Ce este si cum functioneaza un sistem HVAC Geoexchange

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 1,80 m, 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 sis 24524b16y temului 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 montarea suplimentara a unui incalzitor conventional de apa pentru a acoperi necesarul de apa calda sanitara.

Se observa ca sistemele Geoexchange au o tripa capabilitate prin furnizare de aer cald, aer rece si apa calda dupa nevoi.

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

Majoritatea buclelor utilizate la cladiri rezidentiale sunt instalate orizontal sau vertical in pamant, sau sunt scufundate in apa unui elesteu sau lac. In majoritatea cazurilor, fluidul circula prin bucle intr-un sistem inchis, dar se pot folosi si sisteme deschise in cazul in care conditiile locale o permit. Fiecare tip de bucle prezinta avantaje si dezavantaje.

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.

Constructorii practica gauri verticale in pamant la o adancime de 45 - 135 m. Fiecare gaura contine o singura bucla din teava prevazuta cu un terminal in forma de U la baza (la fundul gaurii). Dupa ce teava este introdusa in gaura verticala, aceasta se umple cu pamant sau cu un tip special de ciment. Fiecare bucla verticala este apoi conectata la o bucla orizontala, care este de asemenea instalata sub pamant. Bucla orizontala conduce apoi fluidul intr-un punct de racord al sistemului Geoexchange. Instalarea buclelor verticale este in general mai costisitoare, dar necesita mai putina teava fata de buclele orizontale.

Bucla inchisa scufundata in apa unui lac

Daca cladirea este situata in apropierea unui lac, a unei balti 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.

De curand, tehnologia "buclei inchise scufundate" are o varianta alternativa care foloseste in locul buclelor de teava imersate, un schimbator metalic de caldura scufundat vertical sub nivelul de inghet al lacului, la minimum 50 de centimetri deasupra fundului lacului.

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.

Intrebari uzuale in legatura cu tehnologia Geoexchange

Ce este tehnologia Geoexchange?

Geoexchange este o tehnologie care foloseste energia aflata in sol pentru a incalzi, ventila si a raci o cladire, simultan cu furnizarea apei calde sanitare.

Cum lucreaza?

Pe tot parcursul anului, temperatura pamantului la cativa metri in adancime ramane aproximativ constanta si are valori intre 7 si 21 grade Celsius. Geoexchange valorifica aceasta temperatura pentru a asigura in mod eficient incalzirea si racirea in interiorul unei cladiri.

Iarna, o solutie pe baza de apa circula prin tevile ingropate in pamant, absoarbe caldura acestuia si o transporta in cladire. Sistemul Geoexchange foloseste o pompa de caldura pentru a concentra energia termica a pamantului pe care o transfera aerului care incalzeste spatiul din interiorul cladirii.

Vara, procesul este invers: caldura din interiorul locuintei este extrasa din aer si transferata pamantului prin intermediul solutiei pe baza de apa, a pompei de caldura si a buclei ingropate in pamant. Singura energie suplimentara folosita este o mica cantitate de energie electrica necesara pentru actionarea pompei de caldura.

Reprezinta Geoexchange o noutate pe plan mondial?

Sistemul Geoexchange a fost implementat in urma cu 20 de ani. Pe parcurs, au fost aduse multe imbunatatiri materialelor folosite, metodelor de instalare, randamentului pompelor de caldura si al celorlalte echipamente.

Care sunt beneficiile majore ale sistemului Geoexchange?

Fata de utilizatorii sistemelor conventionale, beneficiarii sistemului Geoexchage au urmatoarele avantaje majore:

.  Micsorarea facturilor pentru utilitati: incalzire, racire, apa calda sanitara cu procente variind intre 25% (vara) si 50% (iarna) fata de sistemul conventional.

.  Simplificarea intretinerii sistemului de climatizare prin utilizarea aceluias echipament atat iarna, cat si vara.

.  Nivelul inalt de confort pe tot parcursul anului.

.  Scaderea valorii facturilor pentru apa calda sanitara cu 30% in medie pe an prin utilizarea excesului de caldura al casei, vara, pentru producerea apei calde.

.  Eliminarea totala a poluarii mediului sau a posibilitatii de intoxicare cu monoxid de carbon deoarece sistemul Geoexchange nu arde combustibil pentru a produce caldura si apa calda.

Care sunt avantajelele pentru mediul inconjurator?

