Προβολή και ανάπτυξη πρότυπης εγκατάστασης κλιματισμού/ζεστών νερών χρήσης με χρήση γεωθερμίας

Η εξασφάλιση των ιδανικών συνθηκών άνεσης για τους ενοίκους αποτελεί τον πρωταρχικό στόχο για κάθε ξενοδοχειακή μονάδα. Οι απαιτήσεις για θέρμανση, κλιματισμό και ζεστό νερό χρήσης μπορεί να αλλάζουν εντός της ημέρας ή και να συνυπάρχουν ταυτόχρονα. Ελάχιστα συμβατικά συστήματα μπορούν να ανταπεξέλθουν κατάλληλα, με αποτέλεσμα το ξενοδοχείο να εξοπλίζεται με πολλαπλά και περίπλοκα μηχανήματα, αυξάνοντας έτσι κατακόρυφα το κόστος λειτουργίας και συντήρησης. Ως αποτέλεσμα, τα κέρδη της ξενοδοχειακής μονάδας μειώνονται. Συνεπώς, οι εκάστοτε ξενοδόχοι θα πρέπει να αναζητήσουν τους βέλτιστους τρόπους με τους οποίους παρέχουν υψηλή ποιότητα υπηρεσιών, ενώ παράλληλα περιορίζουν το λειτουργικό τους κόστος και εξοικονομούν πολύτιμους χρηματικούς πόρους.

Γράφει ο Δημήτρης Πετσανάς
Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ
ΔΕΛΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ – ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ ΕΠΕ
Μέλος του Ομίλου Εταιρειών ΔΕΛΤΑ ΤΕΧΝΙΚΗ

Χαρακτηριστικό παράδειγμα της προαναφερθείσας τεχνολογικής εξέλιξης που όλοι οι επιχειρηματίες στον τουριστικό κλάδο οφείλουν να επιδιώκουν, αποτελεί το πολυτελές ξενοδοχείο Euphoria Resort, στο Κολυμπάρι Χανίων στην Κρήτη. Το συγκεκριμένο έργο, ο τρόπος που υλοποιήθηκε και τα διάφορα οφέλη των καινοτόμων λύσεων που εφαρμόστηκαν, παρουσιάστηκαν εκτενώς στην ημερίδα του περιοδικού για τον ξενοδοχειακό κλιματισμό που έλαβε μέρος στο Μουσείο Γουλανδρή, τον Φεβρουάριο του 2019. Το παρόν άρθρο αποτελεί μια σύνοψη τόσο του θεματικού περιεχομένου της παρουσίασης, όσο και των κύριων σημείων που επισημάνθηκαν και συζητήθηκαν εκτενώς κατά τη διάρκεια της ημερίδας.

Το μέγεθος του ξενοδοχείου ανέρχεται σε συνολική έκταση 65 στρεμμάτων ενώ ο αριθμός των κλινών φτάνει τα 690. Το ξενοδοχείο διαθέτει ακόμα εξωτερική πισίνα 4,5 στρεμμάτων, τη μεγαλύτερη ίσως ανοιχτή πισίνα στην Ελλάδα. Πρόκειται αναμφίβολα για ένα εντυπωσιακό project, το οποίο αναβάθμισε άμεσα τον τουρισμό και την τοπική κοινότητα.

Οι ιδανικές συνθήκες θερμικής άνεσης αποτελούν ένα από τα βασικότερα κριτήρια που θα πρέπει να πληρούνται, ούτως ώστε οι πελάτες να είναι διαρκώς ευχαριστημένοι κατά την περίοδο της διαμονής τους. Αναλογιζόμενοι το μέγεθος του ξενοδοχείου και το κύρος που αυτό θέλει να προβάλει, η ανάγκη για τη δημιουργία ενός συστήματος κλιματισμού που θα συνδυάζει τη διαρκή κάλυψη των αναγκών με τη μειωμένη κατανάλωση ενεργειακών πόρων, είναι κάτι παραπάνω από επιτακτική.

