Ce este si cum functioneaza un sistem HVAC Geoexchange?

Geoexchange este o tehnologie care utilizeaza ca sursa pentru sistemul de incalzire, ventilatie si racire al cladirilor (sistemul HVAC - heat, ventilation, air conditioning) energia termica a Pamantului. Pentru a concentra sursa naturala si pentru a obtine agentul de incalzire si racire al cladirii la parametrii doriti se foloseste suplimentar o mica cantitate de energie electrica.

Proprietarii cladirilor dotate cu sistemul de climatizare Geoexchange - incalzire, ventilatie, racire - se bucura de un nivel ridicat al confortului, de o temperatura interioara optima atat vara cat si in cele mai friguroase ierni, in conditiile unor costuri de operare foarte scazute. Sistemul Geoexchange furnizeaza de asemenea si apa calda menajera.

Sistemele de climatizare Geoexchange au la baza un principiu diferit fata de sistemele cunoscute formate din cazan cu arzator + un sistem de aer conditionat, de exemplu chiller. Arzatoarele clasice furnizeaza caldura prin arderea de combustibil, cel mai frecvent gaz metan, propan sau pacura, pe cand sistemele Geoexchange elimina combustia chimica. Ele colecteaza iarna caldura naturala a Pamantului, de exemplu printr-o retea de conducte, o bucla instalata fie in pamant, fie intr-un bazin sau lac. Fluidul care circula prin bucla transporta caldura in casa. Partea de interior a sistemelor Geoexchange utilizeaza un circuit frigorific inchis care include un schimbator de caldura si un compresor electric ce realizeaza procesele de evaporare si de comprimare a vaporilor (similar cu principiul de functionare al frigiderului), pentru a concentra energia Pamantului si a o transmite in interiorul cladirii unui fluid secundar aflat la o temperatura mai ridicata. Acesta poate fi, de exemplu, aerul care prin ventilatoare si tubulaturi de aer, distribuie caldura in diferite camere.

In timpul verii, pentru a raci cladirea, se utilizeaza un procedeu inversat. Excesul de caldura este scos din casa, transmis catre bucla si apoi este absorbit de catre Pamant. Acelasi sistem Geoexchange furnizeaza temperatura joasa in acelasi fel in care un frigider isi pastreaza interiorul sau rece si anume prin scoaterea din interior a caldurii, adica prin absorbtia caldurii.

Sistemele Geoexchange pot fi instalate in interiorul cladirii deoarece nu este necesar schimbul de caldura cu aerul din exterior, iar prezenta lor nu deranjeaza deoarece sunt deosebit de silentioase. Intregul ansamblu Geoexchange este compact si se instaleaza in mod uzual in pivnita sau in pod / mansarda; iar in cazul unei case mai mici, echipamentul are dimensiuni foarte reduse si se poate monta in plafonul fals al unei camere. Instalarea la interior prezinta avantajul unei bune protectii a echipamentului fata de intemperii.

Sistemele Geoexchange lucreaza diferit fata de o pompa conventionala de caldura care foloseste aerul din exterior ca sursa de caldura sau de racire. Sistemele Geoexchange nu trebuie sa lucreze in forta (ceea ce inseamna folosirea a mai putina energie) deoarece deplaseaza caldura de la o sursa a carei temperatura este moderata. Temperatura solului sau a apei la cativa metri sub suprafata Pamantului ramane relativ constanta pe parcursul anului, chiar si atunci cand temperatura exterioara are mari fluctuatii la schimbarea anotimpurilor. La o adancime de aproximativ 1,80m, temperatura solului in majoritatea regiunilor lumii ramane constanta intre 7 si 21 grade Celsius . Din aceasta cauza apa extrasa din pamant este rece chiar si in cele mai calduroase zile din vara. Pe timp de vara , solul relativ rece absoarbe cu usurinta excesul de caldura dintr-o locuinta si mult mai rapid decat aerul exterior, pamantul incalzindu-se de la soare cu mult mai incet decat aerul atmosferic.

Iarna, pamantul furnizeaza o bariera aerului rece datorita energiei solare absorbite. Pe timp de iarna, deci, este cu mult mai usor sa captam caldura din sol deoarece temperatura medie a acestuia la o adancime de peste 15 metri este de 10 grade Celsius, fata de temperatura aerului atmosferic care are valori negative. Din acest motiv, prin folosirea sistemului Geoexchange se obtine fara dificultate in interiorul cladirii o temperatura confortabila chiar si in cazul unui sezon extrem de friguros.

