα, εκχύλισμα πολυφαινολών σπιρουλίνας αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό ανθρώπινων κυττάρων ηπατώματος (όγκος ήπατος). Πρόσφατα άρχισε να δοκιμάζεται η χρήση της χρωστικής φυκομπιλίνης, για τη στοχευόμενη δημιουργία ελεύθερων ριζών, μετά από διέγερσή της με φωτεινή ακτινοβολία, με σκοπό την καταστροφή καρκινικών όγκων (φωτοδυναμική θεραπεία) Η ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑΣ ΚΑΤΑ ΤΟΥ AIDS Η πλέον ενδιαφέρουσα ιδιότητα της σπιρουλίνας και ιδιαίτερα της Σπιρουλίνας είναι η ικανότητά τους να παρεμποδίζουν την ανάπτυξη του ιού HIV - 1, καθώς και άλλων ιών. Σελίδα 68

77 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Μελέτες σε ανθρώπους έδειξαν ότι η κατανάλωση 5 g σπιρουλίνας την ημέρα, αυξάνει το επίπεδο της ανοσοσφαιρίνης Ε (IgE) στο σίελο των ανθρώπων, ενώ κανονικοποιεί τα επίπεδα IgE στο αίμα (μείωση αλλεργικών αντιδράσεων). Παράλληλα προστατεύει έναντι της αλλεργικής ρινίτιδας. Η κατανάλωση Σπιρουλίνας οδηγεί σε αύξηση των επιπέδων IFN, επίσης και των επιπέδων της IL1 και του νεκρωτικού παράγοντα των όγκων TNFα στα ανθρώπινα κύτταρα Τ Η ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΤΡΟΦΗ ΤΩΝ ΑΣΤΡΟΝΑΥΤΩΝ Λόγω των ανωτέρω ιδιοτήτων που εκτέθηκαν, η σπιρουλίνα προσέλκυσε την προσοχή των ερευνητών της NASA, για κάποιο υποκατάστατο της υψηλών απαιτήσεων διατροφής των αστροναυτών, κατά τις μακροχρόνιες παραμονές τους στους διαστημικούς σταθμούς. H NASA ακόμη μαζί με άλλες συνεργαζόμενες Εθνικές Διαστημικές Υπηρεσίες, σχεδιάζει ένα «Ελεγχόμενο Οικολογικό Σύστημα Υποστήριξης Ζωής» το οποίο θα παρέχει οξυγόνο και τροφή στους αστροναύτες και θα ανακυκλώνει τα απόβλητα, ανθρώπινα και μη, με τη βοήθεια διαφόρων βακτηρίων, κατά τη διάρκεια των διαπλανητικών ταξιδιών. Ένα παρόμοιο Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα ονομάζεται MELISSA και υποστηρίζεται από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA). Στο σύστημα αυτό υποστήριξης της ζωής, προβλέπεται η ανάπτυξη μικροοργανισμών και η σπιρουλίνα έχει τον κεντρικό ρόλο στην όλη διαδικασία ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΝΑ ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΔΟΣΗ (3 ΔΙΣΚΙΑ ΤΩΝ 0,9 g, ΤΗΣ MARCUS ROHRER SPIRULINA) Πίνακας 6.1 Σύνθεση της Σπιρουλίνας Πρωτεΐνες 0,52 gr Υδατάνθρακες 195 mg Λίπη 47,5 mg Μέταλλα 97,5 mg Υγρασία 40 mg Ενέργεια 3,3 kcal/13.5 kj Απαραίτητα αμινοξέα Ισολευκίνη 27,7 mg Σελίδα 69