Αναλυτικά, οι ανάγκες του ξενοδοχείου σε θέματα κλιματισμού και ζεστών νερών χρήσης σχετίζονται με τους ακόλουθους χώρους. Πρωταρχική ανάγκη αποτελεί ο κλιματισμός των δωματίων και η παροχή ζεστού νερού χρήσης στα λουτρά αυτών. Επιπλέον, κλιματιζόμενοι χώροι είναι τα διάφορα εστιατόρια του ξενοδοχείου, η αίθουσα υποδοχής και αναμονής των πελατών, αίθουσες πολλαπλών χρήσεων, καθώς επίσης και ο κλειστός χώρος του σπα με την αντίστοιχη εσωτερική πισίνα. Όσον αφορά τα ζεστά νερά χρήσης, εκτός των δωματίων, αντίστοιχες ανάγκες εντοπίζονται στα μαγειρεία, στο χώρο του σπα, στα πλυντήρια και τα στεγνωτήρια του ξενοδοχείου. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί πως η θέρμανση της εξωτερικής πισίνας αποτελεί ένα ενδεχόμενο που εξετάζεται από τους ιδιοκτήτες, με μελλοντικό σκοπό την επέκταση της τουριστικής σεζόν τόσο κατά τους φθινοπωρινούς όσο και τους ανοιξιάτικους μήνες.
Το σύστημα κλιματισμού και παραγωγής ζεστών νερών χρήσης βασίστηκε στη γεωθερμία, η οποία αποτελεί από μόνη της τεχνολογία αιχμής, πόσο μάλλον όταν μπορεί να ενσωματώνεται σε κτίρια μεγάλης κλίμακας, με ιδιαίτερες απαιτήσεις και διαρκώς μεταβαλλόμενες ανάγκες. Η δεκτικότητα των ιδιοκτητών απέναντι σε μια τέτοια ιδέα και ο εκσυγχρονισμένος τρόπος σκέψης τους ήταν τα στοιχεία κλειδιά που ουσιαστικά έδωσαν το πράσινο φως, προκειμένου η ιδέα της γεωθερμίας να μπορέσει να υλοποιηθεί στην πράξη όπως και τελικά συνέβη.

Για το σκοπό αυτό, κατασκευάστηκε μια μεγάλη δεξαμενή υποθαλάσσιου ύδατος, η οποία τροφοδοτείται από δύο γεωτρήσεις. Το νερό αυτό αποτελεί την πηγή ενέργειας ή την δεξαμενή αποφόρτισης όλου του συστήματος κλιματισμού. Στο υπόγειο του ξενοδοχείου, έχουν δομηθεί δύο δίδυμα μηχανοστάσια με τις ίδιες λειτουργικές αρχές. Το ένα είναι υπεύθυνο για την κάλυψη των αναγκών ψύξης και ζεστών νερών χρήσης των δωματίων, ενώ το δεύτερο καλύπτει την αντίστοιχη ενεργειακή ζήτηση όλων των κοινόχρηστων χώρων. Για λόγους συντομίας, θα αναλυθεί ο τρόπος λειτουργίας και η επίδραση του ενός εκ των δύο. Προφανώς, τα αντίστοιχα ισχύουν και για το δεύτερο μηχανοστάσιο.