Studiile arata ca aproximativ 70% din energia folosita la sistemele Geoexchange de incalzire este preluata din sol.

Producerea apei calde

Sistemele Geoexchange pot furniza in intregime sau partial necesarul de apa calda sanitara.

O solutie economica de obtinere a apei calde consta in adaugarea la o unitate Geoexchange numita pompa geotermica a unui desupraincalzitor (vezi figura alaturata). Desupraincalzitorul este un mic schimbator de caldura care foloseste vaporii supraincalziti din iesirea compresorului pompei geotermice pentru a incalzi apa. Aceasta apa fierbinte circula apoi prin conducte catre rezervorul de apa calda al cladirii.

Vara, cand sistemul Geoexchange lucreaza ca modul de racire, desupraincalzitorul foloseste doar excesul de caldura care, altfel, ar fi fost eliminat in pamant prin bucla exterioara. Pe timp de vara, atunci cand unitatea Geoexchange functioneaza aproape continuu, obtinerea apei calde nu costa nimic. In cazul in care, insa, sistemul functioneaza putin sau deloc (de exemplu primavara sau toamna), desupraincalzitorul nu produce suficient agent incalzitor, ceea ce face necesara montearea suplimentara a unui incalzitor conventional de apa pentru a acoperi necesarul de apa calda sanitara.

Conectarea la pamant

Bucla sistemului Geoexchange este ingropata in pamant si are rolul de a extrage din sol caldura pe timp de iarna si, respectiv, de a rejecta caldura in sol pe timp de vara. Bucla este confectionata dintr-un material foarte rezistent din punct de vedere mecanic care permite totodata si transmiterea eficienta a caldurii (este foarte important ca schimbul de caldura dintre pamant si fluidul din bucla sa nu fie franat). In general tevile din care se confectioneaza buclele sunt fabricate din polietilena de inalta densitate. Cand sunt necesare imbinari de tevi, acestea se fac prin topire la cald (termofuziune); prin acest procedeu imbinarile devin extreme de rezistente. Buclele sunt in general garantate pentru 50 de ani. Fluidul din bucla este apa sau o solutie antigel sigura din punct de vedere ecologic (in buclele inchise).

Un alt tip de Sistem Geoexchange este cel care utilizeaza tevi din cupru instalate in pamant. Cand agentul de racire este pompat prin bucla, caldura este transferata direct prin cupru in pamant.

Pentru a obtine cele mai bune rezultate, instalarea tevilor este incredintata unei echipe specializate care aplica procedurile IGSHPA (Asociatia Internationala pentru Pompe de Caldura cu Sursa Pamant). Atat proiectantii sistemelor Geoexchange, cat si instalatorii acestor sisteme sunt certificati de catre IGSHIPA sau de alte autoritati recunoscute.

Lungimea buclei depinde de diversi factori: configuratia aleasa; cantitatile de caldura si de frig necesare cladirii; conditiile din sol; conditiile de clima; configuratia terenului. Cladirile mari necesita bucle mai mari fata de cele din cladirile cu dimensiuni mai reduse. Cladirile situate in zone cu temperaturi extreme necesita in general bucle mai mari. Analiza sistemului, a eficientei lui, calculul pierderilor / castigului de caldura trebuiesc facuta inaintea instalarii buclei.

Tipuri de bucle

Bucla orizontala inchisa

Aceasta configuratie este cea mai putin costisitoare si se aplica atunci cand suprafata detinuta este destul de mare, iar solul permite usor saparea santurilor. Procedeul consta din saparea in paralel a santurilor la o adancime de 90 - 180 cm sub nivelul solului, urmata de intinderea tevilor din plastic in santuri si acoperirea cu pamant a acestora fara a le deteriora. Fluidul circula prin tevi in sistem inchis. Un sistem orizontal inchis are 120 - 180 m lungime pentru o tona capacitate frig, adica 35 - 52 metri pentru 1 Kw. Tevile se pot incolaci in forme serpuitoare pentru a folosi santuri mai scurte, astfel ca se poate folosi un teren cu o suprafata mai mica, dar, in acest caz, este necesara o cantitate mai mare de teava. Buclele orizontale sunt mai usor de instalat cand cladirea este in constructie, dar se pot instala si dupa finalizarea cladirii cu minimum de deranj pentru locatari.

