«Εφαρμογές κανονικής Γεωθερμίας στον κλιματισμό των κτηρίων (χειμώνα-θέρος)»

Διήμερο Περιβαλλοντικής Ενέργειας Εξοικονόμηση Ενέργειας σε κτήρια ΕΝΕΡΓΕΙΑ-ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ-ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ «Εφαρμογές κανονικής Γεωθερμίας στον κλιματισμό των κτηρίων (χειμώνα-θέρος)» Heat pumps Athens December 2012 1

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Χαλκίδας ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Ενεργειακών και Περιβαλλοντικών Ερευνών Ψυκτικών Διατάξεων Κλιματισμού & Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας Δρ. Μιχάλης Γρ. Βραχόπουλος, Καθηγητής 2

Γεωθερμική ενέργεια Με τον όρο «γεωθερμική ενέργεια» περιγράφεται η θερμική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης. Η ενέργεια αυτή φθάνει στην επιφάνεια της γης και στη συνέχεια ακτινοβολείται στο διάστημα, παράλληλα αποθηκεύεται και σε υπόγειους ή επιφανειακούς σχηματισμούς με τη μορφή θερμών ατμών, υπόγειων θερμών νερών καθώς και θερμών ξηρών πετρωμάτων.

Γεωθερμικά πεδία Ανάλογα με τη θερμοκρασία του υπεδάφους ή του ρευστού χωρίζονται σε: Υψηλής Ενθαλπίας. Όταν η θερμοκρασία των παραγόμενων ρευστών ξεπερνά τους 150 ο C. Τα ρευστά αυτά αποτελούνται στις περισσότερες περιπτώσεις από μίγμα υγρού ατμού και θερμού νερού. Μέσης Ενθαλπίας με θερμοκρασίες ρευστών μεταξύ 150-90 ο C, και Χαμηλής Ενθαλπίας με θερμοκρασίες ρευστών μεταξύ 100-25 ο C Περιβαλλοντική (ή Πολύ Χαμηλής Ενθαλπίας με θερμοκρασίες αντίστοιχες των μέσων ετησίων του αέρα περιβάλλοντος συνήθως μικρότερες των 25 ο C, Κανονική, ΟμαλήήΑβαθής). Παγετός (ή Πάρα Πολύ Χαμηλής Ενθαλπίας με θερμοκρασίες μικρότερες των 0 ο C ή Permafrost).

Χάρτης Θερμότερων και «ψυχρότερων» Γεωθερμικών Περιοχών

Γεωθερμία Σημαντικό πλεονέκτημα της «Γεωθερμίας» έναντι των λοιπών Α.Π.Ε. είναι η μόνιμη «παροχή» (ροή) ενέργειας καθ όλο το έτος, χωρίς διακυμάνσεις και με μικρό λειτουργικό κόστος καθώς και η δυνατότητα πλήρους ανάκτησης και εκμετάλλευσης της υπάρχουσας υπεδαφικής θερμότητας. 6

. Συγκρινόμενη με άλλες εφαρμογές εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας η ηλεκτροπαραγωγή μέσω γεωθερμικών ρευστών παρουσιάζει σημαντικά μεγαλύτερο ετήσιο συντελεστή λειτουργίας τάξης 0,98 (98%) αντίθετα με τα αιολικά που έχουν συντελεστή 0,25 ~ 0,30 και τα υδροηλεκτρικά με συντελεστή 0,40 ~ 0,55. Σε ετήσια απόδοση λοιπόν, ένα σύστημα «γεωθερμικής» ηλεκτροπαραγωγής ισχύος 1,0 MW αντιστοιχεί με αιολικά της τάξης των 3,5 4,0 ΜW. 7

Γεωθερμία & Ελλάδα Η «γεωθερμία» είναι ένας ενεργειακός πόρος ο οποίος στην Ελλάδα, μέχρι την παρούσα χρονική περίοδο, δεν έχει προσελκύσει το επενδυτικό ενδιαφέρον. Κανονική γεωθερμία Η μέση τιμή της γεωθερμικής βαθμίδας ανέρχεται σε 30K( ο C)/km ή 1,0K ανά 30 μέτρα. Κάθε αύξηση (ανωμαλία) στην τιμή της μέσης γεωθερμικής βαθμίδας μεταφράζεται ως αύξηση της ροής θερμότητας προς την επιφάνεια και βελτιώνει τις γεωθερμικές συνθήκες αποτελώντας γεωθερμικό πεδίο.

