Gruntas–vanduo šilumos energijos sistema
Geoterminės šildymo sistemos veikimas paremtas tuo, kad iš grunto paimama sukaupta šiluma. Per gruntinį kolektorių cirkuliuojantis vandens ir glikolio mišinys sugeria šią šilumą ir perduoda ją į šilumos siurblį. Siurblio viduje, garintuve, šiluma atiduodama šaltnešiui, kuris dėl savo savybių pradeda garuoti. Susidarę garai patenka į kompresorių, kur yra suslegiami – dėl to pakyla jų slėgis ir temperatūra.
Įkaitęs šaltnešis toliau keliauja į kondensatorių, kur šiluma perduodama šildymo sistemos vandeniui. Sušilęs vanduo paskirstomas į šildymo įrenginius arba nukreipiamas į karšto vandens talpą. Tuo metu šaltnešis vėl suskystėja, pereina per išsiplėtimo vožtuvą, atvėsta ir sugrįžta į garintuvą. Taip ciklas nuolat kartojasi.
Tokios sistemos dažniausiai įrengiamos naujos statybos ar iš esmės renovuotuose, gerai apšiltintuose namuose. Taip pat tinka ir renovuojamiems pastatams, jei jų sandarumas atitinka šiuolaikinius reikalavimus. Paprastai šiuose pastatuose naudojamos žematemperatūrės šildymo sistemos – grindinis ar sieninis šildymas, taip pat žemų temperatūrų radiatoriai, kurie gerai dera su šilumos siurbliais.
Naudojant šilumos akumuliacines talpas galima sumažinti reikalingą įrenginio galią, o pats siurblys gali veikti ne nuolat, leisdamas gruntui atsistatyti. Tuo tarpu senesniuose, prastai apšiltintuose pastatuose su dideliu šilumos poreikiu tokia sistema veikia mažiau efektyviai.
Svarbu ir tai, kad ši sistema yra autonomiška, saugi ir nereikalauja daug priežiūros. Vis dėlto reikia įvertinti, kad pradinis įrengimas yra gana brangus – investicija priklauso nuo pasirinktos sistemos tipo ir reikalingos galios.
Žemės šiluma gilesniuose sluoksniuose
Maždaug 18 metrų gylyje grunto temperatūra išlieka beveik nekintanti visus metus – apie 10 °C. Tuo tarpu arčiau paviršiaus, maždaug 1,5 metro gylyje, ji svyruoja ir gali būti apie 7–13 °C.
Dėl šios priežasties geoterminės sistemos efektyviau veikia tada, kai kolektorius įrengiamas giliau, kur temperatūra yra stabilesnė ir su gyliu netgi šiek tiek didėja. Paprastai laikoma, kad gilesni sluoksniai prasideda nuo maždaug 20 metrų, tačiau daug kas priklauso nuo konkrečių geologinių sąlygų ir grunto savybių.
Projektuojant sistemą, orientuojamasi į tam tikrus grunto rodiklius: šilumos talpa siekia apie 840 kJ/(kg·K), tankis gali svyruoti nuo maždaug 800 iki 1000 kg/m³, o šiluminis laidumas – nuo 1,2 iki 5 W/(m·K). Šilumos laidumui didelę įtaką daro drėgmės kiekis grunte – kuo jo daugiau, tuo šiluma perduodama efektyviau.
Žemos temperatūros kontūro tipas parenkamas pagal sklypo dydį ir reikalingą šildymo galią. Dažniausiai pasirenkami vertikalūs kolektoriai – tai 30–100 metrų gylio gręžiniai, į kuriuos montuojami plastikiniai arba plastiku dengti variniai vamzdžiai. Apytiksliai iš vieno metro tokio kolektoriaus galima gauti apie 30–70 W šiluminės galios.
Kad sistema būtų tiksliai suprojektuota, atliekamas vadinamasis TRT (Thermal Response Test). Jo metu nustatomos realios grunto šiluminės savybės, įvertinama jo sandara, skirtingi sluoksniai, taip pat gruntinio ir paviršinio vandens buvimo vieta bei judėjimo kryptis.
Šilumos išgavimo galimybės
Geoterminė šiluma gali būti išgaunama dviem būdais:
-per žemės (horizontalius) kolektorius, kurie klojami arti paviršiaus,
-per geoterminius zondus (vertikalius kolektorius), kurie giliai prasiskverbia į žemę iki 100 metrų.
Horizontalūs kolektoriai įrengiami po žeme
Geoterminei energijai surinkti vamzdžiai klojami horizontaliai, o jų kontūras įrengiamas žemiau įšalo ribos. Dažniausiai tai būna maždaug 1–2 metrų gylyje nuo žemės ar vejos paviršiaus. Vamzdžiais cirkuliuoja šalčiui atsparus skystis (sūrymas), kuris sugeria šilumą iš grunto ir perduoda ją šilumokaičiui.
Reikalingas kolektoriaus plotas priklauso nuo pastato šilumos poreikio – paprastai jis būna apie 1,5–2 kartus didesnis nei šildomas namo plotas. Šiluma šiuo atveju surenkama iš viršutinių grunto sluoksnių, kuriuos šildo saulės energija ir drėgmė iš kritulių.
Dėl to labai svarbi dirvožemio būklė, nes ji tiesiogiai lemia sistemos efektyvumą. Taip pat reikėtų užtikrinti, kad virš kolektoriaus esanti teritorija nebūtų užstatyta ar padengta kieta danga, pavyzdžiui, asfaltu.
Vertikalūs gręžiniai leidžia išgauti šilumą iš gilesnių žemės sluoksnių
Vietoje horizontalių kolektorių galima naudoti geoterminius zondus. Jie įrengiami gręžiant gręžinius ir įleidžiant vamzdžius vertikaliai arba kampu į gruntą. Šiais vamzdžiais cirkuliuojantis sūrymas 40–100 metrų gylyje sugeria žemėje sukauptą šilumą ir perduoda ją šilumokaičiui.
Kadangi nuo maždaug 10 metrų gylio grunto temperatūra išlieka beveik nekintanti visus metus, tokie zondai veikia patikimai net ir esant labai žemai lauko temperatūrai. Be to, jie užima gerokai mažiau vietos nei horizontalūs kolektoriai, todėl tinka mažesniems sklypams, o vasarą gali būti naudojami ir patalpų vėsinimui.
Gręžinio gylis priklauso nuo pastato šilumos poreikio ir grunto šiluminių savybių. Taip pat svarbu įvertinti, kad gręžiant iki 100 metrų dažnai kertami gruntinio vandens sluoksniai, todėl tokiems darbams būtina gauti atitinkamus leidimus.
