Με τον αυστηρά επιστημονικό όρο γεωθερμία νοείται η αποθηκευμένη κάτω από την επιφάνεια της γης (στο υπέδαφος, σε υπόγεια νερά, ατμό ή θερμό αέρα) θερμική ενέργεια με θερμοκρασίες από 25 – 350 °C. Καθώς πρόκειται για μια ανεξάντλητη και καθαρή πηγή ενέργειας, αξιοποιείται στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε αγροτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες, για αφαλάτωση θαλασσινού νερού, θερμά λουτρά και πολλά άλλα.
Παράλληλα, στην πιο ευρεία χρήση του όρου γεωθερμία, εντάσσουμε σήμερα και τη θερμική ενέργεια του εσωτερικού της γης με θερμοκρασία μικρότερη από 25 °C, που προέρχεται κυρίως από την αποθήκευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Στις περιπτώσεις αυτές το βάθος εκμετάλλευσης συνήθως είναι μικρότερο από 150m και για το λόγο αυτό χαρακτηρίζεται και ως αβαθής γεωθερμία, που ως επί το πλείστον χρησιμοποιείται για παραγωγή ψύξης, θέρμανσης και ζεστού νερού χρήσης σε οικιακές και λοιπές κτιριακές εγκαταστάσεις.
Η αβαθής γεωθερμία πλεονεκτεί στο ότι είναι διαθέσιμη παντού και είναι αρκετά εύκολη στην αξιοποίησή και αδειοδότησή της. Ένα σύστημα εκμετάλλευσης αβαθούς γεωθερμίας για οικιακές εφαρμογές αποτελείται από τρία βασικά μέρη: τη γεωθερμική αντλία θερμότητας, το γεωθερμικό εναλλάκτη και την εσωτερική εγκατάσταση θέρμανσης και ψύξης του κτηρίου, που συνηθέστερα είναι ενδοδαπέδιο σύστημα ή σύστημα με fan coils.
Μια τέτοια εγκατάσταση αξιοποιεί τις σταθερές θερμοκρασίες του υπεδάφους (από 18 έως 22°C) μεταφέροντας θερμότητα από το υπέδαφος (ή τα υπόγεια ύδατα) προς τον κλιματιζόμενο χώρο και αντίστροφα, ως εξής: κατά τη διάρκεια του χειμώνα, το ρευστό που κυκλοφορεί μέσα στον γεωεναλλάκτη απορροφά την αποθηκευμένη θερμότητα του υπεδάφους και τη μεταφέρει στην αντλία θερμότητας, η οποία στη συνέχεια τη μεταφέρει σε μια υψηλότερη θερμοκρασία και την διανέμει στο κτίριο.
Το καλοκαίρι το σύστημα απάγει θερμότητα από το κτίριο, τη μεταφέρει μέσω της αντλίας θερμότητας στο κύκλωμα του γεωεναλλάκτη και την αποθέτει στην πιο δροσερή γη. Η γεωθερμική αντλία θερμότητας πρακτικά είναι μια συσκευή που με τη βοήθεια ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να μεταφέρει θερμότητα από έναν ψυχρότερο χώρο σε ένα θερμότερο, ακριβώς όπως λειτουργεί ένα απλό κλιματιστικό μηχάνημα. Το μεγάλο της πλεονέκτημα έγκειται στο ότι ενώ τα κλιματιστικά μηχανήματα αποβάλλουν ή απάγουν θερμότητα από το περιβάλλον, η γεωθερμική αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί το σταθερής θερμοκρασίας υπέδαφος.
Το καλοκαίρι, που το κλιματιστικό μηχάνημα καλείται να αποβάλει θερμότητα σε ένα περιβάλλον ήδη κορεσμένο από θερμικό φορτίο καταναλώνοντας μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας, η γεωθερμική αντλία θερμότητας αποβάλλει θερμότητα στο υπέδαφος, που η θερμοκρασία του δεν ξεπερνά τους 20°C, με αποτέλεσμα η απόδοσή της να είναι σημαντικά μεγαλύτερη. Κατ’ ανάλογο τρόπο, το χειμώνα, το γεωθερμικό σύστημα καλείται να ανυψώσει τους 15-17°C του εδάφους μέχρι τους 20-22°C για να ζεστάνει το εσωτερικό του κτιρίου, ανεξάρτητα από τις εξωτερικές καιρικές συνθήκες.