Conform studiilor efectuate de catre Departamentul de Energie al SUA (DOE) si Agentia de Protectie a Mediului Inconjurator al SUA (EPA), un sistem Geoexchange cu capacitatea de 3 tone frig (3 x 3,51 Kw) produce duce in medie, intr-o ora de functionare, cu aproximativ 0,5 kg CO₂ mai putin, fata de un sistem conventional. Deci, daca 100.000 locuinte medii ar fi echipate cu sisteme Geoexchange, emisia de bioxid de carbon, emisie considerata vinovata de producerea efectului de sera la nivel planetar, ar fi redusa cu 200.000 tone. Aceasta echivaleaza cu cantitatea de bioxid de carbon emisa de aproximativ 58.700 autovehicule sau cu plantarea a 50.000 ha padure. Cifrele sunt valabile chiar daca ele se pondereaza cu nivelul emisiilor de CO₂ rezultate la producerea energiei electrice necesara functionarii pompelor de caldura.

In plus, caldura reziduala recuperata din interiorul cladirii pe timp de vara este utilizata pentru producerea practic fara costuri a apei calde sanitare, ceea ce reduce costul total anual pentru apa calda cu cca. 30% si, prin aceasta, reduce nivelul general al emisiilor de CO₂ in sistem (energie termica + energie electrica).

Sistemul Geoexchange este recomandat in primul rand locuintelor?

Sistemul Geoexchange este recomandat in egala masura spatiilor comerciale, spatiilor de productie, cladirilor de birouri, scolilor. La aceasta ora, in SUA functioneaza peste 500.000 de astfel de instalatii.

Conform EPA, in USA numeroase scoli folosesc sistemul Geoexchange, iar economiile estimate in costuri pentru energie sunt de peste 25 de milioane dolari pe an. Pe aceasta cale scolile americane dotate cu sisteme Geoexchange reduc emisiile de bioxid de carbon cu 1.000.000 de tone pe an. EPA a calculat ca potentiala implementare a sistemului Geoexchange in toate scolile americane ar conduce la o economie anuala de petrol de 61 de milioane de barili si beneficii asupra mediului echivalente cu plantarea a 3,2 milioane de hectare de padure sau eliminarea poluarii produse de 4 milioane de autovehicule.

Sistemul Geoexchange poate fi implementat si in zone cu temperaturi exterioare foarte inalte sau foarte joase?

Sistemul Geoexchange se poate folosi in orice conditii de mediu exterior, deoarece transfera caldura de la si spre pamant. Aceast avantaj se datoreaza temperaturii relativ constanta a pamantului in comparatie cu temperatura aerului din mediul inconjurator.

Sistemul Geoexchange e scump?

Depinde de ce includeti in calculul costurilor. Sistemul Geoexchange are cel mai mic cost pe ciclu de viata al sistemului de incalzire, ventilatie, racire in comparatie cu orice alt sistem conventional de incalzire sau de racire. Aceasta afirmatie este valabila chiar daca costurile de instalare initiale sunt mai mari datorita includerii in investitie a buclelor ingropate in pamant. Costurile medii anuale de exploatare - incalzire, ventilare, racire, apa calda sanitara - pentru o resedinta pot fi reduse pana la 3 - 5 dolari / m² si an (calculat la un tarif mediu al energiei electrice in SUA de 8 USD / Mwh.

Mai mult decat atat, costul instalarii unui sistem Geoexchange a scazut de la un an la altul si este de luat in calcul scaderea in continuare, pe masura cresterii numarului de utilizatori.

Pe de alta parte, sistemele Geoexchange reprezinta o investitie sigura prin reducerea semnificativa a costurilor de operare anuale (avand in vedere durata mare de viata a acestora) si prin amortizarea in numai cativa ani a investitiei initiale din economiile realizate in raport cu solutiile clasice inlocuite, fara a pune la socoteala economiile suplimentare reprezentate de eliminarea facturii de apa ce apar atunci cand sistemul Geoexchange este deschis si forajele de apa servesc si la alimentarea cu apa a obiectivului.

Analizand toate avantajele, se poate spune cu certitudine ca un sistem Geoexchange ridica valoarea de piata a unei cladiri in care el este implementat.

Comparatie cu climatizarea clasica

La compararea diferitelor sisteme disponibile de climatizare se au in vedere siguranta in functionare, costurile de instalare - investitia initiala, costurile de operare pe toata durata de viata, costurile de inlocuire si confortul.

Sisteme de climatizare

Principial exista doua sisteme de incalzire: cele cu ardere cu flacara, bazate deci pe combustie si cele care nu necesita flacara pentru functionare. La ora actuala, majoritatea sistemelor instalate creeaza caldura prin ardere, asa cum o faceau si la inceputul secolului 20. Aceste sisteme ard un combustibil fosil (propan, gaz natural, motorina) sau lemn. Sistemele cele mai moderne sunt cele fara combustie care functioneaza prin transferul caldurii de la o locatie cu potential termic ridicat la o locatie cu potential termic scazut. Aceste sisteme produc nu numai caldura ci si frig. Ele pot asigura climatizarea unui spatiu prin producerea aerului conditionat.

