Σε μια νέα συνοικία στο Αμβούργο, στην περιοχή Eißendorf, θα εγκατασταθεί ένα πρωτοποριακό σύστημα θέρμανσης που αποθηκεύει θερμότητα σε μια μεγάλη τσιμεντένια δεξαμενή στον κήπο. Η δεξαμενή έχει διάμετρο περίπου 11 μέτρα, ύψος 6 μέτρα και χωρητικότητα περίπου 500 κυβικά μέτρα νερού, λειτουργώντας ως αποθηκευτής θερμότητας.
Μέσα στη δεξαμενή υπάρχουν σπειροειδείς σωλήνες, στους οποίους κυκλοφορεί ένα υγρό με αντιψυκτικό για να μεταφέρει τη θερμότητα από το νερό προς τα έξω. Την κυκλοφορία του υγρού αναλαμβάνουν τρεις μεγάλες αντλίες θερμότητας συνολικής ισχύος 450 kW.
Η δημοτική εταιρεία κατοικιών Saga Siedlungs-Aktiengesellschaft σκοπεύει να θερμάνει 216 διαμερίσματα συνολικής επιφάνειας περίπου 14.000 τ.μ. Η θεμελίωση της δεξαμενής έγινε τον Ιανουάριο στην περιοχή Eißendorf, σύμφωνα με τη Handelsblatt.
Γιατί ονομάζεται «αποθηκευτής πάγου»;
Επειδή όταν αφαιρείται θερμότητα από το νερό, υπάρχει κίνδυνος να παγώσει. Τέτοιοι αποθηκευτές λέγονται «αποθηκευτές πάγου» επειδή η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την πήξη του νερού (ενέργεια κρυστάλλωσης) είναι πολύ μεγάλη. Για παράδειγμα, το νερό που παγώνει από 0°C σε πάγο στους 0°C εκπέμπει τόση θερμότητα όσο το νερό που κρυώνει από 80°C σε 0°C. Έτσι, η δυνατότητα ψύξης αυξάνει πολύ την αποθηκευτική ικανότητα της δεξαμενής.
Επιπλέον, επειδή η θερμοκρασία δεν πέφτει κάτω από το μηδέν, οι αντλίες θερμότητας λειτουργούν πιο αποδοτικά σε σύγκριση με τις αντλίες που αντλούν θερμότητα από τον αέρα, ειδικά σε πολύ κρύο καιρό.
Χρήση και άλλες εφαρμογές
Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται ήδη σε νέες συνοικίες και εμπορικά κτίρια. Για παράδειγμα, η εταιρεία MVV Energie από το Μάνχαϊμ εγκατέστησε τον πρώτο αποθηκευτή πάγου σε ένα κτίριο γραφείων στο Borgfelde του Αμβούργου. Η δεξαμενή αυτή έχει όγκο 672 κυβικά μέτρα και μπορεί να αποθηκεύσει 51.000 kWh θερμότητας — ισοδύναμη με την ενέργεια πάνω από 5.000 λίτρα πετρελαίου θέρμανσης.
Ο Lucien Fischer, διευθυντής της MVV Enamic, εξηγεί ότι η τεχνολογία κερδίζει έδαφος στη Γερμανία, είναι κατάλληλη για κατοικίες και εμπορικά κτίρια, αλλά δίνεται έμφαση σε μεγάλα εμπορικά κτίρια με επιφάνεια άνω των 7.000 τ.μ.
Ο Harald Drück από το Ινστιτούτο Ενεργειακής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Στουτγάρδης τονίζει ότι η τεχνολογία δεν είναι απαραίτητη για μονοκατοικίες, επειδή το κόστος ανά μονάδα χωρητικότητας μειώνεται όσο αυξάνει το μέγεθος του αποθηκευτή. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν και μικρότεροι αποθηκευτές πάγου (περίπου 10 κυβικά μέτρα) για μονοκατοικίες, που τοποθετούνται στο έδαφος σε βάθος 1-4 μέτρων. Συνήθως προτείνεται όγκος 3-4 κυβικών μέτρων ανά kW θερμικού φορτίου.
