Energie prostředí, geotermální energie a tepelná čerpadla
Geotermální energie je produktem pochodů v zemské kůře. Je vázána na teplo suchých hornin nebo na geotermální vody, a to na teplotní úrovni, která je využitelná k přímé spotřebě.
Geotermální vody jsou přírodní podzemní vody, které se nacházejí v zemských dutinách a zemských zvodnělých vrstvách. Jsou zahřáté zemským teplem natolik, že jejich teplota po výstupu na zemský povrch je vyšší než průměrná roční teplota vzduchu v dané lokalitě. Pro přímé energetické využití jsou vhodné vody podle klasifikace z kategorie nízkoteplotních třídy a) 30-70°C a třídy b) 70-100°C. Voda se ve většině případů získává hlubinnými vrty. Část geotermálních vod je klasifikována jako vody lázeňské. Jsou podrobeny zvláštnímu režimu využití, jejich čerpání pouze pro energetické využití není přípustné. Teplo suchých hornin se využívá buď pomocí trubkových kolektorů osazených do suchých vrtů nebo pomocí injektáže povrchové vody a jejího zpětného čerpání systémem dvou a více vrtů .
Geotermální teplo se v současné době využívá v menších aplikacích v lázeňství, ve větších systémech přímým použitím geotermální vody jako TUV a dále v systémech CZT k hrazení části tepelné bilance (v závislosti na teplotní úrovni zdroje). Přímé využití geotermální energie ve větším měřítku na území České republiky je dosti omezené. V našich podmínkách připadá využití energie prostředí pomocí tepelných čerpadel. Předpokládá se, že cca 50 % potenciálu bude využito prostřednictvím individuálních systémů tepelnými čerpadly a cca 50 % centrálními systémy.
Potenciál i pro tento zdroj energie ovšem v České republice existuje. Byla vytvořena mapa tepelného toku (z hodnot přirozeného zemského tepelného toku, zjištěných ve vzdálených jednotlivých hlubokých vrtech pod celou ČR), z které je možné zjistit území s dobrými podmínkami pro využití geotermální energie z litosféry. Jedná se asi o 28 lokalit a odborníci na ní pracovali čtyři roky. U nás je průměrná hodnota zemského tepelného toku asi 650 W na hektar plochy. Z tohoto jednoduchého údaje je zřejmé, že i to nejmenší tepelné čerpadlo odebírá z horniny u vrtu mnohem více tepelné energie, než kolik je jí tam Země schopna v tomtéž čase zase dodat. Děje se to na úkor statických zásob tepla uloženého během věků do tepelné kapacity horniny a do podzemní vody.
Přímé využití geotermální energie ve větším měřítku na území České republiky je dosti omezené. V našich podmínkách připadá využití energie prostředí pomocí tepelných čerpadel.
Předpokládá se, že cca 50 % potenciálu bude využito prostřednictvím individuálních tepelnými čerpadly a cca 50 % centrálními systémy.
Tepelná čerpadla
Tepelné čerpadlo dokáže odebírat jinak nevyužitelné, tzv. nízkopotenciální teplo z přírodního prostředí (vzduch, zemský masiv, řeka, rybník, odpadní teplo atd.) a pomocí elektrické energie ho umí převést na teplo vhodné pro vytápění, přípravu teplé užitkové vody i další účely. Pro svůj chod potřebuje elektrickou energii a poměr mezi spotřebovanou elektrickou energií a vyrobenou tepelnou energií se nazývá topný faktor. Topný faktor "charakterizuje" účinnost tepelného čerpadla. Je-li například topný faktor tepelného čerpadla ε = 3, dostaneme na každou spotřebovanou 1 kWh elektrické energie 3 kWh energie tepelné. Důležité je to, že topný faktor s klesající teplotou nízkopotenciálního zdroje také klesá.
Podle toho, z jakého zdroje se nízkopotenciální teplo čerpá a kam se přenáší, rozdělujeme tepelná čerpadla na:
vzduch-vzduch
energie se odebírá přímo z venkovního vzduchu a předává se vzduchu, kterým se objekt vytápí. Topný faktor klesá se snižující se teplotou venkovního vzduchu. Montáž bývá většinou snadná, je však třeba brát ohled na dodržení hygienických požadavků na emise hluku od venkovní výparníkové jednotky. Instalace systému předpokládá teplovzdušné větrání a vytápění.
vzduch-voda
energie se odebírá ze vzduchu a předává se do vodního okruhu, kterým se (pomocí otopných těles, podlahového vytápění nebo výměníkem voda-vzduch) objekt vytápí. Topný faktor klesá se snižující teplotou venkovního vzduchu. I v tomto případě je třeba brát ohled na dodržení hygienických požadavků na emise hluku.
voda-voda
nízkopotenciální energie se může podle možností odebírat z několika zdrojů. Jsou to například:
- zemský masiv (předpokladem jsou vrtné práce nebo uložení registrů do země, hloubka vrtů nebo délka registru záleží na potřebném výkonu tepelného čerpadla). Topný faktor je celoročně prakticky konstantní. Při provádění zemních vrtů jsou nutná některá zvláštní povolení (hydrogeologický posudek pro odbor životního prostředí příslušného místního městského úřadu).
- čerpání spodní vody ze zbudované studně (čerpací), odebírání tepla čerpané vodě a navracení ochlazené vody zpět do druhé studny (vsakovací) tak, aby nebyl narušen režim spodních vod. Topný faktor je celoročně přibližně konstantní (lehce se mění se změnou teploty spodní vody). Pro provádění studní je nutné schválení příslušným vodoprávním úřadem.
- řeka nebo rybník (předpokladem je uložení výměníků pod hladinu). U obou zdrojů je potřeba provést energetickou bilanci, aby nedošlo k podchlazení zdroje tepla. V případě použití odděleného primárního okruhu (do TČ není čerpána přímo voda ze zdroje tepla) je podmínkou použití biologicky šetrné nemrznoucí směsi v primárním okruhu, většinou směs lihu a vody.