Sisteme geotermale verticale și orizontale

Un sistem geotermal orizontal este alcătuit dintr-o rețea de conducte din polietilenă îngropate la adâncimi mici, de regulă între 1 și 2 metri, unde temperatura solului este relativ stabilă, dar influențată totuși de variațiile sezoniere. Țevile sunt așezate fie în bucle lungi și paralele, fie sub formă de serpentină, acoperind o suprafață de teren destul de mare, de obicei de două până la trei ori mai mare decât suprafața clădirii care urmează a fi alimentată.

Prin aceste conducte circulă un fluid termic (apă cu antigel sau o soluție salină), care preia căldura acumulată în sol pe timpul iernii și o transportă către pompa de căldură. În sezonul cald, procesul se inversează: surplusul de căldură din clădire este transferat către sol, contribuind la răcirea spațiilor interioare.

Acest tip de sistem are avantajul unor costuri reduse de instalare și al unei tehnologii relativ simple, care nu necesită utilaje grele de foraj. Totuși, el impune o condiție importantă: disponibilitatea unui teren liber, întins, fără construcții sau copaci cu rădăcini adânci, care ar putea afecta conductele.

De asemenea, performanța lui depinde destul de mult de condițiile climatice locale, deoarece la mică adâncime solul se răcește mai puternic iarna și se încălzește vara, influențând eficiența transferului termic. Din acest motiv, sistemele orizontale sunt mai frecvent întâlnite la case unifamiliale sau clădiri de dimensiuni mici, situate în zone rurale sau suburbane, unde terenul disponibil nu este o problemă.

Configurație: țevi din polietilenă sunt instalate la adâncimi mici, de regulă 1,0-2,0 m. Se pot dispune în:

• bucle paralele,
• serpentine,
• covoare orizontale.

Suprafață necesară: mare, de obicei de 2-3 ori suprafața clădirii deservite.

Avantaje:

• cost de instalare mai redus;
• foraje simple, accesibile.

Dezavantaje:

• dependență de condițiile climatice (temperatura solului la mică adâncime variază mai mult);
• necesită teren extins, liber de construcții sau vegetație profundă.

Aplicații: case unifamiliale, clădiri mici în zone rurale sau suburbane.

Sistemele geotermale verticale funcționează pe același principiu de schimb de căldură cu solul, dar se diferențiază prin modul de instalare. În loc să ocupe suprafețe mari la mică adâncime, conductele sunt introduse în foraje verticale de la 50 până la 200 de metri, unde temperatura solului este constantă pe tot parcursul anului, în general între 8 și 12 °C în condițiile Republicii Moldova.

În fiecare foraj se instalează, de obicei, o sondă geotermală de tip „dublu U” – două bucle de conducte prin care circulă fluidul termic. Acest sistem nu depinde de schimbările sezoniere de la suprafață, ceea ce îi oferă o eficiență ridicată și constantă, atât pentru încălzire, cât și pentru răcire.

Principalul avantaj al variantelor verticale este că necesită un spațiu de teren mult mai redus, ceea ce le face potrivite pentru zone urbane, unde curțile sau parcelele sunt mici. În plus, durata de viață a sondelor geotermale depășește adesea 50 de ani, iar performanța lor se menține stabilă pe termen lung.

Pe de altă parte, costurile inițiale sunt semnificativ mai mari, deoarece sunt necesare lucrări de foraj specializat, precum și studii geotehnice, pentru a determina structura solului și conductivitatea sa termică. De asemenea, sunt necesare autorizații speciale pentru foraje, ceea ce poate prelungi perioada de implementare a proiectului.

Cu toate acestea, pentru clădirile publice, ansamblurile rezidențiale sau instituțiile care necesită o sursă sigură și constantă de energie termică, sistemele verticale reprezintă soluția optimă.

Configurație: țevi introduse în foraje verticale cu adâncimi de 50-200 m. Într-un foraj se plasează, de obicei, o sondă geotermală dublu U.

Suprafață necesară: mult mai mică decât la sistemele orizontale (se poate aplica în zone urbane).

Avantaje:

• eficiență energetică ridicată și constantă (temperatura solului la adâncime este stabilă, 8-12 °C în RM);
• durată de viață lungă (50+ ani pentru sondele din sol).

Dezavantaje:

• cost inițial mai ridicat (foraje, echipamente specializate);
• necesită studii geotehnice și autorizații pentru foraj.

Aplicații: clădiri publice, blocuri de locuințe, instituții, zone urbane cu spațiu limitat.

Sistemul orizontal presupune instalarea conductelor la mică adâncime (1-2 m), răspândite pe o suprafață întinsă. Acest lucru înseamnă că terenul trebuie să fie liber de construcții și vegetație mare. Practic, pentru o casă obișnuită se poate ajunge la o suprafață echivalentă cu 2-3 ori amprenta clădirii.

Sistemul vertical, în schimb, utilizează foraje adânci, de 50-200 m. La suprafață ocupă foarte puțin loc, fiind suficiente câteva guri de foraj, ceea ce îl face ideal pentru zone urbane sau parcele mici.

Dacă un sistem orizontal este ca o pânză întinsă de conducte ce se răspândește pe tot terenul, atunci un sistem vertical seamănă mai degrabă cu un set de coloane subterane, care pătrund adânc în pământ și ocupă foarte puțin loc la suprafață.

La adâncimi mici, solul este influențat de anotimpuri: iarna se răcește mai mult, iar vara se încălzește. Această variație afectează eficiența sistemului orizontal.

La adâncimi mari, solul are o temperatură constantă (8-12 °C în Republica Moldova), indiferent de vreme. De aceea, sistemele verticale oferă o performanță stabilă pe tot parcursul anului.

Sistemul orizontal se aseamănă cu o „oglindă” a vremii – simte frigul iernii și căldura verii. Sistemul vertical, în schimb, funcționează ca un ceas elvețian, stabil și precis, pentru că solul de la adâncime nu cunoaște anotimpuri.

Orizontal: mai ieftin la început, instalarea se face cu utilaje de săpătură obișnuite (excavatoare). Este o soluție accesibilă pentru locuințe individuale.

Vertical: necesită foraje specializate, studii geotehnice și echipamente costisitoare. Costul inițial este mult mai mare, dar investiția se amortizează pe termen lung datorită eficienței ridicate și duratei mari de viață.

Dacă sistemul orizontal este ca o „casă la roșu” – rapid de construit și mai puțin costisitor -, sistemul vertical seamănă cu o clădire premium: costă mai mult la început, dar oferă confort și siguranță pentru decenii.

Conductele sistemelor orizontale rezistă 20-30 de ani, dar eficiența poate scădea în timp din cauza variațiilor de temperatură din sol.

Sondelor geotermale verticale li se estimează o durată de viață de peste 50 de ani, iar performanța lor rămâne constantă.