Πρόσθετες τεχνολογίες
Η τσιμεντένια δεξαμενή είναι καλά μονωμένη, ώστε να επιτρέπει την αυτοαναγέννησή της με τη θερμότητα του εδάφους κατά τη θέρμανση. Επίσης, συχνά χρησιμοποιούνται ηλιακοί ή αέρινοι συλλέκτες για επιπλέον ενέργεια. Έτσι, δεν είναι απαραίτητο το νερό να παγώσει, αλλά το σύστημα έχει τη δυνατότητα να υποστηρίζει και το πάγωμα.
Ψύξη το καλοκαίρι
Οι αποθηκευτές πάγου δεν χρησιμοποιούνται μόνο για θέρμανση. Είναι οικονομικά συμφέρουσες λύσεις, κυρίως όταν χρησιμοποιούνται και για την ψύξη το καλοκαίρι. Αυτό μπορεί να γίνει είτε με απλή ψύξη που μεταφέρεται μέσω ειδικών συστημάτων ανταλλαγής θερμότητας, χωρίς να λειτουργεί η αντλία θερμότητας, είτε με ενεργή παραγωγή ψύξης χρησιμοποιώντας την αντλία θερμότητας σε αντίστροφη λειτουργία.
Διαχείριση και έρευνα
Λόγω της πολυπλοκότητας, απαιτείται προσεκτικός έλεγχος για την καλύτερη διαχείριση της ενέργειας — πότε να αποθηκεύεται η ηλιακή θερμότητα και πότε να προετοιμάζεται το σύστημα για ψύξη το καλοκαίρι. Γι’ αυτό, προτιμάται η τεχνολογία να προέρχεται από έναν μόνο προμηθευτή, ώστε να υπάρχουν ολοκληρωμένα πακέτα.
Επιπλέον, ερευνητές εξετάζουν γεωλογικές εναλλακτικές, όπως γεωθερμικούς αποθηκευτές θερμότητας πάγου (GEWS), που χρησιμοποιούν φυσικούς υδροφόρους ορίζοντες κοντά στην επιφάνεια ως αποθηκευτές. Αυτές οι λύσεις είναι ιδανικές για κτίρια με μεγάλες ανάγκες ψύξης, όπως κέντρα δεδομένων, αλλά χρειάζονται συγκεκριμένες γεωλογικές συνθήκες.
Μια άλλη καινοτομία από το Ινστιτούτο Κατασκευών Χάλυβα του RWTH Aachen είναι οι αποθηκευτές πάγου από χαλύβδινα στοιχεία, σχεδιασμένοι ειδικά για εμπορικά κτίρια. Αυτοί είναι ελαφριές κατασκευές που τοποθετούνται μέσα στους χώρους και η έρευνα συνεχίζεται για την αντιμετώπιση τεχνικών προκλήσεων.
Στο Αμβούργο, το κτίριο γραφείων Borx στο Borgfelde εξοπλίζεται ήδη με αποθηκευτή πάγου της MVV, με στόχο τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης.
Οικονομία και λειτουργία ανάλογα με τις τιμές ενέργειας
Υπάρχουν ιδέες να λειτουργεί το σύστημα ανάλογα με τις τιμές της ενέργειας στην αγορά. Για παράδειγμα, όταν το ρεύμα είναι φθηνό, οι ηλεκτρικές αντιστάσεις θέρμανσης μπορούν να λειτουργούν μαζί με τις αντλίες θερμότητας, ενώ όταν υπάρχει πλεονάζουσα ενέργεια, οι αντλίες λειτουργούν σε «Power-to-Ice» λειτουργία, παράγοντας ψύξη για μελλοντική χρήση.
Παρά την πολυπλοκότητα στους υπολογισμούς οικονομικής αποδοτικότητας, η MVV αναφέρει πως οι αντλίες θερμότητας αποδίδουν καλύτερα με αποθηκευτή πάγου, επειδή χρησιμοποιούν πιο υψηλής θερμοκρασίας μέσο εργασίας από τον αέρα. Έτσι, η επένδυση αποσβένεται καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του συστήματος.
Από την πλευρά της, η Saga παραμένει επιφυλακτική και αναφέρει πως θα γίνει πιο αναλυτική αξιολόγηση κόστους, εξοικονομήσεων και χρόνου απόσβεσης, καθώς το σύστημα επηρεάζεται πολύ από τις μεταβλητές τιμές ενέργειας, που πρόσφατα έχουν γίνει πολύ ασταθείς.
