ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΒΑΘΟΥΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΤΟΥ ΝΕΟΥ ΔΗΜΑΡΧΕΙΟΥ ΠΥΛΑΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΑ ΕΤΗ

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΒΑΘΟΥΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΤΟΥ ΝΕΟΥ ΔΗΜΑΡΧΕΙΟΥ ΠΥΛΑΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΑ ΕΤΗ 2003-2005 Α. Μιχόπουλος, Δ. Μπόζης, Ν. Κυριάκης Εργαστήριο Κατασκευής Συσκευών Διεργασιών, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Α.Π.Θ. Τηλ./Fax 2310 996087, Τ.Θ. 487, Τ.Κ. 541 24 Θεσσαλονίκη. apmich@auth.gr, dmbozis@otenet.gr, nkyr@auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το Σεπτέμβριο του 2002 τέθηκε σε λειτουργία ένα αβαθές γεωθερμικό σύστημα για τον πλήρη κλιματισμό του Νέου Δημαρχείου Πυλαίας στο Νομό Θεσσαλονίκης. Το σύστημα αποτελείται από τον κατακόρυφο γεωεναλλάκτη, έντεκα (11) αντλίες θερμότητας νερούνερού, τρεις (3) κλιματιστικές μονάδες, τερματικές μονάδες ανεμιστήρα-στοιχείου (fan coils), καθώς και από τα απαραίτητα δίκτυα νερού και αέρα. Η εφαρμογή είναι πρωτοποριακή σε μέγεθος για τον Ελλαδικό χώρο και παρακολουθείται συνεχώς από το Εργαστήριο Κατασκευής Συσκευών Διεργασιών (ΕΚΣΔ) του Α.Π.Θ. Επειδή η εφαρμογή χρησιμοποιείται και για ερευνητικούς σκοπούς εγκαταστάθηκε σύστημα συνεχούς καταγραφής δεδομένων (data logger) που καταγράφει τις θερμοκρασίες εισόδου/εξόδου του νερού από το γεωεναλλάκτη καθώς και την εξωτερική θερμοκρασία του αέρα. Από την επεξεργασία των παραμέτρων που καταγράφονται και καλύπτουν χρονική περίοδο τριών ετών, προκύπτουν ικανοποιητικά συμπεράσματα για την απόδοση και λειτουργία του συστήματος καθώς και συμπεράσματα ευρύτερου ενδιαφέροντος που μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμο οδηγό στο σχεδιασμό και λειτουργία παρόμοιων συστημάτων στο μέλλον. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο κλιματισμός δημόσιων και ιδιωτικών κτιρίων με την χρήση αντλιών θερμότητας γίνεται όλο και πιο δημοφιλής λόγω της αύξησης του βιοτικού επίπεδου των κοινωνιών και την επιθυμία των πολιτών για καλυτέρευση των συνθηκών άνεσης στους χώρους διαβίωσης. Οι αντλίες θερμότητας εκμεταλλεύονται κυρίως την ενεργειακή αποθήκη των ήπιων και ανανεώσιμων μορφών ενέργειας όπως ο αέρας του περιβάλλοντος, τα επιφανειακά ή υπόγεια νερά, την ηλιακή και γεωθερμική ενέργεια, συγχρόνως όμως μπορούν να συνδυαστούν και με συμβατικά συστήματα θέρμανσης με λέβητες/καυστήρες αερίου, πετρελαίου. Κύριο χαρακτηριστικό των συστημάτων αυτών είναι ο υψηλός βαθμός απόδοσης (COP) που κυμαίνεται από 2,5 έως και πάνω από 6 και εξαρτάται άμεσα από την θερμοκρασία της ενεργειακής πηγής (πρωτεύον κύκλωμα των αντλιών) στην οποία αντλούν ή απορρίπτουν