Ο γεωθερμικός κλιματισμός μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε είδους κτίριο, ανεξαρτήτως μεγέθους και χρήσης, σε κατοικίες, ξενοδοχεία, γραφεία, θερμοκήπια, κ.ο.κ. Όσο μεγαλύτερο είναι το κτίριο, τόσο μειώνεται το κόστος εγκατάστασης ανά kW απαιτούμενης ενέργειας. Κατά συνέπεια, θεωρείται ιδιαίτερα συμφέρουσα η εγκατάσταση ενός γεωθερμικού συστήματος σε μεγάλα κτίρια, όπως είναι ο τομέας της βιομηχανίας που αποτελείται από μεγάλες παραγωγικές μονάδες.

Γράφει ο Νικόλαος Ψαρράς, Μελετητής συστημάτων Eξοικονόμησης Eνέργειας της Aid Engineering

Η λειτουργία μίας γεωθερμικής εγκατάστασης βασίζεται στην ανταλλαγή ποσών θερμότητας με το υπέδαφος ή τον υπόγειο ή τον επιφανειακό υδροφόρο ορίζοντα. Το υπέδαφος διατηρεί μία σχεδόν σταθερή θερμοκρασία καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους, λόγω των υψηλών θερμομονωτικών ιδιοτήτων του. Κατά τη χειμερινή περίοδο η θερμοκρασία του υπεδάφους είναι υψηλότερη από αυτή του ατμοσφαιρικού αέρα, ενώ τη θερινή περίοδο χαμηλότερη από αυτή του ατμοσφαιρικού αέρα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη λειτουργία της εγκατάστασης με μικρότερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και υψηλότερο βαθμό απόδοσης, από ένα συμβατικό σύστημα κλιματισμού που στηρίζεται στη θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα.

Η αβαθής γεωθερμία μπορεί να παρέχει θέρμανση και ψύξη των χώρων της εγκατάστασης, καθώς και να καλύψει τις ανάγκες της μονάδας για ζεστά νερά έως και 60οC. Η θέρμανση και ψύξη των εγκαταστάσεων πραγματοποιείται από γεωθερμικές αντλίες θερμότητας νερού-νερού και γεωθερμικές αντλίες θερμότητας νερού-αέρα. Η λειτουργία τους στηρίζεται στην ανταλλαγή ποσών θερμότητας μεταξύ δύο ανεξάρτητων κυκλωμάτων, το εξωτερικό κύκλωμα και το εσωτερικό κύκλωμα διανομής. Το εξωτερικό κύκλωμα ενδέχεται να είναι ανοικτό (υδρογεωτρήσεις) ή κλειστό (γεωσυλλέκτες). Το ανοικτό γεωθερμικό σύστημα εφαρμόζεται σε περιοχές με αυξημένη υπόγεια ή επιφανειακή υδροφορία και έχει ως αρχή λειτουργίας της την ανακυκλοφορία του πηγαίου νερού μεταξύ ομάδων υδρογεωτρήσεων. Το κλειστό σύστημα αποτελείται από ενταφιασμένες σωληνώσεις στις οποίες ανακυκλοφορεί τεχνητά διάλυμα νερού-αντιψυκτικού με σκοπό την μεταφορά θερμότητας από και προς το υπέδαφος.

Το εσωτερικό κύκλωμα αφορά τη διανομή του θερμικού ή ψυκτικού φορτίου στην εγκατάσταση. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω νερού ή μέσω αέρα, ανάλογα με τον τύπο της γεωθερμικής αντλία θερμότητας. Στην περίπτωση που οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας είναι νερού-νερού τότε μπορεί να τοποθετηθεί ενδοδαπέδια σωλήνωση στους χώρους της παραγωγικής διαδικασίας, η οποία θα παρέχει πλήρη θέρμανση κατά τη χειμερινή περίοδο και μερικό δροσισμό κατά τη θερινή περίοδο στην εγκατάσταση. Για τη σωστή λειτουργία του δροσισμού απαιτούνται αφυγραντές ή μερικές μονάδες εξαναγκασμένης ανακυκλοφορίας αέρα (fan coil units). Για την πλήρη ψύξη του κτιρίου, όμως, θα πρέπει να τοποθετηθούν αποκλειστικά μονάδες fan coil.

Στην περίπτωση που ο κλιματισμός των χώρων πραγματοποιηθεί από γεωθερμικές αντλίες θερμότητας νερού-αέρα, θα τοποθετηθούν κανάλια αέρα που θα στέλνουν τον θερμό ή ψυχρό αέρα σε όποιους χώρους της παραγωγικής μονάδας απαιτείται, καθώς και στα γραφεία της μονάδας.

Η λειτουργία μιας γεωθερμικής εγκατάστασης τέτοιου τύπου, θα πρέπει να βασίζεται σε κατάλληλο αυτοματισμό. Τα υψηλά ενεργειακά φορτία καλύπτονται από πλήθος γεωθερμικών αντλιών που συγκροτούνται σε ομάδες. Η κάθε γεωθερμική αντλία θερμότητας αποτελείται από δύο συμπιεστές με σκοπό την εξομάλυνση του συνημίτονου, μέσω των πυκνωτών αντιστάθμισης ισχύος. Η λειτουργία του συνολικού συστήματος βασίζεται σε μία κυκλική διαδικασία (start up and shut down on recycling). Το σύστημα, δηλαδή, είναι προγραμματισμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να λειτουργεί κυκλικά. Αρχικά ενεργοποιείται η ομάδα γεωθερμικών αντλιών θερμότητας που έχει λάβει τη μικρότερη καταπόνηση, έπειτα η γεωθερμική αντλία θερμότητας που έχει λάβει τη μικρότερη καταπόνηση και τέλος ο συμπιεστής τής κάθε γεωθερμικής αντλίας θερμότητας που έχει λάβει τη μικρότερη καταπόνηση κ.ο.κ. Στόχος είναι η μείωση της καταπόνησης που λαμβάνει κάθε γεωθερμική αντλία θερμότητας και η προσαρμογή του παραγόμενου φορτίου στη ζήτηση κάθε στιγμή, που οδηγούν σε κατανάλωση μικρότερου ποσού ηλεκτρικής ενέργειας.