78 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Λευκίνη 0,9 mg Λυσίνη 25 mg Μεθειονίνη 12,1 mg Φαινυλαλανίνη 23,8 mg Θρεονίνη 23,7 mg Τρυπτοφάνη 8,55 mg Βαλίνη 29,6 mg Μη απαραίτητα αμινοξέα Αλανίνη 37,7 mg Αργινίνη 33,55 mg Ασπαραγινικό οξύ 50,15 mg Κυστίνη 4,65 mg Γλουταμινικό οξύ 71,35 mg Γλυκίνη 26,45 mg Ιστιδίνη 8,6 mg Προλίνη 19,95 mg Σερίνη 26 mg Τυροσίνη 21,15 mg Βιταμίνες Βήτα-καροτίνη (προβιταμίνη Α) 2,02 mg Θειαμίνη (Β1) 22,5 mcg Ριβοφλαβίνη (Β2) 33 mcg Νιασίνη (Β3) 135 mcg Παντοθενικό οξύ (Β5) 1,35 mcg Πυριδοξίνη (Β6) 4,5 mcg Κυανοκοβαλαμίνη (εν. Β2) 0,6 mcg D-άλφα τοκοφερόλη (Ε) 31,5 mcg Βιοτίνη (Η) 0,25 mcg Φολλικό οξύ 1,35 mcg Ινοσιτόλη 0,5 mg Μέταλλα Ασβέστιο (Ca) 8,4 mg Σίδηρος (Fe) 1 mg Κάλιο (K) 33,6 mg Μαγνήσιο (Mg) 13,8 mg Μαγγάνιο (Mn) 57,6 mg Νάτριο (Na) 12,6 mg Φώσφορος (P) 18 mg Ψευδάργυρος (Zn) 48,6 mcg Σελίδα 70

79 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Ιχνοστοιχεία Βάριο (Ba) 2,05 mcg Βόριο (B) 27,0 mcg Χρώμιο (Cr) 10,55 mcg Κοβάλτιο (Co) 3,2 mcg Μολυβδαίνιο (Mo) 3,65 mcg Σελήνιο (Se) 0,3 mcg Βανάδιο (V) 4,45 mcg Χρωστικές ουσίες και ένζυμα Χλωροφύλλη-Α 9,25 mg Ολικά καροτενοειδή 4,4 mg Βήτα-καροτίνη 2,1 mg Ολική φυκοκυανίνη 156,6 mg Γ-φυκοκυανίνη 73 mg Δισμουτάση του υπεροξειδίου (SOD) 648 μονάδες Λιπαρά οξέα Ολικά λιπαρά οξέα 35,1 mg από τα οποία: Γάμμα λινολεϊκό οξύ (GLA) 7,5 mg Απαραίτητο λινολεϊκό οξύ 15 mg Ολεϊκό οξύ 2,45 mg Παλμιτικό οξύ 15,8 mg Παλμιτολεϊκό οξύ 2 mg Στεαρικό οξύ 0,55 mg Συντηρητικά Κανένα Τεχνητός χρωματισμός Κανένα Τεχνητά βελτιωτικά γεύσης Κανένα Παρασιτοκτόνα, φυτοκτόνα Κανένα Σαλμονέλα, Σταφυλόκοκκος Κανένα Escherichia coli Κανένα Σελίδα 71

80 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας 6.13 Η ΣΠΙΡΟΥΛΙΝΑ ΟΠΩΣ ΤΗΝ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΕΙ ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΟΔΗΓΙΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΤΙΘΕΜΕΝΗΣ ΣΤΟ ΕΜΠΟΡΙΟ Παρακάτω αναγράφονται τα όσα περιλαμβάνονται στο φύλλο οδηγιών της Σπιρουλίνας που διατίθεται στο εμπόριο. Στο (σχήμα 6.3) φαίνεται η σπουδαιότητα της χρήσης των φιαλών από γυαλί VioSol για τη σωστή συσκευασία της Σπιρουλίνας. Σχήμα6.3 Εδώ φαίνεται η αναγκαιότητα χρήσης των φιαλών VioSol για τη συσκευασία της Σπιρουλίνας Σελίδα 72

81 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Σελίδα 73

82 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Σελίδα 74

83 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Σελίδα 75

84 Κεφάλαιο 6 ο : Καλλιέργεια της Σπιρουλίνας Σελίδα 76

85 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ 7.1 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η επιστημονική κοινότητα ταξινομεί συνήθως τη Γεωθερμία στις Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.). Αν και αυτή η ταξινόμηση ισχύει από δεκαετίες, συχνά διατυπώνονται κάποια ερωτηματικά. Υπάρχει και η άποψη ότι µε αυστηρά επιστηµονικά κριτήρια η Γεωθερµική Ενέργεια δεν αποτελεί πάντα Ανανεώσιµη Πηγή Ενέργειας. Μία έννοια συνδεδεμένη µε την «ανανεωσιµότητα» ενός Ενεργειακού Πόρου είναι η «αειφορία». Η ανανεωσιµότητα αποτελεί ιδιότητα του Ενεργειακού Πόρου, ενώ η αειφορία περιγράφει τον τρόπο µε τον οποίο χρησιµοποιείται οποιοσδήποτε φυσικός πόρος και σχετίζεται µε την ορθολογική διαχείριση των πόρων, τη διάθεσή τους σε προσιτό κόστος στον άνθρωπο και χαρακτηρίζεται από κάποια µορφή ισορροπίας. Ανανεωσιµότητα ενός Ενεργειακού Πόρου σηµαίνει ότι η οποιαδήποτε ποσότητα που λαµβάνεται από το συγκεκριµένο πόρο, η ίδια ποσότητα αναπληρώνεται κατά το ίδιο χρονικό διάστηµα. Η Γεωθερµική Ενέργεια είναι η Ενέργεια που προέρχεται από τη θερµότητα του εσωτερικού της Γης και αυτή η θερµότητα είναι βασικά απεριόριστη. Σύµφωνα µε τη σηµερινή επιστηµονική γνώση, το εσωτερικό της Γης είναι πάρα πολύ ζεστό (1000 o C 3000 ο C στο µανδύα και > 4000 o C στον πυρήνα) και θα συνεχίσει να είναι και στο µέλλον. Ο ρυθµός και η δυνατότητα πλήρους Ενεργειακής επαναφόρτισης ενός Γεωθερµικού Συστήµατος αποτελεί το κρίσιµο κριτήριο στην ταξινόµηση ενός πόρου ως ανανεώσιμου ή όχι. Τα Γεωθερμικά Πεδία (σχήμα 7.1) τροφοδοτούνται βασικά µε µμετεωρικά νερά (βροχή, χιόνι) ή άλλα επιφανειακής προέλευσης νερά (θαλάσσια, λιµναία, ποτάµια), που κατεισδύουν στο εσωτερικό της Γης και κυκλοφορούν υπογείως, θερµαίνονται, εµπλουτίζονται σε άλατα και αέρια και µπαίνουν στο διαρκή κύκλο µεταφοράς θερµότητας. Μέσα στον ταµιευτήρα, όπου η κυκλοφορία είναι πιο γρήγορη και εύκολη, Σελίδα 77

86 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις συγκεντρώνονται νερά κάτω από συνθήκες αυξηµένης πίεσης και θερµοκρασίας, που θερµαίνονται µε συναγωγή αλλά και αγωγή. Σχήμα 7.1 Μοντέλο δηµιουργίας ενός Γεωθερµικού Πεδίου, που παράγει ατµό, και τα κύρια γνωρίσµατά του (από πάνω προς τα κάτω): η περιοχή επαναφόρτισης, το αδιαπέρατο κάλυµµα, ο ταµιευτήρας Γεωθερµικών Ρευστών και η πηγή Ενέργειας. Διαπιστώνεται η ανανεωσιµότητα του Γεωθερµικού Συστήµατος, αφού τροφοδοτείται συνεχώς από επιφανειακά νερά. Ο ταµιευτήρας προστατεύεται από στεγανό Γεωλογικό Κάλυμμα, που εµποδίζει τη διάχυση της Θερµικής Ενέργειας στην επιφάνεια. Κάποιος βαθµός τοπικής εξάντλησης των πόρων στο συγκεκριµένο πεδίο/ταµιευτήρα, µπορεί να συµβεί κατά την αξιοποίηση του πόρου, όταν ο ταµιευτήρας των Γεωθερµικών Ρευστών δεν «επικοινωνεί» µε την επιφάνεια του εδάφους, παρά µόνο σε πολύ µακρινή απόσταση και ο ρυθµός επανατροφοδοσίας και θέρµανσης των ρευστών δεν είναι ίσος µε το ρυθµό άντλησης αυτών. Σε µερικούς µόνο θερµούς και εγκλωβισµένους ταµιευτήρες, µέσα σε βαθιές ιζηµατογενείς λεκάνες, η Ενεργειακή επαναφόρτιση ελέγχεται από την αγωγή θερµότητας και είναι µια αργή διαδικασία. Υπάρχει βέβαια και η ακραία περίπτωση των εντελώς Σελίδα 78

