Τι είναι τα γεωθερμικά συστήματα ανοικτού κυκλώματος;

Τα γεωθερμικά συστήματα ανοικτού κυκλώματος εκμεταλλεύονται τον υπόγειο ή επιφανειακό υδροφόρο ορίζοντα μέσω δύο ή περισσότερων υδρογεωτρήσε...

Τα γεωθερμικά συστήματα ανοικτού κυκλώματος εκμεταλλεύονται τον υπόγειο ή επιφανειακό υδροφόρο ορίζοντα μέσω δύο ή περισσότερων υδρογεωτρήσεων. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εφαρμογή ενός τέτοιου κυκλώματος είναι η ύπαρξη πλούσιας και συνεχούς υπόγειας υδροφορίας στην περιοχή της εγκατάστασης. Ένα ποτάμι, ή η παρουσία της θάλασσας ευνοεί την εγκατάσταση ενός ανοικτού γεωθερμικού συστήματος.

Παρόλο που η παρουσία της επιφανειακής υδροφορίας προδιαθέτει την εγκατάσταση των ανοικτών γεωθερμικών συστημάτων, η διαθεσιμότητα της υπόγειας υδροφορίας είναι αυτή που θα προσδιορίσει την τελική εξέλιξη του έργου. Ένα ανοικτό γεωθερμικό σύστημα απαιτεί επαρκή διαπερατότητα για να παράγει την απαραίτητη ποσότητα νερού και καλή χημεία του υδροφόρου ορίζοντα, δηλαδή χαμηλή συγκέντρωση σιδήρου και υδρόθειου. Η σημαντικότερη όμως προϋπόθεση για τη σωστή λειτουργία ενός γεωθερμικού συστήματος είναι η σταθερή ποσότητα διαθέσιμου υπόγειου νερού καθ' όλη τη διάρκεια του χρόνου. Τα ανοικτά γεωθερμικά συστήματα καταλαμβάνουν μικρό περιβάλλοντα χώρο και θεωρούνται η πιο εύκολη κατασκευαστική λύση. Ωστόσο όμως, κατέχουν συνήθως την πιο δαπανηρή λειτουργία εν συγκρίσει με οποιοδήποτε άλλο τύπο γεωθερμικού συστήματος, και αυτό οφείλεται στην υψηλή κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας της υποβρύχιας αντλίας η οποία εγκαθίσταται στην παραγωγική γεώτρηση για την άντληση του υπογείου νερού.

