Dandanes uporabljamo približno 60 do 70 % energije, ki jo imamo na voljo, za klimatiziranje, kar pomeni
za ogrevanje in hlajenje stavb – nesprejemljiv prestiž, če se zavedamo, da imamo na voljo okolju prijazne in
gospodarsko smiselne alternative.
Kljub raznolikim alternativam izkoriščanja obnovljivih virov energije so primarna poraba za izdelavo tovrstnih
sistemov in naprav ter stroški nakupa tehnike fotovoltaike, sončnih kolektorjev, vetrnic ali toplotnih črpalk v
primerjavi s ciljnim prihrankom energije še vedno odločno previsoki.
V tej predstavitvi bomo predstavili Terra-Sol stavbno tehnologijo za klimatiziranje stavb z izkoriščanjem tal
pod stavbo kot zbiralnega medija in sončne energije kot nosilca energije. Ta tehnologija potrebuje majhno
količino energije, omogoča prihodnjim generacijam varovanje narave in okolja. Je gospodarna tako glede
na stroške izdelave kot stroške obratovanja, tako predstavlja tudi alternativo tradicionalnim ogrevalnim in
klimatskim napravam.
IZKORIŠČANJE ZEMELJSKE TOPLOTE, KI JE BLIZU POVRŠINE IN JO PODPIRA SONCE, ZA
PRIHRANEK ENERGIJE V STAVBAH
Stalne toplotne tokove iz notranjosti proti
površini zemlje ocenjujemo na 4 x 10^10kW;
odvisno od površine, to je približno 0,7 kWh/m2/letno.
Za neposredno izkoriščanje je ta
vrednost prenizka. Pri tem se upoštevajo
zgolj geometrične anomalije: vroča voda, ki
je ujeta v zadrževalniku podzemnih voda in
razen prek gejzirov nima naravne povezave s
površino zemlje.
Termično izkoriščanje podlage je v Nemčiji
trenutno zelo razširjena tema, pri čemer
ločujemo: izkoriščanje talne vode prek
vodnjakov, izkoriščanje talne vode, ki se
nahaja blizu površine zemlje prek zemeljskih
toplotnih kolektorjev ali sonde, pri čemer
tudi temeljne opornike uporabljamo kot
prenosnike toplote (energijski piloti). V vseh
primerih uporabljamo toploto, da bi dosegli
za ogrevanje stavb potrebno temperaturo
predtoka.
Popolnoma drugo in bistveno gospodarnejša pot je ubral luksemburški raziskovalec in razvojnik, dipl. ing. in
fizik Edmond D. Krecké, ki neposredno izkorišča zemeljsko temperaturo blizu površine, ki je posledica sončne
toplote.
Znano je, da je na globini 3 do 4 m tako poleti kot pozimi, neodvisno od zemeljske atmosfere, pretežna
temperatura od 9 do 11 °C. Nekateri ta pojav imenujejo temperatura vinske kleti: pozimi to občutimo kot
toploto, poleti pa kot hlad. V odprto stavbo je energijo za ogrevanje treba dovajati v skladu s konkretno
razliko med zunanjo in notranjo temperaturo. Če bi v praktične namene izkoriščali v neskončni
meri razpoložljivo temperaturo tako, da bi vse zunanje stene oskrbovali, npr. s temperaturo 10 °C, tudi zelo
nizke zunanje temperature ne bi mogle neposredno vplivati na temperaturo v notranjosti: tako bi ustvarili
temperaturno bariero, poraba energije stavbe pa bi bila odvisna le od temperature v notranjosti in temperature
temperaturne bariere - ne glede na to, kako nizko se spustijo zunanje temperature.
Kako bi torej lahko oskrbovali zunanje stene s temperaturo zemlje?
V kletna tla oziroma približno 3 m globoko v
zemljo položimo cevi, po katerih kroži voda.
Ta segreva temperaturo zemlje, nato pa se ta
prečrpa v zunanje stene in ko odda toploto,
od tam spet steče.
Kadar gradimo stavbo brez kleti, torej
neposredno na zemeljska tla in talno ploščo
izoliramo z zgornje strani, se vodni tok iz
notranjosti zemlje shranjuje pod talno ploščo;
temperatura narašča vse dotlej, dokler se
ne vzpostavi ravnotežje z ob strani stavbe v
zemeljsko atmosfero uhajajočim toplotnim
tokom.
To zvišanje temperature se seveda pojavi
takrat, ko stavbe ne ogrevamo. Dvig
temperature je med drugim odvisen
od globine temeljev in tlorisa stavbe.