θερμότητα κατά την θερμική και ψυκτική τους λειτουργία. Κατά συνέπεια η υψηλή θερμοκρασία της ενεργειακής πηγής κατά την χειμερινή λειτουργία και αντίστοιχα η χαμηλή θερμοκρασία αυτής στην θερινή λειτουργία εξασφαλίζουν στο σύστημα υψηλή ενεργειακή απόδοση και χαμηλό κόστος λειτουργίας. Η αναζήτηση ενεργειακών αποθηκών με τα παραπάνω χαρακτηριστικά αλλά και με ικανή θερμοχωρητικότητα ώστε αυτή να είναι εκμεταλλεύσιμη χρονικά σε όλο το έτος οδήγησε στην ραγδαία ανάπτυξη κατά τα τελευταία είκοσι χρόνια των συστημάτων αβαθούς γεωθερμίας. Τα συστήματα αβαθούς γεωθερμίας αποτελούνται από αντλίες θερμότητας οι οποίες συνδυάζονται με κατάλληλες διαμορφώσεις και κατασκευές (γεωεναλλάκτες). Ως σκοπό έχουν την αξιοποίηση της θερμοχωρητικότητας του εδάφους για τη θέρμανση ή ψύξη ενός ρεύματος νερού, το οποίο στη συνέχεια οδηγείται στο πρωτεύον κύκλωμα αντλίας θερμότητας νερού/νερού, το δευτερεύον κύκλωμα της οποίας τροφοδοτεί την εγκατάσταση κλιματισμού του κτιρίου. Ενδεικτικά από στοιχεία των τελευταίων ετών [1] υπολογίζεται πως

η παγκόσμια εγκαταστημένη θερμική ισχύς των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας ανέρχεται σε 12.000 MW (θερμικό) και η ετήσια χρήση ενέργειας σε 20.000 GWh. Ο πραγματικός αριθμός των εγκατεστημένων μονάδων υπολογίζεται περί τις 1.100.000, παρότι τα δεδομένα δεν είναι πλήρη. Από τα διαθέσιμα στοιχεία για την κατασκευαστική μορφολογία των γεωεναλλακτών [1] στις Η.Π.Α. αναφέρεται πως το 46% των συστημάτων είναι κατακόρυφου βρόγχου Εικόνα 1, το 38% οριζόντιου Εικόνα 2, ενώ το 15% αφορά ανοικτά συστήματα Εικόνα 3. Η πλέον διαδεδομένη παγκοσμίως μορφή των κατακόρυφων συστημάτων είναι αυτή του διπλού σωλήνα μορφής U που χρησιμοποιείται σε έναν ή δυο βρόγχους ανά γεώτρηση. Εικόνα 1: Κατακόρυφο Εικόνα 2: Οριζόντιο Σύστημα Εικόνα 3: Ανοικτό Σύστημα Σύστημα Η χώρα μας αν και διαθέτει τις κατάλληλες συνθήκες για την εγκατάσταση συστημάτων αβαθούς γεωθερμίας εντούτοις οι γνωστές εφαρμογές είναι ελάχιστες με πιο χαρακτηριστικές το κτίριο των Μεταλλειολόγων Μηχανικών στο ΕΜΠ και το Νέο Δημαρχείο Πυλαίας στην Θεσσαλονίκη [2]. Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι να παρουσιάσει τόσο την εγκατάσταση του συστήματος αβαθούς γεωθερμίας του Νέου Δημαρχείου Πυλαίας όσο και τα συμπεράσματα από την τριετή λειτουργία του συστήματος. 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Το σύστημα των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας που εγκαταστάθηκε στο νέο κτίριο του Δημαρχείου της Πυλαίας στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, ξεκίνησε την λειτουργία του τον Σεπτέμβριο του 2003 και παρακολουθείται διαρκώς με κατάλληλες συνεχείς μετρήσεις από το Εργαστήριο Κατασκευής Συσκευών Διεργασιών του Α.Π.