Sistemele pe baza de combustie

Foarte raspandite pana de curand, sistemele pe baza de combustie au fost apreciate de catre beneficiari datorita costurilor relativ moderate de instalare si operare, precum si diversitatii ofertei pe piata. Din nefericire, sistemele pe baza de combustie ridica numeroase probleme legate de siguranta in exploatare si de costurile de intretinere care sunt tot mai mari pe masura epuizarii surselor de combustibili fosili.

Unele sisteme pe baza de combustie prezinta pericolul la explozie la depozitarea sau la manipularea necorespunzatoare a combustibilului. Aflam adesea din massmedia despre explozii datorate unei instalari defectuoase sau a unei intretineri neprofesionale a tevilor de gaz natural, a sistemului de distributie a acestuia sau a instalatiei de ardere. Deoarece aceste sisteme necesita flacara la functionare, defectarea sau instalarea necorespunzatoare a componentelor sistemului (schimbatorul de caldura, regulatorul de presiune a gazului, cosul de fum etc.) pot produce urmari neplacute, de la pierderi de energie, pana la incendii si catastrofe. Sistemele de detectare a scaparilor de gaz si a a fumului instalate in unele cladiri pot salva vieti omenesti in aceste circumstante.

In afara caldurii, sistemele pe baza de combustie produc si monoxid de carbon ca rezultat al unei arderi incomplete a combustibilului. O instalare incorecta a sistemului de combustibil, obturarea cosurilor de evacuare a gazelor arse sau scaderea tirajului din diferite motive pot conduce la retinerea monoxidului de carbon in interiorul cladirii. Aceasta situatie este cu atat mai periculoasa, cu cat cladirea este mai etansa (exemplu: echipata cu geamuri termopan). De aceea centralele termice si incalzitoarele de apa cu flacara directa necesita o buna ventilare.

Sistemele pe baza de combustie care transmit caldura prin tubulaturi de lungimi mari prezinta in mod ocazional scapari de aer fierbinte si pierderi termice, ceea ce, nu numai ca reduce confortul, dar usuca si aerul. Aceasta problema se poate corecta prin instalarea unor sisteme de umidificare, ceea ce implica costuri de achizitionare, instalare, functionare si intretinere.

Centralele termice pe baza de combustie rezolva problema de incalzire. Pe timp de vara, functia de racire este preluata de sistemele de aer conditionat de tipul aer - aer sau aer - apa, la randul lor au coeficienti de performanta scazuti. Acest fapt conduce la ridicarea in mod semnificativ a costurilor anuale de operare prin consumul de energie electrica, care, alaturi de consumul annual de combustibil fosil situeaza sistemul de climatizare la costuri de 3 - 5 ori mai mari comparativ cu cifrele inregistrate in sistemele Geoexchange.

Monoxidul de carbon

Toate echipamentele care produc caldura prin combustie, produc si o cantitate mai mare sau mai mica de monoxid de carbon ca rezultat al arderii incomplete a combustibilului fosil. Pentru o functionare sigura, sistemele de incalzire cu ardere trebuiesc verificate in mod regulat si instalate intr-o incinta bine aerisita. Se recomanda, de asemenea, instalarea unui detector de monoxid de carbon, care insa nu confera si protectia fata de expunerea prelungita la monoxid de carbon.

Monoxidul de carbon inhalat interactioneaza cu sistemul sanguin de distribuire a oxigenului in organism, ceea ce poate cauza stari de lesin mergand pana la deces prin formarea compusului letal care este carboxihemoglobina. Chiar si inhalarea in cantitati mici a acestui gaz incolor si inodor poate cauza dureri de cap, ameteli, greata, stari de confuzie si dezorientare, oboseala. Expunerea prelungita poate provoca leziuni pe creier. Copiii, femeile insarcinate, persoanele in varsta, persoanele anemice, cu probleme respiratorii sau cardiace sunt foarte sensibile la expunerea la monoxid de carbon. Anual in SUA, se inregistraza peste 1.500 de decese si peste 10.000 de imbolnaviri datorate intoxicatiei cu monoxid. Din pacate, numeroase intoxicatii cu monoxid de carbon nu sunt corect diagnosticate, ele fiind adesea confundate cu intoxicatii alimentare sau de alt gen.

Sistemele de transfer al caldurii

Sistemele fara ardere sau sistemele de transfer al caldurii includ pompele de caldura si sistemele Geoexchange. Pompele de caldura functioneaza prin capturarea caldurii din exterior si transferul acesteia in cladire. Spre deosebire de ele, sistemele Geoexchange capteaza si transfera caldura din / in pamant.

