Pracovní princip geotermálních kolektorů

Další formou aplikace uzavřených systémů jsou horizontálně instalované tepelné výměníky, zemní plošné kolektory. Sie V Německu jsou tyto systémy pokládány do země do hloubek 1,2 m až 1,5 m s rozestupem potrubí 0,3 až 0,8 m [1.2.3], Tak, jako v případě solankových výměníků je potrubí rovněž z plastů (HDPE), běžné jsou průměry 20 až 32 mm [4]. Kapacita odběru tepla je významnou měrou ovlivňována tepelnou vodivostí a tepelnou kapacitou zemského masivu a jeho vlhkostí a obsahem vzduchu v půdě [2.3] Běžná kapacita odběru tepla se pohybuje mezi 10 (suchá zemina s vysokou porozitou) a 40 W/m (vodou nasycené písčité / štěrkovité půdy) [1,4]. Vedle často využívaných solankových výměníků s meziobvodem mohou být v případě horizontálně položeného potrubí provozovány i přímé výparníky. kdy odpařené médium (například oxid uhličitý) přímo cirkuluje v oběhu tepelného čerpadla [1].

Potrubí v těchto systémech lze uspořádat různým způsobem. Základní způsoby uspořádání potrubí jsou [1]:

  • Sériové zapojení: Potrubí je pokládáno v jedné jediné velmi dlouhé řadě.
  • Paralelní zapojení: Několik potrubí se stejným přítokem a odtokem je paralelně uloženo v jedné hloubce.
  • Uložení ve výkopu: Potrubí není jako v obou předchozích variantách pokládáno v hloubce vedle sebe, ale v různých hloubkách ve výkopu ve formě písmene V.
Vzor pro pokládání geotermálních kolektorů podle
Obr: Vzor pro pokládání geotermálních kolektorů podle [1]

Oproti vertikálním sondám mají plošné geotermální kolektory zásadní nevýhodu a sice, že tepelný výkon významně podléhá sezónním výkyvům. V závislosti na ročním období je totiž masiv v těchto mělkých vrstvách silně ovlivňován teplotou vzduchu a slunečním zářením. Není tak vlastně využívána geotermální energie ve vlastním smyslu slova, ale většinou solární energie, absorbovaná zeminou [2,4,5]. Kromě toho je tento systém díky horizontálnímu uložení potrubí velmi náročný na plochu. Překrytí zařízení není možné, protože by v opačném případě došlo ke snížení přísunu solární energie do masivu a jeho regenerace prostřednictvím srážkové vody a slunečního svitu [2,4].

V porovnání s vertikálními systémy jsou však náklady na instalaci zemních plošných kolektorů nižší [5].

Literatura

[1] M. Kaltschmitt, W. Streicher a A. Wiese: Erneuerbare Energien (čtvrté, aktualizované, opravené a doplněné vydání). Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 2006.

[2] I. Stober a K. Bucher: Geothermie. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012.

[3] Verein Deutscher Ingenieure: VDI 4640, Blatt 2: Thermische Nutzung des Untergrundes - Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. 2001.

[4] M. Tholen a S. Walker-Hertkorn: Arbeitshilfen Geothermie. wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn, 2008.

[5] E. Theiß: Regenerative Energietechnologien. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2008.