V súčasnosti sa svet snaží nájsť cestu k udržateľnosti a ekologickým riešeniam v oblasti energie. Jedným z nádejných spôsobov, ako dosiahnuť tento cieľ, je využitie geotermálnej energie. Ide o prejav tepelnej energie zemského telesa, ktorá vzniká rozpadom rádioaktívnych látok a pôsobením slapových síl. Geotermálna energia patrí k jednej z mála foriem energie, ktoré nepochádzajú zo Slnka a nahromadila sa pod zemským povrchom počas zrodu našej planéty. Je to obnoviteľná energia, ktorá sa neustále vytvára, takže sa nikdy nevyčerpá. Vo väčších hĺbkach je teplota stálejšia, pretože na ňu nepôsobia vonkajšie klimatické faktory. Vďaka tomu je večným, nevyčerpateľným zdrojom energie.
Čo je geotermálna energia a geotermálne tepelné čerpadlá?
Určite ste už počuli o tepelných čerpadlách, ktoré sú v posledných rokoch skutočným hitom na trhu. V zásade poznáme tri typy tepelných čerpadiel: tepelné čerpadlá vzduch-voda, voda-voda a zem-voda. Líšia sa zdrojom, z ktorého využívajú energiu. Vo všetkých troch prípadoch je výmenníkom tepla voda. Slovo geotermálny je gréckeho pôvodu a súvisí s tepelnou energiou vo vnútri zeme, využívajúcou teplo zo zeme. Na rozdiel od podzemnej vody, ktorá nie je dostupná na každom pozemku, geotermálna energia sa dá využiť všade. Zároveň má oveľa širšie využitie než len na vykurovanie a chladenie.
Geotermálne tepelné čerpadlá fungujú na rovnakom princípe ako ostatné tepelné čerpadlá. Nízkoteplotná energia uložená v podzemí alebo podzemnej vode je odobraná, zhodnotená v tepelnom čerpadle na vyššiu teplotnú úroveň a použitá pre vykurovanie a ohrev teplej vody. Pri chladení proces pracuje obrátene.
Princíp fungovania geotermálneho vykurovacieho systému
Uzavretý systém a prenos tepla
Geotermálne vykurovanie funguje na princípe získavania tepla z podzemného zdroja. Tento typ tepelného čerpadla funguje na princípe uzavretého systému. Systém sa skladá z potrubí, ktoré sú uložené buď vodorovne v pôde (v hĺbke približne 1,5 - 2 metre) alebo vertikálne vo vŕtoch (často až do hĺbky niekoľkých desiatok metrov). Tieto potrubia obsahujú nemrznúcu kvapalinu, ktorá cirkuluje a absorbuje teplo zo zeme. Táto kvapalina potom putuje potrubím do miestností, ktoré vykuruje. Tepelné čerpadlo funguje na podobnom princípe ako v chladničke, ale v opačnom smere. Chladivo v tepelnom čerpadle absorbuje teplo z kvapaliny a následne prechádza cez kompresor, kde sa jeho tlak a teplota zvýšia. Získané teplo sa prenáša do vykurovacieho systému budovy.
Po odovzdaní tepla v budove sa ochladená kvapalina vracia späť do zeme alebo do vodného zdroja, aby znovu absorbovala teplo. Geotermálny systém funguje v uzavretom cykle, čo znamená, že kvapalina neustále cirkuluje a znovu a znovu absorbuje teplo zo zeme alebo vody.
Typy geotermálnych kolektorov
Geotermálne tepelné čerpadlo získava teplo geosondou, ktorá je umiestnená hlboko v zemi. Systémy s vertikálnymi sondami využívajú dlhé vertikálne vrty, ktoré sú zasunuté do zeme. Hĺbka vrtu závisí od viacerých faktorov, ale v zásade geosonda na vykurovanie rodinných domov dosahuje hĺbku 50 až 200 m. Na inštalovanie geosondy potrebujeme otvor (vrt) vyrobený kvalifikovanou firmou na tepelné čerpadlá. Pred vŕtaním otvorov pre geosondy je potrebné vykonať geologický rozbor pôdy.
