Mi a földhő (környezeti hő) energia?
A megújuló energiák második főcsoportja. Az egyik legjobban hasznosítható és megbízható megújuló energiafajta. Mindenütt jelen van, mint a napenergia, rendelkezésre állása térben és időben szinte korlátlan, mindenütt alkalmazható.
A talaj/környezet jelentős hőenergiát hordoz. Sok esetben a levegőből is nyerhetünk hőenergiát, ez a környezeti hő. Fontos hogy különbséget tegyünk a geotermikus és a geotermális energia között.
Geotermikus energia
Geotermikus energia hasznosításról akkor beszélünk, ha az energiaforrásként használt közeg (talaj, vagy víz) hőmérséklete nem haladja meg a 36°C-ot.
A hőforrások hőmérséklete ennél lényegesen magasabb 60-90°C is lehet. Mélyfúrású kutakkal (1000 vagy több ezer méter) behatolhatunk a földfelszíni kéreg mélyebb rétegeibe, ahol a hőmérséklet több száz/ezer fok nagyságrendű is lehet. Ez egy igen ígéretes technológia. Ilyen típusú energia hasznosításra intenzív kutatások folynak.
Vannak olyan helyek ahol a föld mélyén meleg vizű források találhatók, ezek melege kézenfekvően egyszerű eszközökkel is hasznosítható. A hévíz források között vannak magas sótartalmú, néha radioaktív „gyógyvizek is”.
Ezek primer hasznosításával a gyógyvizek tudománya a „balneologia” foglalkozik. A gyógyászati célú hasznosítás után a víz hőenergia tartalma még jelentős lehet, ezért célszerű a benne rejlő maradék hőenergiát is kinyerni (üvegházak, távfűtés, faluközösségek fűtése). Ez az esetek többségében gazdaságosan megoldható.
Geotermális/geotermikus energiák
Geotermális/geotermikus energiák tekintetében Magyarország (a Kárpát medence különleges adottságai következtében) világ nagyhatalom. A Föld mélye felé haladva nálunk nő a leggyorsabban a geotermális gradiens (európai viszonylat). Mintegy 1200 megfúrt mélyvizi/termálkutunk van.
Sajnos nincs mindegyik kellően kihasználva. Más országok örülnek, ha nagyon nehezen 1-2 termálkutat sikerül feltárni. Ez felbecsülhetetlen gyógyturisztikai vonzáspotenciált jelent melyet mielőbb, komplex módon ki kell használni (vidékfejlesztés, gyógyturizmus, helyi szálláshelyek, infrastruktúrális fejlesztések, vendéglátás, folklor/kultúr turizmus, helyben termelt élelmiszerekkel történő ellátás, a jóval kevesebb fürdővel rendelkező Ausztriából jó példákat vehetünk át).
Kevéssé tudott azonban, hogy a talaj hő kinyerése azonban akkor is lehetséges, ha nincsenek ilyen meleg források. A talaj mélyebb rétegeiben, egy adott mélységben, (mintegy 10-métertől lefelé) a hőmérséklet nagyjából állandó, 5-12 fok körüli érték. Ez az 5-12 fokos közeg elég hőenergiát tartalmaz ahhoz, hogy fűtésre, meleg víz készítésre felhasználhassuk.
Megfelelő eszközökkel ez a hőenergia kinyerhető és hasznosítható. A gép mely ezt képes megtenni a hőszivattyú. Az egyetlen olyan gépünk mely a villamos energiát a leghatékonyabban használja ki. Működése hasonló a hűtőgéphez (egy zárt közeges, hőcserélőkkel ellátott kompresszoros szivattyú) csak éppen fordított üzemben működik.
A lenti teret (föld mélye) hűti – onnan kivonja a hőt – a fenti lakóteret pedig fűti. Igény esetén ez a működés megfordítható: fent hűt (nyári melegben), a felesleges hőt pedig a talajba visszapumpálja. Világszerte több millió hőszivattyú működik családi házakban intézményekben.