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. Σε ένα σύστημα εκμετάλλευσης αβαθούς γεωθερμίας η θερμότητα απάγεται ή προσδίδεται στο έδαφος μέσω ενός δικτύου σωληνώσεων (γεωεναλλάκτης), τοποθετημένου εντός εδάφους, που μπορεί να είναι κλειστού ή ανοικτού κυκλώματος. Ένας γεωεναλλάκτης κλειστού κυκλώματος αποτελείται από ένα κλειστό δίκτυο θαμμένων σωλήνων, συνήθως πολυαιθυλενίου, στο οποίο συνεχώς ανακυκλοφορεί διάλυμα νερού με αντιψυκτικό υπό πίεση και ανταλλάσσει θερμότητα με το έδαφος.
Το κλειστό αυτό δίκτυο σωληνώσεων μπορεί να τοποθετηθεί σε οριζόντια ή κατακόρυφη διάταξη. Ένας οριζόντιος κλειστός γεωεναλλάκτης κατασκευάζεται σε σκάμμα στον περιβάλλοντα χώρο του κτιρίου σε βάθος 1,0-2,5m και αποτελεί ίσως την οικονομικότερη κατασκευαστική λύση από οποιοδήποτε άλλο γεωθερμικό σύστημα.
Η απαιτούμενη έκταση είναι συνάρτηση των θερμικών και ψυκτικών απαιτήσεων του κτιρίου και τα γεωλογικά στοιχεία του υπεδάφους και η απόδοσή του κυμαίνεται μεταξύ 20-35w/m . Στην περίπτωση που κάποιος ανοικτός υδροφόρος είναι κοντά (πχ λίμνη) μπορεί το δίκτυο σωλήνων να τοποθετηθεί στον πυθμένα της λίμνης, απαλείφοντας έτσι το κόστος εκσκαφής. Βασικά πλεονεκτήματα του οριζόντιου κλειστού εναλλάκτη είναι η εύκολη τοποθέτηση, το μικρό κόστος εγκατάστασης και η ευκολότερη αδειοδότηση, ενώ μειονεκτήματά του θεωρούνται η μεγάλη απαιτούμενη επιφάνεια για το στρώσιμο του γεωεναλλάκτη, η σχετικά μειωμένη απόδοση στην ψύξη και οι περιορισμοί στην φύτευση.
Ο κάθετος γεωεναλλάκτης κλειστού κυκλώματος εφαρμόζεται σε εγκαταστάσεις με περιορισμένο περιβάλλοντα χώρο και σε περιοχές με αδυναμία πρόσληψης νερού από τον υδροφόρο ορίζοντα. Το κλειστό κύκλωμα σωλήνων τοποθετείται εντός γεωτρήσεων με διάμετρο 6-8” και βάθους μεταξύ 60 –120m και στη συνέχεια γίνεται πλήρωση με θερμοαγώγιμο μίγμα (τσιμέντο, μπετονίτης ή με το παράγωγο διάνοιξης της ίδιας της γεώτρησης).
Η απόσταση μεταξύ των κάθετων γεωτρήσεων προτείνεται να είναι μεγαλύτερη των 6m για την αποφυγή τοπικού θερμικού κορεσμού του υπεδάφους και η μέση απόδοση του κάθετου γεωθερμικού εναλλάκτη κυμαίνεται μεταξύ 35–65w/m, παρουσιάζοντας σταθερότητα σε όλη τη διάρκεια του έτους. Στην περίπτωση γεωεναλλάκτη ανοιχτού κυκλώματος νερό αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα -υπέδαφος, θάλασσα, λίμνη ή ποτάμι-, διέρχεται από την αντλία θερμότητας (μέσω συνήθως ενός ενδιάμεσου εναλλάκτη νερού/νερού) όπου απορροφάται ή αποδίδεται θερμότητα και κατόπιν το νερό επανεισάγεται στην ίδια πηγή.