Systémy s horizontálnymi kolektormi využívajú široké, plytké kolektory položené horizontálne v zemi. Niekedy sa namiesto zeme používajú vodné zdroje, ako sú jazerá, rieky alebo podzemné vody. Potrubia môžu byť ponorené do týchto zdrojov, kde kvapalina absorbuje teplo priamo z vody. Tento systém sa označuje ako systém s povrchovými vodami. V prípade dostupnosti zdroja termálnej vody sa musia vyvŕtať hlbinné vrty. Pri plytkých geotermálnych vrtoch sa dosahuje taká teplota, ktorá sa nedá priamo využiť, preto sa absorbované teplo v plytkom geotermálnom vrte využíva spolu s tepelnými čerpadlami, ktoré zvyšujú teplotu na užitočnejšiu úroveň pre účely vykurovania. Na výrobu elektrickej energie pomocou geotermálnej energie sa vyžadujú vyššie teploty.
Výhody geotermálneho vykurovania
Vysoká účinnosť a úspora nákladov
Vykurovanie domu pomocou geotermálnej energie je veľmi efektívne. Geotermálne vykurovanie tepelným čerpadlom dosahuje veľmi vysoké výkonové číslo, čo znamená, že poskytuje viac tepelnej energie v porovnaní s množstvom elektriny, ktorú spotrebuje. Uzavretý systém vyžaduje veľmi málo energie na cirkuláciu média (nosiča tepla - vody), približne 100 W. Zem má pod povrchom stabilnú teplotu počas celého roka, čo umožňuje geotermálnym systémom účinne vykurovať budovy v zime a ochladzovať ich v lete. Počiatočná investícia sa vráti o niečo viac ako 10 rokov.
Odolnosť a dlhá životnosť
Geotermálne tepelné čerpadlo má mnoho výhod. Prvou výhodou je, že je mimoriadne odolné, keďže jeho životnosť sa odhaduje na viac ako 25 rokov bezporuchovej prevádzky. Keďže je ukryté pod zemou, nie je vystavené poveternostným vplyvom, ktoré spôsobujú poškodenie. Pre porovnanie, priemerná životnosť tepelného čerpadla vzduch-voda sa odhaduje na niečo viac ako 15 rokov, pričom poruchy sú častejšie. Komponenty geotermálneho systému, ako sú podzemné slučky, môžu vydržať 50 rokov a viac, zatiaľ čo tepelné čerpadlá zvyčajne vydržia 20 až 25 rokov.
Ekologickosť a udržateľnosť
Geotermálne systémy neprodukujú pri prevádzke žiadne priame emisie skleníkových plynov, čím sa znižuje uhlíková stopa budov. Geotermálna energia je obnoviteľná a stabilná, čo znamená, že jej využívanie nezávisí od vyčerpateľných zdrojov energie, ako sú fosílne palivá. Keďže pochádza zo zemskej kôry, ide o obnoviteľný zdroj, ktorý nie je závislý od počasia ani ročného obdobia. Tepelné čerpadlá využívajú energiu uloženú v zemi, vo vzduchu alebo vo vode a premieňajú ju na ekologicky šetrnú vnútornú klímu budovy. Vzduchové a zemné tepelné čerpadlá dokážu znížiť emisie CO2 domácnosti až o 50 %. Vykurovanie s nízkou produkciou CO2 je kľúčom k udržateľnému rozvoju.
Možnosť chladenia
Tak ako geotermálnym tepelným čerpadlom vykúrite dom v zime, v lete ho môžete ochladiť. Teplota v hlbinách zeme je konštantná, čo znamená, že v zime je oveľa vyššia ako atmosférická teplota a v lete nižšia. Voda je ďalej ochladzovaná vnútornou jednotkou tepelného čerpadla a odtiaľ putuje do koncových miestností, ktoré príjemne ochladí. Tak ako je na vykurovanie najlepšie podlahové kúrenie, na chladenie je najlepšie stropné alebo stenové chladenie. Vďaka nízkej teplote v hlbších vrstvách podloží zeme má nemrznúca kvapalina vo vnútri vrtu taktiež nízku teplotu a tým je možné pomocou nej chladiť obydlie s nákladmi rovnajúcimi sa spotrebe niekoľkých žiaroviek. Tepelné čerpadlo odoberá teplo z domu a ukladá ho do zemného vrtu, čím zaisťuje chladenie.