Θ. Στο κτίριο στεγάζονται οι υπηρεσίες Διοίκησης του Δήμου Πυλαίας. Είναι χτισμένο σε ημιαστική περιοχή, σε επικλινές οικόπεδο, συνολικής έκτασης 900 m 2, έχει δύο υπόγειους και τρεις υπέργειους ορόφους. Οι κύριοι χώροι του κτιρίου καταλαμβάνουν συνολικά έκταση 1350 m 2 και είναι κυρίως γραφεία, αίθουσες συσκέψεων, μία αίθουσα εκδηλώσεων 200 ατόμων και χώροι κυκλοφορίας. Όλοι οι κύριοι χώροι του κτιρίου κλιματίζονται. Οι βοηθητικοί χώροι του κτιρίου, που έχουν έκταση 1070 m 2, είναι χώροι αποθηκών και αρχείων, ένας υπόγειος σταθμός αυτοκινήτων και χώροι εγκαταστάσεων. Στους χώρους αυτούς έχουν προβλεφθεί απλά οι απαραίτητες εγκαταστάσεις αερισμού εξαερισμού. Το κτίριο είναι σε λειτουργία 250 περίπου ημέρες το χρόνο με βασικό ωράριο 08:00-18:00 h. Ο προσανατολισμός, η μορφή και η διαρρύθμιση των χώρων του κτιρίου είναι τέτοια ώστε να εμφανίζονται ταυτόχρονα, αρκετά συχνά τις ενδιάμεσες κυρίως περιόδους (φθινόπωρο και άνοιξη), απαιτήσεις ψύξης σε κάποιους χώρους του κτιρίου και θέρμανσης σε άλλους. Η περιοχή στην οποία βρίσκεται το κτίριο είναι σε απόσταση 8 km από το κέντρο της Θεσσαλονίκης. Οι βασικές παράμετροι του κλίματος στην περιοχή δίνονται στον Πίνακα 1. Το υπέδαφος του κτιρίου αποτελείται από διαδοχικά στρώματα αμμώδους και αργιλώδους εδάφους στα οποία παρεμβάλλονται υδροφόρα στρώματα μικρής έντασης.

Το συνολικό θερμικό φορτίο του κτιρίου κατά τη φάση σχεδιασμού υπολογίστηκε ίσο με 150 kw με τις απώλειες αερισμού να είναι το 60% αυτού του φορτίου. Το συνολικό ψυκτικό φορτίο υπολογίστηκε ίσο με 270 kw και εμφανίζεται τις ώρες 15:00-17:00. Η μεγάλη διαφορά μεταξύ ψυκτικού και θερμικού φορτίου οφείλεται κυρίως στα υψηλά φορτία ηλιασμού και θα μπορούσε να πει κανείς ότι είναι τυπική για κτίρια γραφείων στην Ελλάδα, ακόμη και στις Βόρειες περιοχές της χώρας. Πίνακας 1: Βασικοί παράμετροι κλίματος Γεωγραφικό πλάτος / μήκος 40.5 N / 23.0 E Θερμαντική Περίοδος Νοέμβριος - Μάρτιος Συνθήκες Σχεδιασμού Θερμικού Φορτίου -5.0 o C (99.6%) Μέση Ημερήσια Θερμοκρασία Ιανουαρίου 6.1 o C Βαθμοημέρες Θέρμανσης (βάσης 18 o C) 1800 Kdays Ψυκτική Περίοδος Μέσο Μαΐου Σεπτέμβριος Συνθήκες Σχεδιασμού Ψυκτικού Φορτίου 34.0 DB/ 21.0 WB (0.4% DB/MCWB) Μέση Ημερήσια Θερμοκρασία Ιουλίου 26 o C Αδιατάρακτη Θερμοκρασία Εδάφους 18.0 o C Ο κλιματισμός των γραφείων και των χώρων κυκλοφορίας του κτιρίου γίνεται με τερματικές μονάδες ανεμιστήρα-στοιχείου (Fan Coil Units). Οι τερματικές μονάδες ανεμιστήραστοιχείου οργανώθηκαν ως προς τη σύνδεσή τους με το δίκτυο θερμού-ψυχρού νερού σε τέσσερις ομάδες, ανάλογα με τα λειτουργικά και θερμικά χαρακτηριστικά των χώρων που εξυπηρετούν. Κατασκευάστηκαν τέσσερα επί μέρους δίκτυα τερματικών μονάδων ανεμιστήρα-στοιχείου, με ιδιαίτερους κυκλοφορητές, που εξυπηρετούν περιοχές