Majoritatea sistemelor de transfer al caldurii sunt reversibile, adica pot fi inversate, in sensul ca pot produce atat racirea cat si incalzirea cladirii. Unele pompe de caldura si sistemele Geoexchange furnizeaza si apa calda la costuri de operare reduse.

Pompele de caldura

Pompele de caldura cu sursa aerul au fost folosite incepand din anii '70. Ele au avantajul ca elimina combustia si, deci, poluarea cu monoxid de carbon. Pompele de caldura furnizeaza atat caldura pe timpul iernii, cat si aer conditionat, adica racoare pe timpul verii, iar costurile de instalare sunt comparabile cu cele ocazionate de instalarea unui sistem de incalzire cu centrala termica si a unui sistem centralizat de aer conditionat.

Pompele de caldura deplaseaza (transfera) caldura in loc sa o creeze prin ardere. In timpul verii, pompa de caldura extrage caldura din interiorul cladirii si o transfera in exterior printr-o unitate de condensare. In timpul iernii, procesul este invers: caldura este captata din exterior, comprimata si transmisa in interior.

Curentul electric este folosit numai la actionarea pompelor de caldura, echipament cu un randament mai mare decat incalzitoarele cu rezistenta.

Dezavantajul pompelor de caldura il reprezinta capacitatea limitata de functionare pe timp de inghet. In aceasta perioada incalzirea se obtine cu ajutorul unui incalzitor cu rezistenta electrica. Alt dezavantaj al pompelor de caldura cu sursa aerul il constituie costurile de intretinere datorate montajului unitatii in exterior.

In functie de climat, ansamblul pompele de caldura inclusiv incalzitorul cu rezistenta electrica este de 1,5 - 3 ori mai eficient decat incalzitoarele cu rezistenta electrica.

Sistemele Geoexchange

Sistemele Geoexchange sunt cel mai modern si cel mai eficient mod de a realiza climatizarea (incalzirea, ventilatia si racirea aerului in interior) si de a produce apa calda. Sub denumirea generica Geoexchange se regasesc asa numitele sisteme geotermale sau pompe de caldura cu sursa pamant. Acestea deplaseaza / transfera caldura similar cu pompele de caldura cu sursa aer, schimbul de caldura facandu-se, insa, cu pamantul, nu cu aerul din exterior.

Deoarece la o anumita adancime temperatura pamantului ramane relativ constanta pe tot parcursul anului, sistemul Geoexchange este mai eficient in comparatie cu pompele de caldura cu aerul si nu mai necesita folosirea incalzitorului cu rezistenta electrica in perioadele de inghet. Sistemele Geoexchange furnizeaza in majoritatea cazurilor si apa calda menajera.

Sistemele Geoexchange sunt in general de 2,5 - 4 ori mai eficiente in comparatie cu incalzitoarele cu rezistenta electrica si incalzitoarele de apa, si, in plus, nefiind cu ardere, nu produc poluare in cladire sau in atmosfera.

Deoarece nu exista unitate exterioara (asa cum au pompele de caldura cu sursa aer sau aparatele de aer conditionat), sistemele Geoexchange necesita cheltuieli mici de intretinere.

Concluzii

Cand sunt comparate mai multe tipuri de sisteme de incalzire se iau in considerare siguranta in functionare, costurile de instalare, costurile de operare si costurile de intretinere. Pentru simplificare costurile de instalare, operare si intretinere sunt incluse in costuri de ciclu de viata - costurile cheltuite de catre beneficiar intr-o perioada de ani corespunzatoare ciclului de viata.

Tabelul de mai jos compara diferite tipuri de sisteme de incalzire:

Un recent studiu efectuat de catre EPA - SUA arata ca sistemul Geoexchange are cel mai mic cost pe ciclu de viata in comparatie cu celelalte sisteme disponibile. Studiul mai evidentiaza faptul ca sistemul Geoexchange are cel mai mic impact asupra mediului. In plus beneficiarii sistemului Geoexchange sunt mai multumiti fata de beneficiarii celorlalte sisteme. In cazul sistemului Geoexchange investitia initiala este mai ridicata, insa este recuperata prin facturile mici pe toata durata exploatarii, la care se adauga siguranta sistemului si confortul beneficiarului.

Stimulente Geoexchange in SUA

Pe tot teritoriul Statelor Unite se aplica o gama foarte larga de stimulente acelora care folosesc sisteme Geoexchange de incalzire / racire. La stimulentele federale se adauga o multitudine de cai de stimulare initiate si finantate la nivel statal.

