Geotermikus hőszivattyú rendszerek

Kezdőlap 9 Blog 9 Minden, amit a hőszivattyús fűtésről tudni kell! 9 Geotermikus hőszivattyú rendszerek
Frissítve: 2020. augusztus 12.
5
Rated 5 out of 5
az elérhető 5 csillagból (3 értékelés alapján)
Share

A geotermikus hőszivattyú rendszer elvét úgy lehetne egyszerűen ismertetni, hogy a föld vagy a föld felszíne alatti talajvíznek, esetleg nyíltvíznek a hőjét hasznosítjuk épületünk fűtéséhez, vagy akár hűtéséhez és természetesen a használati melegvíz készítéséhez is. A „felszínre hozott” hőt pedig egy geotermikus hőszivattyú segítségével vizes közvetítő rendszeren keresztül adjuk át az adott beltérnek.

1. Bevezetés

A belső vizes rendszert tekintve a geotermikus hőszivattyú rendszer is ugyanolyan, mint a levegő-vizes rendszer. A külső rész esetében pedig négy változat is létezik: talajszondás, talajkollektoros, nyíltvízi kollektoros és talajvizes rendszer. Ez utóbbit szokták víz-víz hőszivattyús rendszernek is nevezni, az első kettőt pedig talaj-víz rendszernek.

Geotermikus hőszivattyú

Fotó: Bryn Pinzgauer, forrás: Foter.com / CC BY

A kivitelezést mindig pontos, szakszerű tervezés előzi meg. A geotermikus hőszivattyú fűtési rendszer telepítésének lehetősége mindig nagyban függ a földrajzi elhelyezkedéstől, a geológiai adottságoktól és az épület fűtési hőigényétől.

Puffertartály

Fotó: Bryn Pinzgauer, forrás: Foter.com / CC BY

A geotermikus hőszivattyú rendszerek minden esetben alkalmasak a fűtés és hűtésen kívül a használati melegvíz (HMV) készítésére is. Ehhez általában a hőszivattyú mellé egy puffertartály beépítése szükséges, amiben tárolja a rendszer az elkészült melegvizet. Ez a melegvíz folyamatosan rendelkezésre áll, ennek érdekében pedig melegen tartja az igényelt hőmérsékleten, ami a rendszer optimális energiafelhasználása esetén nagyjából 55 Celsius fokos hőmérsékletet jelent.

2. Miért jó a föld hőjét használni fűtésre és hűtésre is?

 

Földünk számos területén a hőmérséklet rendkívül szélsőséges. Jellemző a perzselő, forró nyár és a jóval fagypont alatti hideg tél is. Azonban már 60-120 méterrel a föld felszíne alatt viszonylag állandó a hőmérséklet egész évben, ami az egész Földre igaz. Függően a szélességi körtől, a hőmérséklet megközelítőleg

a 14 és 21 Celsius fokos tartományban mozog,

ami jóval kisebb eltérés a felszíni hőmérséklet ingadozásához képest.

Talajszondás rendszer hőmérséklet ábrázolás

Magyarország különösen jó geológiai adottságokkal rendelkezik, mivel itt vékonyabb a földkéreg, ezért közelebb van a Föld magja a felszínhez. A geotermikus gradiens nagyjából kétszerese a világátlagnak. A geotermikus energiát ezért hatékonyabban tudjuk kihasználni, mint a világ más pontjain. Jóval kisebb hőfoklépcsővel tudnak üzemelni a geotermikus hőszivattyú rendszerek hazánkban.

A felszín alatti rétegek hőmérséklete melegebb, mint a kültéri levegőé télen és hűvösebb, mint nyáron. A geotermikus hőszivattyú rendszer ezt a megújuló energiaforrást használja ki működése során. Ezért nem véletlen, hogy a geotermikus hőszivattyú rendszerek kínálják a jelenleg ismert leghatékonyabban üzemelő fűtési és hűtési megoldást.

3. Geotermikus hőszivattyú rendszerek típusai

 

Talajszondás rendszer

A kivitelezés során meghatározott mennyiségben és mélységben szondafuratok készülnek, amikbe csövek kerülnek elhelyezésre. Egy nyomáspróbát követően feltöltésre kerül a rendszer az úgynevezett szállítóközeggel, ami az adott helyszínhez köthető víz alapú folyadékkeveréket jelent. A csövek egy osztó-gyűjtő aknában egyesülnek, majd ezután csatlakoznak az épület gépészeti helyiségében elhelyezett hőszivattyúhoz.

Geotermikus rendszer telepítése

Általánosságban elmondható, hogy

a szondafuratok 60-120 méter mélységben készülnek,

mert ahogyan azt korábban írtuk, itt érjük el azt a mélységet, ahol a föld hője viszonylag állandó hőmérsékletű egész évben.