Γεωθερμία Σήμερα εκτός από την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλη ανάπτυξη παρουσιάζουν οι διατάξεις κανονικής γεωθερμίας για την κάλυψη θερμικών/ψυκτικών αναγκών κτηριακών εγκαταστάσεων. 9

Κανονική (ή Αβαθής) Γεωθερμία Η ενέργεια που συγκεντρώνεται μόνιμα ή εποχικά στις επιφανειακές λιθογραφικές μάζες και δεν παρουσιάζει τιμή θερμοκρασίας διαφορετική από την μέση ετήσια του αέρα της κάθε περιοχής *ΩςΩς αβαθής ορίζεται η γεωθερμία που βρίσκεται στον επιφανειακό φλυό μέχρι 600μ βάθος Η κανονική όμως δεν είναι αυτού καθ αυτού γεωθερμία αλλά ένα συνολο ενεργειών κυρίως ηλιακής. Η μεθοδολογία της ορίζεται κύρια ως αξιοποίηση της αποθηκευτικής ιδιότητας των επιφανειακών υλικών της γης.

Γενικά Στοιχεία Αρχές Λειτουργίας Ηλειτουργίατων Γεωθερμικών Συστημάτων Κλιματισμού βασίζεται στην εκμετάλλευση της σταθερής θερμοκρασίας και της θερμοχωρητικότητας του υπεδάφους.

Το φαινόμενο της σταθερότητας της θερμοκρασίας του υπεδάφους, γίνεται αντιληπτό στους υπόγειους χώρους, οι οποίοι κατά το θέρος (και χωρίς τη χρήση κλιματισμού) είναι ψυχρότεροι από το περιβάλλον ενώ το χειμώνα θερμότεροι. Μέση Ετήσια Θερμοκρασία Αέρα

Βασικές Μέθοδοι αξιοποίησης της Υπεδαφικής Γεωθερμικής Ενέργειας Δίκτυα Ανοικτού Κυκλώματος Δίκτυα Κλειστού Κυκλώματος Οριζόντια Κατακόρυφα

ΡΟΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΝΟΝΙΚΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ηλεκτρικό ρεύμα ~20% ηλεκτρικό ρεύμα 20% Ενέργεια Κλιματισμού 80% Ενέργεια θέρμανσης 100% δωρεάν Γεωθερμική ενέργεια ~80%

Τι προσφέρουν τα συστήματα GSHP (& ASHP) Θέρμανση Ψύξη Ζεστό νερό χρήσης Και έχουν Αποδοτικότητα Μειωμένη συντήρηση Μειωμένες ανάγκες χώρων Μικρό λειτουργικό κόστος Σταθερή απόδοση (ισχύ) Μειωμένα φορτία αιχμής για κλιματισμό 15

Τρόποι σύνδεσης με τη γη Κάθετες Πετρώδες έδαφος Αυξημένο κόστος Μικρή χρήση γης Υψηλή αποδοτικότητα Οριζόντια Μεγάλη χρήση γης Μειωμένο κόστος Μικρά Κτήρια Μεταβολή θερμοκρ. Υπόγειων Υδάτων Υδροφόρος ορίζοντας Μικρότερο κόστος Διατάξεις - Νόμοι Ρύπανση(εναλλακτών) 16

Παράγοντες έργου Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας Βέλτιστη οικονομικότητα όταν: Απαιτείται θέρμανση και ψύξη Μεγάλες εποχιακές αλλαγές θερμοκρασίας Νέα κατασκευή ή αλλαγή - αντικατάσταση συστημάτων Για θέρμανση μόνο: Χαμηλή τιμή ηλεκτρισμού και υψηλή τιμή πετρελαίου, αερίου Για ψύξη μόνο: Υψηλήτιμήηλεκτρισμούκαιχρέωσηαιχμής Διαθεσιμότητα σκαπτικού και διατρητικού εξοπλισμού Αβεβαιότητα κόστους εγκατάστασης εναλλάκτη Κριτήρια οικονομικότητας ιδιοκτήτη

