Γεωθερμία ή γεωθερμική ενέργεια ονομάζεται η θερμική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης και εμφανίζεται με τη μορφή θερμού νερού ή ατμού. Η γεωθερμία είναι μια ήπια και πρακτικά ανεξάντλητη ενεργειακή πηγή, που μπορεί με τις σημερινές τεχνολογικές δυνατότητες να καλύψει ανάγκες θέρμανσης και ψύξης, αλλά και σε ορισμένες περιπτώσεις να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Η μέση θερμοκρασία του υπεδάφους για την Ελλάδα, σε βάθoς από 2 έως 100 μέτρα, κυμαίνεται από 16 έως 20ο C. Αυτή ακριβώς τη διαφορά θερμοκρασίας, μεταξύ του εξωτερικού αέρα του περιβάλλοντος και του υπεδάφους εκμεταλλευόμαστε με τη χρήση γεωθερμικού συστήματος για να ψύξουμε ή να θερμάνουμε το κτήριο και να μειώσουμε την εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ώστε να εξοικονομήσουμε ενέργεια.
Το χειμώνα, το ρευστό που κυκλοφορεί μέσα στο κύκλωμα του γεωεναλλάκτη απορροφά την αποθηκευμένη θερμότητα του εδάφους και τη φέρνει στη μονάδα εσωτερικά του κτιρίου, η οποία αντλεί τη θερμότητα αυτή σε μια υψηλότερη θερμοκρασία και την διανέμει στο κτίριο. Το καλοκαίρι, το σύστημα αντιστρέφεται, απάγει τη θερμότητα από το κτίριο, τη μεταφέρει στο κύκλωμα του γεωεναλλάκτη και την αποθέτει στην πιο δροσερή γη. Με άλλα λόγια, το σύστημα ΓΑΘ πραγματοποιεί εναλλαγή θερμότητας μεταξύ του εδάφους και των εσωτερικών χώρων.
Η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα μεγάλο αριθμό δραστηριοτήτων και εφαρμογών ανάλογα με τη θερμοκρασία και την ποιότητα των ρευστών, οι οποίες διακρίνονται σε ηλεκτρικές και άμεσες χρήσεις. Στις άμεσες χρήσεις όπου γίνεται αξιοποίηση της θερμότητας των ρευστών, χωρίς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνονται η θέρμανση χώρων (κτιρίων, εγκαταστάσεων), αγροτικές χρήσεις (θέρμανση θερμοκηπίων, ξήρανση αγροτικών προϊόντων, θέρμανση κτηνοτροφικών και πτηνοτροφικών μονάδων), υδατοκαλλιέργειες και βιομηχανικές χρήσεις.
Οι γεωθερμικές εφαρμογές για θέρμανση / ψύξη κτηρίων αποτελούνται από τρία κύρια μέρη:
Την αντλία θερμότητας (ΑΘ), η οποία λειτουργεί όπως η αντλία νερού μόνο που ανυψώνει, αντί για νερό, θερμική ενέργεια.
Τη σύνδεση με τη γη (διατάξεις με εναλλάκτες θερμότητας)
Το σύστημα διανομής κλιματισμού (θέρμανσης / ψύξης και ζεστού νερού χρήσης) στο εσωτερικό του κτιρίου
Ο χαρακτηριστικός αριθμός απόδοσης της γεωθερμικής αντλίας (ο λόγος της ισχύος που η αντλία προσδίδει το χώρο προς την ισχύ που καταναλώνει) κυμαίνεται από 4 έως 5, που σημαίνει ότι το σύστημα χρησιμοποιεί 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας για να παράγει 4-5 kWh θερμικής ενέργειας, γεγονός που οφείλεται στο ότι αντλείται δωρεάν ενέργεια από το υπέδαφος για θέρμανση και ψύξη κτιρίων.
