Δοκιμή θερμικής απόκρισης (ΤRΤ)

    Το τεστ θερμικής απόκρισης εφαρμόζεται κατά κόρον στα κλειστά γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού. Η διεξαγωγή της συγκεκριμένης δοκιμής κρίνεται απαραίτητη για την ομαλή λειτουργία του συνολικού συστήματος, την αποφυγή τυχόν αστοχιών, την ανίχνευση και επιδιόρθωση ενδεχόμενων βλαβών αλλά και για την βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς της εγκατάστασης. 

    Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, η δοκιμή θερμικής απόκρισης μπορεί να διεξαχθεί κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του εκάστοτε συστήματος, για τη πρόβλεψη τυχόν αστοχιών αλλά και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του εν λόγω συστήματος για την ανίχνευση και την επιδιόρθωση τυχόν βλαβών.

    Αναλυτικότερα, όταν το τεστ θερμικής απόκρισης διεξάγεται κατά τη φάση του σχεδιασμού ενός κατακόρυφου γεωθερμικού συστήματος κλιματισμού έχει ως κύριο στόχο του την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του συστήματος. Αυτό επιτυγχάνεται με την πρόβλεψη των ιδιοτήτων του εδάφους, όπου θα ενταφιαστεί ο γεωσυλλέκτης. Οι παράμετροι που μετρούνται είναι η θερμική αντίσταση της οπής, η θερμική αγωγιμότητα και η θερμοκρασία του υπεδάφους.

    Πριν από την πραγματοποίηση της δοκιμής θερμικής απόκρισης είναι απαραίτητη η μέτρηση της μέσης θερμοκρασίας του εδάφους χωρίς την πρόσδοση ή την απορρόφηση κάποιου ποσού θερμότητας. Ο προσδιορισμός της θερμοκρασίας αυτής γίνεται με την ανακυκλοφορία του εργαζόμενου μέσου και τη μέτρηση της θερμοκρασίας επιστροφής του.

  Μετά την διεξαγωγή της αρχικής μέτρησης της μέσης θερμοκρασίας του εδάφους ακολουθεί το τεστ της θερμικής απόκρισης. Το τεστ λαμβάνει χώρα σε μία πιλοτική οπή με όμοια χαρακτηριστικά με τις κάθετες οπές που πρόκειται να εγκατασταθούν. Τα βασικά συστατικά μέρη είναι η συσκευή μετρήσεων, οι κυκλοφορητές ανακυκλοφορίας του εργαζόμενου μέσου, οι σωλήνες σύνδεσης της συσκευής με την κάθετη οπή (οι οποίοι διαθέτουν κατάλληλη μόνωση), η συσκευή πρόσδοσης θερμότητας, καθώς και τα ανάλογα μετρητικά όργανα και όργανα προστασίας της εγκατάστασης. 

   Η διάρκεια του τεστ είναι ιδιαίτερα σημαντικός παράγοντας για τη διεξαγωγή ορθών αποτελεσμάτων. Θα πρέπει να περάσουν τουλάχιστον δύο ημέρες, καθότι τις πρώτες ώρες η ανάπτυξη της θερμοκρασίας ελέγχεται κυρίως από το υλικό της οπής και όχι από τις ιδιότητες του υπεδάφους. Κατά συνέπεια, οι αρχικές τιμές του τεστ παρουσιάζουν διακυμάνσεις. Κατόπιν επεξεργασίας των αποτελεσμάτων προκύπτουν η θερμική αντίσταση της οπής και η θερμική αγωγιμότητα του εδάφους. Ακολούθως, ο μελετητής μπορεί να κάνει τις ανάλογες παρεμβάσεις στις παραμέτρους του συστήματος, με σκοπό την ομαλή και βελτιστοποιημένη λειτουργία του.

    Το τεστ που εκπονείται κατά τη φάση λειτουργίας του συστήματος έχει ως στόχο την ανίχνευση τυχόν βλάβης, τον εντοπισμό της αιτίας της βλάβης αυτής, δηλαδή αν υπάρχει μια ρωγμή, διαρροή ή ελλιπής τσιμέντωση και την άμεση επιδιόρθωσή του συστήματος. Το τεστ θερμικής απόκρισης δύναται να εντοπίσει το ακριβές σημείο της οπής που έχει βλάβη. Όταν αναγνωριστεί η βλάβη πραγματοποιείται  επιδιόρθωση με τα κατάλληλα μέσα και έπειτα το τεστ διεξάγεται ξανά για να διαπιστωθεί ότι τα αποτελέσματα είναι εντός ορίων και ότι η βλάβη έχει διορθωθεί.

   Η διεξαγωγή των προαναθερφέντων δοκιμών έχει ως βασικό της στόχο το σχεδιασμό ενός γεωθερμικού συστήματος σωστά διαστασιολογημένου. Ένα γεωθερμικό σύστημα υποδιαστασιολογημένο λειτουργεί με χαμηλό βαθμό απόδοσης, με αποτέλεσμα να έχει υψηλό κόστος λειτουργίας και το σημαντικότερο είναι ότι ενδέχεται να οδηγηθεί σε αστοχία. Αντιθέτως, ένα σύστημα υπερδιαστασιολογημένο έχει υψηλό κόστος εγκατάστασης και αποτελεί μία υψηλή επένδυση. Εξίσου χρήσιμο εργαλείο είναι το τεστ θερμικής απόκρισης στην ανίχνευση βλαβών, καθότι οδηγεί στον άμεσο εντοπισμό αλλά και στην αποτελεσματική επίλυσή τους.