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Κατάργηση του πετρελαίου (μηδενικές εκπομπές CO 2 στο άμεσο περιβάλλον πραγματική συνολική μείωση 45~55%). Το 70 80% της ενέργειας παρέχεται από το περιβάλλον. Μείωση του κόστους λειτουργίας ~50% σε σχέση με συμβατικούς τρόπους θέρμανσης και ψύξης. Δεν απαιτείται δεξαμενή καυσίμων, καμινάδα και καπνοδόχος. Αισθητική αναβάθμιση των κτηρίων (Απουσία αντιαισθητικών εγκαταστάσεων όπως ψύκτης, A/C κλπ) Ένα μηχάνημα για θέρμανση και ψύξη με μικρότερο κόστος συντήρησης. Αθόρυβη λειτουργία. Απουσία καύσεων και σπινθήρων (συνεπώς δεν απαιτείται πυροπροστασία). Απουσία οσμών καυσαερίων, οσμών από δεξαμενή πετρελαίου. Απουσία ανάγκης χώρου για δεξαμενή καυσίμου. Δεν απαιτείται συντήρηση στους γεωεναλλάκτες, ενώ η αντλία θερμότητας χρειάζεται μακρόχρονο περιοδικό έλεγχο. 18

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Αρχικό κόστος κατασκευής Απαίτηση ύπαρξης ηλεκτρικής ενέργειας για λειτουργία. Ειδικός και ακριβής σχεδιασμός εγκαταστάσεων 19

Ανάλυση Είδους εγκαταστάσεων

Κατακόρυφος Γεωθερμικός Εναλλάκτης (Vertical Earth Heat Exchanger VEHE) Θερμαντλία Νερού Νερού ή Ψυκτικού μέσου Κατανάλωση ηλ. ενέργειας Πρόσδοση θερμότητας στον ατμοποιητή Αποβολή θερμότητας από το συμπυκνωτή Κατακόρυφος Γεωθερμικός Εναλλάκτης 21

Προσδιορισμός Συμπεριφοράς Κατακόρυφου Γεωθερμικού Εναλλάκτη Θερμότητας Έχει διαπιστωθεί ότι οι ατμοσφαιρικές συνθήκες επηρεάζουν τη θερμοκρασία σε μικρό σχετικά βάθος, συνήθως μέχρι τα 5 m ενώ έχουν μηδενική επίδραση κάτω των 31 m Η μεταβολή της θερμοκρασίας στα 2m βάθους από την επιφάνεια του εδάφους δε μεταβάλλεται περισσότερο από ±2 C κατά τη διάρκεια του έτους. (Εξαρτάται βέβαια και από τις θερμοφυσικές ιδιότητες του υλικού του υπεδάφους). 22

Μαθηματική έκφραση θερμορροής σε VEHE q o (t) T(t,0) T in, water (t) 0,0,0 T out, water (t) h o, T o (t) I(t) -L A Ε x L x y x z Θερμότητα αγωγής υπεδάφους (θέση z=l z ) q geo t, x, y, L z k J T j 1 t, x, y, z T t, x, y, L j 1 L J j z kj 0,03 L J Θερμότητα συναγωγής & ακτινοβολίας στην επιφάνεια I t t,x,y,0 h T t T t,x,y,0 q j L z =73m L=60m Vertical Heat Exchanger Θερμότητα συναγωγής νερού q t,z h T t T t,z f f j Απορροφούμενη θερμότητα εναλλάκτη h f,t f L z n q t z Q t 0, dz n 2or4σωλήνες A q geo T(t,L) Ε 23

Θερμοκρασιακή Κατανομή Εδάφους Ισοθερμοκρασιακές καμπύλες Μήνας: Απρίλιος T in, water =17,0 C m =0,30kg/s D=28 mm d=22 mm 8 Ακτίνα - Μήκος πεδίου 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Ημέρα 1 η 5 10 19,0 Ακτίνα - Μήκος πεδίου Ακτίνα - Μήκος πεδίου Ακτίνα - Μήκος πεδίου 8 7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Ημέρα 5 η 19,0 18,8 5 10 Ημέρα 10 η 19,0 18,8 5 10 Ημέρα 20 η 19,0 18,8 0 0 5 10 15 15 15 15 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,8 40 19,8 40 19,8 40 19,8 40 20,0 45 50 20,0 45 50 20,0 45 50 20,0 45 50 20,2 55 20,2 55 20,2 55 20,2 55 60 20,4 65 20,4 60 65 20,4 60 65 20,4 20,6 20,6 70 70 20,6 70 20,6 T out,water = 18,6067 C T out,water = 18,0962 C T out,water = 17,8650 C T out,water = 17,6625 C 60 65 70 *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% 24