A szállítóközeg kering a rendszerben, a föld és a hőszivattyú között, így fenntartva egy folyamatos körfolyamatot. A folyadékból a geotermikus hőszivattyú nyeri ki vagy adja le neki azt a hőt, melyet az épület fűtéséhez vagy nyáron hűtéséhez használni fogunk.

A geotermikus talajszondás hőszivattyú rendszerek teljesen zárt rendszerek (zárt hurok), ezért nagyon kevés karbantartást igényelnek (szinte semmi), és a készülékek is hosszútávon megbízhatóak. A legnagyobb előnyük emellett a minimális hőfoklépcső ugrás, a talaj viszonylag állandó egyenletes hőmérséklete miatt. Ez a levegős hőszivattyús rendszerekhez képest jóval magasabb hatásfokot eredményez.

Geotermikus talajszondás hőszivattyú rendszer telepíthetősége függ a földrajzi és geológiai adottságoktól, de általánosságban elmondható, hogy a legtöbb helyen kivitelezhető.

Azonban léteznek olyan területek, ahol geotermikus fúrás egyáltalán nem végezhető el vagy csak nagyon költségesen (pl. kőzet összetétele és típusa miatt vagy természetvédelmi okokból).

A szondafúráshoz szükség van adott méretű területre, mivel nagy általánosságban a szondafuratoknak egymástól optimálisan 6 méteres távolság szükséges, illetve a telekhatároktól legalább 3 méter.

Ipari létesítményeknél, főleg városi, szűk környezetben szoktak alkalmazni olyan megoldást is, hogy az alapozásban, a széles betontartócölöpök belsejében helyezik el a talajszondákat.

Geotermikus talajszondás hőszivattyú rendszereknél 20 méternél mélyebb fúrás esetén

bányakapitánysági engedély kell hozzá (építési és használatbavételi engedély).

Gyakran hallani olyan tanácsokat, hogy elég akár csak 20 méteres mélységbe fúrni és elhelyezni a szondákat. Ennek oka általában az engedélyeztetés illetékének megspórolása, illetve a fúrási költségeken való faragás volt. A hatékonysága ezeknek a rendszereknek viszont messze nem olyan jó, mint a mélyebbre fúrt rendszereké az ilyen mélységben még erősen ingadozó földhőmérséklet miatt.

Talajszondák helyének kifúrása

Fotó: Lars Plougmann, forrás: Foter.com / CC BY-SA

A mélyebbre fúrt geotermikus talajszondás hőszivattyú rendszerek kedvezőbb üzemeltetési költségei hosszútávon bőven ki fogják termelni az engedélyeztetés és a mélyebb fúrás többletköltségét.

talajszondás rendszer telepítési folyamatát részletesen egy másik cikkünkben mutatjuk be.

 

Talajkollektoros rendszer

 

A talajszondás megoldáshoz képest nem függőlegesen, hanem vízszintesen kerül elhelyezésre a hőt kinyerő csőrendszer, nagyjából 2-3 méter mélységben, csőkígyó formájában.

Ebben a mélységben, ahogy korábban többször is írtuk, még nagyon változó a hőmérséklet, ezért közel sem lesz olyan hatásfoka, mint egy mélyebben fekvő szondás rendszernek.

A geotermikus talajkollektoros hőszivattyú rendszerek is zárt hurokkal rendelkeznek.

Rendkívül területigényes. Az épület alapterületének akár a kétszeresét is jelentheti az épületen kívül, aminek

a földmunkája felér egy geotermikus fúrás költségével vagy akár meg is haladhatja azt.

Talajkollektoros geotermikus hőszivattyú rendszereknél csak bejelentési kötelezettség van.

 

Nyíltvízi kollektoros rendszer

 

Amennyiben az építési telek rendelkezik nyíltvízi szakasszal, ez lehet tó, folyó, tenger is, akkor alkalmazható a nyíltvízi kollektoros megoldás. A nyíltvízben helyezik el a kollektor rendszert a talaj helyett, de ebben az esetben is ugyanúgy zárt hurok rendszerről beszélünk.

A vízmélységre legalább 3 méter javasolt, mivel a hurkokat nem a nyíltvíz fenekére helyezik el, hanem nagyjából fél méterrel felette van egy tartószerkezeten. Erre azért van szükség, hogy a csőrendszer körül zavartalan legyen az áramlás, ezzel növelve a hatékonyságot. A 3 méteres vízmélység pedig a vízmagasság ingadozása miatt fontos, hogy egy aszályosabb időszakban is mindig legyen a csőrendszer felett elegendő vízmennyiség.