Σε αντιπαράθεση με τη σχεδόν ανύπαρκτη συντήρηση του συνολικού εξοπλισμού, οι γεωτρήσεις χρειάζονται μερική συντήρηση και κατάλληλους υπόγειους ή επιφανειακούς ταμιευτήρες. Η επιλογή ενός τέτοιου συστήματος θεωρείται συμφέρουσα σε χώρους άνω των 100 m2, όταν η υδροφορία είναι συνεχής και πλούσια και δεν απαιτείται ιδιαίτερα μεγάλο βάθος ανόρυξης [μέχρι 60-70 ml. Τα ανοικτά γεωθερμικά συστήματα παρουσιάζουν τη δυνατότητα παραγωγής υψηλού ποσοστού ενέργειας με μικρό κόστος, εφόσον η υδροφορία είναι πλούσια και συνεχής, και είναι κατάλληλα για μεγάλες εγκαταστάσεις διότι παρέχουν τη δυνατότητα κάλυψης υψηλών ενεργειακών φορτίων σε χαμηλό κόστος. Η χρηματική εξοικονόμηση σε σχέση με ένα συμβατικό τρόπο θέρμανσης, μπορεί να ξεπεράσει το 55%, δεδομένου ότι η τιμή του πετρελαίου κυμαίνεται στα 0,88 €/lt, και η τιμή κατανάλωσης μιας kWh ηλεκτρικής ενέργειας κυμαίνεται στα 0,14 €. Ένα ακόμα πλεονέκτημα που παρουσιάζουν τα γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού έναντι των συμβατικών συστημάτων θέρμανσης, είναι το ότι δε μεταβάλλεται η τιμή αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση με τη διακύμανση της τιμής του πετρελαίου θέρμανσης. Είναι κατανοητό λοιπόν, ότι η αύξηση της τιμής πώλησης του πετρελαίου θέρμανσης δεν επηρεάζει άμεσα τον τελικό καταναλωτή όσον αφορά την αγορά της ηλεκτρικής ενέργειας, και βέβαια, όσο αυξάνεται η τιμή πετρελαίου τόσο μεγαλώνει και η ψαλίδα της εξοικονόμησης των χρημάτων. Συνήθως, το ανοικτό γεωθερμικό σύστημα για να λειτουργήσει στην καλύτερη απόδοση, αποτελείται από δύο υδρογεωτρήσεις. Η απόσταση μεταξύ των υδρογεωτρήσεων εξαρτάται από τα πετρώματα, την ποσότητα νερού άντλησης, τη στάθμη ηρεμίας του υπόγειου νερού και το βάθος της υπόγειας υδροφορίας. Εμπειρικά θεωρούμε ότι η απόσταση μεταξύ των δύο υδρογεωτρήσεων δεν πρέπει να είναι μικρότερη από το 10% του βάθους ανόρυξης. Η μία υδρογεώτρηση θα χρησιμοποιηθεί ως παραγωγική, δηλαδή από αυτή θα πραγματοποιείται η άντληση του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, ενώ η άλλη θα χρησιμοποιηθεί ως υδρογεώτρηση εμπλουτισμού, δηλαδή προς επιστροφή του νερού στον υδροφόρο ορίζοντα από όπου προήλθε.

Σε κάποιες περιπτώσεις συνεχούς και πλούσιας υδροφορίας, όπου η δυνατότητα άντλησης του υπογείου νερού είναι μεγαλύτερη από την απαιτούμενη, τότε δύναται να χρησιμοποιηθεί μία μόνο "τηλεσκοπική υδρογεώτρηση". Η τηλεσκοπική υδρογεώτρηση χρησιμοποιείται τόσο για την άντληση του νερού όσο και για την επανεισαγωγή του νερού αυτού στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα. Σε αυτήν την περίπτωση η άντληση του νερού πραγματοποιείται από τα βαθύτερα στρώματα της υδρογεώτρησης, ενώ η επανεισαγωγή του γίνεται στην ίδια γεώτρηση αλλά συνήθως σε πιο επιφανειακά - ρηχά στρώματα.

Η τηλεσκοπική υδρογεώτρηση παρουσιάζει μορφή κώνου διότι έχει μεγαλύτερη διάμετρο στα αρχικά στρώματα της ανόρυξης, και η διάμετρος αυτή μικραίνει σταδιακά κατά το βάθος της. Ένα γεωθερμικό σύστημα που κάνει χρήση μίας τηλεσκοπικής υδρογεώτρησης, ενδέχεται να παρουσιάσει διακύμανση του συντελεστή απόδοσης της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας λόγω της άμεσης ανάμειξης του νερού άντλησης με το νερό του εμπλουτισμού. Ένα τέτοιο σύστημα απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή τόσο στη μελέτη όσο και στην κατασκευή του.

Από ενεργειακή σκοπιά, το νερό που αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα, αυξάνει ή μειώνει τη θερμοκρασία του σύμφωνα με τη χρήση του συστήματος προς ψύξη ή προς θέρμανση αντίστοιχα. Ο μελετητής πρέπει να προσδιορίσει την ανύψωση ή μείωση της θερμοκρασίας του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και να το συνδέσει αυτό τόσο με τη δια κύμανση της θερμοκρασίας του υπεδάφους όσο και με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προκύπτουν από αυτό το φαινόμενο.

Αν έχετε επιπλέον απορίες σχετικά με τα γεωθερμικά συστήματα, ο Νικόλαος Ψαρράς μπορεί να σας δώσει τις απαντήσεις που αναζητάτε και να σας κατευθύνει στην καλύτερη επιλογή για το χώρο σας.