Μήνας: Ιούλιος T in, water =30,0 C m =0,30 kg/s D=28 mm d=22 mm Ακτίνα - Μήκος πεδίου Ακτίνα - Μήκος πεδίου Ακτίνα - Μήκος πεδίου Ακτίνα - Μήκος πεδίου 8 7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 Ημέρα 1 η 5 10 Ημέρα 5 η 5 10 Ημέρα 10 η 5 10 Ημέρα 20 η 5 10 15 15 15 15 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,2 19,4 19,6 20 25 30 35 Βάθος πεδίου 19,8 40 19,8 40 19,8 40 19,8 40 45 45 45 45 20,0 50 20,0 50 20,0 50 20,0 50 20,2 55 20,2 55 20,2 55 20,2 55 20,4 60 65 20,4 60 65 20,4 60 65 20,4 60 65 20,6 70 20,6 70 20,6 70 20,6 70 T out,water = 23,4044 C T out,water = 25,4931 C T out,water = 26,4457 C T out,water = 27,2813 C 25

Διάγραμμα Ισχύος Γεωθερμικού Εναλλάκτη Ισχύς (kwatt) 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Μήνας: Ιούλιος D=28 mm d=22 mm βάθος 60m α β (1) :Twater(in)=18,7 C, Mwater=0,250 kg (2) :Twater(in)=17,0 C, Mwater=0,300 kg (3) (1): :Twater(in)=17,4 C, T in, =18,7 C, m= Mwater=0,238 0,250 kg/s kg (4) :Twater(in)=17,7 C, Mwater=0,300 kg (2): T - - - :Αντίστοιχες in, water =17,0 C, m= 0,250 kg/s πειραματικές τιμές (1) 0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 480 (4) Χρόνος λειτουργίας (hours) (3): T in, water =17,4 C, m= 0,238 kg/s (4): T in, water =17,7 C, m= 0,300 kg/s. : Πειραματικές τιμές (3) (2) Συνεχής λειτουργία 60μ εναλλάκτης

Οριζόντιος Γεωθερμικός Εναλλάκτης (Horizontal Earth Heat Exchanger HEHE)

Ενδεικτική διαμόρφωση οριζόντιου γεωθερμικού εναλλάκτη

Ενδεικτική διαμόρφωση οριζόντιου γεωθερμικού εναλλάκτη

ΠροσδιορισμόςΣυμπεριφοράςΟριζόντιουΓεωθερμικού Εναλλάκτη Θερμότητας q Θερμότητα αγωγής υπεδάφους κατά x(θέση z=l z ) geo kj T t, L, y, z x t, x, L, z T t, L, L, z j 1 j 1 y L J j x y Θερμότητα συναγωγής & ακτινοβολίας στην επιφάνεια έντονη η παρουσία για μικρά βάθη. q I t t x, y,0 h T t T t, x, y, 0, q j Θερμότητα συναγωγής νερού t, x h T t T t x f f j, Απορροφούμενη θερμότητα εναλλάκτη L x q t, Q t 0 x dx 31

Μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες αέρα και επιφανειακού υπεδάφους* ΒΑΘΟΣ ΜΕΓΙΣΤΗ ΕΛΑΧΙΣΤ ΗΜΕΡ. ΘΕΡΜ. ΗΘΕΡΜ. ΗΜΕΡ. Αέρας 40,2 o C 6η/7ου 6 o C 26η /1ου 0,6μ 29,24 o C 17η /7ου 16,94 o C 16η /1ου 1μ 28,24 o C 27η /7ου 2μ 26,38 o C 22η /8ου 3μ 25,20 οc 17η /9ου 4μ 24,44 o C 13η/10ου 5μ 23,95 o C 12η/11ου 17,94 o C 19,72 o C 20,98 o C 21,74 o C 23,23 o C 24η /1ου 22η /2ου 19η/3ου 14η /4ου 10η/5ου *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% 32

Η ετήσια μεταβολή θερμοκρασίας εισόδου στον εναλλάκτη εδάφους σαν συνάρτηση του βάθους. 40,00 35,00 0,6μ 30,00 1μ TEMPERATURE 25,00 20,00 15,00 2μ 3μ 10,00 4μ 5,00 5μ 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 DAYS *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% Χωρίς την επίδραση της θερμικής διάχυσης απείρου. 33

1 ο Συμπέρασμα Η αναπτυσσόμενη χρονική υστέρηση 10-120 ημερών συνεπάγεται σημαντική υποβοήθηση στα εποχικά φορτία. Χονδρικά: Απόδοση περί τα 15W/m Μήκους ή 25W/m βάθους 34