Ako funguje geotermálne tepelné čerpadlo
Nevýhody a počiatočné investície
Jedinou nevýhodou geotermálneho tepelného čerpadla je jeho cena. Ide totiž o najdrahší typ tepelného čerpadla, ktoré môže byť až 2-krát drahšie ako tepelné čerpadlo vzduch-voda. Priemerné ceny geotermálnych systémov sa pohybujú od 8 000 do 15 000 EUR, pričom náklady závisia od zložitosti terénu a náročnosti vŕtania dier a spotreby tepla vo vašej domácnosti. Investície do tohto typu vykurovania sú vo vysokých finančných nákladoch a uskutočnením vrtov do hĺbky často 1500-3000 metrov. Aj keď je počiatočná investícia do geotermálneho tepelného čerpadla pomerne vysoká, je kľúčové zvážiť dlhodobé náklady počas životnosti tepelného čerpadla a sebestačnosť, ktorá je neoceniteľná. Kúpou tepelného čerpadla máte nárok aj na štátnu dotáciu, ktorá pokryje približne tretinu nákladov na obstaranie tepelného čerpadla.
Geotermálna energia na Slovensku
Na Slovensku je vytypovaných 25 perspektívnych oblastí s geotermálnymi zdrojmi s teplotou vody do 150°C v hĺbkach do 5000 m. Potenciál využiteľných zdrojov aj s vodami s nízkou teplotou (okolo 30 st. C) je odhadovaný na 5200 MW termálneho výkonu. Historicky sa tieto pramene využívali hlavne v poľnohospodárstve. V súčasnosti sa geotermálna energia na Slovensku využíva hlavne na rekreačné účely (v 40 lokalitách), na vykurovanie skleníkov v poľnohospodárstve (16,9 %) a na centrálne vykurovanie domácností (16,8 %). Dnes slúžia na vykurovanie kúpalísk s geotermálnou vodou, nemocníc a sídlisk. Mnohé zdroje sú však za hranicou životnosti.
Nové eurofondy, označované ako Program Slovensko na roky 2021 až 2027, dávajú geotermálnu energiu na popredné miesto. Podľa vlády si ambiciózne klimaticko-energetické ciele EÚ vyžadujú do roku 2030 cielenú a efektívnu podporu opatrení energetickej efektívnosti a využívania obnoviteľných zdrojov. Geotermálna energia má tiež pomôcť v dosahovaní týchto cieľov, hoci jej potenciál na Slovensku je zatiaľ málo využívaný. Geotermálna energia hrá dôležitú úlohu v rámci Programu Slovensko pri spravodlivej transformácii regiónov. Košice sú medzi mestami s najväčším potenciálom, kde sa plánuje využívať geotermálna energia v centrálnom vykurovaní. Okrem toho, Banskobystrický kraj a uhoľný región hornej Nitry tiež majú ambiciózne geotermálne projekty. S podporou geotermálnej energie sa zvýši energetická efektívnosť a prispieva sa k udržateľnosti a čistejšej budúcnosti regiónov.
Zle fungujúci výmenník tepla môže ovplyvniť bezpečnosť, kvalitu výrobkov a náklady na energiu. Termálna voda je totiž často bohatá na minerály a rôzne iné rozpustené látky. To znemožňuje jej priame napojenie na vykurovaciu sústavu kvôli vysokej pravdepodobnosti zanesenia a upchatia potrubí. Omnoho častejšie je však vykurovacia voda hnaná čerpadlom do výmenníka tepla umiestneného napríklad v zemnom vrte. Teplota geotermálnej vody z hlbinných geotermálnych vrtov môže byť dostatočne vysoká, aby sa dala využiť priamo, môžeme však aj zvýšiť jej potenciál pomocou tepelných čerpadiel. V oblasti geotermálneho vykurovania sa odporúča sústrediť najmä na projekty kaskádového využitia, kde sa postupne využíva teplo na rôzne účely.
tags: #vykurovanie #geotermalnou #energiou