   

Μαρία Ευαγγέλου

Ενεργεαικός Μηχανολόγος ΤΕ, MSc in energy 

AiD Engineering LTD

Τ/Φ: [+30] - 210 - 8003784

e-mail: mevangelou@aidengineering.gr

http://www.aidengineering.gr

ΚΑΙ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΘΕΛΕΙ ΤΗ.. ΣΥΜΒΟΥΛΗ ΤΗΣ

Η εταιρεία μας, μετά από χρόνια εμπειρίας στις μελέτες και κατασκευές γεωθερμικών συστημάτων κλιματισμού, έχει συναντήσει και αντιμετωπίσει όλους τους πιθανούς κινδύνους και παγίδες οι οποίες είναι πιθανόν να δυσκολέψουν τη λειτουργία του συστήματος, αλλά ίσως και να οδηγήσουν σε πλήρη αστοχία του.
Το σημαντικότερο είναι να υιοθετούνται τακτικές ώστε να αποφευχθούν οι ενδεχόμενες δυσκολίες και κίνδυνοι, και να δίνεται η δέουσα προσοχή ξεχωριστά σε κάθε εγκατάσταση ούτως ώστε να επιτευχθεί το βέλτιστο αποτέλεσμα. Στο παρόν αναλύονται κάποια συνήθη προβλήματα που απαντώνται σε εγκαταστάσεις γεωθερμίας, και οι πιθανές λύσεις.
Το πρώτο και κυριότερο σημείο που εξετάζουμε σε μια εγκατάσταση είναι η επιλογή κατάλληλης Γεωθερμικής Αντλίας Θερμότητας, η οποία να προσαρμόζεται επακριβώς στις ανάγκες του έργου. Η μονάδα που θα επιλεχθεί θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στα απαιτούμενα θερμικά και ψυκτικά φορτία της εγκατάστασης ούτως ώστε να μην παρατηρηθεί ούτε υποδιαστασιολόγηση του συστήματος αλλά βέβαια ούτε και υπερδιαστασιολόγηση διότι τότε απαιτούνται μεγαλύτερα ποσά κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.
Η σωστή επιλογή γεωθερμικής αντλίας θερμότητας έγκειται στη σωστή και αναλυτική μελέτη θερμικών και ψυκτικών φορτίων του κτιρίου. Στην ίδια κατηγορία εντάσσεται και η προσεκτική επιλογή κυκλοφορητών, διότι η λανθασμένη επιλογή οδηγεί αναπόφευκτα το σύστημα σε υψηλότερες καταναλώσεις. Η βέλτιστη επιλογή είναι οι κυκλοφορητές μεταβλητών στροφών.
Όσον αφορά το κομμάτι του γεωσυλλέκτη, η εταιρεία μας δίνει τη δέουσα προσοχή κατά την τσιμέντωση σε ένα κλειστό κατακόρυφο κύκλωμα. Συγκεκριμένα, δε χρησιμοποιούμε ποτέ υλικά τα οποία έχουν ως βάση το τσιμέντο, διότι έτσι καθίσταται πολύ πιθανό να προκληθεί ζημιά στην εγκατάσταση. Ζημιές και ρήξεις θα είναι εύκολο να προκληθούν κατά την τοποθέτηση του κατακόρυφου γεωσυλλέκτη στις οπές αλλά και στη συνέχεια κατά την τσιμέντωση τους, όπου ο γεωσυλλέκτης είναι πρεσαρισμένος στο μέγιστο βαθμό, δηλαδή «φουσκωμένος». Κατά τη διαδικασία αυτή γίνεται λοιπόν η δοκιμαστική λειτουργία του γεωσυλλέκτη, ο οποίος στη συνέχεια επαναφέρεται στην κανονική του λειτουργία και πίεση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το «ξεφούσκωμα» του. Άρα λοιπόν αφού το τσιμέντο θα είναι πλέον συμπαγές, κατά το ξεφούσκωμα δημιουργείται θύλακας κενού μεταξύ του σωλήνα και του τσιμέντου. Έτσι, εξαιτίας του κενού αυτού μειώνεται η μεταφορά θερμότητας μεταξύ σωλήνωσης και υπεδάφους.
Γνωρίζοντας λοιπόν τα προβλήματα αυτά που μπορούν να προκληθούν κατά την τσιμέντωση, προτιμούμε τη χρήση μόνον υλικών υψηλής ποιότητας και αγωγιμότητας. Το κύριο συστατικό του μίγματος τσιμέντωσης που χρησιμοποιούμε είναι υψηλά θερμοαγώγιμος μπεντονίτης, σε συνδυασμό με χαλαζιακή άμμο και νερό.
Σε περίπτωση που απαιτείται σε ένα έργο η εγκατάσταση οριζόντιου κυκλώματος στη θεμελίωση του κτιρίου, γίνεται προσεκτική μελέτη του σχεδίου στο οποίο απεικονίζονται τα πέδιλα του κτιρίου, ώστε η σωλήνωση να τοποθετείται ενδιάμεσα αυτών και να αποφευχθεί το ενδεχόμενο κάποιας ρήξης σωλήνα. Επιπλέον φροντίζουμε να τοποθετήσουμε κάποια επιπλέον μέτρα σωληνώσεων από τα υπολογιζόμενα, για να εξαλειφθεί η μικρή πτώση της απόδοσης του γεωσυλλέκτη που παρατηρείται εξαιτίας της σχετικά χαμηλής αγωγιμότητας που εμφανίζει μπετό καθαριότητος. Τέλος, πριν το στρώσιμο του μπετού καθαριότητας, χρησιμοποιείται λεπτή στρώση άμμου θαλάσσης η οποία βοηθά στην καλύτερη απόδοση του συστήματος.
Όταν ο περιβάλλοντας χώρος είναι περιορισμένος, η εταιρεία μας δίνει μια εναλλακτική λύση εγκατάστασης ενός συστήματος κατά το οποίο η σωλήνωση διαμορφώνεται σε τέτοιο σχήμα ώστε να καταλαμβάνει περισσότερο χώρο σε βάθος, ούτως ώστε να εξοικονομηθεί χώρος σε πλάτος, χωρίς να απαιτείται γεώτρηση. Το σύστημα αυτό ονομάζεται κωνικό, και εφαρμόζεται στηρίζοντας τις σωληνώσεις του γεωσυλλέκτη σε ειδικά ικριώματα κωνικής μορφής. Τα ικριώματα αυτά θα πρέπει απαραιτήτως να έχουν τη μορφή κώνου και όχι κυλίνδρου. Η διαφορά τους έγκειται στο ότι ο κύλινδρος παρουσιάζει έντονη θερμική συμφόρηση κατά τον κατακόρυφο άξονα, σε αντίθεση με τον κώνο ο οποίος απελευθερώνει την ενέργεια αυτή. Δηλαδή, λόγω του σχήματος αυτού υπάρχει καλύτερη διάχυση της θερμότητας στον κατακόρυφο άξονα και μεγαλύτερος βαθμός απόδοσης στο σύστημα.
Στο εσωτερικό κύκλωμα του κλιματισμού του κτιρίου προτιμούμε την εγκατάσταση σωληνώσεων πολυπροπυλενίου (PPR) με υαλόνημα, και όχι χαλκού γιατί οι σωληνώσεις PPR έχουν μεγαλύτερο πάχος και συνεπώς μεγαλύτερη αντοχή. Επιπλέον, δίνουμε ιδιαίτερη βαρύτητα στην πολύ καλή μόνωση των σωληνώσεων διότι σε αντίθετη περίπτωση, κατά τη λειτουργία ψύξης του συστήματος θα παρουσιάζονταν υγροποιήσεις, γεγονός που μπορεί να αποδειχθεί καταστροφικό για την εγκατάσταση.
Όταν στο εσωτερικό του κτιρίου επιλεχθεί η χρήση ενδοδαπέδιας σωλήνωσης, η οποία αποσκοπεί στη θέρμανση αλλά και στο δροσισμό του εσωτερικού χώρου, εγκαθιστούμε απαραιτήτως και αφυγραντές ή μικρές μονάδες εξαναγκασμένης ανακυκλοφορίας αέρα (Fan Coil Units). Αυτό απαιτείται διότι σε άλλη περίπτωση δε μπορεί να λειτουργήσει σωστά ο δροσισμός του κτιρίου.
Τέλος, όταν σχεδιάζουμε σύστημα κλιματισμού με Fan Coil Units, προτιμούμε μονάδες μεγαλύτερης ισχύος ώστε να λειτουργούν πάντα στη χαμηλότερη ταχύτητα. Σε αντίθετη περίπτωση, η εγκατάσταση είναι φθηνότερη μεν κοστολογικά, αλλά είναι κακής ποιότητας λόγω του θορύβου που αναπτύσσεται κατά τη λειτουργία των Fan Coil Units σε μεγάλη ταχύτητα.
Ακολουθώντας τα παραπάνω βήματα έχουμε καταφέρει στην πορεία του χρόνου, τη βέλτιστη λειτουργία των γεωθερμικών συστημάτων κλιματισμού στις εγκαταστάσεις μας. Η εμπειρία μας, μας έχει οδηγήσει στη σχεδίαση βελτιστοποιημένων συστημάτων γεωθερμίας, όπου έχουν αποφευχθεί κάθε είδους πιθανές «παγίδες» οι οποίες ενδεχομένως να ελάττωναν την αποδοτικότητα του εκάστοτε συστήματος.


Ιωάννα Τόμελιτς
Μηχ/γος Μηχανικός ΕΜΠ
Μελετητής ενεργειακών συστημάτων
AiD Engineering LTD
Τ/Φ: [+30] - 210 - 8003784
e-mail: itomelits@aidengineering.gr
http://www.aidengineering.gr

Τα "αδύνατα" σημεία της ηλιακής ψύξης

Τα συστήματα ηλιακού κλιματισμού βασίζονται στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ψύξης στο εσωτερικό της εγκατάστασης. Τα συστήματα που έχουν χρησιμοποιηθεί έως τώρα βασίζονται στην απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας μέσω συλλεκτών κενού, αέρος και επίπεδων συλλεκτών. Η αρχή λειτουργίας των εγκαταστάσεων ηλιακής ψύξης βασίζεται σε κλειστό ή ανοικτό ψυκτικό κύκλο. Τα συστήματα ηλιακής ψύξης κλειστού κύκλου παρέχουν ψυχρό νερό στις κεντρικές κλιματιστικές μονάδες ή στις μονάδες fan coil. Τα ανοικτά συστήματα επιτρέπουν πλήρη κλιματισμό και παρέχουν ψυχρό και ξηρό αέρα, χρησιμοποιώντας νερό ως εργαζόμενο μέσο, εφόσον είναι σε άμεση επαφή με τον αέρα.

Η χρήση της ηλιακής ενέργειας καθιστά τα συστήματα ηλιακής ψύξης ως μια τεχνολογία φιλική προς το περιβάλλον, σύμφωνη με τους ευρύτερους περιβαλλοντικούς στόχους. Εμφανίζουν χαμηλότερες καταναλώσεις πρωτογενούς ενέργειας και κατά συνέπεια μειώνουν τα ποσοστά των παραγόμενων ρύπων.

Οι εγκαταστάσεις ηλιακού κλιματισμού έως τώρα είναι εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας με επιδεικτικό χαρακτήρα και δεν εμφανίζουν χαρακτηριστικά ανάπτυξης σε εφαρμογές κατοικιών. Θα πρέπει να ληφθούν αρκετές παράμετροι υπόψη ώστε η ηλιακή ψύξη να προσαρμοστεί στις ιδιαίτερες απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής. Κατά συνέπεια η διενέργεια μελέτης σκοπιμότητας σχετικά με ένα μελλοντικό σύστημα ηλιακής ψύξης είναι απαραίτητη.

Η ανάγκη διενέργειας της μελέτης σκοπιμότητας προέκυψε από παρατηρήσεις στα εφαρμοζόμενα επιδεικτικά έργα. Στις περισσότερες περιπτώσεις επιβάλλεται η χρήση εφεδρικού συστήματος με συμβατικά καύσιμα, όπως φυσικό αέριο, με αποτέλεσμα το σύστημα να μην μπορεί να χαρακτηριστεί ως αυτόνομο. Όπως και να έχει, για την κάλυψη των ψυκτικών φορτίων της εγκατάστασης απαιτούνται μεγάλη επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών, ειδικά στην περίπτωση που θα πρέπει να καλυφθούν και οι θερμικές απαιτήσεις του κτιρίου και η παραγωγή του ζεστού νερού χρήσης.

Επιπρόσθετα, η ύπαρξη πύργων ψύξης επιβάλλει υψηλές απαιτήσεις νερού λόγω της εκτόνωσης του θερμικού φορτίου. Ο χρόνος που απαιτείται για την προθέρμανση του νερού για την θέρμανση ή ψύξη του κτιρίου είναι μεγάλος, με αποτέλεσμα να απαιτείται και πρόσθετη κατανάλωση φυσικού αερίου. Στο παρακάτω διάγραμμα μπορούμε να δούμε σχηματικά αυτό το φαινόμενο.

Τις πρωινές και απογευματινές ώρες η ηλιακή ενέργεια δεν δύναται να καλύψει τις ανάγκες του κτιρίου για θέρμανση, ψύξη, ζεστό νερό χρήσης και θέρμανση πισίνας. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό πρόβλημα, ειδικά σε μία ξενοδοχειακή εγκατάσταση, όπου οι απαιτήσεις θα πρέπει να καλύπτονται καθ’ όλη τη διάρκεια του 24ώρου. Κατά συνέπεια τις πρωινές και απογευματινές ώρες θα πρέπει να χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας το φυσικό αέριο. Η συνολική κατανάλωση ενέργειας δεν είναι ιδιαίτερα καλή, εν συγκρίσει με τα συστήματα γεωθερμίας που μπορούν να λειτουργήσουν σε 24ωρη βάση, με υψηλούς βαθμούς απόδοσης και με χαμηλά ποσοστά εκπομπής αέριων ρύπων, χωρίς συμπλήρωση ενέργειας.

Φλώρα Πέππα
Μηχανολόγος Μηχανικός
Μελετητής Γεωθερμικών συστημάτων
της AiD Engineering

Γιατί κωνικός γεωσυλλέκτης και όχι κυλινδρικός!

Τα κωνικά γεωθερμικά θεωρούνται η βέλτιστη κατασκευαστική λύση στην περίπτωση που δεν μπορεί να εφαρμοστεί οριζόντιο σύστημα επειδή δεν υπάρχει διαθεσιμότητα χώρου, ή η τοποθέτηση του γεωσυλλέκτη στην θεμελίωση δεν είναι εφικτή, και όταν το κάθετο γεωθερμικό σύστημα αποτελεί ακριβή κατασκευαστική λύση. Η ευελιξία αυτή του κωνικού συστήματος οφείλεται στο γεγονός ότι καταλαμβάνει μικρότερο περιβάλλοντα χώρο από το οριζόντιο σύστημα και έχει μικρότερο κόστος εγκατάστασης από το κάθετο σύστημα.

Τα κωνικά συστήματα είναι κλειστά γεωθερμικά συστήματα. Η αρχή λειτουργίας τους είναι ακριβώς ίδια με τα οριζόντια και τα κάθετα γεωθερμικά συστήματα, με μόνη διαφορά το σχήμα του γεωσυλλέκτη. Για την τοποθέτηση του κωνικού γεωσυλλέκτη πραγματοποιούνται τοπικές εκσκαφές. Η απορρόφηση και πρόσδοση θερμότητας από και προς το υπέδαφος επιτυγχάνεται μέσω τεχνητής ανακυκλοφορίας διαλύματος νερού-αντιψυκτικού εντός των σωληνώσεων. Στόχος είναι η διάταξη των σωληνώσεων με τέτοιο τρόπο ώστε να μεγιστοποιείται η απόδοση του συστήματος και να μην απαιτείται υψηλό ποσό ηλεκτρικής ενέργειας κατά την λειτουργία της εγκατάστασης.

Το κωνικό σχήμα προσδιορίστηκε σύμφωνα με τη διάχυση της θερμότητας στο υπέδαφος. Η διάμετρος στο άνω τμήμα του κώνου είναι μεγαλύτερη από τη διάμετρο στο κάτω τμήμα του κώνου, ώστε να αποφεύγεται η θερμική συμφόρηση του εδάφους. Υπερτερεί του κυλινδρικού σχήματος διότι δεν επιτρέπει την θερμική συμφόρηση του εδάφους κατά τον κάθετο άξονα και βοηθά στην απαγωγή και απορρόφηση του ενεργειακού φορτίου. Ένα γεωθερμικό σύστημα με κυλινδρικούς γεωσυλλέκτες μπορεί να λειτουργήσει ομαλά στη θέρμανση, όμως στην ψύξη θα υπάρξει συσσώρευση ενέργειας στο κέντρο του κυλίνδρου. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε κορεσμό του εδάφους, μείωση του βαθμού απόδοσης της εγκατάστασης και αύξηση της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας.

Το πλήθος των κώνων εξαρτάται από τα θερμικά-ψυκτικά φορτία που απαιτούνται στον προς κλιματισμό χώρο και το ελάχιστο βάθος τοποθέτησης κάθε κώνου ανέρχεται στα 3.5 m από την επιφάνεια. Τα κωνικά συστήματα δε μπορούν να τοποθετηθούν στη θεμελίωση του κτιρίου και είναι ακριβότερα από τα οριζόντια διότι απαιτούνται σκελετοί από ανοξείδωτο ή πλαστικό για την υποστήριξη του γεωσυλλέκτη. Απαιτούν αισθητά λιγότερο περιβάλλοντα χώρο σε σχέση με τα οριζόντια συστήματα και εμφανίζουν σχεδόν ίση ηλεκτρική κατανάλωση με αυτά.

Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι ένα κωνικό γεωθερμικό σύστημα έχει πολλά οφέλη που μπορούν να γίνουν αισθητά με σωστό σχεδιασμό και προσεκτική εγκατάσταση των γεωσυλλεκτών.




Φλώρα Πέππα
Μηχανολόγος Μηχανικός
Μελετητής Γεωθερμικών συστημάτων
της AiD Engineering

Προσοχή στην υποδιαστασιολόγηση των Γεωθερμικών συστημάτων

Συχνά παρατηρούνται διαφορές στον υπολογισμό του αριθμού των κάθετων οπών για ένα δεδομένο έργο, από τον ένα μελετητή στον άλλον. Η αιτία του φαινομένου αυτού είναι η υποδιαστασιολόγηση του τμήματος που τοποθετείται στο έδαφος που οδηγεί σε αρκετά σημαντικές κοστολογικές διαφορές. Η υποδιαστασιολόγηση ενός γεωθερμικού συστήματος έχει αρνητικές συνέπειες κατά τη λειτουργία του και είναι πολύ πιθανό να οδηγήσει το σύστημα σε μελλοντική αστοχία. Η αστοχία παρατηρείται ακόμα πιο έντονα στα κάθετα γεωθερμικά συστήματα.

Οι διαφορές υπολογισμού από μελετητή σε μελετητή οφείλονται στη λανθασμένη διαδικασία που πραγματοποιείται κατά την μελέτη των θερμικών και ψυκτικών φορτίων μιας εγκατάστασης. Οι θερμικές απαιτήσεις μιας εγκατάστασης στον Ελλαδικό χώρο είναι προφανώς μικρότερες από τις ψυκτικές. Το γεγονός αυτό υπαγορεύει τη διαστασιολόγηση του συστήματος με βάση τα ψυκτικά φορτία. Αν η διαστασιολόγηση του γεωσυλλέκτη γίνει σύμφωνα με τα θερμικά φορτία, τότε το σύστημα θα λειτουργήσει ομαλά κατά τη διαδικασία της θέρμανσης, αλλά δε θα γίνει το ίδιο κατά τη λειτουργία της ψύξης.

Πιο αναλυτικά μπορούμε να θεωρήσουμε το παρακάτω παράδειγμα. Θεωρούμε ότι οι θερμικές και ψυκτικές απαιτήσεις μιας εγκατάστασης είναι ίσες και φθάνουν τα 15 kW. Αν θεωρήσουμε ίδιο βαθμό απόδοσης και κατά την διαδικασία της θέρμανσης και κατά τη διαδικασία της ψύξης, ίσο με 3, τότε προκύπτει ότι η απορροφώμενη ισχύς από το έδαφος είναι 10 kW κατά τη θέρμανση και η αποδιδόμενη ισχύς στο έδαφος είναι 20 kW κατά την ψύξη.

Όπως παρατηρούμε, αν ο υπολογισμός των οπών του κάθετου γεωθερμικού συστήματος πραγματοποιηθεί με βάση τα απορροφώμενα φορτία από το έδαφος κατά τη διαδικασία της θέρμανσης, δηλαδή τα 10kW, οι οπές που θα χρειαστούν είναι 2 (με την παραδοχή ότι ο κάθετος γεωσυλλέκτης σε κάθε οπή μπορεί να αποδώσει περίπου 5kW). Αν όμως η υπολογισμός πραγματοποιηθεί με βάση τα φορτία που αποδίδονται στο έδαφος κατά τη λειτουργία της ψύξης, δηλαδή τα 20 kW, οι οπές που θα χρειαστούν είναι 4. Το σύστημα των 2 οπών μπορεί να λειτουργήσει ομαλά κατά την λειτουργία της θέρμανσης, όμως κατά την ψύξη τους θερινούς μήνες θα δημιουργηθούν προβλήματα. (Δεν απαιτείται πάντα ο διπλάσιος αριθμός οπών, όταν η διαστασιολόγηση γίνεται βάσει ψυκτικών απαιτήσεων).

Το σύστημα θα έχει μειωμένο συντελεστή απόδοσης (COP), από αυτόν που προδιαγράφεται με αποτέλεσμα την αυξημένη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Το μίγμα ανακυκλοφορίας στον κάθετο γεωσυλλέκτη θα υπερθερμανθεί, και ενδεχομένως να υπάρξει κάποια ρήξη στα τοιχώματα του σωλήνα. Το σπάσιμο του γεωσυλλέκτη είναι ένα σύνηθες φαινόμενο όταν δεν χρησιμοποιούνται τα κατάλληλα υλικά τσιμέντωσης, υλικά που δεν επιτρέπουν την συστολή/διαστολή του μίγματος πλήρωσης των κάθετων οπών. Αυτό παρατηρείται στις περιπτώσεις πλήρωσης των κάθετων οπών με υλικά που περιέχουν τσιμέντο.

Το φαινόμενο της υποδιαστασιολόγησης εντείνεται λόγω κάποιων λογισμικών τα οποία αναφέρονται σε Ευρωπαϊκά κλίματα, και είναι βασισμένα σε αλγορίθμους που λαβαίνουν υπόψη τους μόνο τα θερμικά φορτία. Στην περίπτωση που η εγκατάσταση λειτουργήσει με σώματα καλοριφέρ ή με ενδοδαπέδια θέρμανση, δηλαδή μόνο για θέρμανση, οι αρχικοί υπολογισμοί θα είναι σωστοί. Στην περίπτωση όμως που η εγκατάσταση λειτουργεί για δροσισμό και ψύξη, τότε οι αρχικοί υπολογισμοί είναι λανθασμένοι. Σε αντίθεση με αυτά, τα Αμερικάνικα λογισμικά δίνουν τελικά αποτελέσματα βασισμένα και στα ψυκτικά φορτία της εγκατάστασης.

Ο τελικός χρήστης θα πρέπει να δίνει ιδιαίτερη προσοχή στους παραπάνω παράγοντες, προτού επιλέξει τον τύπο του γεωθερμικού συστήματος που θα εφαρμόσει. Το αρχικό ύψος της επένδυσης είναι ένα βασικό κριτήριο επιλογής, μόνο όμως όταν αυτό δεν έρχεται σε σύγκρουση με την ομαλή και αποδοτική λειτουργία της εγκατάστασης μακροπρόθεσμα.




Νικόλαος Ψαρράς
Μελετητής συστημάτων
Eξοικονόμησης Eνέργειας
της Aid Engineering
Τηλ./ Fax.: 210-8003784
www.aidengineering.gr
info@aidengineering.gr

ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΕ ΙΕΡΑ ΜΟΝΗ ΤΗΣ ΒΟΡΕΙΟΥ ΕΛΛΑΔΟΣ

Τον Απρίλιο του 2010 η AiD Engineering LTD εκπόνησε ενεργειακή μελέτη εφαρμογής γεωθερμικού συστήματος κλιματισμού καθώς και τεχνοοικονομική ανάλυση, για ένα μοναστήρι. Η μελέτη αυτή εμπεριείχε μια ολοκληρωμένη πρόταση εγκατάστασης συστήματος γεωθερμίας το οποίο πρόκειται να αντικαταστήσει τα υπάρχοντα συστήματα θέρμανσης και ψύξης του κτιρίου. Τα συμβατικά συστήματα που χρησιμοποιούνται ως τώρα στη Μονή είναι καυστήρες – λέβητες πετρελαίου και ξυλόσομπες για τη θέρμανση των χώρων, και ηλεκτρογεννήτριες πετρελαίου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού που προτείνεται στην Ιερά Μονή θα έχει υποστεί και βελτιστοποίηση με σκοπό τη μεγιστοποίηση του βαθμού απόδοσης του και φυσικά την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και χρημάτων σε ωριαία και ετήσια κλίμακα. Η μέθοδος βελτιστοποίησης περιλαμβάνει εναλλάκτες αέρος – νερού οι οποίοι εκμεταλλεύονται την εκλυόμενη θερμότητα από τα καυσαέρια των ηλεκτρογεννητριών αλλά και από τα καυσαέρια των δύο καυστήρων πετρελαίου που θα εξακολουθήσουν να χρησιμοποιούνται περιστασιακά για την κάλυψη των φορτίων αιχμής της εγκατάστασης.

Το εν λόγω βελτιστοποιημένο σύστημα γεωθερμίας θα καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια την οποία θα μπορεί να προμηθευτεί είτε από τη ΔΕΗ είτε από τις ηλεκτρογεννήτριες. Παρατηρήθηκε ότι η μέγιστη εξοικονόμηση χρημάτων επιτυγχάνεται κατά τη λειτουργία του συστήματος σε συνδυασμό με τη ΔΕΗ. Συγκεκριμένα, η εξοικονόμηση χρημάτων που επιτυγχάνεται κατά τη χειμερινή λειτουργία του συστήματος αγγίζει το 60%. Αντίστοιχα, κατά τη θερινή λειτουργία επιτυγχάνεται εξοικονόμηση της τάξεως των 55%. Στην περίπτωση χρήσης των ηλεκτρογεννητριών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η εξοικονόμηση ενέργειας και χρημάτων κυμαίνεται στα 40 – 45%.

Ένα σύστημα γεωθερμίας παρουσιάζει μεγάλη μείωση εκλυόμενων ρύπων σε σύγκριση με ένα συμβατικό σύστημα. Στην προκειμένη περίπτωση, σημαντικότερη μείωση εκλύσεων ρύπων επιτυγχάνεται από τη λειτουργία του γεωθερμικού συστήματος κλιματισμού σε συνδυασμό με τις ηλεκτρογεννήτριες. Συγκεκριμένα επιτυγχάνεται μείωση των εκλυόμενων ρύπων κατά 340 kg NOx (60%), και κατά 475 tn CO2 (55%), ποσά αρκετά σημαντικά.

Συμπερασματικά λοιπόν, διαπιστώθηκε ότι ένα γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού παρουσιάζει μεγαλύτερη εξοικονόμηση χρημάτων κατά τη λειτουργία του σε συνδυασμό με τη ΔΕΗ, ενώ παρουσιάζει μεγαλύτερη μείωση εκλυόμενων αέριων ρύπων κατά τη λειτουργία του σε συνδυασμό με ηλεκτρογεννήτριες. Πρέπει να αναφερθεί ότι στην Ιερά Μονή προϋπάρχουν συστήματα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας τα οποία μπορούν να συνδυαστούν με τη γεωθερμία.



Ιωάννα Τόμελιτς
Μελετητής Ενεργειακών
Συστημάτων
της Aid Engineering
Τηλ./ Fax.: 210-8003784
www.aidengineering.gr
info@aidengineering.gr

Ενδεχόμενοι κίνδυνοι από την χρήση των συστημάτων κλιματισμού VRF

Η επιλογή του συστήματος θέρμανσης/ ψύξης για την κατοικία, το ξενοδοχείο, το γραφείο μας είναι ιδιαίτερα σημαντική αν αναλογιστούμε ότι εκεί περνάμε τον περισσότερο χρόνο της ημέρας μας. Οι παράγοντες που θα πρέπει να εξετάζουμε είναι η άνεση του περιβάλλοντος και η υγιεινή ατμόσφαιρα, χωρίς όμως να παραλείπουμε την ασφάλεια του κάθε συστήματος κλιματισμού ακόμα και αν τα μέτρα ασφαλείας σε κάποιες περιπτώσεις αυξάνουν το κόστος εγκατάστασης.

Τα συστήματα VRF (Variable Refrigerant Flow) - VRV (Variable Refrigerant Volume) είναι κεντρικά ή ημικεντρικά συστήματα κλιματισμού μεταβλητής ροής του ψυκτικού μέσου για θέρμανση και ψύξη χώρων. Ένα σύστημα κλιματισμού VRF αποτελείται από μία εξωτερική μονάδα (κεντρικό ψυκτικό μηχάνημα), τις εσωτερικές μονάδες χώρου (split units), και το δίκτυο σωληνώσεων χαλκού για την κυκλοφορία του ψυκτικού μέσου μεταξύ της κεντρικής μονάδας και των τερματικών. Ο έλεγχος του συστήματος είναι κεντρικός και δεν περιλαμβάνει τον αυτόνομο έλεγχο των τερματικών μονάδων.

Τα συστήματα εμφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 80 με αρχικές εφαρμογές σε μικρές οικιακές εγκαταστάσεις σαν εφαρμογή multi-split units. Τα χρόνια που ακολούθησαν όμως τα συστήματα επέκτειναν τις εφαρμογές τους και σε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις μετά το 2000. Η ταχεία μετάλλαξη τους, καθώς και η έμφαση μόνο σε κοστολογικά κριτήρια, οδήγησαν σε υποβάθμιση των περιορισμών ασφαλείας.

Η βασική διαφορά ενός συστήματος VRF από τα συμβατικά και γεωθερμικά συστήματα κεντρικής θέρμανσης εντοπίζεται στην μεταφορά του ψυκτικού υγρού έως τους κλιματιζόμενους χώρους. Τα συμβατικά και γεωθερμικά συστήματα μεταφέρουν αέρα ή νερό στο δίκτυο διανομής των ενεργειακών φορτίων στον προς κλιματισμό χώρο. Ένα σύστημα VRF διοχετεύει ψυκτικό μέσο σε υψηλή πίεση, αποτελεί δηλαδή ένα σύστημα άμεσης εκτόνωσης.

Η αρχική του χρήση σε μικρές οικιακές εγκαταστάσεις δεν κρίθηκε επικίνδυνη, εφόσον ο όγκος του ψυκτικού μέσου ήταν μικρός, λόγω των χαμηλών ενεργειακών απαιτήσεων. Σε μεγαλύτερες όμως εγκαταστάσεις πραγματοποιήθηκε αύξηση του όγκου του ψυκτικού μέσου. Ο κίνδυνος των συστημάτων VRF παρουσιάζεται σε αυτό το σημείο, εφόσον το ψυκτικό μέσο οδηγείται στους κλιματιζόμενους χώρους σε υψηλή πίεση και ποσότητα. Μια διαρροή μικρού μεγέθους θα οδηγήσει σε απώλεια ισχύος αλλά και σε δυσμενείς συνέπειες καθότι ο χώρος είναι κατοικημένος και αποτελεί χώρο διαβίωσης και όχι κάποιο μηχανοστάσιο.