Temperatura se zviša za 2 do 4 Kelvine (K),
tako da temperatura temperaturne bariere
znaša približno 12 °C in je za porabo energije
odločilna temperaturna prarazlika
Zaželeno je, da bi to temperaturno razliko še znižali, kar pomeni, da bi še zvišali temperaturo v temperaturni
barieri, in sicer na temperaturo, ki skrbi za prijetno notranjo temperaturo, ne da bi bilo treba pri tem dovajati
energijo. Pri tem upoštevamo solarno pridobivanje energije, na primer skozi okno ali interne pridobitve
energije pri izkoriščanju stavbe.
Pri tem je fizik Krecké prišel do ideje, da bi uporabil še en neizčrpen, zelo zmogljiv in prav tako brezplačen vir
energije - sonce.
Samo v Nemčiji letno sončno obsevanje omogoča pridobitev energije v vrednosti 1.000 kWh na m2 letno na
vodoravno površino.
Spoznavamo torej, da sonce predstavlja vir energije, s katerim lahko skoraj brezplačno klimatiziramo stavbo.
Vprašanje je le absorpcija in prenos ter shranjevanje energije. Zemlja predstavlja vir energije za hlajenje ter
medij za shranjevanje sončne toplote. To imenujemo tehnika Terra-Sol.
Pod strešno kritino, natančneje rečeno, med strešno kritino in toplotno izolacijo položimo absorpcijsko
napeljavo - plastične cevi, kot je to že opisano pri napeljavi temperaturne bariere: v zunanje stene - če je
tam potrebna absorpcijska napeljava - jo položimo pod omet. Vodo v ceveh poleti do 75 °C segrejejo sonce
in ustrezne zunanje temperature, pozimi pa celo pri negativnih temperaturah, če sije sonce, na uporabnih 20
do 25 °C.
V izoliranih ceveh je segreta voda vodena v talno ploščo, in sicer v osrednjo cono pri visokih temperaturah ali
v srednjo cono in na rob, če so temperature nizke . Iz zgornje strani izolirane talne plošče toplota
potuje v zemljo, kjer se shrani. Da bi zmanjšali stranske toplotne izgube - torej izgube toplote v zemeljsko
atmosfero -, v tla vzdolž tlorisa stavbe vgradimo ustrezno izolacijo. Če je potrebno, s pomočjo v zemlji shranjene
toplote ogrevamo vodo v ceveh talne plošče, v katere je napeljana temperaturna bariera zunanjega ovoja,
kjer se ta voda spet shladi in od koder je spet vodena v talno ploščo. S številnimi meritvami s tehniko Terra-Sol
opremljene stavbe smo ugotovili, da temperatura vode v ceveh talne plošče pred pretokom v zunanji ovoj
znaša od 18 do 20 °C: pri tem temperatura zemlje pod talno ploščo znaša približno 20 do 22 °C.
Višjih temperatur v zemlji ne dosežemo, četudi smo prej že dosegli zelo visoko absorpcijsko zmogljivost:
namesto da bi se zvišala temperatura, se poveča prostornina zemeljskega zbiralnika.
Z večdesetletnimi izkušnjami smo ugotovili, da je z izkoriščanjem celotne strešne površine stavbe kot
absorpcijske površine na voljo bistveno več toplotne energije, kot jo potrebujemo.
V večini primerov v osrednji del stavbe položimo z vseh strani izolirani t. i. osrednji zbiralnik, ki je v nasprotju
z drugim zemeljskim zbiralnikom prepleten s cevno napeljavo. Pri tem temperature vode dosežejo do 35 °C,
kar izkoriščamo za predogrevanje sanitarne pitne vode.
Cevne napeljave temperaturne bariere, ki jih pozimi lahko izkoriščamo za ogrevanje zunanje obloge, poleti
izkoriščamo za hlajenje. Do pred kratkim je bilo za to potrebno položiti ločene cevne napeljave v zemlji, izven
tlorisa stavbe in s tem izven zemeljskega zbiralnika, z ustreznimi nižjimi temperaturami vode. Zdaj pa smo to
poenostavili: za hlajenje poleti izkoriščamo cevi na robu zemeljskega zbiralnika, saj tu - kot smo že omenili -
ne dosegamo višjih temperatur kot 20 do 22 °C. Poleg prihranka z občutno nižjim stroškom napeljave cevi je
prednost tudi v tem, da poleti v primeru hlajenja, ko se temperatura vode v temperaturni barieri zviša, to višjo
temperaturo lahko ponovno oddajamo ali shranimo.