Skip to main content

Most Easy, Efficient and Low Cost Geothermal Systems for Retrofitting Civil and Historical Buildings

Article Category

Article available in the folowing languages:

Wykorzystywanie ciepła z głębi ziemi do zasilania zabytkowych budynków

Europa jest domem dla wielu zabytkowych budynków, które wymagają modernizacji energetycznej. Wyjątkowe innowacje w zakresie pozyskiwania ciepła ze źródeł geotermalnych sprawiają, że to całkowicie niezależne od paliw kopalnych źródło energii może sprawdzić się także w tym zadaniu.

Zmiana klimatu i środowisko
Technologie przemysłowe
Energia

Systemy ogrzewania i chłodzenia oparte na płytkiej geotermii coraz częściej sprawiają wrażenie atrakcyjnych alternatyw wobec innych rozwiązań w zakresie modernizacji starzejących się europejskich budynków. Szereg unijnych inicjatyw, w tym Fala Renowacji oraz działania polityczne, takie jak aktualizacja dyrektywy dotyczącej efektywności energetycznej budynków, stanowi motor napędowy tych zmian. Renowacja zabytkowych budynków wiąże się jednak z wieloma ograniczeniami, które uniemożliwiają wykorzystanie tego całkowicie odnawialnego źródła energii. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu GEO4CIVHIC zespół badaczy opracował i zmodyfikował istniejące technologie w celu przyspieszenia wdrażania systemów ogrzewania i chłodzenia opartych na płytkiej geotermii w tego rodzaju budynkach zlokalizowanych na terenach zabudowanych. „Statystycznie system geotermalny może dostarczyć średnio 4 kW energii cieplnej do budynku, zużywając przy tym zaledwie 1 kW energii elektrycznej. To oznacza, że 3 kW energii są pobierane spod ziemi w pewnym sensie za darmo”, zauważa Adriana Bernardi – fizyczka, dyrektorka ds. badań oraz kierowniczka jednostki CNR ISAC w Padwie, która pełni rolę koordynatorki projektu.

Odwierty i praca w ograniczonej przestrzeni

Umieszczony w odwiercie wymiennik ciepła połączony z pompą ciepła wykorzystuje niewyczerpane ciepło Ziemi i przekazuje tę energię do urządzeń emisyjnych lub grzejników. Wymienniki ciepła pobierają energię z gruntu o temperaturze do 8 °C, a pompa ciepła zwiększa temperaturę nawet do 50 °C, która trafia następnie do systemu grzewczego. W lecie działanie pompy ciepła jest odwracane – pobiera wówczas ciepło z budynku i oddaje je do gruntu. „Konieczne jest radykalne nowe podejście do przygotowania odwiertu, musimy także wykorzystać pompy ciepła o wyjątkowej sprawności oraz nowe rodzaje czynników chłodniczych”, wyjaśnia Bernardi. Historyczne miasto Mechelen w Belgii może pochwalić się około 300 zabytkowymi budynkami. W ramach projektu GEO4CIVHIC powstała kompaktowa i lekka wiertnica o bardzo niewielkiej powierzchni, która może zostać wniesiona do ogrodów za pomocą żurawia ponad pięknymi, lecz wąskimi uliczkami. Zespół zoptymalizował i zainstalował kilka współosiowych stalowych wymienników ciepła charakteryzujących się współczynnikiem pozyskiwania energii wyższym nawet o 20-30 %, co pozwoliło na zmniejszenie ich całkowitej długości. Wymienniki te stanowią opatentowany rezultat projektu Cheap-GSHPs zrealizowanego w ramach programu Horyzont 2020.

Różnice między stanowiskami demonstracyjnymi w całej Europie

Trzy obiekty pilotażowe i cztery stanowiska demonstracyjne doskonale ilustrują sukces projektu GEO4CIVHIC – zespołowi udało się osiągnąć doskonałe rezultaty pomimo zróżnicowanych formacji skalnych występujących w skorupie ziemskiej i różnych konstrukcji budynków. W ramach prac powstało pięć rozwiązań wykorzystujących pompy ciepła, których zadaniem było skuteczne rozwiązanie problemu niskiej sprawności wynikającej z wysokotemperaturowych systemów emisyjnych. Kompaktowe i łatwe w obsłudze pompy ciepła zostały wykorzystane na stanowiskach testowych na Uniwersytecie w Padwie oraz w ośrodku badawczym Tecnalia w Bilbao w celu opracowania aplikacji do zarządzania energią. Jak zauważa Bernardi: „Nasze rozwiązania obejmują wykorzystanie nowych czynników chłodniczych charakteryzujących się niskim współczynnikiem globalnego ocieplenia w odpowiedzi na nowe przepisy”. W celu ułatwienia wykonywania odwiertów w twardych skałach, zespół projektu opracował kompaktową i wysoce wydajną rotacyjno-wibracyjną głowicę wiertniczą. Stanowisko testowe w irlandzkim Greystones znajduje się na zwięzłej skale. Zespół użył sprężonego powietrza w roli płuczki wiertniczej, z kolei w przypadku zabytkowego ogrodu bastionu Msida na Malcie, który znajduje się na miększej skale, podczas odwiertu wykorzystano wodę.

Przyszłość energii geotermalnej

Kompleksowe mapy możliwości wykonania odwiertów opracowane w ramach projektu GEO4CIVHIC pozwolą na skategoryzowanie miejsc w zależności od właściwości geologicznych, a także pomogą w określeniu czasu trwania prac i ich kosztów. „W celu umożliwienia integracji instalacji geotermalnych z innymi źródłami odnawialnymi opracowujemy system wspomagania decyzji, który pomoże użytkownikom poprawić ogólną efektywność energetyczną i przyspieszyć czas osiągnięcia zwrotu z inwestycji”, podkreśla Bernardi. Wizja badaczki dotycząca zabytkowych budynków w Europie obejmuje „pokazanie wszystkim zainteresowanym stronom, że systemy chłodzenia i ogrzewania oparte na płytkiej geotermii są opłacalne w perspektywie długoterminowej. Planowane przez nas działania w zakresie szkoleń, opracowywane wytyczne oraz warsztaty przyczynią się do zwiększenia świadomości i zaufania wobec naszej technologii wśród interesariuszy”, zauważa badaczka.

Słowa kluczowe

GEO4CIVHIC, pompa ciepła, zabytkowy budynek, system ogrzewania oparty na płytkiej geotermii, odwiert, czynnik chłodniczy

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania