Toplotne črpalke zemlja-voda

Zemlja je vir toplotne energije, ki je brezplačen, hkrati pa izjemno efektiven. Lahko bi rekli, da zemlja predstavlja skladišče velike količine energije, ki »čaka«, da jo izkoristimo. To zmore naprava, ki omogoča prenos toplote s področja nižje temperature na področje višje – toplotna črpalka zemlja voda.
Toplotno prevodnost je odvisna od vrste zemljine. Večja kot je prevodnost, več toplote ji lahko odvzamemo. To seveda ne zadošča za neposredno ogrevanje, lahko pa to energijo preko toplotne črpalke zvišamo na takšen nivo, ki omogoča delovanje ogrevalnih sistemov.
Res je, da potrebuje črpalka električno energijo za svoje delovanje, vendar porabi majhno količino električne energije v primerjavi s  količino toplote, ki jo proizvede.  

Energijo zemlje – geotermalno energijo pri nas koristimo na dva najpogostejša načina: zemeljski ali horizontalni kolektorji ali pa vertikalni kolektorji poznani tudi kot geosonde.

Geosonde

Že 10 m pod površjem je temperatura kamnin konstantna in znaša približno 10 °C. V povprečju se vsakih nadaljnjih 33 m globine zviša za 1 °C. Temperatura okrog 10 °C zadostuje za hlajenje, za ogrevanje pa predstavlja visoko podlago, ki jo je potrebno nadgraditi. Sistem izrabe geotermalne energije z vertikalnim zemeljskim zbiralnikom tvorita vertikalna vrtina z vstavljeno geosondo in toplotna črpalka.

Globina vrtanja oziroma število vrtin pri sistemu geosonda je odvisno od moči predvidene toplotne črpalke ter od toplotne prevodnosti kamnin/sedimenta. Vrtine so globoke od 50 do največ 150 m. Pri vertikalnih vrtinah najpogosteje uporabljamo indirektni sistem prenosa toplote iz zemlje do toplotne črpalke in sicer PE cevi (U – cevi) napolnjene z raztopino pomešano z vod0, da preprečimo zmrzovanje (glikol, etanol, zmrzišče do – 15 °C). Material iz katerega so cevi zagotavlja dobro izmenjavo toplote in je odporen na tlak, vlago, glodavce in mikroorganizme. Ti materiali, ki so že več let preizkušeni pri plinskih ceveh, kažejo na skorajda neomejeno življenjsko dobo. V eno vrtino se vgradijo štiri takšne cevi, po dve dovodni in odvodni. V vrtini (geosondi) se medij segreje ter se po vzporedni cevi ogret vrača na površje, kjer mu toplotna črpalka odvzame del toplote. Ko so cevi vgrajene, se vrtina od spodaj navzgor preko injekcijske cevi napolni s posebnim cementom, ki omogoča boljši prenos toplote. Toplota odvzeta kamninam se preko toplotnega prenašalca (voda s primešanim protizmrzevalnim sredstvom) prenese v toplotno črpalko.
Cevi, ki potekajo od vrtine do toplotne postaje, moramo položiti tako, da so konci povezovalnih zank na najvišji točki, da omogočimo enostavno odzračevanje zank. Cevi,  ki vstopajo v prostor, kjer je nameščen razdelilnik/zbiralnik ali ki prečkajo stene objekta, zavarujemo pred mehanskimi poškodbami.
Kadar postavljamo več vrtin, moramo zagotoviti minimalno razdaljo med vrtinami (5 – 6 m) in upoštevati smer toplotnega toka. Za neposreden priklop vgradimo razdelilni jašek s priključnimi cevmi za toplotno črpalko.

Globina vrtanja in število vrtin odvisno od:

• toplotnih potreb objekta (kW)
• toplotne izdatnosti kamnin = toplotna moč, pridobljena  po metru    

Prednosti:

• Za namestitev je potrebno zelo malo zemeljske površine in veliko manj cevi kot pri namestitvi horizontalnih zemeljskih kolektorjev

Slabosti:

• Vgradnja vertikalnih cevnih zank je lahko dražja kot horizonalnih
• Zaradi velike globine bo potrebno najti izvajalca z primernimi stroji

Zemeljski kolektorji

Pri horizontalnih kolektorjih toplotna črpalka za svoje delovanje izrablja shranjeno toploto sonca v vrhnjih zemeljskih plasteh, tako da vam v primeru dolgih mrzlih zim nihče ne more zagotoviti možnost ekonomične rabe do konca sezone.

Sestoje iz ene ali več 100 m dolgih zank, ki so zakopane vodoravno v zemlji na globini približno 1,2 m do 1,8 m (0,3 m pod krajevno mejo zaščite pred mrazom), med posameznimi cevmi pa je vsaj 0,5 m ali več razmika.
Na tem zemljišču ne smete posaditi dreves, prav tako površina ne sme biti tlakovana ali asfaltirana, saj s tem preprečite ogrevanje zemlje s padavinami. Njihovo delovanje je odvisno tudi od zunanjih vremenskih pogojev in 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.
Za polaganje kolektorjev je potrebno izkopati približno dvakratno ogrevalno površino do globine 1,8 – 2 m.

Prednosti namestitve horizontalnega zemeljskega kolektorja
Lahko ga vgradimo v primeru novogradnje ali sanacije že obstoječe gradnje, saj potrebujem zgolj dovolj zemeljske površine za njegovo namestitev.
Gre za tehnologijo oz. sistem z dolgo življenjsko dobo, ki je prisotna na trgu že veliko let in je prinesla izjemno pozitivne rezultate.
Namestitev horizonalnega kolektorja, kot tudi sam sistem je okolju prijazen. Omogočil nam bo ogrevanje naših prostorov ali vode, brez uporabe kakršnihkoli fosilnih goriv.
Ta način ogrevanja je energetsko izjemno učinkovit, hkrati pa stroškovno zelo ugoden.
– Geotermalni sistemi nimajo kondenzacijske enote zunaj (kot jo imajo nekatere klimatske naprave), zato delujejo zelo tiho.