Pe 8 august 2005, intr-o ceremonie desfasurata la Sandia National Laboratories, Presedintele Bush a semnat documentul Energy Policy Act, document care stabileste un plan national in domeniul energiei in SUA. Intr-o perioada agitata din punct de vedere energetic, pe plan international, acest document de 1724 de pagini si care implica resurse de multe miliarde de dolari americani, prevede o serie de noi stimulente pentru folosirea sistemnelor Geoexchange.

Credite pentru proprietati rezidentiale (locuinte) - (Sectiunea 1333, pagina 1351)

Proprietarii de case care instaleaza un sistem Geoexchange se bucura de o reducere cu 300 USD a taxelor anuale cu conditia ca sa indeplineasca anumite cerinte de performanta ale sistemului implicand raportul dintre energia termica produsa ca output si cantitatea de energie electrica utilizata pentru aceasta ca input, adica parametrul COP (Cefficient of Performance) si raportul intre cantitatea de frig produsa ca output si cantitatea de energie electrica folosita pentru aceasta ca input, adica parametrul EER (Energy Efficiency Ratio). Astfel, pentru a deveni eligibil, sistemul Geoexchange implementat trebuie sa aiba EER > 14,1 si COP > 3,3 in cazul ca foloseste bucla inchisa; sa aiba EER > 16,2 si COP > 3,6 in cazul in care foloseste bucla deschisa si sa aiba EER > 15 si COP > 3,5 in cazul sistemelor DX cu schimb direct de caldura al fluidului frigorific cu pamantul prin bucla de cupru ingropata. In acelasi timp, setul de conditii de eligibilitate include necesitatea existentei unui sistem integrat de preparare a apei calde menajere.

Incurajarea folosirii formelor de energie regenerabila (Sectiunea 206, pagina 176 - 177)

Acest capitol stabileste reduceri de pret de 25% mergand pana la 3000 USD la echipamentele necesare sistemelor care folosesc energie regenerabila (solara, geotermala, din biomasa etc.) pentru incalzirea, racirea, producerea apei calde menajere sau a energiei electrice.

Contracte pentru eficientizarea energetica prin parteneriat public - privat (Sectiunea 105, pagina 40)

Acest capitol extinde pentru perioada 2006 - 2016 reglementarile de utilizare a contractelor de eficientizare energetica (ESPC - Energy Savings Performance Contracts) care functioneaza actualmente pe piata americana.

Contractele ESPC se deruleaza prin prin parteneriat public - privat intre guvernul federal si companii private de servicii in domeniul energetic. Acestea din urma efectueaza imbunatatiri, modernizari ale cladirilor institutiilor de stat in vederea reducerii consumurilor energetice. Plata lucrarilor se face in rate de catre guvern din contravaloarea economiilor obtinute, costurile recuperandu-se din economiile de energie consecutive modernizarii in perioade de 5-20 ani. In toata aceasta perioada de timp executantul lucrarii raspunde de mentinerea nivelului de performanta energetica, statul neputand plati sume mai mari decat cele alocate utilitatilor anterior modernizarii.

Credite pentru construirea unor noi locuinte eficiente din punct de vedere energetic (Sectiunea 1332, pagina 1334)

Statul federal acorda subventii de 2000 USD pentru locuinte care reduc consumul de energie pentru incalzire si racire cu 50% fata de standardul modelului national si de 1000 USD pentru reducere de numai 30%.

Scutiri de taxe pentru proprietarii cladirilor comerciale eficiente din punct de vedere energetic (Sectiunea 1331, pagina 1332)

Aceste scutiri merg pana la 18 USD / m.p. si an pentru cladirile in care se realizeaza o reducere de costuri pentru energie de 50% fata de standardul de consum definit de ASHRAE / IESNA 90.1 / 2001.

Copia integrala a documentului Energy Policy Act poate fi consultata in pagina Departamentului American al Energiei la adresa www.ne.doe.gov/EPAct2005/hr6_textconfrept.pdf

Mai multe informatii despre sistemul de stimulente folosit in SUA la nivel federal si la niveluri statale gasiti in pagina https://www.geoexchange.org/incentives/incentives.htm

In sistemul american, in cazul COP cantitatile de energie electrica si termica se masoara in Kwh (incalzire), iar in cazul EER energia electrica se masoara in Kwh iar cea termica (cantitatea de frig) in BTU.

In sistemul romanesc se folosesc exclusiv unitati de masura ale Sistemului International (Kwh) si, in aceste conditii, eficienta sistemului, atat la incalzire, cat si la racire, prezinta valori comparabile ca ordin de marime si poarta aceeasi denumire COP (energie output / energie imput).

