späť na obsah časopisu

Zvyšovanie dopytu po energii a prudký nárast populácie od osemnásteho storočia zapríčinili masívne znečistenie životného prostredia. Tento vývoj v oblasti energetiky nemožno charakterizovať ako trvalo udržateľný a zodpovedný. Práve preto sa v posledných desaťročiach dostávajú do popredia témy z oblasti ochrany životného prostredia a s tým spojené snahy o vývoj nových, ekologických technológií. Pod tlakom vládnych nariadení aj verejného sektora reaguje na tieto výzvy aj stavebníctvo implementovaním progresívnych technológií zakladania so ziskom zelenej a obnoviteľnej energie.

Geotermálna energia

Geotermálna energia je prírodná tepelná energia, ktorá sa nachádza pod zemským povrchom. Tento druh energie sa nazýva obnoviteľný, pretože sa obnovuje v rozmedzí ľudského vnímania času. Po solárnej energii je to druhý najväčší zdroj primárnej energie na zemi. Medzi hlavné výhody patrí predovšetkým jej kontinuálna dostupnosť. Nezávisí od počasia ako iné obnoviteľné zdroje energie a možno ju využívať prakticky kdekoľvek na zemi. Ďalším pozitívnym aspektom je efektivita využitia tejto energie geotermálnymi systémami už pri hĺbke štyri, respektíve šesť metrov. S prihliadnutím na ekonomickú stránku, ktorá je zväčša rozhodujúcim faktorom, tento fakt zvyšuje potenciál masívneho využívania takýchto systémov zakladania v praxi.

Geotermálne systémy

Základným kameňom využívania zemskej energie je jej extrakcia pomocou geotermálnych systémov. Najčastejšie sa takéto systémy klasifikujú na základe svojej hĺbky. Ak ide o geotermálne systémy, ktorých hĺbka je viac ako 400 metrov pod zemským povrchom, ide o hĺbkové geotermálne systémy a tie pracujú so strednými až vysokými teplotami. Systémy s menšou hĺbkou klasifikujeme ako povrchové geotermálne systémy a pracujú iba s menšími teplotami. Každý geotermálny systém sa skladá z troch základných prvkov bez ohľadu na klasifikáciu. Prvým prvkom je zdroj tepla, teda podložie (horninové prostredie). Druhým je výmenník tepla, obsahujúci kvapalinu vymieňajúcu teplo, a ich počet môže byť od jedného až po desiatky v závislosti od potreby energie. Posledným, ale nemenej dôležitým prvkom je chladič alebo konkrétne budova, ktorá prijíma energiu.

Energetické geokonštrukcie

Do kategórie plošných geotermálnych systémov zahŕňame energetické geotechnické konštrukcie, ktoré označujeme aj ako geokonštrukcie. Energetické geokonštrukcie sa približne od 80. rokov čoraz častejšie používajú po celom svete (Brandl, 2006). Táto inovatívna technológia využíva základové konštrukcie, ktorých primárnym účelom je prenos zaťaženia ako tepelné výmenníky pre geotermálne systémy. Výmenníky tepla umiestnené v nosných základových konštrukciách pozostávajú z HDPE rúrok a tvoria primárny okruh. Sekundárny okruh tvoria rozvody v stenách a podlahách budov alebo pod povrchom vozoviek.  Navrhujeme ich štandardne pre hĺbky 10 – 50 metrov. Rozlišujeme energetické pilóty, energetické chodníky a energetické tunely a steny. Energetické pilóty umiestňujeme štandardne pod budovy alebo pod mosty. Zastúpenie týchto energetických konštrukcií je signifikantné. Energetické chodníky sa v praxi vyskytujú predovšetkým na letiskových dráhach alebo tam, kde sa celoročne kladie vysoký dôraz na stav povrchu vozovky. Energetické tunely a steny je efektívne navrhovať v zastavanej časti územia a v prípadoch, kde je predpoklad na dostatočný dopyt po energii, preto je najvhodnejšie a najčastejšie umiestnenie takýchto výmenníkov tepla v tuneloch metra, električkových tuneloch alebo aj v servisných tuneloch (Laloui, Rotta Loria, 2019).

Energetické pilóty

Medzi najrozšírenejšie energetické geokonštrukcie patria energetické pilóty, a to vďaka častejším realizáciám klasických pilót oproti tunelom. Používajú sa na vykurovanie a chladenie, ohrev vody, rozmrazovanie, ale aj ako podzemné úložisko termálnej energie. Typická schéma energetickej pilóty je vyobrazená na obr. č. 1. Výhodou je nízka priestorová náročnosť, ochrana potrubí nosnou konštrukciou pilóty a rozdelenie potrubí pilót do samostatných okruhov, čo v prípade poruchy neznefunkční celý systém. Finančná náročnosť je primeraná, pretože celkové náklady na energetický pilótový základ sú o 14 % väčšie oproti klasickému pilótovému základu. Návratnosť optimálne navrhnutého systému energetických konštrukcií sa pohybuje v rozmedzí 8 – 12 rokov so životnosťou 50 rokov. Poprednými krajinami v používaní energetických pilót sú v súčasnosti Spojené kráľovstvo, Rakúsko a Švajčiarsko. Priemerná dĺžka energetických pilót je 19 m (Laloui, Rotta Loria, 2017).

Obr. č. 1 Schéma energetickej pilóty

 

Materiál a tvar potrubí v energetických pilótach

Medzi parametre, ktoré najviac ovplyvňujú množstvo extrahovanej energie, bezpochyby patrí materiál a tvar potrubia. Štandardom v tejto oblasti sú certifikované HDPE rúrky pre svoju vysokú mechanickú a termálnu odolnosť. Spoje jednotlivých častí potrubí sa vyhotovujú pomocou kompresných tvaroviek alebo elektrofúziou. Veľkým vývojom prešli tvary potrubí s cieľom čo najväčšej efektivity (obr. č. 3). Najjednoduchšie riešenie z hľadiska technológie, ale aj najmenej efektívne je použitie jedného potrubia v tvare písmena U. Najvhodnejšie riešenie z hľadiska množstva extrahovanej energie predstavuje potrubie v tvare špirály, ktoré sa však pre svoju technologickú náročnosť takmer nevyužíva. Optimálnym riešením je aplikácia dvoch potrubí v tvare písmena U, ten je v súčasnosti najbežnejší. 

Celý článok nájdete v aktuálnom vydaní časopisu Eurostav


Autor
Ing. Juraj Slavkov Recenzent: doc. RNDr. Miloslav Kopecký, PhD.
Digitalizované ukážky časopisov
E-shop eurostav
Archbooks
YTONG