Pridobljeno znanje s področja hladilne tehnike je ustvarilo novo napravo, toplotno črpalko. Obratovanje le-te je vezano na stalen dotok energije iz okolja ob minimalni rabi električne energije.0

Interes po večji rabi obnovljivih virov energije zaradi potreb po zmanjševanju toplogrednih emisij in tudi cenovno ugodnejšega ogrevanja je pogojevalo razvoj in posledično tudi uporabo tovrstnih naprav z različnimi viri energije. Glede na vir energije se toplotne črpalke delijo na: zemlja/voda, voda/voda in zrak/voda.

Toplotna črpalka s hranilnikom ogrevalne vode in hranilnikom sanitarne tople vode.

 Tabela: Odvzem toplote je odvisen od sestave tal

 K odločitvi za ogrevanje s toplotno črpalko nas pripravijo naslednji razlogi:
• letni obratovalni stroški so bistveno nižji kot pri rabi fosilnih goriv,
• kljub višji začetni investiciji ogrevanje s toplo­tno črpalko v začetku s prihranki krijemo vlože­na sredstva, dolgoročno pa bistveno pocenimo ogrevanje,
• za obratovanje toplotne črpalke ne potrebuje­mo veliko prostora in tudi ne dimniških nape­ljav,
• obratovanje toplotne črpalke nudi udobje in tudi možnost hlajenja,
• letni vzdrževalni stroški so minimalni in prispe­vamo k varovanju našega okolja.

Energija zemlje – plitva geotermalna energija
Razvoj toplotnih črpalk se je začel z rabo ener­gije vode in nato prešel tudi na energijo zemlje, saj je ta energija stalna in ni odvisna od meteo­roloških vplivov. Energijo zemlje se zajame s to­plotnim izmenjevalcem/geosondo, vgrajenim v zemljo.

Ker površna priprava projekta ogrevanja lahko pomeni za investitorja tudi prevelike stroške, je izredno pomembno upoštevati naslednji pristop:
• natančna ugotovitev potrebne energije za po­samezni objekt; če je le mogoče, se izbere niz­kotemperaturni ogrevalni sistem,
• preučiti energetsko izdatnost posamezne loka­cije in
• izvesti projekt po navodilih stroke brez impro­vizacij.

Posebej je treba poudariti, da sistemov s to­plotno črpalko ni možno dograjevati in je zato pomembna natančnost in doslednost.
Nesporno je možno na vsaki lokaciji prido­bivati oz. rabiti energijo zemlje. Energetska iz­datnost posamezne lokacije je odvisna od vrste zemlje. Bolj so kamnine prevodne, večjo energet­sko izdatnost je pričakovati. Odvisno od lastnosti zemlje je odvzem toplotne moči na tekoči meter povprečno 50–100 W/m dolžine sonde.

Vodonosniki v posameznih plasteh obogatijo energetsko izdatnost posamezne vrtine, kamor vgrajujemo toplotni izmenjevalec/geosondo.

Vrtanje vrtine za geosondo

Raba energije podzemnih voda
V Sloveniji so se pričele prve toplotne črpalke tipa voda/voda vgrajevati vezano na slovenski razvoj. Danes se ocenjuje, da je vgrajenih približno 2000 enot.

Razlika med sistemom z zemeljskim izme­njevalcem in dovodom podtalnice do toplotne črpalke je v večjih letnih obratovalnih stroških (servisiranje potopne črpalke z vrtino za vodnjak in dodatni strošek električne energije za obrato­vanje potopne črpalke).

Seveda je treba načrpano vodo po odvze­mu energije vračati nazaj v vodonosnik. Razlika je tudi v tem, da pri energiji zemlje govorimo o zaprtem sistemu, pri rabi energije podtalnice pa o odprtem sistemu. Okolju je bolj primeren in va­ren zaprti sistem.

Povprečno temperaturo podzemnih voda v Sloveniji je pričakovati med 8 in 12 °C. Za manjše potrebe je izvedba vodnjaške vrtine, upoštevajoč hidrogeološke pogoje priporočljiva do globine 20-25 m. Pri sistemih s toplotno črpalko voda/ voda je izredno pomembno izvesti kvalitetno vgradnjo potopne črpalke in opreme za izvajanje monitoringa, ki ga izvaja investitor po pogojih pridobljenega dovoljenja za odvzem energije.

Cevi nad zemljo se nato priključijo na zbiralnik za zmes voda/glikol

Upravna dovoljenja
Država želi imeti nadzor nad izvajanjem del in nadzor nad vplivom na rabo energije podzemnih voda, zato mora investitor pridobiti ustrezno do­voljenje. Za vgradnjo geosonde in izvedbo vrtine nad 30 m je treba pridobiti rudarsko dovoljenje, ki ga izda Rudarska uprava RS. Za izvedbo vrtine za vodnjak do globine 30 m upravno dovoljenje ni potrebno, medtem ko je za črpanje oz. od­vzem energije dovoljenje nujno. Za globlje vrtine je pridobitev rudarskega dovoljenja obvezna.

Pravne regulative o obeh področjih izvedbe vrtin za posamezno namensko rabo v Sloveniji še nimamo, razen posameznih določb v Rudarskem zakonu in Zakonu o vodah. Največ na tem po­dročju je naredil do sedaj Inštitut za obnovljive vire energije (IOVE) Kranj z organizacijo dveh na­menskih strokovnih seminarjev.

