Hőerőgép Manufaktúra: A hőszivattyúkról egyszerű(bb)en, 4. rész: Talajhő-víz hőszivattyúk

A hőforrások következő nagy csoportja, illetve egészen konkrétan két csoportja, a talajhő-víz rendszereké. Ezekben a rendszerekben két megoldásról beszélhetünk, talajszondáról és talajkollektorról.

A talajszondás berendezések gyakorlatilag a legstabilabb rendszerek. Lehetőség van passzív hűtés (kompresszor munka nélküli hűtés) kialakítására, és jellemzően össz energetikai szempontból a legjobb rendszereknek minősülnek. A hőforrás kialakítás költsége itt a legnagyobb, az engedélyeztetés, tervezés és fúrás költsége nagyságrendben a berendezés árával vetekszik. Azonban, már csak a stabilitása miatt is, ha geológiai adottságok (és a költségvetés) megengedik, ezt szoktuk javasolni.
A talajszondás rendszerek esetén úgy nevezett zárt szondákat helyeznek el függőleges (vagy ahhoz közeli) helyzetben, egymástól 6-7 méterre (egyéb műtárgyaktól sugártávolságra), kb. 2,5-3,5 méteres hatósugárral. A szondák általános mélysége nálunk 100 méter, de lehetőség van ettől rövidebb kialakításra is, akár kevesebb, mint 20 méteres mélységben is (ezek az úgy nevezett sekély szondák).
Ezen mélyebb talajrétegben a hőmérséklet szinte állandó, egészen pontosan nagyon lassan és csak kis mértékben változik, a mélységgel arányosan egyre lassabban és egyre kisebb mértékben. Az országos átlagos hőmérséklet +12°C körül mozog. A mélység növekedésével egyre kisebb hatása van a talajrétegre a felszínnek (felszíni hőmérséklet és napsugárzás), és egyre nagyobb hatása van a maghőmérsékletnek (természetesen meglehetősen kis léptékben).
A szondák, kialakításukat tekintve műanyag "U" csövek, furatonként 1 vagy 2 pár. A furat és a cső közötti térfogatot tömedékelő anyaggal töltik ki, mely egyrészt a jobb hőátadást segíti elő, másrészt pedig a különféle (általában vízzáró rétegekkel határolt) kőzetrétegek közötti anyagmozgást gátolják meg, ami jellemzően rétegvíz szokott lenni. Az így kialakított hőcserélő csöveinek belsejében általában fagyálló közeg kering, ritkábban tiszta víz.
Az általános magyarországi viszonyokat tekintve a kinyerhető fajlagos teljesítmény 50W/m, vagyis egy normál 100m-es szonda 5kW hőszivattyús teljesítményt tud kiszolgálni. Természetesen ez nagyban függ a talaj típusoktól, a különféle rétegvizektől, az alkalmazott technológiától, tömedékeléstől, és természetesen a használattól.
A talajszondás rendszerek hosszútávú stabilitása érdekében érdemes minden a felszínen keletkezett hőenergiát "visszapumpálni" a talajba, például hűtési rendszer alkalmazásával. Illetve nyugaton nem ritka a napkollektoros rendszerek kötelező hulladékhő visszatáplálásának az előírása, mely mind-mind az alsó talajrétegek jobb regenerálódását segíti.

A másik lehetőség egy ritkán használt megoldás, a horizontális talajkollektoros rendszer. Ez hazánkban nem elterjedt, általában a nagy földmunkától és a kétséges teljesítménytől (leginkább a passzív hűtési teljesítménytől) ijednek meg a beruházók, pedig a rendszer viszonylag kezelhető költségekkel megvalósítható.
Ebben az esetben a telepítési telek területén helyeznek el egy úgynevezett kollektor mezőt, ami gyakorlatilag a felső földterület becsövezését jelenti. Itt már egyértelműen egy közvetett napenergia hasznosításról beszélhetünk.
A kialakítás tekintetében többféle megoldás létezik, de talán a legelterjedtebbek az egyenes csöves, vagy hárfa kialakítás. Ebben az esetben a fagyhatár alatt 30-50cm-rel kb. 1,2-1,5 méter mélyen (vagy némileg még mélyebben) fektetik a kollektor csöveket, egymástól 0,5-1,0 méter távolságra.
Az általános megoldásként itt is műanyag csöveket használnak, bennük fagyállós közeggel. De például a cégünk kínálatában megtalálhatóak a direkt elpárologtatású talajkollektoros rendszerek, mely így külön közvetítő közeg közbeiktatása nélkül igen jó energetikai hatásfokkal üzemeltethető.
A fajlagosan kinyerhető teljesítmény nagyban függ a talajminőségtől, és a talajvíztől, de nagyságrendjében 5-20W/kollektorméter, ami 5-40W/m2-t jelent. Ökölszabályként elmondható, hogy a fűtendő épület alapterületének kb. 3-szorosát kell földmunkában megmozgatni egy mai jól hőszigetelt épület esetén.
A kollektorok esetén, amennyiben a telekméret nem engedi meg, lehetőség van spirál kollektoros mező kialakítására, illetve cölöpszonda vagy spirál szonda kialakítására is.
Természetesen szondák esetén is szoktuk javasolni, de kollektoroknál és spirál szondáknál kimondottan szükséges egy teszt készítése, mely egy művi mesterséges tartós terhelést jelent, folyamatos hőmérséklet méréssel. A kapott hőmérsékleti lefutási görbéből lehet következtetni a rendszer várható egyensúlyi állapotaira és ezzel párhuzamosan az elérhető teljesítményre.

A fentiek egy alternatívája a folyómeder vagy tómeder kollektor. Igen jó hatásfokokat tud eredményezni, de a kivitelezés környezetvédelmi akadályokba szokott ütközni, de magántavak vagy tározók esetén életképes megoldás. Nyilván ebben az esetben minden szempontot figyelembe kell venni, az élővilágra és a további emberi érintkezésre gyakorolt hatásokat is. Ettől függetlenül egy nagy potenciált tartalmazó lehetőség lenne, vagy lehetne.

Nincs még vége...