מיזוג מהאדמה

מיזוג מהאדמה

מערכת גיאותרמית משתמשת בטמפרטורה של הקרקע למיזוג וחימום המבנה כאחד, נחשבת לידידותית לסביבה, חסכונית באנרגיה, בעלת עמידות גבוהה וחסכונית לתחזוקה. עם זאת עלות התקנתה גבוהה והטכנולוגיה נחשבת לחדשה יחסית בארץ

עמי לוי, מנכ"ל טריין ישראל
מערכת גיאותרמית משתמשת בקרקע כמאגר אנרגיה לצורך החלפת חום. הקרקע בדרך כלל חמה יותר מהסביבה במהלך החורף וקרה יותר מהסביבה במהלך הקיץ, עם תנודות מתונות יותר בטמפרטורה בין העונות. התנודות מתמתנות ככל שהעומק גדל ומקובל להתייחס לעומק של מעל 10 מטר כאל אזור עם טמפרטורה יציבה לאורך השנה.  
תכנון נכון של מערכת גיאותרמית יכול לפשט מערכות בעיבוי מים ואף לשפר את נצילותן.
השימוש במקור אנרגיה גיאותרמי מתחלק לשני סוגים:
1. מערכת מפוצלת כמו למשל במערכת של יחידות Water source.
2. מרכז אנרגיה עם צ’ילרים מקוררי מים.
בנוסף, ישנם שני מקורות גיאותרמים עיקריים:
1, פעילות טקטונית בשכבות העמוקות. 
2. מקורות בקרום החיצוני של כדור הארץ - מעגל פתוח (מאגרי מים) או סגור (קרקע).
במאמר זה נתמקד במערכת מרכזית מקוררת מים עם מקור אנרגיה בקרום החיצוני של כדור הארץ במעגל סגור. 
 
איור 1 - סכימת מערכת גיאותרמית מרכזית 
 
סוגי מערכות גיאותרמיות מרכזיות
1. מערכת קירור בלבד 
מערכת זו עובדת כמו מערכת רגילה כאשר מקור האנרגיה הגיאותרמי משמש ללפיתת החום בדומה למגדל קירור כמתואר באיור 2.
 
איור 2 - סכימת צנרת, מערכת השבת חום
 
2. מערכת השבת חום (Heat Recovery)
למערכת יש יכולת לספק קירור, חימום או קירור וחימום בו זמנית. במצב זה, מקור האנרגיה הגיאותרמי יכול להזין את המעבה או המאייד על פי מצב העבודה של המערכת במפורט באיור 3. 
 
 
איור 3 - סכימת צנרת, מערכת השבת חום
 
3. מערכת קירור או חימום (Heat Pump) או מערכת 2 צינורות 
המערכת יכולה לספק קירור או חימום על פי דרישה כאשר במצבים מסויימים, מקור האנרגיה הגיאותרמי יכול לספק קירור ללא הפעלת מעגל הקירור של הצ’ילר (Free Cooling). במצב זה, מקור האנרגיה הגיאותרמי יחובר גם למעבה (לצורך קליטה או פליטת אנרגיה) וגם למאייד (לצורך קירור ללא הפעלת מעגל הקירור).
 
 
איור 4 - סכימת צנרת, מערכת 2 צינורות 
 
עקרונות התכנון בהחלפת חום גיאותרמית 
טעות נפוצה היא להתייחס למאגר הגיאותרמי כאל מאגר אנרגיה אינסופי. ככל ששטח החלפת החום קטן, יש יותר השפעה עונתית על טמפרטורת המאגר. כמו כן, ריכוז צפוף של אתרים דומים עלול ליצור השפעה הדדית שתגרום לעליה בטמפרטורה הממוצעת של המאגר באזור כולו. 
איור 5 - דוגמה לדוחות של מערכת TRACE 700
 
מערכת  TRACE 700 של טריין מאפשרת בניית מודל של מערכת גיאותרמית. בנוסף, למערכת יש מודולים נוספים:
  • חישוב גודל מחליפי חום. 
  • חישוב כמות האנרגיה הנפלטת/ נקלטת מהמאגר.
  • חישוב השפעת המערכת על טמפרטורת המאגר
דגשים לתכנון
  • לטריין יש צ’ילר יעודי לנושא מסדרת RTWD שהותאם לאפליקציה זו. ליחידה זו יש יכולת לעבוד בטמפרטורות עיבוי גבוהות יחסית.
  • יש להימנע משימוש בגליקול במחליף החום של המאגר על ידי תכנון החלפת חום שלא יוריד את טמפרטורת הקדחים מתחת לנקודת הקפאון. במידה וטמפרטורת המאגר התרמי נמוכה מאוד, צריך לנסות ולהגביל את ריכוז הגליקול ל-10%.   

 

תמונה מס’ 1 - יחידת RTWD  מותאמת לעבודה עם מקור גיאותרמי    

  • מיכל אגירה/מאגר קרח יכול למתן את השפעות שינויי הטמפרטורה של המאגר במשך היום. 
  • לטריין מערכת בקרה ייעודית לנושא. שימוש במערכות בקרה לא מותאמות עלול להיות בעייתי מכיוון שצריך לנהל גם את אספקת המים של מחליף החום הגיאותרמי. 
  • מחליף החום של המאגר יכול להיות בנוי בצורה אופקית או אנכית. במצב אופקי נדרש שטח גדול (150-300 מ”ר לטון קירור) ולכן אינו ישים באזורים עם צפיפות בנייה גדולה או במערכות גדולות. 
  • תצורה אנכית של מחליף החום תהיה על פי רוב בצורת U. ניתן גם לשלב מספר מחליפי חום  בצורת U. 
  • יש חשיבות גדולה לטיפול בקרקע (דיוס) על מנת לשפר את החלפת החום.  
  • ניתן לתכנן את מחליף החום של המאגר מפוליאתילן או חומר קשיח אחר עם התייחסות למכרסמים שעלולים לגרום נזק לצנרת.  
  • תכנון הקידוחים צריך להסתמך על קידוח ניסיון לבדיקת מאפייני הקרקע.
לסיכום, השימוש במקור אנרגיה גיאותרמי יכול להוות פתרון למצבים בהם לא ניתן להתקין מגדלי קירור ואין אלטרנטיבה אחרת למעט עיבוי מים. 
יתרונות המערכת:
 
תמונה מס’ 2 - דוגמא לפלט של התוכנה המפרט את מידות הקידוח ונתוני הצנרת    
 
  • כל המערכת יכולה להיות חבויה ללא מתקנים חיצוניים.
  • חסכון בתחזוקת מגדלי קירור.
  • חסכון באנרגיה של מגדלי הקירור.  
  • שינויים עונתיים מתונים יחסית בטמפרטורת מי העבוי.
  • עמידות גבוהה לאורך זמן. 
  • אין רעש סביבתי של מגדלי הקירור. 
  • אפשרות לשימוש במאגר גיאותרמי לקירור ישיר בחלק מהזמן (Free Cooling) 
 
חסרונות המערכת:
  • עלות גבוהה של הקמת המערכת.
  • מערכת בקרה מורכבת יותר. 
  • נדרש שטח גדול בהתקנה אופקית (בקרקע סלעית למשל) ולכן לא תמיד ישימה.
  • טכנולוגיה חדשה בישראל. 
לטריין יש מספר מערכות פועלות, ניסיון מצטבר בתחום וכאמור מערכת TRACE 700 המסייעת בתהליך התכנון. 
מאמר זה הינו מאמר כללי ואין לראות בו תחליף לעבודת תכנון מפורטת. 
 










פי.סי.חץ