του κτιρίου με ανάλογα λειτουργικά χαρακτηριστικά και θερμική συμπεριφορά. Κάθε ένα από τα τέσσερα δίκτυα είναι αυτόνομο από τα υπόλοιπα και μπορεί να είναι σε λειτουργία για θέρμανση ή ψύξη των χώρων που εξυπηρετεί, ανεξάρτητα από την κατάσταση των υπολοίπων. Τα τέσσερα δίκτυα συνδέθηκαν αντίστοιχα με τέσσερα συγκροτήματα αντλιών θερμότητας νερού-νερού. Για την παροχή νωπού αέρα στους χώρους γραφείων και κυκλοφορίας εγκαταστάθηκαν δύο Κεντρικές Κλιματιστικές Μονάδες με στοιχεία νερού και για τον εξαερισμό τους μονάδες ανεμιστήρων. Άλλη μία Κεντρική Κλιματιστική Μονάδα εγκαταστάθηκε για τον κλιματισμό της Αίθουσας Εκδηλώσεων. Τα στοιχεία νερού όλων των Κλιματιστικών Μονάδων συνδέθηκαν αντίστοιχα με ομάδες αντλιών θερμότητας (μία ομάδα αντλιών θερμότητας για κάθε μονάδα). Τα στοιχεία των κλιματιστικών μονάδων και των τερματικών μονάδων ανεμιστήρα-στοιχείου επιλέχθηκαν για θερμοκρασίες νερού προσαγωγής 45 o C κατά τη θέρμανση και 9 o C κατά την ψύξη. Εγκαταστάθηκαν 7 συγκροτήματα αντλιών θερμότητας νερού-νερού, τέσσερα για τα κυκλώματα των τερματικών μονάδων ανεμιστήρα-στοιχείου και τρία για τις κλιματιστικές μονάδες. Η απόδοση σε ψύξη κάθε συγκροτήματος αντλιών θερμότητας είναι 20-60 kw. Κάθε συγκρότημα αποτελείται από δύο έως τρεις μονάδες αντλιών θερμότητας, με παράλληλη μεταξύ τους σύνδεση και λειτουργία υπό κοινό έλεγχο. Με τον τρόπο αυτό θεωρήθηκε ότι θα βελτιωθεί η απόδοση και η λειτουργία των συστημάτων σε μερικό φορτίο, χωρίς την εγκατάσταση διατάξεων αδρανείας (buffer tanks). Τα πρωτεύοντα κυκλώματα των αντλιών θερμότητας συνδέθηκαν από κοινού με το δίκτυο των γεωεναλλακτών που κατασκευάστηκε εκ των υστέρων. Πρόκειται για 21 κατακόρυφες γεωτρήσεις (3 σειρές των 7 γεωτρήσεων σε κάνναβο 4.5 x 4.5 m) διαμέτρου 4 in, με σωλήνες πολυαιθυλενίου (PE-HD 16atm) σε σχήμα απλού U-Tube, που φτάνουν σε βάθος 80 m

περίπου. Οι γεωτρήσεις κατασκευάστηκαν στη μικρή σχετικά διαθέσιμη έκταση μπροστά από το κτίριο. Το υγρό του πρωτεύοντος κυκλώματος είναι αποσκληρυμένο νερό. Γύρω από τους σωλήνες χύθηκε μείγμα μπεντονίτη και τσιμέντου σε αναλογία 1:19. Στο πρωτεύον κύκλωμα των αντλιών θερμότητας εγκαταστάθηκε λέβητας με καυστήρα ελαφρού πετρελαίου (μελλοντικά αερίου καυσίμου) θερμικής ισχύος 120 kw και μέσω εναλλάκτη ανοιχτός πύργος ψύξης, για την ομαλή λειτουργία της εγκατάστασης κατά τις περιόδους που το πεδίο των γεωτρήσεων θα τεθεί εκτός λειτουργίας λόγω υπερφόρτισης. Η εγκατάσταση λέβητα και πύργου ψύξης εξασφάλισε και την ομαλή λειτουργία του συστήματος κατά την αρχική περίοδο λειτουργίας του κτιρίου, οπότε δεν είχε εγκατασταθεί το πεδίο των γεωτρήσεων. Επίσης προβλέφθηκαν δύο εναλλάκτες επάνω στο πρωτεύον κύκλωμα, για την ανάκτηση θερμότητας από τα απορριπτόμενα ρεύματα του αέρα εξαερισμού του κτιρίου. Τα όρια λειτουργίας του πεδίου των γεωτρήσεων ορίστηκαν από τη θερμοκρασία προσαγωγής νερού προς τα συγκροτήματα των αντλιών θερμότητας (έξοδος από τις γεωτρήσεις) και είναι 4-40 o C. Σε περίπτωση υπέρβασης των ορίων αυτών ενεργοποιούνται ο λέβητας ή ο πύργος ψύξης και παρακάμπτεται το πεδίο των γεωεναλλακτών. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα λειτουργίας του πύργου ψύξης κατά τις βραδινές ώρες της θερινής περιόδου, που το κτίριο είναι εκτός λειτουργίας, για την αποφόρτιση (ψύξη) του πεδίου των γεωτρήσεων. Η επιλογή μονάδων τύπου νερού-νερού και η ιδιαίτερη σχεδίαση που εμφανίζεται με την εγκατάσταση κλιματιστικών μονάδων και τερματικών μονάδων ανεμιστήρα-στοιχείου έγινε γιατί την περίοδο σχεδιασμού της εγκατάστασης δεν υπήρχαν στην Ελληνική αγορά αντλίες θερμότητας διαφορετικού τύπου. Για τον έλεγχο της εγκατάστασης προβλέφθηκε από το σχεδιασμό εκτεταμένο Σύστημα Κεντρικού Ελέγχου που σήμερα βρίσκεται στη φάση εγκατάστασης. Μέσω του συστήματος αυτού, εκτός από τον αυτόματο έλεγχο όλων των συσκευών και δικτύων, θα γίνεται και η συλλογή και καταγραφή των δεδομένων που είναι απαραίτητα για την ενεργειακή αξιολόγηση του συστήματος. Προσωρινά, μέχρι την εγκατάσταση του συστήματος αυτού, το σύστημα ελέγχεται είτε με μικρές αυτόνομες μονάδες ελέγχου είτε χειροκίνητα. Η καταγραφή των απαραίτητων δεδομένων για τη μελέτη της συμπεριφοράς του συστήματος γίνεται από φορητό σύστημα καταγραφής (data logger). 3. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ Για την παρακολούθηση της λειτουργίας, η εγκατάσταση εξοπλίσθηκε, μετά την κατασκευή της, με σύστημα συνεχούς καταγραφής δεδομένων (data logger) αποτελούμενο από: Θερμόμετρα αντίστασης Pt-100 τύπου φιλμ, κατασκευής UTECO. Για τη βελτίωση της ακρίβειας των μετρήσεων επιλέχθηκε ο τύπος θερμομέτρων αντίστασης τεσσάρων αγωγών. Τα θερμόμετρα αυτά είναι τοποθετημένα εξωτερικά στους αγωγούς προσαγωγής και επιστροφής του γεωεναλλάκτη. Θερμόμετρο αντίστασης Pt-100 τριών αγωγών κατασκευής UTECO, κατάλληλο για τοποθέτηση στο ύπαιθρο, για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Το θερμόμετρο αυτό τοποθετήθηκε στη βορειοδυτική πλευρά του κτιρίου, σε θέση σχετικά προφυλαγμένη από την ηλιακή ακτινοβολία. Σύστημα καταγραφής δεδομένων και τροφοδοσίας των θερμοστοιχείων (data logger), κατασκευής Campbell Scientific, τύπος CR-10. Για την εξασφάλιση ικανοποιητικής αυτονομίας στη διάταξη, και με δεδομένο το σχετικά αργό ρυθμό μεταβολής των μετρούμενων μεγεθών, ο προγραμματισμός του συστήματος καταγραφής προβλέπει την αποθήκευση μίας σειράς δεδομένων ανά 10 min (θερμοκρασίες νερού στην είσοδο και την έξοδο του γεωεναλλάκτη, θερμοκρασία περιβάλλοντος και φυσικά ημερομηνία και ώρα καταγραφής).