Μεταβολή της θερμοκρασίας του υπεδάφους για διαταραγμένο πεδίο

Μεταβολήτηςθερμοκρασίαςτουυπεδάφους για διαταραγμένο και αδιατάρακτο πεδίο, κατά βάθος MEAN TEMEPERATURE 23,24 23,22 23,20 23,18 23,16 23,14 23,12 23,10 23,08 ΑΔΙΑΤΑΡΑΧΤΟ ΠΕΔΙΟ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ 1η ΔΙΑΤΑΡΑΧΗ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ 2η ΔΙΑΤΑΡΑΧΗ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ 3η ΔΙΑΤΑΡΑΧΗ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ 4η ΔΙΑΤΑΡΑΧΗ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ 5η ΔΙΑΤΑΡΑΧΗ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ 23,06 0 1 2 3 4 5 6 DEPTH *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% Χωρίς την επίδραση της θερμικής διάχυσης απείρου. 36

Περιοδική θέρμανση εδάφους Η μέση τιμή της θερμοκρασίας του εδάφους κατά βάθος αυξάνεται από το 1 ο έως το 5 ο έτος λειτουργίας της κλιματιστικής εγκατάστασης από 23,20 σε 23,24 ο C δηλαδή 0,04Κ. Κατά τους χειμερινούς μήνες παρατηρείται μικρή μείωση της θερμοκρασίας κατά βάθος λόγω της απορρόφησης θερμότητας από το έδαφος μέσω της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας κατά 1,77 Κ ( ο C), ενώ κατά τους θερινούς μήνες παρουσιάζεται μικρή αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1,8 Κ ( ο C) κατά βάθος λόγω αποβολής θερμότητας προς το έδαφος. 37

Στοιχεία ψυκτικής διάταξης

Συμπεριφορά μονοβάθμιας ψυκτικής διάταξης νερού αέρα σε διάγραμμα lnp-h, για εξωτερικές θερμοκρασίες T db =35 o C και T db =40 o C (λειτουργία κατά το θέρος) ΔΤ cond,max ~8~12 Κ ( ο C)

Διάγραμμα μεταβολών ψυκτικού κύκλου με χρήση γεωθερμικού εναλλάκτη 31,5bar 13,5bar dp air 3,2bar dp geo dh st,air dh st,geo

Σύγκριση Συντελεστή συμπεριφοράς (COP) μονοβάθμιας ψυκτικής διάταξης νερού αέρα με COP μονοβάθμιας ψυκτικής διάταξης νερού νερού (γεωθερμικό)

Σύγκριση ψυκτικής ικανότητας (Q steamer ) μονοβάθμιας ψυκτικής διάταξης νερού αέρα με μονοβάθμια ψυκτική διάταξη νερού νερού (γεωθερμικό )

Ετήσια μεταβολή COP με παράμετρο το βάθος τοποθέτησης οριζοντίου εναλλάκτη 6,00 0,6μ 5,00 1μ 4,00 2μ COP 3,00 3μ 2,00 4μ 1,00 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 DAYS *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% Χωρίς την επίδραση της θερμικής διάχυσης απείρου. 5μ 43

Οικονομική Ανάλυση Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας Εφαρμογή: Το κόστος αγοράς αερίου καυσίμου είναι 1,2 /kg, θερμογόνου δυνάμεως Ηu=45.000 kj/kg και το δε κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας είναι 0,18 /kwh έως 0,25 /kwh. Εάν ο συντελεστής πολλαπλασιασμού της γεωθερμική αντλίας θερμότητας, κινούμενης από ηλεκτροκινητήρα, είναι COP =4,8, να συγκριθεί το κόστος λειτουργίας αυτής με μία εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης που χρησιμοποιεί το παραπάνω αέριο καύσιμο και παρουσιάζει βαθμό απόδοσης 0,90. Απάντηση: Θυμίζω, ότι 1kWh (=861,24 kcal) =3600kJ. Ονομάζεται περίπτωση (α) η θέρμανση της κατοικίας με αέριο και περίπτωση (β) η θέρμανσημεαντλίαθερμότητας: Περίπτωση (α): Το κόστος της καταναλισκόμενης ενέργειας είναι: P1 1,2 3 c 10,67 10 n Hu 0,9 45000 kwh 3600 kwh όπου:ρ 1 = το κόστος του αερίου, /kg n = οβαθμόςαπόδοσηςτηςκαύσης Ηu= η θερμογόνος δύναμη του αερίου, kj/kg 44