Ο γεωεναλλάκτης ανοιχτού κυκλώματος υπεδαφικού υδροφόρου ενδείκνυται σε περιοχές με ρηχό βάθος υδροφόρου ορίζοντα και περιλαμβάνει δύο γεωτρήσεις, μία παραγωγική – στην οποία εμβαπτίζεται η υποβρύχια αντλία – και μία επανεισαγωγής. Σε περιπτώσεις που η γειτνίαση με τη θάλασσα ή με λίμνη είναι τέτοια που να επιτρέπει την χρήση της, με ένα απλό υδραυλικό δίκτυο το νερό προσάγεται και απάγεται από την αντλία θερμότητας μέσω ενός κυκλοφορητή.
Βασικά πλεονεκτήματα του ανοικτού γεωεναλλάκτη είναι η σταθερή και υψηλή απόδοση σε όλη την διάρκεια του χρόνου και η μικρή απαιτούμενη επιφάνεια εδάφους, ενώ βασικά μειονεκτήματα είναι το υψηλό κόστος επένδυσης, η πιο εξειδικευμένη εγκατάσταση, η δυσκολότερη αδειοδότηση, οι περιορισμοί από την ποιότητα του νερού, η άμεση εξάρτηση της απόδοσης του συστήματος από την παροχή νερού της γεώτρησης και το μεγαλύτερο κόστος συντήρησης λόγω των επικαθίσεων. Με βάση τις σημερινές τιμές πετρελαίου και ηλεκτρικού ρεύματος εκτιμάται ότι μπορεί να επιτευχθεί εξοικονόμηση χρημάτων για τη θέρμανση κτιρίου με χρήση αβαθούς γεωθερμίας από 60 έως 80 % σε σχέση με αντίστοιχη εγκατάσταση λέβητα πετρελαίου. Για να διαπιστώσουμε και πρακτικά το μέγεθος της εξοικονόμησης ας θεωρήσουμε μια μέση κατοικία 100τμ με ετήσιες ανάγκες θέρμανσης 10800 kWh.
Για την κάλυψη των θερμικών αυτών αναγκών απαιτούνται ετησίως περίπου 1200 λίτρα πετρελαίου, τα οποία με μία μέση φετινή τιμή στα 1,3 ευρώ θα κοστίσουν περίπου 1600 ευρώ. Στην περίπτωση της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας, με μέσο συντελεστή απόδοσης ίσο με 4,5, οι 10800 kWh θερμικής ενέργειας απαιτούν την κατανάλωση 2400 kWh ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες με μέση τιμή 0,15 ευρώ/kWh, θα έχουν συνολικό ετήσιο κόστος κάτω από 360 ευρώ, δηλαδή εξοικονόμηση μεγαλύτερη του 70%! Το Κόστος εγκατάστασης ενός Γεωθερμικού συστήματος εξαρτάται κατά πολύ από το μέγεθος της αντλίας θερμότητας, τον τύπο και το μέγεθος του γεωεναλλάκτη και από την περιοχή που θα εγκατασταθεί.
Για μια τυπική κατοικία η εγκατάσταση ενός γεωθερμικού συστήματος οριζόντιου κλειστού κυκλώματος μπορεί να ξεκινά από 15.000 €, ενώ ενός συμβατικού συστήματος με λέβητα πετρελαίου από 3000 €. Εάν λάβουμε υπόψη μας ότι η Γεωθερμική αντλία θερμότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ψύξη των χώρων, καταργώντας έτσι την ανάγκη προμήθειας ψυκτικού μηχανήματος, το κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας γίνεται ελκυστικότερο.
Επιπλέον αποκτούμε πλήρη ανεξαρτησία από το πετρέλαιο και την τιμή αυτού, έχουμε εξοικονόμηση χώρου καθώς δεν απαιτείται δεξαμενή πετρελαίου και καπνοδόχος στην εγκατάσταση μας, μηδενικό ετήσιο κόστος συντήρησης και φυσικά προστασία του περιβάλλοντος από εκπομπές ρύπων. Ο ακάλυπτος χώρος σας μπορεί να γίνει έτσι η φτηνή οικολογική πηγή ενέργειας για θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό χρήσης καθ’όλη τη διάρκεια του χρόνου.