Η παροχή νερού στο γεωεναλλάκτη μετρήθηκε επανειλημμένα με εξωτερικό ροόμετρο υπερήχων, κατασκευής Panametrics, τύπος PT-878. Δεν γίνεται καταγραφή της παροχής επειδή διαπιστώθηκε ότι παραμένει σταθερή στην τιμή 48 m 3 /h, όπως άλλωστε ήταν αναμενόμενο, αφού επιβάλλεται από τη λειτουργία της αντλίας κυκλοφορίας, και μηδενίζεται μόνο όταν σταματήσει η λειτουργία όλων των αντλιών θερμότητας. 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Τον Δεκέμβριο του 2005 συμπληρώθηκαν 36 μήνες συνεχούς καταγραφής των παραμέτρων λειτουργίας του αβαθούς γεωθερμικού συστήματος του Νέου Δημαρχείου Πυλαίας. Ο χρονικός αυτός ορίζοντας θεωρείται ικανοποιητικός για την εξαγωγή συμπερασμάτων, που μπορούν να αξιολογήσουν ενεργειακά το σύστημα, και να αποτελέσουν οδηγό για την αναμενόμενη συμπεριφορά μελλοντικών συστημάτων του Ελληνικού χώρου. Στο Διάγραμμα 1 παρουσιάζεται η διακύμανση της μέγιστης θερμοκρασίας εξόδου του νερού από το γεωεναλλάκτη από τον Ιανουάριο του 2003 μέχρι τον Δεκέμβριο του 2005. Εάν εξαιρεθούν οι δεκαεπτά πρώτες εβδομάδες λειτουργίας (Ιαν. - Απρ. 2003), βλέπουμε πως κατά την χειμερινή (θερμαντική) λειτουργία του συστήματος η μέγιστη θερμοκρασία εξόδου του νερού κυμαίνεται στην περιοχή των 21-24 ο C, ενώ κατά την διάρκεια του θέρους (ψυκτική λειτουργία) είναι της τάξης των 40 ο C. 50.00 2003 2004 2005 40.00 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ [ ο C] 30.00 20.00 10.00 0.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 Α/Α ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ Διάγραμμα 1: Η Μέγιστη Θερμοκρασία Εξόδου του Νερού από το Γεωεναλλάκτη. Κατά απόλυτη αντιστοιχία στο Διάγραμμα 2 εικονίζεται η ελάχιστη θερμοκρασία εξόδου του νερού από τον γεωεναλλάκτη. Από το διάγραμμα παρατηρούμε πως για τα έτη 2004 και 2005 η μέση ελάχιστη θερμοκρασία του νερού ήταν της τάξης των 17 ο C, για την χειμερινή λειτουργία, ενώ αντίστοιχα κατά την θερινή λειτουργία αυτή ανήλθε στους 32 ο C. Από την σύγκριση των καταγραφών για τα τρία αυτά χρόνια βλέπουμε πως οι θερμοκρασίες των ετών 2004 και 2005, είναι περίπου όμοιες, τόσο ως προς την ελάχιστη όσο και ως προς την μέγιστη τιμή τους. Σημαντική διαφορά παρουσιάζουν οι θερμοκρασίες του πρώτου έτους και κυρίως αυτές της περιόδου θέρμανσης. Το γεγονός αυτό είναι απόλυτα φυσιολογικό διότι κατά την πρώτη περίοδο η θερμοκρασία του εδάφους ήταν αδιατάραχτη (περίπου 18 ο C) και με τα