Ο κίνδυνος διαρροής ενισχύεται και από τα μεγάλα μήκη των σωληνώσεων, καθότι η τήρηση των διαστάσεων που έχει προταθεί από τον ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) , θεωρείται ιδιαίτερα δύσκολη από διάφορους κατασκευαστές. Η μέγιστη απόσταση της ψυκτικής γραμμής σύμφωνα με τους περισσότερους κατασκευαστές μεταξύ της εξωτερικής μονάδας και της πιο απομακρυσμένης μονάδας δεν πρέπει να ξεπερνάει 40 m.

Η απώλεια ασφάλειας του συστήματος είναι ένα σοβαρό πρόβλημα αν κανείς αναλογιστεί τις συνέπειες διαρροής του ψυκτικού μέσου εντός κατοικημένου χώρου. Το ψυκτικό μέσο μπορεί εισπνεόμενο να προκαλέσει ασφυξία, καθώς και ψυχρά εγκαύματα όταν έρθει σε επαφή με το δέρμα. Σε περίπτωση πυρκαγιάς αποσυντίθεται σε παράγωγα υψηλής τοξικότητας (οξείδιο του φθορίου, υδροφθορικό οξύ, μονοξείδιο του άνθρακα και φωσγένιο) Το ενδεχόμενο μιας μικρής διαρροής σε ένα μεγάλο σύστημα είναι υπολογίσιμο. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω κάποιας ατέλειας των σωληνώσεων, κραδασμών, χτυπήματος, αλλά ακόμα και της φυσικής φθοράς των σωληνώσεων μετά από κάποια χρόνια. Το ψυκτικό μέσο θα εξαπλωθεί στο χώρο εφόσον έχει υψηλή πίεση. Η περίπτωση πυρκαγιάς είναι επίσης δυσμενής, εφόσον η απελευθέρωση των τοξικών αερίων λόγω καταστροφής των σωληνώσεων θα οδηγήσει σε εξάπλωση της πυρκαγιάς. Διάφορες προσπάθειες έχουν γίνει ώστε να εφαρμοστούν τεχνικές οι οποίες θα μειώνουν τον κίνδυνο μιας πιθανής διαρροής και κατά συνέπεια τις αρνητικές συνέπειες που προκύπτουν από αυτή. Όμως ακόμα χρειάζεται αρκετή έρευνα ώστε να τεκμηριωθεί και να εφαρμοστεί μια ολοκληρωμένη μέθοδος σχεδιασμού και εγκατάστασης των συστημάτων VRF.

Ένα άλλο βασικό μειονέκτημα των συστημάτων VRF είναι ο έλεγχος της πίεσης ο οποίος είναι αρκετά δύσκολος και εγείρει ερωτήματα σχετικά με την επιστροφή λαδιού. Η εγκατάσταση τέτοιων συστημάτων είναι πολύπλοκη και το κόστος συντήρησης αρκετά υψηλό, εφόσον απαιτούνται συνεχείς έλεγχοι της συνολικής εγκατάστασης. Το κόστος εγκατάστασης επίσης, είναι αυξημένο εφόσον πραγματοποιείται υπερδιαστασιολόγηση των μηχανημάτων λόγω των απωλειών που προκύπτουν από το μεγάλο μήκος των σωληνώσεων.

Σύμφωνα με το Standard 62 του ASHRAE καθώς και άλλoυς αμερικάνικους κανονισμούς κτιρίων, θα πρέπει σε όλα τα κτίρια να υπάρχει ένα κεντρικό σύστημα εξαερισμού με είσοδο νωπού αέρα. Τα συστήματα VRF σε αυτό το θέμα υστερούν σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα κλιματισμού με αέρα εφόσον κάθε εσωτερική τερματική μονάδα θα πρέπει να συνδεθεί ανεξάρτητα με τον εξωτερικό αέρα μέσω αεραγωγού. Επίσης φορέας πιστοποίησης της απόδοσης των συστημάτων VRF δεν υπάρχει.

Σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχουν κάποιοι κανονισμοί προστασίας σωληνώσεων και συγκολλήσεων ώστε να περιοριστούν τα προβλήματα που προκύπτουν, οι οποίοι όμως ίσως να μην τηρούνται. Η νομοθεσία ορίζει επίσης ένα μέγιστο επιτρεπόμενο όριο διαρροής του ψυκτικού μέσου εντός κάποιου χώρου συγκεκριμένης έκτασης, το οποίο όμως δεν προβλέπει ότι το ψυκτικό μέσο είναι πιο βαρύ από τον ατμοσφαιρικό αέρα με αποτέλεσμα να συγκεντρώνεται χαμηλά και να προκαλεί στον χώρο πολύ μεγαλύτερες πραγματικές συγκεντρώσεις. Στην Αμερική ο οργανισμός ASHRAE και η ανάλογη νομοθεσία προβλέπουν την αποτροπή μεγάλων εγκαταστάσεων VRF. Το επιτρεπόμενο μέγεθος μιας τέτοιας εγκατάστασης ορίζεται από την νομοθεσία στην Ευρώπη σε 28 kW. Αυτό πρακτικά μεταφράζεται σε εγκαταστάσεις σπιτιών, αποκλείοντας ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις, τα κτίρια γραφείων και τα νοσοκομεία.

Φλώρα Πέππα
Μηχανολόγος Μηχανικός
Μελετητής Γεωθερμικών συστημάτων
της AiD Engineering