Stimularea Geoexchange in Uniunea Europeana

Principalul document UE care trateaza problematica utilizarii resurselor geotermale este "Blue book on Geothermal Resources", studiu editat in 1997 pentru un orizont strategic care acopera perioada de pana in anul 2010. Blue Book cuprinde in scenariile pe care le construieste, nu numai tarile membre UE la data elaborarii sale, dar si tarile grupate in asa-numita "Agenda 2000" (Bulgaria, Ungaria, Polonia, Romania, Slovacia si Slovenia), precum si alte tari europene cu resurse si preocupari in domeniul valorificarii energiei geotermale (Islanda, Elvetia, Turcia, Rusia, Georgia, Ucraina, Macedonia si Iugoslavia).
Pornind de la avantajele importante ale acestui tip de energie, Uniunea Europeana stabileste in Blue Book obiectivul dublarii productiei de energie din sursa geotermala pana in anul 2010, astfel incat in orizontul de timp mentionat, energia geotermala sa isi creasca ponderea in totalul energiei consumate in Europa de la 6 % la 12 %.
Studiul face distinctia intre resursele geotermale cu entalpie ridicata ( > 150 ^oC ) si cele cu entalpie scazuta ( < 150 ^oC ) si trateaza distinct sistemele de extragere a energiei din sol de la temperaturi scazute ( < 20 ^oC ) in vederea folosirii acesteia pentru incalzirea si racirea cladirilor. Cu alte cuvinte se face demarcatia intre sistemele de producere a energiei electrice din surse geotermale (in cicluri conventionale sau in cicluri binare) si cele de producere a energiei termice pentru incalzirea cladirilor. Astfel, cantitatea de energie electrica produsa in 1997 in Europa din surse geotermale a fost de 4.300 GWh ( realizata in 21 de tari europene, dar concentrata in principal in Italia, Islanda si Turcia ) iar cantitatea de energie termica din surse geotermale folosita in Europa a fost de 18.000 GWh ( adica 52 % din totalul mondial ). La cantitatea de energie termica mentionata, tarile UE aveau in 1997 o contributie de numai 11 %, in timp ce Islanda contribuia cu 17 %. Graficul de mai jos ilustreaza sugestiv cifrele prezentate.

Competitivitatea energiei geotermale
Printre principalele avantaje ale energiei geotermale care o fac competitiva cu energia din orice alta sursa, se numara:

• Utilizeaza o resursa locala, ceea ce reduce semnificativ cererea de energie produsa din combustibili fosili;
• nu are impact negativ asupra mediului inconjurator, deoarece nu produce poluanti;
• este eficienta si se obtine la preturi competitive cu orice alta sursa de energie;
• sistemele geotermale pot opera continuu, fara constrangeri dictate de starea atmosferei sau de politicile locale, asa cum se intampla in cazul altor resurse regenerabile;
• sistemele de incalzire geotermale minimizeaza cheltuielile de transport al energiei termice, ele realizandu-se la locul in care se afla consumatorul;
• este o sursa sigura si nepericuloasa de energie deoarece nu necesita transport si stocare de combustibili;
• sistemul geotermal reprezinta o sursa viabila de energie termica prin costurile de instalare (care pot prezenta mari variatii de la caz la caz in functie de factori regionali) dar, mai ales, prin costurile de operare, deci de valorificare a energiei termice.

Pe ansamblu, sistemele de producere a energiei termice din surse geotermale sunt mai eficiente nu numai fata de sistemele clasice, dar si fata de orice alta sursa regenerabila (soare, vant, biomasa). Studiul Blue Book subliniaza faptul ca tendinda de crestere a pretului combustibililor fosili va face solutia geotermala din ce in ce mai competitiva in anii urmatori. La aceasta se adauga lipsa impactului negativ asupra mediului, ceea ce conduce atat direct, cat si indirect, la alte avantaje financiare (de exemplu prin eliminarea costurilor sociale generate de poluarea din faza de producere a energiei din combustibili fosili), facand cu atat mai competitiva solutia geotermala.
Blue Book apreciaza faptul ca avantajele enumerate mai sus impun stabilirea de stimulente pentru proiectele geotermale si pentru investitorii interesati in implementarea acestora.  