θερμικά φορτία που εμφανίστηκαν αναγκάστηκε να κατεβεί αρκετά χαμηλά (7 ο C). Στην συνέχεια λόγω των κύκλων ψύξης που ακολούθησαν, το έδαφος ανέκτησε την αρχική του θερμοκρασία και μάλιστα προσαυξημένη κατά 2-3 ο C. 35.00 2003 2004 2005 30.00 25.00 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ [ o C] 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 Α/Α ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ Διάγραμμα 2: Η Ελάχιστη Θερμοκρασία Εξόδου του Νερού από το Γεωεναλλάκτη. 7.00 2003 2004 2005 6.00 HSPF 5.00 4.00 3.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 Α/Α ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ Διάγραμμα 3: Εβδομαδιαία Διακύμανση του Συντελεστή Συμπεριφοράς (HPF) των Α.Θ. Από την συμπεριφορά αυτή φαίνεται πως η εκκίνηση των συστημάτων αβαθούς γεωθερμίας είναι καλύτερα να γίνεται κατά την θερινή περίοδο, ώστε να δίνεται η δυνατότητα

αποθήκευσης ενέργειας στο έδαφος που θα διευκολύνει αρκετά τον πρώτο θερμαντικό κύκλο. Η επισκόπηση των δυο διαγραμμάτων δείχνει πως για να επιτευχθεί μια θερμοκρασιακή ισορροπία του εδάφους μεταξύ των διαδοχικών κύκλων λειτουργίας του συστήματος είναι απαραίτητη μια μεταβατική χρονική περίοδος 2,5-3 ετών. Από το σημείο αυτό και μετά φαίνεται πως δεν πρέπει να αναμένονται σημαντικές διαφοροποιήσεις της θερμοκρασίας του γεωεναλλάκτη και κατ επέκταση και των χαρακτηριστικών λειτουργίας των αντλιών θερμότητας. Στο Διάγραμμα 3 παρουσιάζεται η διακύμανση του εβδομαδιαίου συντελεστή συμπεριφοράς των αντλιών θερμότητας (HPF). Ως εβδομαδιαίος συντελεστής συμπεριφοράς ορίζεται το πηλίκο της προσδιδόμενης από την αντλία θερμότητας ενέργειας στο κτίριο προς την ηλεκτρική της κατανάλωση. Παρατηρούμε πως εκτός της πρώτης περιόδου λειτουργίας η απόδοση του συστήματος στις περιόδους θέρμανσης είναι της τάξης του 5-5,5 ενώ αντίστοιχα κατά τις ψυκτικές περιόδους αυτή μειώνεται κατά μια μονάδα. Η απόδοση αυτή κρίνεται αρκετά ικανοποιητική ειδικά στους χειμερινούς μήνες. 30.00 7.00 Tper HSPF 25.00 6.00 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 20.00 15.00 10.00 5.00 4.00 3.00 2.00 HPF 5.00 1.00 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 A/A EΒΔΟΜΑΔΑΣ Διάγραμμα 4: Εβδομαδιαία Διακύμανση του Συντελεστή Συμπεριφοράς (HPF) των Α.