Περίπτωση β: Το κόστος της καταναλισκόμενης ενέργειας είναι: P2 0,18 3 c 3,75 10 COP 4,8 kwh kwh P2 0,25 3 c 5,2 10 COP 4,8 kwh kwh όπου: Ρ 2 = το κόστος της ηλεκτρικής kwh σε./kwh COP ΑΘ = ο συντελεστής πολλαπλασιασμού της ΑΘ. Συμπέρασμα: Είναι προφανές ότι η ΓΑΘ κάνει εξοικονόμηση χρημάτων από 64% έως 51% περίπου. 45

Περίπτωση γ: Σύγκριση Αέρος - Γεωθερμική: P c COP 2 0 3 air,18 6,0 10 3 kwh kwh P c COP 2 0 3 geo,18 3,75 10 4,8 kwh kwh P c COP 2 0 3 air,25 8,3 10 3 kwh kwh P c COP 2 0 3 geo,25 5,2 10 4,8 kwh kwh Συμπέρασμα: Είναι προφανές ότι η ΓΑΘ κάνει εξοικονόμηση χρημάτων συγκριτικά με την ΑΘ 37,5% περίπου. 46

Σύγκριση κόστους λειτουργίας κανονικής γεωθερμίας και εγκαταστάσεων αέρα* ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Βάθος (m) /m 2 /έτος -% 0,6 22,12 22,4% 1 21,59 24,3% 2 20,31 28,8% 3 19,33 32,2% 4 18,73 34,2% 5 18,43 35,4% ΑΕΡΑΣ 28,52 0% *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% Χωρίς την επίδραση της θερμικής διάχυσης απείρου.

2 ο Συμπέρασμα Εφόσον οι θερμοκρασίες του εδάφους κυμαίνονται από 15-31 ο C σε όλη τη διάρκεια του έτους από 0,6-5m. Οι τιμές του COP κυμαίνονται μεταξύ του 3,2-6,5 για όλες τις εποχές, χειμώνα και θέρος αντίστοιχα και η μέση ετήσια τιμή κοντά στο 4,8~5,5. Το ποσοστό μείωσης του λειτουργικού κόστους, 22-32%, σε σχέση με το ποσοστό αύξησης του αρχικού κόστους της εγκατάστασης κατά 27-30%, αποσβένεται σε διάστημα περί από 3~10 έτη *Υλικά υπεδάφους με k=1,0w/mk, c=800kj/kgk, ρ=200kg/m 3 υγρασία ~25% Χωρίς την επίδραση της θερμικής διάχυσης απείρου. 48

Κύριαστοιχείαγιασχεδιασμό Χαρακτηριστικά μεγέθη υλικών υπεδάφους Θερμική αγωγιμότητα k [W/mK], Ειδική Θερμότητα c [kj/kgk], Πυκνότητα ρ [kg/m 3 ] Υγρασία [%] 49

Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας. Αλλά? kaι! Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos

Νομοθετικό Πλαίσιο Ελλάδας Ο βασικός λόγος που στάθηκε εμπόδιο στην ανάπτυξη εμπορικών εφαρμογών εκμετάλλευσης των γεωθερμικών πεδίων στην Ελλάδα, ήταν το μέχρι πρότινος ισχύον Νομοθετικό πλαίσιο. Από τον Αύγουστο του 2003, με την ψήφιση του ν. 3175/03 (Αξιοποίηση του Γεωθερμικού Δυναμικού, Τηλεθέρμανση & άλλες διατάξεις) ο οποίος ορίζει σαφώς τις δυνατότητες και προϋποθέσεις εκμετάλλευσης της υπεδαφικής ενέργειας, άνοιξε ο δρόμος για την επενδυτική εμπορική ανάπτυξη στον τομέα αυτό. Με βάση το νέο Νόμο προβλέπεται η δυνατότητα παραγωγής και πώλησης Ηλεκτρικής Ενέργειας καθώς και η παράπλευρη εκμετάλλευση δικτύων διανομής θερμικής ενέργειας προς τρίτους (τηλεθέρμανση τηλεψύξη). Σε ότι αφορά τις διαδικασίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ισχύουν παράλληλα και οι διατάξεις του ν. 2773/99 (Απελευθέρωση της Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Ρύθμιση θεμάτων Ενεργειακής πολιτικής & λοιπές διατάξεις).