Bucla verticala inchisa

Acest tip de bucle este ideal pentru cladirile care au un spatiu mic pentru curte, in care buclele orizontale nu incap, cand solul in apropierea suprafetei este pietros sau cand se doreste o mai mica distrugere a peluzei.

Bucla inchisa scufundata in apa unui lac

Daca cladirea este situata in apropierea unui lac, a unei baltia sau a unui elesteu, montarea buclelor in apa este cel mai economic sistem. Fluidul circula prin tevi de polietilena, identice cu tevile ingropate in pamant. Expertii Geoexchange recomanda folosirea buclelor scufundate in apa numai in cazul in care nivelul cel mai mic al apei nu scade de-a lungul anului sub minimum 180 - 240 cm, astfel incat sa se asigure permanent o capacitate optima de transfer al caldurii.

Bucla deschisa

Aceasta configuratie este folosita cu eficienta daca apa din sol este in cantitate mare. Sistemul cu bucla deschisa este cel mai ieftin si cel mai simplu de instalat. In acest tip de sistem, apa dintr-un foraj pus in legatura cu straturile freatice ale pamantului este pompata in cladire, unde cedeaza caldura la o pompa de caldura. Dupa ce paraseste cladirea, apa este pompata inapoi in straturile freatice ale pamantului printr-un al doilea put - numit put de restitutie - amplasat la o distanta adecvata fata de primul. In cazul in care se opteaza pentru un sistem cu bucla deschisa, se consulta in prealabil autoritatile locale. De cele mai multe ori un numar dat de foraje de apa pot deservi comunitati de case si atunci bucla deschisa contine un rezervor tampon a carui capacitate este dependenta de debitele exploatabile ale panzelor freatice locale.

Forajele de apa verticale, numite si puturi in sistem turbionar ce au un diametru de 18 cm si o adancime de pana la 450 m pot fi folosite ca puturi de extractie si restitutie in acelasi timp. In acest caz, apa este extrasa de la baza forajului, apoi circulata catre schimbatorul de caldura al pompei de caldura dupa care este redata partii superioare a coloanei de apa. In mod obisnuit, putul furnizeaza si apa potabila. Totusi, apa din pamant trebuie sa fie din abundenta iar viteza de curgere a straturilor semnificativa pentru ca sistemul sa functioneze optim. In cazul in care temperatura apei din put creste sau scade prea mult, apa de restitutie poate fi "purjata" de la sistem pentru a permite apei din panzele freatice ale pamantului sa restabileasca temperatura apei extrase la valoarea normala de operare. Conditiile de evacuare a apei de restitutie variaza in functie de locatie dar, de obicei, nu sunt foarte restrictive intrucat cantitatile sunt relativ mici in raport cu volumul panzelor freatice iar in procesul Geoexchange apa nu este contaminata chimic sau biologic

Procurarea sistemului

Pentru a beneficia de echipament, proiectare si instalare de inalta calitate, beneficiarii trebuie sa nu omita nici unul dintre punctele de mai jos:

•  Evaluarea si certificarea : Se achizitioneaza numai echipament certificat de catre foruri recunoscute international.

•  Garantia : Se achizitioneaza numai echipament garntat de catre fabricant.

•  Dimensionarea : Sistemele Geoexchange incorect dimensionate conduc la o pierdere mare de energie si nu asigura un control optim al operarii. Dimensionarea echipamentelor se face de catre personal autorizat, iar rezerva de capacitate nu trebuie sa depaseasca 15% din necesarul calculat.

•  Proiectarea sistemului : Proiectarea se face numai de catre personal autorizat care decide solutia optima Geoexchange, dimensiunea si configuratia buclei si tipul de fluid care circula prin ea. Proiectantul trebuie sa examineze de asemenea modul in care sistemul furnizeaza apa calda sanitara. Proiectantul trebuie sa inceapa cu examinarea cladirii pentru a asigura o proiectare si o instalare eficienta a sistemului Geoexchange. Proiectantul va impune o buna izolare termica a cladirii care va conduce la o diminuare a necesarului de incalzire si de racire si, implicit, la micsorarea dimensiunilor intregului sistem Geoexchange, inclusiv a costurilor de instalare.