Θ. και της Θερμοκρασίας Περιβάλλοντος κατά το 2004. Τέλος, στο Διάγραμμα 4 εικονίζεται ενδεικτικά για το έτος 2004 ο εβδομαδιαίος συντελεστής συμπεριφοράς και η μέση θερμοκρασία περιβάλλοντος της κάθε εβδομάδας. Από τις κλίσεις των καμπυλών είναι προφανές ότι δεν υπάρχει άμεση εξάρτηση του συντελεστή από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Έμμεσα η μεταβολή της θερμοκρασίας επιδρά στον συντελεστή μέσω του φορτίου και της θερμοκρασίας που διαμορφώνει στον γεωεναλλάκτη. Είναι χαρακτηριστικό πως αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 ο C περίπου οδήγησε σε μείωση του συντελεστή κατά μια μόνο μονάδα. Το γεγονός αυτό είναι σημαντικό επειδή οι έντονες μεταβολές της θερμοκρασίας ειδικά στην θερμαντική περίοδο έχουν ελάχιστη επίδραση στον συντελεστή συμπεριφοράς, γεγονός που θα ήταν αναπόφευκτο αν στην θέση της αντλίας θερμότητας νερού/νερού χρησιμοποιούνταν μια αέρα/αέρα. Στην περίπτωση αυτή κατά τους μήνες Ιανουάριο - Φεβρουάριο (1 η - 8 η εβδομάδα), όπου η θερμοκρασία του αέρα ήταν 0.00

περίπου 5 ο C και ο συντελεστής συμπεριφοράς της αντλίας θερμότητας νερού/νερού ήταν μεταξύ 5,1-5,3 η χρήση αντλίας θερμότητας αέρα/αέρα θα ήταν εντελώς αντιοικονομική. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η εγκατάσταση και λειτουργία του αβαθούς γεωθερμικού συστήματος του Νέου Δημαρχείου Πυλαίας αποτελεί την μεγαλύτερη έως τώρα εφαρμογή τέτοιου συστήματος στον Ελλαδικό χώρο. Από τις καταγραφές των χαρακτηριστικών μεγεθών λειτουργίας προκύπτει πως η μέγιστη θερμοκρασία εξόδου του νερού από το γεωεναλλάκτη ανέρχεται στους 21 o C - 24 o C κατά τους χειμερινούς μήνες και περίπου στους 40 o C κατά τους θερινούς. Αντίστοιχα και όσο αφορά την ελάχιστη θερμοκρασία εξόδου του νερού από το γεωεναλλάκτη αυτή κυμαίνεται στους 17 o C το χειμώνα και στους 32 o C το καλοκαίρι. Τα θερμοκρασιακά αυτά επίπεδα εξασφαλίζουν την οικονομική λειτουργία του συστήματος δεδομένου ότι ο εβδομαδιαίος συντελεστής συμπεριφοράς (ΗPF), είναι μεταξύ 5-5,5 για την περίοδο της θέρμανσης και 4-5 για την περίοδο της ψύξης. Δεδομένου ότι από τα αποτελέσματα των καταγραφών δεν παρατηρείται ουσιώδης μεταβολή στην λειτουργία του συστήματος μετά τον δεύτερο χρόνο, είναι προφανές πως ο χρονικός αυτός ορίζοντας είναι ικανός για την ισορροπία του συστήματος. Κατά απόλυτη πλέον αναλογία τα παραπάνω χαρακτηριστικά μπορούν να θεωρηθούν αντιπροσωπευτικά για την λειτουργία του συστήματος και δεν πρέπει να αναμένουμε σημαντικές για αυτά μεταβολές στις επόμενες περιόδους. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1 Lund J., Sanner B., Rybach L., Curtis R., Hellström G., (2004) Geothermal (groundsource) heat pumps. A world overview, Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, OR, http://www.geoheat.oit.edu. 2 Φυτίκας Μ., Ανδρίτσος Ν., «Γεωθερμία», Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη, 2004.