87 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις κλειστών ταµιευτήρων (κυρίως σε βαθιές ιζηµατογενείς λεκάνες), οπότε η εκµετάλλευση µε άντληση θα µπορούσε να οδηγήσει κάποια στιγµή, στην πρακτική εκκένωση του ταµιευτήρα (όπως γίνεται µε τους ταµιευτήρες των υδρογονανθράκων).τα πιο συνηθισµένα συστήµατα είναι τα υδροθερµικά, όπου τα φυσικά υπόγεια θερµά ρευστά, τα οποία συγκεντρώνονται σε έναν ή περισσότερους ταµιευτήρες, θερµαίνονται από µία εστία θερµότητας και µε τη βοήθεια γεωτρήσεων έρχονται στην επιφάνεια και γίνονται αντικείµενο αξιοποίησης. Είναι τα κύρια συστήµατα που αξιοποιούνται σήµερα. Κατά την εκµετάλλευση των υδροθερµικών συστηµάτων, η επανατροφοδοσία της Ενέργειας επιτυγχάνεται µε τη φυσική αναπλήρωση του νερού στον ταµιευτήρα, στο ίδιο περίπου χρονικό διάστηµα στο οποίο γίνεται η παραγωγή των ρευστών. Αυτό σηµαίνει ότι το υπόγειο νερό ή ο ατµός που χρησιµοποιούνται για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας ή για την κάλυψη θερµικών αναγκών (άµεσες χρήσεις Γεωθερµίας), µε την κατάλληλη διαχείριση, δε θα ελαττωθούν, επειδή η κατείσδυση θα συνεχίσει να επανατροφοδοτεί τους Γεωθερµικούς Ταµιευτήρες. Αρκεί να µη γίνεται υπεράντληση. Η επαναδιοχέτευση των ρευστών, µετά τη χρήση τους µε άλλες γεωτρήσεις και σε ικανοποιητικές αποστάσεις, µπορεί να αντικαταστήσει πλήρως την ποσότητα και την πίεση των ρευστών του ταµιευτήρα. Συνεπώς, οι Γεωθερµικοί Πόροι µπορεί να θεωρηθούν ως ανανεώσιµοι στην κλίµακα χρόνου των Τεχνολογικών και Κοινωνικών Συστηµάτων και δε χρειάζονται µεγάλους Γεωλογικούς Χρόνους (περιόδους) για αναγέννηση, όπως γίνεται µε τα αποθέµατα των συµβατικών καυσίµων. 7.2 ΟΙ ΑΜΕΛΗΤΕΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η Γεωθερμική Ενέργεια θεωρείται καθαρή μορφή Ενέργειας, ιδιαίτερα όταν συγκρίνεται µε τις συμβατικές μορφές Ενέργειας, µε αμελητέες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την εκμετάλλευσή της. Όταν αυτές υπάρχουν, μπορεί να είναι κατά περίπτωση οι εξής: εκπομπές µη συμπυκνωμένων αερίων, θερμική και χημική ρύπανση από επιφανειακή διάθεση αλμολοίπων - πολφού διάτρησης, θόρυβος, επιφανειακές οχλήσεις, Σελίδα 79