Na zadnjem seminarju so predstavili avstrijski predlog pravne ureditve tega področja. Vsekakor je treba v prihodnosti to področje urediti v smeri kakovostne rabe geotermalne energije.
Posebej je treba poudariti, da ima prednost pri rabi energije podzemnih voda oskrba s pitno vodo in zato mora država nadzirati to področje.

Hlajenje
Vgradnja toplotne črpalke omogoča poleg ogrevanja tudi hlajenje objekta. Pri tem pozna­mo aktivno in pasivno hlajenje. Za aktivno hlaje­nje je treba vgraditi reverzibilno toplotno črpal­ko, pri pasivnem pa medij ohlajujemo v vrtini ali uporabimo energijo podzemne vode.
Vsekakor je to možnost, ki jo nudi sistem vgra­dnje toplotne črpalke.

Toplotna oprema
K osnovni toplotni opremi sodijo toplotna črpalka, hranilnik za ogrevalno vodo in hranilnik sanitarne tople vode.
Posebej velja poudariti, da se tehnologija rabe in tudi izdelave toplotnih črpalk izredno razvija.
Ker je sama naprava že eden izmed varčevalnih ukrepov za zmanjševanje rabe fosilnih energen­tov, gre razvoj v smeri manjše rabe električne energije.

V slovenskem prostoru so se pojavile prve duplex toplotne črpalke, pri katerih sta osnovni značilnosti dejansko dve ločeni črpalki: večja za ogrevalne namene, ki dvigne temperaturo samo do 35 °C (predvideno za talno ogrevanje), in manjša za pripravo sanitarne tople vode.
Slovensko tržišče je oskrbovano z domačo in uvoženo proizvodnjo toplotnih črpalk.

Pri sistemu geosonda gre razvoj v smer nado­meščanja medija s tekočim CO2, ker je zelo do­ber prenašalec toplotne energije. Zaenkrat ostaja povprečna globina izvedenih vrtin med 70-150 m. Pripravlja se tudi proizvodnja geosond, do 350 m globine, ki pa zaradi tehnološko zahtev­nejšega vrtanja niso perspektive.

K temu sodi zagotovo tudi informacija, da je trenutno v svetu vgrajenih približno 2 mili­jona geosond. Preteklo leto so samo v sosednji Avstriji vgradili približno 4500 enot. Doslej objekt z največ geosondami je poslovni objekt v okolici Linza, kjer so vgradili 220 geosond z globino po 100 m. S hlajenjem in ogrevanjem bo oskrbovan poslovni objekt s 15.000 m² in nazivno močjo 1,5 MW.

Ob zaključku je treba povedati, da je z rabo energije zemlje pričelo podjetje Geosonda d.o.o. iz Kranja in da je bila prva vgrajena geosonda v Kranju leta 2003. Do sedaj je bilo v Sloveniji iz­vedenih približno 200 projektov z ogrevanjem s sistemom geosonda.

Zaradi prihajajočega PURES-a, ki je zahteval od investitorjev, da najmanj 25 % potrebne to­plotne energije za posamezni objekt zagotovijo z rabo obnovljivih virov energije, in zaradi ugodne finančne vzpodbude EKO sklada RS je pričakovati povečano zanimanje za takšen način ogrevanja.

Zemeljski kolektor
V preteklem času je bilo v Sloveniji vgrajenih tudi nekaj sistemov zemeljskih kolektorjev, ki zbi­rajo uskladiščeno sončno energijo pod površino zemlje. Njihovo delovanje je odvisno tudi od zu­nanjih vremenskih pogojev ter pravilne izvedbe in projektiranja. Vgradnja zemeljskega kolektorja zahteva veliko stalno proste površine in ima za­nimivo posledico, da tam, kjer je vgrajen, prihaja pomlad s 14-dnevno zamudo zaradi ohladitve tistega dela površine.

Hidrotermalna energija
Z razvojem toplotnih črpalk se je pričelo razvi­jati tudi iskanje primernih virov konstantne ener­gije. Zato je Evropska Unija v eni izmed svojih de­klaracij poimenovala energijo površinskih voda za hidrotermalno energijo.

Največji objekt v Evropi je »Vartan Ropsten«, zgrajen za potrebe ogrevanja mesta Stockholm na Švedskem. Sistem naprav s skupno nazivno močjo 180 MW energijo zajema iz morja in jo pripravlja za ogrevanje in pokriva 60 % toplotnih potreb mesta.
V Sloveniji je pripravljen projekt ogrevanja dvorca Lanthieri v Vipavi z odvzemom energije iz reke Vipave.

Na slovenski obali že nekaj let obratuje toplo­tna črpalka, s katero grejejo in hladijo čolnarno Pomorske fakultete v Portorožu, zato ker so želeli izkoristiti naravno danost, ki je na voljo. Sistem odlično deluje in ne potrebuje posebnega vzdr­ževanja. Energijo morja bi lahko izkoriščali vsi objekti, ki so oddaljeni do 100 m od obale, a žal se predvsem hoteli za to ne odločajo.

Sedaj pa se izdeluje študija možnosti rabe energije morja z namenom, da se dokaže, da je možno na slovenski obali v celoti nadomestiti rabo fosilnih goriv z obnovljivim virom energije. V njej bodo obdelani vsi dosegljivi temperaturni podatki s slovenske obale, del nje pa je name­njen tudi emisijam hladne vode po odvzemu toplote in povratku nazaj v morje.

K temu lahko dodamo, da je možno odvze­mati konstantno energijo tudi iz odplak v večjih kanalizacijskih sistemih večjih mest.

Spodnji del cevi z utežjo, ki ostane na dnu vrtine

Božo Dukič