A nyíltvízi kollektoros geotermikus hőszivattyú rendszer azért előnyös egy talajkollektoros rendszerrel szemben, mivel a víz hőmérséklete ebben a pár méteres mélységben sokkal egyenletesebb az egész év során a talaj hőmérsékletével ellentétben.

Talajszondás rendszerhez hasonlítva pedig nincs szükség fúrásra, ezzel jelentős költséget lehet megtakarítani. Ugyanakkor

erősen korlátozott a telepítés lehetősége a saját nyíltvízi szakasz szükséglete miatt.

Talajvizes rendszer

 

Víz-vizes geotermikus hőszivattyú rendszernél talajvízkút(ak)ból kinyert talajvizet keringteti át a rendszer a hőszivattyú hőcserélőjén, majd másik visszasajtoló kút(ak)on keresztül juttatja vissza azt a talaj saját vízadó rétegébe.

Talajvízkutas geotermikus hőszivattyú rendszernél is jelentős lehet a területi helyigény. A talajvízkutakból legalább kettőt kell fúrni. Az egyikből a kinyerés történik, a másikba a visszatáplálás.

Általában a talaj nem tud olyan mennyiségben elnyelni visszasajtolt vizet, mint ahogyan ez a kinyeréskor történik, ezért gyakran alkalmazzák azt a megoldást, hogy több visszasajtoló kutat létesítenek a kitermelő kutak mellé.

A talajvízkutaknak ezért jelentős hely kell az adott területen, hogy kellően messze legyenek egymástól. Alapesetben egymástól legalább 20 méteres távolság szükséges, illetve a telekhatároktól legalább 10 méter.

Talajvízkút fúrása

Fotó: A Train, forrás: Foter.com / CC BY-ND

A geotermikus hőszivattyú rendszerekhez fúrt talajvízkutak, ellentétben a talajszondák fúrásával, mélységtől függetlenül engedélykötelesek. Ugyanolyan felszín alatti vízkivételnek minősülnek, mint egy bármilyen más célt szolgáló vízkút. A vízkutak engedélyeztetéséről az Ásott és fúrt kutak bejelentése cikkünkben tájékozódhat részletesen.

A talajvizes geotermikus hőszivattyú rendszer hatékonysága és egyáltalán a megvalósíthatóságának lehetősége nagyban függ a talajvíz összetételétől.

A termelő kút fúrása után (vagy egy tesztfúrásból)

mintát kell venni a talajvízből, majd azt be kell vizsgáltatni, hogy kiderüljön milyen oldott anyagokat tartalmaz.

Ezek fajtájából és mennyiségéből állapítható meg, hogy megvalósítható-e a rendszer. Bizonyos oldott anyagok (pl. mangán, vas, homok) hosszútávon ártanak a hőszivattyú hőcseréljének, illetve a hatékonyságát jelentősen csökkentik. Gyakran további szűrők beépítése szükséges a csőrendszerbe, valamint ezen szűrőket rendszeresen cserélni, tisztítani kell.

Előfordulhat az is, hogy a talajvíz, a kedvezőtlen összetétele miatt nem lesz alkalmas geotermikus talajvizes hőszivattyú rendszer telepítéséhez. Viszont ez a tény már jelentős anyagi befektetés (pl. talajvízkút próbafúrása, fúrás terveztetése, engedélyeztetés, talajvíz laboratóriumi vizsgálata) után szokott kiderülni, ezért ki lehet jelenteni, hogy igen kockázatos lehet egy ilyen beruházás.

Laboratóriumi talajvízminta vizsgálat

Mivel nem zárt rendszerről beszélünk maga a talajvízkút is rendszeres tisztítást, karbantartást igényel.

A talajvíz hőmérséklete tulajdonképpen egész évben állandónak mondható, ezért a legkedvezőbb COP értéket a talajvizes készülékek érik el. Áramfogyasztás tekintetében ezáltal a legolcsóbb üzemeltetés a talajvizes geotermikus hőszivattyú rendszeré lehet. Ez csak akkor igaz, ha megtörténik a rendszer folyamatos karbantartása (pl. talajvízkút tisztítás, szűrőtisztítás, szűrőcserék).

A rendszeres karbantartási költségeit is figyelembe véve, illetve az oldott anyagok miatt a hőszivattyú esetleges meghibásodása és idő előtti cseréjével együtt hosszútávon a kedvező üzemeltetési költség valószínűleg nem mondható el.

Nem elhanyagolható az sem, hogy a

talajvíz összetétele az évek során jelentősen is változhat.