Situatia si perspectivele pietei
Blue Book identifica o serie de masuri care pot determina cresterea operatorilor europeni pe piata energiei geotermale, piata aflata intr-o rapida expansiune si recunoaste faptul ca Uniunea Europeana a ramas in urma Statelor Unite si a tarilor asiatice in aceasta privinta.
Un scenariu privitor la piata mondiala a energiei electrice din surse geotermale pana in 2010 prezentat in Blue Book este reluat mai jos.
El arata o dezvoltare majora a productiei de energie electrica din surse geotermale  in Islanda, Rusia, Italia si Turcia, precum si o spectaculoasa expansiune a productiei in sud-estul Asiei (partial si datorita prezentei masive a operatorilor privati nord - americani, mai ales in Indonezia si Filipine) si in America Centrala si de Sud.
UE considera ca in domeniul energiei geotermale operatorii americani si japonezi sunt principalul concurent pentru operatorii europeni. Drept urmare, acestia din urma risca sa fie incetul cu incetul marginalizati, atat ca producatori de energie geotermala, cat si ca producatori de echipamente si componente specifice domeniului. In acest mod pozitiile dominante, rolurile cheie, autorii tendintelor de piata, precum si grosul profiturilor vor ramane in afara Europei.

Prin contrast, utilizarea directa a energiei geotermale are in Europa o traditie semnificativa  si un potential care trebuie exploatat indeosebi, considera autorii Blue Book, in tarile Europei Centrale si de est, precum si in fostele tari sovietice unde sistemele centralizate de producere a energiei electrice si termice existente care utilizeaza cu precadere combustibili fosili solizi cu puteri calorice reduse vor trebui inlocuite intr-un orizont de timp relativ scurt.
Tendintele in utilizarea directa a solutiilor geotermale pana in anul 2010 sunt reprezentate mai jos. Ele reprezinta valori minimale, UE estimand depasirea lor pe masura extinderii utilizarii pompelor de caldura performante in respectivele tari si pe masura cresterii presiunii pentru respectarea cerintelor de protectie a mediului si reducere a poluarii in zona. Romania se afla in grupa "Agenda 2000" si are, dupa informatiile ASA Holding, aplicatiile cele mai importante realizate dupa anul 1999 in raport cu celelalte tari din grupa mentionata.
 
Actiuni in favoarea energiei geotermale
Planul de actiune al Uniunii Europene are doua obiective esentiale:

• dezvoltarea exploatarii energiei geotermale in tarile membre si in cele asociate;
• stimularea firmelor europene din domeniu in vederea cresterii segmentului de piata pe care ele evolueaza, indiferent in ce zona geografica se afla acesta.

Ulterior aparitiei Blue Book Uniunea Europeana a lansat White Paper "Energy for the Future: Renewable Sources of Energy" care prezinta strategia si obiectivele UE in domeniul energiilor regenerabile, dar statueaza faptul ca fiecare stat membru are posibilitatea sa isi stabileasca propria strategie, in functie de potentialul si resursele de care dispune.
White Paper ia nota de faptul ca ponderea energiei geotermale este in Europa relativ mica fata de celelalte tipuri de energie din surse regenerabile, dar apreciaza ca pana in 2010, capacitatea de utilizare a resurselor geotermale de joasa temperatura se va tripla, ajungand la 2,5 GWh. Noile generatii de pompe de caldura, dar si de schimbatoare de caldura ingropate in sol pana la 100 m adancime, exploateaza energia solara captata si stocata in sol, precum si o parte din energia termica intrinseca Terrei in straturile nu foarte adanci. In 1995 in UE erau instalate 60.000 de pompe de caldura geotermale, din care peste 8 % din capacitate erau instalate in Suedia.
In aceste conditii, in aceasta decada, UE isi asuma rolul de responsabil care stabileste liniile directoare ale strategiei si urmareste modul in care statele membre implementeaza masurile planurilor proprii. Uniunea Europeana isi propune:

• Sa stimuleze crearea de consortii si joint-venture-uri europene intre producatori de echipamente, companii de constructii, agentii de finantare interesate sa investeasca in proiecte geotermale in Europa si pe terte piete, in vederea contracararii concurentei extraeuropene.
  Aceasta se va realiza dand prioritate proiectelor si programelor din domeniu, precum si finantand parteneriate intre organizatii europene care sa realizeze de la studiile preliminare si cele de fezabilitate si pana la implementarea solutiilor. In privinta tertelor piete sunt avute in vedere in special cele din America Latina si China care la ora actuala par a fi cele mai deschise fata de operatorii europeni.
• Sa ia masuri pentru sprijinirea asociatiilor nationale din domeniul energiei geotermale in realizarea activitatilor nonprofit vizand promovarea, informarea, diseminarea informatiei si transferul de cunostinte si experienta, precum si contactele in comunitatea de afaceri specifica.
  Aceste organisme, impreuna cu cele din UE, ar urma sa devina vectorul prin care UE sa determine implementarea politicilor sale in domeniu, sa colecteze informatie de piata si date statistice care sa ii permita sa ia decizii strategice adecvate.
• Sa sustina organismul nou creat numit Consiliul European pentru Energie Geotermala (EGEC - European Geothermal Energy Council) si sa ii faciliteze interfata cu operatorii europeni din domeniu (fabricanti de echipamente, investitori, agentii etc.), in acelasi mod in care GEA (Geothermal Energy Association) functioneaza pe piata americana. Rolul EGEC ar urma sa fie si acela de sustinere a operatorilor europeni pe terte piete, in competitia cu consortiile japoneze si nord-americane.
• Sa extinda si sa imbunatateasca programele europene de finantare si de cercetare stiintifica, promovand cu precadere aplicatii din domeniul energiei geotermale.
• Sa faca cunoscute avantajele sistemelor geotermale in planul protectiei mediului si sa le incurajeze prin parghii financiare cum sunt:

• Reduceri sau scutiri de taxe pentru aplicatiile din domeniu;
• Stimulente fiscale firmelor care proiecteaza, finanteaza, investesc, ofera servicii, produc echipamente sau utilizeaza astfel de solutii;
• Credite in conditii avantajoase pentru investitiile in domeniu.

6.     Sa includa proiectele din acest domeniu in randul proiectelor «cu tinta fixa» sau al celor cu regim special, cum este European Green Cities, proiecte intens sprijinite financiar de UE, prin sublinierea dublului avantaj in planul protectiei mediului si cel al protejarii resurselor fosile.
7.     Sa deruleze campanii de informare si educare a populatiei in legatura cu energia geotermala, furnizand sustinere tehnica si financiara pentru promovarea acestora si pentru realizarea proiectelor pilot (demonstrative).  
8.     Sa stabileasca un sistem de siguranta in tarile UE in vederea acoperirii riscurilor geologice pe care le-ar putea induce anumite aplicatii in domeniul energiei geotermale.
9.     Sa determine includerea proiectelor cu solutii geotermale in programele energetice bazate pe resurse regenerabile ale tarilor membre UE prin:

• Integrarea acestora in toate programele nationale, avand in vedere faptul ca unele tari membre UE nu le includ in programele lor energetice, iar altele nici nu considera energia geotermala ca pe o resursa regenerabila.
• Includerea solutiei geotermale in dezvoltarea noilor sisteme centralizate de incalzire, cu ocazia reabilitarii celor vechi, indeosebi in tarile candidate care vor fi integrate in perioada imediat urmatoare. Aceasta ar putea incepe in tarile din Agenda 2000, precum si in fostele tari sovietice, cu finantare din programe UE de tipul TACIS, PHARE etc., sau cu finantare de la organisme specializate (Banca Mondiala, Banca Europeana pentru Reconstructie si Dezvoltare etc.). Integrarea solutiilor geotermale ar putea fi o conditie obligatorie cand acesti operatori ar solicita fonduri de finantare pentru reabilitare de la organismele finantatoare de mai sus.
  O atentie speciala se va concentra pe dezvoltarea rapida a aplicatiilor care utilizeaza in mod direct energia geotermala pentru incalzire in tarile Central si Est Europene unde resurse geotermale identificate sunt putin sau de loc utilizate.a   

9.     Sa promoveze directive in care sa reglementeze modul de stabilire a pretului de vanzare a energiei electrice sau termice produse din resurse geotermale . Sumele obtinute din aceasta «taxa verde» reprezentand diferenta intre preturile de vanzare ale kWhe / kWHt produse conventional, respectiv din resurse geotermale, ar urma sa fie folosite pentru implementarea altor masuri de stimulare si de sprijinire a investitiilor in domeniu.
10.   Sa amplifice actiunile de informare si captare a increderii decidentilor si a utilizatorilor, a operatorilor publici si a celor privati, a autoritatilor locale, a proiectantilor si a investitorilor.
11.   Sa promoveze si sa finanteze studii de anvergura care sa contina informatii detaliate, evaluari cantitative ale costurilor si beneficiilor, date statistice, comparatii intre solutiile clasice si cele geotermale.
12.   Sa ia masuri concrete pentru dezvoltarea pietei solutiilor geotermale prin:

• Gasirea cailor de reducere a preturilor si a costurilor aferente aplicatiilor geotermale (schimbatoare de caldura ingropate, servicii de foraj etc.)
• Subventionarea dobanzilor la creditele pentru procurarea echipamentelor necesare aplicatiilor geotermale
• Facilizarea accesului la informatie a potentialilor interesati in solutia geotermala
• Coordonarea actiunilor operatorilor economici implicati in aceasta activitate
• Derularea campaniilor publicitare active destinate investitorilor in domeniul rezidential.

Pentru mai multe informatii despre preocuparea in Uniunea Europeana pentru dezvoltarea acestui domeniu, accesati pagina https://europa.eu.int/comm/energy/index_en.html