Στο χώρο του μηχανοστασίου έχουν εγκατασταθεί μια υδρόψυκτη τετρασωλήνια αντλία θερμότητας, ένας υδρόψυκτος ψύκτης και μια υδρόψυκτη αντλία θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών. Η τετρασωλήνια αντλία θερμότητας αποτελεί την καρδιά του συστήματος. Η ικανότητά της να παράγει ταυτόχρονα και εντελώς ανεξάρτητα ψυχρό και θερμό νερό, συνεπάγεται εκμετάλλευση στο έπακρο της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει. Σημειώνεται πως η λειτουργία της διαφέρει από μια αντλία θερμότητας με ολική ανάκτηση, η οποία προϋποθέτει ύπαρξη ψυκτικών φορτίων για παραγωγή ζεστού νερού. Ο επιπλέον εναλλάκτης της μονάδας προς τη γεωθερμία δίνει τη δυνατότητα άντλησης θερμικής ενέργειας (στην περίπτωση ανάγκης ζεστών νερών χρήσης έχοντας μειωμένα ψυκτικά φορτία) ή αντίστροφα απόρριψης περίσσειας θερμικής ενέργειας (περίπτωση με αυξημένα ψυκτικά φορτία αλλά μειωμένες ανάγκες σε ζεστά νερά χρήσης). Προφανώς η υδρόψυκτη τετρασωλήνια αντλία θερμότητας, μπορεί να λειτουργήσει αποκλειστικά σαν ψύκτης ή να παρέχει μόνο θέρμανση, αντλώντας ή απορρίπτοντας ενέργεια από και προς το κύκλωμα γεωθερμίας, μέσω κατάλληλων εναλλακτών από τιτάνιο. Ο ψύκτης έχει συμπληρωματικό ρόλο και τίθεται σε λειτουργία μόνο όταν η αντλία θερμότητας αδυνατεί να καλύψει τα ψυκτικά φορτία. Η ψύξη των δωματίων και των κοινόχρηστων χώρων επιτυγχάνεταιαντίστοιχα μέσω fancoil και κεντρικών κλιματιστικών μονάδων. Η υδρόψυκτη αντλία θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών τροφοδοτείται από το θερμό νερό 45οC της αντλίας θερμότητας και έχει ως σκοπό τη θερμοκρασιακή ανύψωσή του στους 60-65 οC, ώστε μετά να αποθηκευτεί στα boiler και να τροφοδοτήσει τα κυκλώματα ζεστών νερών χρήσης. Η θερμοκρασία αποθήκευσης επιλέγεται να είναι τέτοια, ώστε να αντιμετωπίζεται ανά πάσα στιγμή ο κίνδυνος του βακτηρίου της λεγεωνέλλας. Όμοια μηχανήματα είναι εγκατεστημένα και στο δεύτερο μηχανοστάσιο.

Ο συγκεκριμένος τρόπος λειτουργίας εξασφαλίζει την ύπαρξη εφεδρείας τόσο για την ψύξη, όσο και για την παραγωγή ζεστών νερών χρήσης. Σε περίπτωση βλάβης της τετρασωλήνιας αντλίας θερμότητας, η γεωθερμία αποφορτίζει το συμπυκνωτή του υδρόψυκτου ψύκτη για παραγωγή κρύου νερού προς τα fancoil και κλιματισμό των δωματίων. Επιπλέον, η υδρόψυκτη λειτουργία της αντλίας θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών, επιτρέπει την τροφοδοσία της απευθείας από το κύκλωμα γεωθερμίας για παραγωγή νερού έως 78°C. Σε περίπτωση βλάβης της αντλίας θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών, η τετρασωλήνια αντλία θερμότητας μπορεί να θερμάνει το νερό έως τους 55°C, θερμοκρασία ικανοποιητική για ζεστά νερά χρήσης που θα καταναλωθούν άμεσα. Με όλες τις μονάδες διαθέσιμες, το ξενοδοχείο είναι πάντα σε θέση να καλύπτει το πλήρες ψυκτικό και θερμικό φορτίο. Σε περίπτωση δυσλειτουργίας κάποιων εκ των εγκατεστημένων μηχανημάτων, το σύστημα συνεχίζει να λειτουργεί κατανέμοντας κατάλληλα τις πηγές ενέργειας και δίνοντας προτεραιότητα στην κάλυψη αναγκών κλιματισμού και ζεστών νερών χρήσης για επίτευξη των βέλτιστων δυνατών συνθηκών διαμονής.
Χάρη στη γεωθερμία, το σύστημα χαρακτηρίζεται από πολύ υψηλούς βαθμούς απόδοσης. Ενδεικτικά, οι τιμές αυτές παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα και αναφέρονται στις συνθήκες σχεδιασμού του έργου:

Η εξεταζόμενη περίοδος λειτουργίας είναι η καλοκαιρινή σεζόν του 2018 και συγκεκριμένα το διάστημα από τις 11 Μαΐου έως τις 30 Σεπτεμβρίου. Η παρακολούθηση και καταγραφή των καταναλώσεων και της παραγόμενης ισχύος επιτυγχάνονται μέσω συστήματος BMS, το οποίο αποθηκεύει τα συγκεκριμένα δεδομένα και παράλληλα επιτρέπει την απεικόνιση τους σε πραγματικό χρόνο προς διευκόλυνση του υπεύθυνου των ηλεκτρομηχανολογικών. Στο διάστημα αυτό, το μηχανοστάσιο των δωματίων του ξενοδοχείου κατανάλωσε 281.000 ηλεκτρικές κιλοβατώρες (kWhel) για την κάλυψη των αναγκών του. Στην τιμή αυτή συμπεριλαμβάνονται οι καταναλώσεις των κυκλοφορητών. Περίπου το ίδιο ποσό ενέργειας καταναλώθηκε και από το μηχανοστάσιο των κοινόχρηστων χώρων. Η ωφέλιμη ψυκτική ενέργεια ανέρχεται στις 662.160 kWh για κλιματισμό των δωματίων και αντίστοιχα στις 292.797 kWh θερμικής ενέργειας για παραγωγή ζεστών νερών χρήσης στα δωμάτια και τα πλυντήρια του ξενοδοχείου. Κατόπιν συμφωνίας με τον πάροχο, η τιμή αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας από το ξενοδοχείο ισούται με 0,1 €/kWhel . Επομένως, το ξενοδοχείο κατέβαλε μόλις το ποσό των 28.100 € για το συγκεκριμένο μηχανοστάσιο,καλύπτοντας πλήρως τις ανάγκες του σε ψύξη και ζεστά νερά χρήσης για μια ολόκληρη θερινή σεζόν με υψηλή μάλιστα πληρότητα δωματίων.

Με γνώμονα την ανάδειξη του οικονομικού οφέλους και των ευρύτερων πλεονεκτημάτων της γεωθερμίας, το μηχανοστάσιο αυτό ήρθε σε σύγκριση με τρία υποθετικά σενάρια συμβατικών συστημάτων θέρμανσης και ψύξης που συναντώνται σε αρκετές ξενοδοχειακές μονάδες. Θεωρήθηκε λοιπόν πως η ίδια ψυκτική και θερμική ωφέλιμη ενέργεια καλείται να παραχθεί από:

• Αερόψυκτους ψύκτες και αερόψυκτη αντλία θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών, και τα δύο υψηλής ενεργειακής απόδοσης.
• Αερόψυκτους ψύκτες υψηλής ενεργειακής απόδοσης και λέβητα υγραερίου.
• Αερόψυκτους ψύκτες υψηλής ενεργειακής απόδοσης και λέβητα πετρελαίου.

Για τον υπολογισμό του κόστους, λήφθηκαν υπόψη οι τιμές προμήθειας των καυσίμων για την περιοχή των Χανίων, τυπικοί βαθμοί απόδοσης των αντίστοιχων λεβήτων, ο εποχιακός βαθμός απόδοσης του ψύκτη και ο βαθμός απόδοσης της αντλίας θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών, σύμφωνα με στοιχεία του κατασκευαστή των συγκεκριμένων μονάδων. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο ακόλουθο γράφημα:

Τα τρία συστήματα παρουσιάζουν κατά σειρά αύξηση λειτουργικού κόστους κατά 12%, 45% και 124%. Προφανώς, οι λύσεις με λέβητες καυσίμων αυξάνουν ραγδαία το λειτουργικό κόστος και κρίνονται εξαρχής οικονομικά ασύμφοροι για τον ξενοδόχο. Ειδικά για το πρώτο υποθετικό σενάριο, πρέπει να τονιστεί ότι η σύγκριση είναι ιδιαίτερα ευνοϊκή για τα αερόψυκτα μηχανήματα και γίνεται σκόπιμα εις βάρος του συστήματος γεωθερμίας. Αυτό κυρίως συμβαίνει, διότι οι υπολογισμοί έγιναν με βάση τον εποχιακό βαθμό απόδοσης των ψυκτών και πιο συγκεκριμένα για SEER=4,3,όπως δηλαδή δηλώνει ο κατασκευαστής για τέτοιες μονάδες υψηλής ενεργειακής απόδοσης. Η τιμή αυτήείναι υπερβολικά αισιόδοξη μιας και δεν είναι δυνατός ο ακριβής προσδιορισμός των κλιματολογικών συνθηκών υπό τις οποίες θα λειτουργήσουν οι ψύκτες και το κατά πόσο θα μεταβάλλουν την παραγόμενη ισχύ τους ανάλογα με τα φορτία του ξενοδοχείου. Ωστόσο, συμπεραίνεται πως ακόμα και για αυτό το υποθετικό σενάριο, η λύση της γεωθερμίας είναι οικονομικότερη. Επομένως τα 3.170 € που φαινομενικά εξοικονομούνται ανά μηχανοστάσιο με βάση τους υπολογισμούς, μπορεί να προσεγγίσουν τα 8.000€- 10.000€ ανά μηχανοστάσιο (16.000€ – 20.000€ για όλο το ξενοδοχείο) σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Έτσι, η απόσβεση της επένδυσης για τη δημιουργία του συστήματος γεωθερμίας με κόστος της τάξης των 80.000€ – 100.000€ (γεωτρήσεις, δεξαμενή κλπ) μπορεί να έρθει σε 5-6 έτη, συγκρινόμενη πάντα με σύστημα αερόψυκτων μονάδων ψύξης και θέρμανσης. Ο συγκεκριμένος χρονικός ορίζοντας είναι αρκετά ενθαρρυντικός για ένα ξενοδοχειακό project, ενώ η οικονομία και το καθαρό κέρδος του ιδιοκτήτη μετά το διάστημα αυτό είναι τεράστια.