Τα γεωθερμικά συστήματα που εκμεταλλεύονται την αβαθή γεωθερμική ενέργεια διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: α) στα γεωθερμικά συστήματα κλειστού κυκλώματος και β) στα γεωθερμικά συστήματα ανοικτού κυκλώματος. Τα γεωθερμικά συστήματα κλειστού κύκλου διακρίνονται στα οριζόντια και στα κατακόρυφα.
Τα γεωθερμικά συστήματα κλειστού κυκλώματος βασίζονται στην κατασκευή ενός εναλλάκτη στο υπέδαφος που ονομάζεται γεωεναλλάκτης. Ο γεωεναλλάκτης μπορεί να τοποθετηθεί σε οριζόντια ή κατακόρυφη διάταξη. Η οριζόντια διάταξη του γεωεναλλάκτη χρησιμοποιείται όταν επαρκεί ο χώρος του οικοπέδου.
(Γεωθερμικά συστήματα κλειστού κυκλώματος)
Τα γεωθερμικά συστήματα ανοιχτού κυκλώματος αντλούν νερό από υπόγειο ταμιευτήρα με χρήση γεώτρησης και με την χρήση ενός ενδιάμεσου εναλλάκτη νερού/νερού που παρεμβάλεται μεταξύ της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας και του ανοικτού κυκλώματος προσδίδουν ή απορροφούν ενέργεια στο σύστημα μας πριν το νερό επιστρέψει στον ταμιευτήρα.
(Γεωθερμικό σύστημα ανοικτού κυκλώματος)
Πλεονεκτήματα
- Αδιάλειπτη λειτουργία, συνεχής παροχή θέρμανσης/ψύξης/ΖΝΧ – δεν απαιτείται σύστημα εφεδρείας
- Αθόρυβη λειτουργία
- Απόλυτα ασφαλής λειτουργία ‐ μη ύπαρξη καύσης,όχι ανάφλεξη κ.λπ.
- Πολύ υψηλός βαθμός απόδοσης COP σε σχέση με άλλα συστήματα Α/Θ
- Συνεισφορά στη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας των κτιρίων
- Εφαρμογή σε αστικό περιβάλλον: εναλλακτικές λύσεις συστήματος εναλλαγής θερμότητας με το έδαφος ακόμα και σε περίπτωση περιορισμένου χώρου
- Πολύ χαμηλό λειτουργικό κόστος λόγω της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας σε πολύ μικρό ποσοστό (υψηλό COP)
- Αποπληρωμή σε μικρό χρονικό διάστημα
Παράδειγμα
Στο παρακάτω παράδειγμα συγκρίνουμε την γεωθερμική αντλία θερμότητας με την αντλία θερμότητας αέρος-νερού και το λέβητα πετρελαίου.
α) Υπολογίζεται η θερμιδική τιμή (€/kWhth) του πετρελαίου με τον παρακάτω τρόπο
Κατωτέρα θερμογόνος δύναμη : 10250 kcal/kg = 11,92 kWh/kg
Πυκνότητα πετρελαίου: 0,83 kg/λίτρο
ΚΘΔ ανά λίτρο : 9,89 kWh/λίτρο
Βαθμός απόδοσης λέβητα : 80%
Θερμιδική τιμή πετρελαίου θέρμανσης:
1,05 € /lt / (9,89 kWh/lt)χ0,80 =0,133 €/kWhth
β) Υπολογίζεται η θερμιδική τιμή (€/kWhth) της αντλίας θερμότητας αέρος –νερού
Δεδομένα C.O.P = 3,2/ τιμή ηλεκτρικής kWh=0,16 €/kWh
0,16 €/kWhηλ/3,2 = 0,050 €/kWhth
γ) Υπολογίζεται η θερμιδική τιμή (€/kWhth) μιας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας με τον παρακάτω τρόπο τρόπο:
Δεδομένα C.O.P = 5,1/ τιμή ηλεκτρικής kWh=0,16 €/kWh
0,16 €/kWhηλ/5,1 = 0,031 €/kWhth