88 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις χρήσεις Γης. 7.3 ΔΙΕΥΚΡΙΝΙΣΕΙΣ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΘΕΜΑ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Επειδή το θέμα των επιπτώσεων της Γεωθερμίας στο περιβάλλον, πήρε στην Ελλάδα τεράστιες διαστάσεις, εξαιτίας της παραπληροφόρησης που αναπτύχθηκε στην περίπτωση της Μήλου, επιβάλλεται να διευκρινισθούν αναλυτικά κάποια πράγματα. Δίνονται αναλυτικές απαντήσεις και εξετάζονται όλα τα ενδεχόμενα, ώστε να µην υπάρχει το παραμικρό ίχνος αμφιβολίας και σκεπτικισμού για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της Γεωθερμικής Ενέργειας. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της Γεωθερμίας εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του Γεωθερμικού Πεδίου, το είδος και το μέγεθος των εφαρμογών και τη φυσιογνωμία της περιοχής εκμετάλλευσης. Τα Γεωθερμικά Ρευστά υψηλής ενθαλπίας (θερμοκρασία >150 ο C), που χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή Hλεκτρικής Ενέργειας, ανέρχονται υπό πίεση, µέσω βαθιών γεωτρήσεων και αποτελούνται από φυσικού μίγμα ατμού και αερίων, µε ή χωρίς νερό. Ο ατμός περιέχει ουσιαστικά µόνο νερό στην αέρια φάση. Τα µη συμπυκνώσιμα αέρια, που μπορεί να περιέχονται στα Γεωθερμικά Ρευστά υψηλής ενθαλπίας, είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), το υδρόθειο (Η 2 S), το μεθάνιο (CH 4 ), το ραδόνιο (RN), η αμμωνία (NH 3 ), ενώ δεν εκπέμπονται σχεδόν καθόλου οξείδια του αζώτου (NO x ). Τα Γεωθερμικά Αέρια μπορεί να περιέχουν ίχνη υδραργύρου (Hg), ατμούς βορίου (B) και κάποιους υδρογονάνθρακες. Οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα CO 2 από Γεωθερμικές Μονάδες, είναι κατά πολύ μικρότερες από τις αντίστοιχες εκπομπές των ατμοηλεκτρικών μονάδων και συγκρίνονται ευνοϊκά µε τις εκπομπές (έμμεσες ή άμεσες) από άλλες Α.Π.Ε. Οι Γεωθερμικές Μονάδες νέας γενιάς, εκπέμπουν λιγότερο από 0,5 kg ανά MWh, συγκρινόμενες µε τα περίπου 1000 kg CO 2 ανά MWh, που εκπέμπονται από ατμοηλεκτρικούς σταθμούς που χρησιμοποιούν άνθρακα. Το CO 2 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως Bιομηχανικό παραπροϊόν. Για περαιτέρω περιορισμό των εκπομπών CO 2 μπορεί να εφαρμοστεί η λεγόμενη υγρή επανεισαγωγή των αερίων στον ταμιευτήρα Σελίδα 80

89 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις (το CO 2 διαλύεται στο θερμό αλμόλοιπο, το οποίο στη συνέχεια επανεισάγεται στον ταμιευτήρα µε κατάλληλες γεωτρήσεις). Το υδρόθειο (H 2 S), λόγω της έντονης οσμής του (γίνεται αντιληπτό από τον άνθρωπο ακόμη και σε ελάχιστες συγκεντρώσεις) και της σχετικής τοξικότητάς του, είναι υπεύθυνο για τις προκαταλήψεις που έχουν δημιουργηθεί κατά της Γεωθερμίας. Θα πρέπει όμως να τονισθεί ότι υπάρχει πληθώρα τεχνικών δέσμευσης του H 2 S και σχετική τεχνολογία (διεργασία Stretford, καύση και έκπλυση του παραγώμενου CO 2, χρήση χημικών ενώσεων του σιδήρου, καταλυτική οξείδωση µε H 2 O 2 κ.ά.) για την αντιμετώπιση του προβλήματος. Το ραδόνιο βρίσκεται σε χαμηλές ή μηδαμινές συγκεντρώσεις και δεν παρουσιάζει κανένα πρόβλημα, αφού από φυσικές πηγές εκπέμπονται καθημερινά πολύ μεγαλύτερες ποσότητες. Πίνακας 7.1 Μέσες εκπομπές επιβλαβών αερίων από διάφορες τεχνολογίες παραγωγής Hλεκτρικής Ενέργειας (σε kg/mwh παραγόμενης Ενέργειας) Μορφή Ενέργειας CO 2 NO x SO x Άνθρακας ,4 11,8 Πετρέλαιο ,4 1,6 Φυσικό Αέριο 453 1,4 0,0 Γεωθερμία* 95 0,3 0,1 Φωτοβολταϊκά 135 0,3 0,4 Βιομάζα 20 1,8 0,5 Στα φωτοβολταϊκά περιλαμβάνονται και οι εκπομπές από τον κύκλο ζωής της Τεχνολογίας. *Για τη Γεωθερμία είναι η μέση τιμή για τις κλασικές μονάδες, ενώ οι μονάδες δυαδικού κύκλου έχουν μηδενικές εκπομπές Το υδροχλώριο, όπου και όταν βρεθεί, απομακρύνεται κατάλληλα. Οξείδια του θείου δεν εκπέμπονται από τις Γεωθερμικές Χρήσεις. Κατόπιν οξείδωσης του H 2 S μπορεί να υπάρχουν ελάχιστες μέχρι μηδενικές εκπομπές SO 2, σε αντίθεση µε τις μονάδες των συμβατικών καυσίμων. Η αμμωνία απαντάται σε μικρές ποσότητες και σε ορισμένου τύπου μονάδες. Ο υδράργυρος είναι ελάχιστος ή δεν υπάρχει καθόλου. Σελίδα 81