Használata (fűtésrendszer) hármas funkciót biztosít:
- fűtés az év és a nap bármely szakában
- használati meleg víz készítés
- nyáron hűtés (passzívhűtés)
Alkalmazása Magyarország számára igen komoly előnyökkel járna, ennek ellenére elterjedtsége hazánkban még csekély. (Hazánkban legfeljebb mintegy 800-1200 db hőszivattyús rendszer működik, Svédországban mintegy 700.000 db)
A hőszivattyú
Felépítése egyszerű, a működés a Carnot féle cikluson alapul. A hőszivattyú működtetése energiát igényel. Ez az esetek túlnyomó részében elektromos energia, a hőszivattyú kompresszorával egybeépített villamos motor. Két zárt hőcserélőt egy körvezeték köt össze.
Egy kompresszor, a zárt csővezetékben olyan munkaközeget keringet, melynek igen alacsony a forráspontja, csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik. A hideg oldali hőcserélő előtt a folyékony halmazállapotban lévő munkaközeg nyomását egy nyomáscsökkentő szelep lecsökkenti.
Ekkor a munkaközeg hevesen elpárolog, kb. 0°C-ra lehűl és a párolgáshoz szükséges hőt a hőcserélő másik oldalán átfolyó környezeti közegből vonja el, annak lehűtésével. A kb. 50°C-ra felmelegedett munkaközeget a kompresszor elszívja, besűríti 15-25 bar nyomásra, melytől a lecsapódó munkaközeg felmelegszik 40-60°C-ra.
A lecsapódásnál felszabadul az a hő, melyet a környezetből elvont, megnövelve a kompresszorba betáplált és hővé átalakult energiával. Mindezt az energiát a másik hőcserélőn áthaladva átadja a fűtési rendszerben keringő fűtőközegnek. A hűtőszekrény egy egyszerű, kis teljesítményű hőszivattyú.
Hogyan hasznosíthatjuk?
A hőszivattyú csak akkor tud hatékonyan és gazdaságosan működni a rendszerben kizárólag felület fűtés/hűtés hőleadások (padló, fal, és mennyezetfűtés/hűtés) vannak kiépítve. Ettől eltérő esetekben a hatékonyság (COP tényező) lényegesen csökkenhet.
A COP (Coefficient of Performance) tényező a gép jóságát jelenti: 2,6-7 között lehet. Tipikusan 3,8-4,8-5, pontos értéke géptől és rendszertől függ.
Egy 4-es COP azt jelenti, hogy a berendezés 1 kWh villamos energiával 4 kWh hőenergiát szállít. A hőszivattyú akkor hatékony igazán, ha csak alacsony (30-40°C-os) vizet kell előállítania. Ezért nem javasolt radiátoros fűtéshez.
Természetesen a magasabb hőmérsékletű használati meleg vizet is (50-55°C) elő tudja állítani. Mivel ebből rendszerint nem kell sok mennyiség így a többlet energia nem számottevő.
Hatékonyság szempontjából a víz-vizes rendszerek a legjobbak, de elfordulhat, hogy a víz mennyisége nem elegendő, elfogyhat, vagy homokos lesz, és ekkor a rendszer veszélyeztetetté válhat. A legbiztonságosabb a függőleges talaj-szonda alkalmazása.
Az energiát kinyerhetjük a levegőből is (kb -5 fokig használható gazdaságosan), a talajban lévő vízből (fúrt kutas hőcserélő rendszer) (de rendszerint nem talajvízből!), illetve a talajból (szonda hőcserélőkkel). Figyelem, rosszul megtervezett és/vagy kivitelezett rendszer esetében az éves COP 3 alá is eshet, mely már nem gazdaságos.
Figyelem! Levegős hőszivattyút csak kiegészítő forrással együtt (gáz, pellet, kazán) javasolt telepíteni!
Véghely Tamás
okl. villamosmérnök
A cikksorozatunk a GAIASOLAR Kft (www.gaiasolar.com) támogatásával készült
Véghely Tamás, okl. villamosmérnök, GAIASOLAR Kft. Megújuló Energia szakértő, Megújuló Energia vezető tanácsadó. A Magyar Megújuló Energia Szövetség alapítója, az elnökség tagja, a Napenergia Szekció vezetője