Εκτός από το ζήτημα της εξοικονόμησης, τα πλεονεκτήματα της γεωθερμίας επεκτείνονται και σε άλλους τομείς. Το σύστημα είναι πλήρως ανεξάρτητο από οποιαδήποτε μορφή καυσίμου. Ο ξενοδόχος καλείται να εξασφαλίσει απλώς την ηλεκτρική ισχύ που τροφοδοτεί τα μηχανήματα. Η σταθερή θερμοκρασία του υπόγειου ύδατος λειτουργεί ευεργετικά στο βαθμό απόδοσης της εγκατάστασης, ο οποίος παραμένει εν γένη σταθερός, κοντά στην τιμή σχεδιασμού και ανεπηρέαστος από εξωτερικές συνθήκες καύσωνα κατά τη θερινή περίοδο ή παγωνιάς κατά τη χειμερινή. Μοναδική και απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ύπαρξη κατάλληλης παροχής νερού για να υποστηρίξει το σύστημα. Επιπλέον, τα κλειστά υδραυλικά κυκλώματα ενός τέτοιου συστήματος συνεπάγονται μεγάλη διάρκεια ζωής των μηχανημάτων και εύκολη συντήρηση. Το τελευταίο αποτελεί σαφές πλεονέκτημα έναντι αερόψυκτων μηχανημάτων, τα δομικά χαρακτηριστικά και κατ’ επέκταση η ομαλή λειτουργία και ο βαθμός απόδοσης των οποίων αλλοιώνονται εξαιτίας του έντονα διαβρωτικού περιβάλλοντος ενός τέτοιου παραθαλάσσιου μέρους. Δεν πρέπει να αμελείται επίσης πως το κόστος προμήθειας αερόψυκτων μονάδων με αντιδιαβρωτικές βαφές προστασίας είναι σαφέστατα μεγαλύτερο από υδρόψυκτες μονάδες αντίστοιχης ισχύος. Τέλος, η αθόρυβη λειτουργία είναι κάτι που προστίθεται στην ποιότητα της διαμονής των ενοίκων, ενώ η αξιοποίηση της γεωθερμίας και των αντλιών θερμότητας που αποτελούν ανανεώσιμη πηγή ενέργειας προσδίδει ένα οικολογικό προφίλ στο ξενοδοχείο, κάτι που μπορεί να αξιοποιηθεί εμπορικά για την απόκτηση πιστοποιήσεων και τη λήψη χρηματοδότησης.

Με τον τουρισμό να αναπτύσσεται διαρκώς και να αποτελεί βασικό πυλώνα της ελληνικής οικονομίας, ο ξενοδόχος οφείλει να παρακολουθεί την τεχνολογική πρόοδο και να εξελίσσεται μαζί της. Η μεγάλη μείωση των λειτουργικών εξόδων μέσω καινοτόμων συστημάτων θέρμανσης-κλιματισμού με τετρασωλήνιες αντλίες θερμότητας και χρήση γεωθερμίας τον καθιστούν ανταγωνιστικό και αυτόματα δίνουν προβάδισμα και ευελιξία στην τιμολογιακή πολιτική που θα ακολουθήσει, ενώ ταυτόχρονα αφήνουν μεγάλα περιθώρια κέρδους και γρήγορους χρόνους απόσβεσης. Ο ίδιος οφείλει απλά να αναζητήσει τη βέλτιστη λύση που ικανοποιεί τις ανάγκες του.

Image by pexels.com