90 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις Το βόριο μπορεί να παρασυρθεί σε πολύ μικρές ποσότητες στην αέρια φάση. Το μεθάνιο, όπου και όταν ανιχνευθεί, μπορεί να διαχωριστεί και να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Ως βέλτιστη πρακτική για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων από τις εκπομπές αερίων από µία Γεωθερμική Μονάδα παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας, συνιστάται η ολική επανεισαγωγή των Γεωθερμικών Ρευστών στον ταμιευτήρα. Πρέπει να τονισθεί ότι τα Γεωθερμικά Ρευστά δεν παράγουν αιωρούμενα σωματίδια, ούτε τέφρα, ούτε καπνό. 7.4 ΔΙΑΘΕΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΜΕΤΑ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Μια άλλη ανησυχία από την αξιοποίηση της Γεωθερμικής Ενέργειας υψηλής ενθαλπίας είναι η διάθεση των Γεωθερμικών Ρευστών μετά τη χρήση τους, τα οποία είναι επιβαρημένα σε άλατα (γι αυτό ονομάζονται και αλμόλοιπα) και θα μπορούν να προκαλέσουν χημική και θερμική ρύπανση των επιφανειακών και υπόγειων ταμιευτήρων, εδάφους - υπεδάφους κ.λπ. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται και αυτό ριζικά µε την ολική επανεισαγωγή στον ταμιευτήρια ή εναλλακτικά µε τη διαδοχική χρήση σε εφαρμογές μικρότερων θερμοκρασιακών απαιτήσεων για εξοικονόμηση Ενέργειας και εκ- µετάλλευση του θερµικού φορτίου των ρευστών και στη συνέχεια η επανεισαγωγή στον ταµιευτήρα. 7.5 ΘΟΡΥΒΟΣ ΣΤΙΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ο θόρυβος στις Γεωθερµικές Μονάδες Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας δεν είναι µεγαλύτερος από το θόρυβο που προκαλείται στις συµβατικές µονάδες. Στο στάδιο κατασκευής των γεωτρήσεων και της μονάδας (εικόνα 7.1), ο θόρυβος είναι µία προσωρινή κατάσταση, που αντιμετωπίζεται µε τη χρήση σιγαστήρων κρούσης και ωτοασπίδων, ενώ κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των Γεωθερμικών Εγκαταστάσεων, ο θόρυβος μπορεί να προέρχεται από τις αντλητικές εγκαταστάσεις, τους ατμοστρόβιλους Σελίδα 82

91 Κεφάλαιο 7 ο : Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις και τους παροδικούς καθαρισμούς των σωλήνων και αντιμετωπίζεται µε την τοποθέτηση μόνιμων εγκαταστάσεων σιγαστήρων και άλλων συσκευών μείωσής του. Οι επιφανειακές οχλήσεις περιορίζονται στο στάδιο κατασκευής των γεωτρήσεων και των μονάδων και σταματούν με την απομάκρυνση των μηχανημάτων και την αποκατάσταση του χώρου. Οι οχλήσεις λόγω εκσκαφών ή διάνοιξης νέων δρόμων, δεν αποτελούν ιδιαιτερότητα της Γεωθερμίας (εικόνα 7.2). Εικόνα 7.1 Το Γεωθερμικό Ρευστό από την παραγωγική γεώτρηση (production well) χρησιμοποιείται για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας σε στρόβιλο συνδεδεμένο με ηλεκτρογεννήτρια και στη συνέχεια ο ατμός, αφού συμπυκνωθεί με εξάτμιση στον πύργο ψύξης, επαναφέρεται στον ταμιευτήρα με γεώτρηση επανεισαγωγής ( injection well) [Πηγή: Geothermal Education Office, Εικόνα 7.2 Blue Lagon Ισλανδία: Δημιουργήθηκε από τα Γεωθερμικά «απόβλητα», δηλαδή τα θερμά νερά μιας γειτονικής μονάδας παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας και αποτελεί έναν πολύ σημαντικό τουριστικό πόλο έλξης. Σελίδα 83