Rendszeresen mintát kell venni a talajvízkútból és bevizsgáltatni azt (ami szintén költség), ezért nehéz hosszútávra előre megtervezni a geotermikus talajvizes hőszivattyú rendszer hatékony működését.

4. Passzív hűtés geotermikus hőszivattyú rendszerekkel

 

Geotermikus hőszivattyú rendszereknél kétfajta hűtési üzemről beszélhetünk:

aktív és passzív hűtés.

Aktív hűtésnél a hőszivattyú kompresszora normál üzem szerint működik.

Passzív hűtés esetén viszont a hőszivattyú kompresszorának bekapcsolása nélkül hűtjük a leadó rendszerben keringő vizet.

Az elsődleges (külső) geotermikus körben keringő víz hőmérséklete a folyamatos keringtetés miatt a föld vagy talajvíz hőmérsékletével megegyezik. A hőkinyerés csak úgy történik belőle, hogy a geotermikus hőszivattyúból föld felé távozó víz hőmérséklete csak alig haladja meg a hőforrás hőmérsékletét. A kompresszort kiiktatva a folyamatból extra hőkinyerés nélkül a hőszivattyú hőcserélőjén ezt a hőmérsékletű vizet keringtetjük át. 

A hőcserélés után ugyanilyen hőmérsékletű víz fog a belső leadó körben keringeni. Mivel ez kisebb hőmérsékletű, mint a belső tér levegőhőmérséklete, ezért a tér hűtése ugyan kisebb mértékben, mint az aktív hűtés esetén, de meg fog valósulni.

A passzív hűtési folyamat csak akkor tud működni, amikor a hőforrás hőmérséklete kisebb a beltéri hűtendő tér hőmérsékleténél, ezért lesz minden geotermikus hőszivattyú rendszer alkalmas erre. Az előzőkből következik, hogy ilyen hőmérsékletű hőforrás közegnek a nyári külső meleg levegő nem mondható, tehát

passzív hűtésre a levegős hőszivattyús rendszerek nem lesznek képesek.
Költséghatékonyság

Amikor a kültéri hőmérséklet nem túl magas még, ez általában ősszel és tavasszal igaz, de jól jönne már a tér hűtése, akkor lehet ezt a hűtési módot igazán kihasználni, ami jelentős árammegtakarítással jár, mivel passzív hűtés esetén csak a keringtető szivattyú fogyaszt áramot.

5. Mennyibe kerül egy geotermikus hőszivattyú rendszer?

Általában a geotermikus hőszivattyús fűtésrendszerek kapcsán mindenkinek az jut eszébe, hogy a létesítése nagyon drága. Ez igaz is. Egyértelműen magasabb költsége van az építésnek más fűtési rendszerekhez képest. A geotermikus hőszivattyú rendszerek mindig

hosszútávra vannak tervezve.
A geotermikus rendszer telepítése valóban költséges

Ezért minden költséget figyelembe véve akár 6-8 éven belül is megtérülhet a befektetés családi házak esetében, ipari épületek esetében pedig akár 3-4 éven belül egy földgázt használó fűtésrendszerhez viszonyítva.

A cikksorozat Hőszivattyús fűtési rendszerek alapjai részében írtunk a medencefűtés lehetőségéről is, ami jelentősen lerövidítheti a megtérülést.

 

A geotermikus energiát, rendszereket, és talajszondás rendszereket bemutató angol nyelvű videók:

Borítókép: Geotermikus fúrás, fotó: Travel Aficionado, forrás: Foter.com / CC BY-NC

Share

Kérjük értékelje, mennyire találta hasznosnak a cikket.

Olvasta már?

Hőszivattyús fűtési rendszerek alapjai

Hőszivattyús fűtési rendszerek alapjai

Minden olyan információt összeszedtünk a hőszivattyús fűtési rendszerekkel kapcsolatban, ami Önnek érdekes lehet. Ebben a cikkben a hőszivattyús rendszerekről csak általánosságban írunk, az alapokat...

bővebben
A hőszivattyú működése

A hőszivattyú működése

A hőszivattyú működése viszonylag egyszerű. Röviden megfogalmazva, ahogyan a nevében is benne szerepel, hőt „szív” (vesz) el egy adott külső közegtől, és ezt a hőt adja át egy másik, belső közegnek,...

bővebben
Levegős hőszivattyú rendszerek

Levegős hőszivattyú rendszerek

A levegős hőszivattyúk a kültéri levegőt használják hőforrásként. A hőleadás kétféleképpen történhet: vizes rendszer segítségével vagy közvetlenül a beltéri levegőnek. Manapság gyakran hallani a...

bővebben

további cikkeink

Keresés
Címkék

Your browser doesn't support the HTML5 CANVAS tag.