Στοιχεία Γεωθερμικής Αντλίας θερμότητας CONDITIONS REFERRED TO: Evap. T in Evap. T out Cond. T in Cond. T out COOLING 12 7 30 35 HEATING 0-3 30 35 COOLING MODE HEATING MODE Evap. T in [ C] 12 0 Evap. T out [ C] 7-3 ETHYLENE Fluid WATER GLYCOL Glycol [%] 0 21 Fouling factor [m² C/W] 0 0 Flow rate [m³/h] 5,6 8,18 Pressure drop [kpa] 27,3 65,38 52

Τεχνικά χαρακτηριστικά 53

ΟΙΚΟΝΟΜΟΤΕΧΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ- ΥΔΡΟΨΥΚΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ - ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ Η οικονομοτεχνική ανάλυση που ακολουθεί, συγκρίνει την ενεργειακή απόδοση μεταξύ του προτεινόμενου συστήματος Κλιματισμού (Γεωθερμικό - Υδρόψυκτο Heat Pump) και του συμβατικού συστήματος (Αερόψυκτο Chiller & Λέβητας Diesel). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση συνοψίζονται στα ακόλουθα : Δεδομένα Κτηρίου : Επιφάνεια : ~4000m² ΨυκτικόΦορτίοΚτηρίου : 400,0 kw th ΘερμικόΦορτίοΚτηρίου : 350,0 kw th Μήνες Λειτουργίας : Ιανουάριος Δεκέμβριος Ημέρες Λειτουργίας : Δευτέρα Παρασκευή Ώρες Λειτουργίας : 06:00 18:00 Κόστος Ηλεκτρικής Ενέργειας : 0,12 /kwh el Κόστος Diesel : 0,70 /lt COP(EER) Γεωθερμικού H/P (+συντήρηση) : 4.2 COP Αερόψυκτου H/P (+συντήρηση) : 2.5 Βαθμός απόδοσης Λέβητα : 85% (typical) Θερμοκρασία αναφοράς Ψύξης : 25 C Θερμοκρασία αναφοράς Θέρμανσης : 18 C 54

Τυπικά συνολικά φορτία για όλο το έτος στην Αττική 4000,00 3000,00 Θέρος 2000,00 1000,00 W/m 2 /day 0,00-1000,00-2000,00 0 50 100 150 200 250 300 350-3000,00-4000,00 Χειμώνας -5000,00-6000,00 DAYS

Ανάλυση φορτίων Κάποιες περιπτώσεις, Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos

Residential Annual cooling & heating load variation 120.000 100.000 80.000 (kwhth) 60.000 40.000 20.000 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Months RESIDENTIAL Cooling RESIDENTIAL Heating 57

Retail Annual cooling & heating load variation (kwhth) 200.000 180.000 160.000 140.000 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Months RETAIL Cooling RETAIL Heating 58

Λειτουργικά, Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos

Λειτουργικά Κατοικία στη Μυτιλήνη 2007~8 (συνολικές ετήσιες ώρες θέρμανσης 1320) περίοδος Οκτώβρη 07 μέχρι και Γενάρη 08 Έκταση 250τμ, Μονοκατοικία. Θέρμανση 24ώρες/ημέρα και θερμό νερό χρήσης από γεωθερμία. Έξοδα λειτουργίας κτιρίου 2695kWh ή (620 ), περιλαμβάνει θέρμανση, θερμό νερό, λοιπές ηλεκτρικές καταναλώσεις 3μελούς οικογένειας Διαμέρισμα στην Αθήνα 2007~8 (συνολικές ετήσιες ώρες θέρμανσης 1100) περίοδος Οκτώβρη 07 μέχρι και Γενάρη 08 Έκταση 100τμ, Πολυκατοικία. Θέρμανση 6ώρες/ημέρα και θερμό νερό χρήσης από ηλεκτρικό θερμοσίφωνα. Έξοδα λειτουργίας Θέρμανσης κτιρίου 390 (συμμετοχή στην πολυκατοικία 18 διαμερισμάτων) και 220 ηλεκτρικές λοιπές καταναλώσεις. Σύνολο 610 περιλαμβάνει θέρμανση, θερμό νερό, λοιπές ηλεκτρικές καταναλώσεις 3μελούς οικογένειας.

Εγκαταστάσεις 61

Έργα Ρομανός - πύλου

Porto Ρομανός - Πύλου

Μορφή δικτύου, ανοικτού κυκλώματος Τηλεκλιματισμού Μούδρος - Λήμνου

Συνδέσεις μηχανοστασίων Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos

Συσκευές Αντλία θερμότητας BOILER ζεστού νερού χρήσης

Συνδέσεις 67

Συνδέσεις 68

«Έργο Στην Ξάνθη» Κατασκευαστής ENERGY CENTER BUDERUS Μηχανικός Έργου : Μπατσάκης Χρήστος Πελάτης : Γιαννακόπουλος Ανέστης Περιοχή : Κόσμιο Κομοτηνής Μονοκατοικία : 170 m 2 Είδος εγκατάστασης Γεωθερμική Αντλία + Ζεστό Νερό Χρήσης + Θέρμανση (Υποβοήθηση στη θέρμανση με ηλιακούς συλλέκτες ) + Ψύξη. Γεωθερμική αντλία WPS20R : 23/30,7 KW (Ψύξη/Θέρμανση) Επίπεδοι Ηλιακοί Συλλέκτες, 8 τεμάχια x2m 2 Ζεστό Νερό Χρήσης HLS SOLAR 400 LT (Σερπαντίνα αντλίας 3,0 m 2 / Σερπαντίνα Ηλιακού 1,2 m 2 ) οχείο αδρανείας 500 LT Logalux PN 500EW με σερπαντίνα ηλιακού 2,1m 2 (Λειτουργεί ως BUFFER για τη θέρμανση ) οχείο αδρανείας 200 LT Logalux P200 DEW (Buffer στην ψύξη ) 69

«Σχέδιο εγκατάστασης»

«Συνδέσεις Μηχανοστασίου»

«Συνδέσεις»

«Συνδέσεις»

«ιάγραμμα και έλεγχος» 74

«Έργο Στην Ξάνθη» Υπόλοιπα Στοιχεία Ειδική ισχύς: Θέρμανση : 180,6W/m 2 Ψύξη 135,3 W/m 2 Ετήσια.. Ενέργεια Θέρμανση: 301,6 kwh/year/m 2 Ψύξη: 145,8 kwh/year/m 2 Σύνολο: 447,4 kwh/year/m 2 Ειδική εγκατάσταση ήλιου 0,094 solar m 2 /m 2 Ειδική ηλιακή ισχύς: Θέρμανση : 47,06W/m 2 ή 141,17 Wh/day/m 2 Ειδικός όγκος νερού χρήσης 2,35 lit/m 2 Ειδικός όγκος αποθήκευσης νερού θέρμανσης 2,94 lit/m 2 Ειδικός όγκος αποθήκευσης νερού ψύξης 1,17 lit/m 2 19,9 kwh/year/m 2 75

«Σχέδιο εγκατάστασης Μηχανοστασίου, ΕΜΠ Μεταλλειολόγοι»

Πρόταση κτηρίου ΕΕΒΕΑΘ Συνθήκες λειτουργίας: Ηγουμενίτσα ζώνη Γ 1600βηθ 1000βηψ (αναγωγή) 77

Πρόταση κτηρίου ΕΕΒΕΑΘ Cooling Heating DHW Cooling Heating DHW kwh kwh kwh kwh kwh kwh Ιανουάριος 47.666 238 8.474 53 Φεβρουάριος 40.657 238 7.228 53 Μάρτιος 40.271 238 7.159 53 Απρίλιος 35.213 238 6.260 53 Μάιος 3.831 3.332 238 1.518 592 53 Ιούνιος 10.480 238 3.791 53 Ιούλιος 14.229 238 5.471 53 Αύγουστος 14.899 238 6.760 53 Σεπτέμβριος 8.336 238 4.393 53 Οκτώβριος 1.739 5.575 238 1.080 53 Νοέμβριος 20.979 238 3.571 53 Δεκέμβριος 39.872 238 6.787 53 Δαπανώμενη Ενέργεια (kwh) 53.513 233.564 2.861 23.014 40.071 631 Μερικό Ετήσιο Κόστος ( ) 6.422 16.349 200 2.762 4.809 76 Συνολικό Ετήσιο Κόστος ( ) 22.971 7.646

Πρόταση κτηρίου ΕΕΒΕΑΘ Για κατακόρυφες κλειστού τύπου γεωτρήσεις απαιτούνται περί τα 3000μ ο χώρος μπορεί να παραλάβει περί τα 500μ Συνεπώς μερική κάλυψη της ισχύος 17% Κάλυψη φορτίου περί το 28~32% και ετήσιο όφελος περί τα 4.500 Για ανοικτού τύπου γεωτρήσεις παροχή ~30m 3 /h -πρόβλημα με αδειοδότηση Αλλά Πλήρης κάλυψη της ισχύος και ετήσιο όφελος περί τα 15.500 79

Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos

Energy & Environment Laboratory of CIT Refrigeration Provision Air Conditioning & Alternative Energy Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos 81