Υβριδική Θέρμανση με Φυσικό Αέριο: Η έξυπνη θέρμανση

Υβριδική Θέρμανση είναι αυτή στην οποία χρησιμοποιούμε ταυτόχρονα δύο τουλάχιστον πηγές ενέργειας: Μια συμβατική με καύσιμο (λέβητας ή θερμαντήρας) και μια ανανεώσιμη (ηλιοθερμία, γεωθερμία, αεροθερμία). Το αποτέλεσμα είναι η δραστική μείωση του κόστους θέρμανσης (χώρων και ζεστού νερού κατανάλωσης) δεδομένου ότι πάνω από το 70% των θερμικών αναγκών καλύπτονται με δωρεάν ενέργεια που αντλείται από το περιβάλλον.

Τα συστήματα που διατίθενται σήμερα στην αγορά αποτελούνται συνήθως από μια αντλία θερμότητας χαμηλών/μεσαίων θερμοκρασιών και έναν θερμαντήρα αερίου (φυσικού αερίου ή υγραερίου) τεχνολογίας συμπύκνωσης. Το καινοτόμο συστατικό αυτών των συστημάτων είναι το ισχυρό λογισμικό το οποίο επιτρέπει τον απόλυτο έλεγχο του συστήματος επιτυγχάνοντας την μέγιστη οικονομία ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζει την ιδανικότερη και απρόσκοπτη θέρμανση.

Οι Ανανεώσιμες Πηγές

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) είναι όλες εκείνες οι πηγές ενέργειας οι οποίες είναι θεωρητικά ανεξάντλητες. Σχεδόν όλες οι ανανεώσιμες πηγές έχουν σχέση με τον ήλιο αφού η ύπαρξή τους οφείλεται στην ηλιακή ενέργεια που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της γης και κατόπιν με τον ένα ή τον άλλο τρόπο είναι σε θέση να αξιοποιηθεί.

Η μόνη ανανεώσιμη πηγή που δεν συνδέεται με τον ήλιο είναι η θερμότητα του εδάφους (γεωθερμία) η οποία προέρχεται από το εσωτερικό της γης. Εύλογο είναι ότι όσο υπάρχει ο ήλιος, η γη και οι κάτοικοί της θα είναι καθημερινά δέκτες τεράστιας ποσότητας ενέργειας η οποία θα μοιράζεται δίκαια και θα είναι εκ των πραγμάτων δωρεάν.

Μερικές τεχνικές (μηχανολογικές - θερμοδυναμικές) γνώσεις και λίγη φαντασία αρκούν για να κατανοήσει κάποιος ότι υπάρχει τόση ενέργεια γύρω μας που είναι υπεραρκετή να καλύψει κάθε ανάγκη μας, χωρίς να χρειάζεται να καταναλώνουμε ορυκτά καύσιμα τα οποία και το περιβάλλον επιβαρύνουν και πεπερασμένων αποθεμάτων είναι - χωρίς να παραβλέπουμε και το κόστος που προϋποθέτουν για την προμήθειά τους.

Η Αξιοποίηση Ενέργειας από ΑΠΕ

Από τα παλαιότερα χρόνια, οι άνθρωποι είχαν επινοήσει τρόπους για να αξιοποιούν τις ανανεώσιμες πηγές: ο ανεμόμυλος, τα πανιά των ιστιοφόρων και ο νερόμυλος είναι οι πιο χαρακτηριστικές γνωστές εφαρμογές, στις οποίες γινόταν χρήση της ενέργειας του ανέμου και των υδατοπτώσεων.

Στην εποχή μας, η τεχνολογική εξέλιξη δημιούργησε τις προϋποθέσεις για την αξιοποίηση και άλλων μορφών ανανεώσιμων πηγών: ο ηλιακός θερμοσίφωνας, η ανεμογεννήτρια και οι φωτοβολταϊκές κυψέλες είναι οι πιο διαδεδομένοι τρόποι με τους οποίους αξιοποιούνται η άμεση ηλιακή θερμότητα (θερμότητα υψηλού δυναμικού από την ηλιακή ακτινοβολία), η ταχύτητα του ανέμου και η φωτονιακή ενέργεια αντίστοιχα.

Κοινό χαρακτηριστικό των περισσότερων μορφών ΑΠΕ είναι το γεγονός ότι η διαθεσιμότητά τους ποικίλει τόσο στη διάρκεια της μέρας όσο στη διάρκεια του έτους. Αυτό ακριβώς αποτελεί και το μοναδικό μειονέκτημά τους δεδομένου ότι είναι σχεδόν αδύνατο να εξασφαλίσουμε την ενεργειακή μας επάρκεια εξαρτώμενοι μονοσήμαντα από μια ανανεώσιμη πηγή - τουλάχιστον όχι χωρίς κόστος. Για αυτόν το λόγο κάθε εφαρμογή που αξιοποιεί ανανεώσιμη πηγή νομοτελειακά θα πρέπει να συνεπικουρείται και από μια άλλη πηγή ενέργειας "αδιαλείπτου διαθεσιμότητας".

Υβριδικά Συστήματα Θέρμανσης

Στον τομέα των συστημάτων θέρμανσης οι ΑΠΕ δεν είχαν μέχρι πρότινος υψηλή διείσδυση. Η κατάσταση ωστόσο, άλλαξε τα τελευταία χρόνια με την εμφάνιση των αντλιών θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών. Οι μηχανές αυτές εξαιτίας του ότι μπορούν άνετα να συνεργαστούν με τα ιδιαίτερα διαδεδομένα θερμαντικά σώματα νερού (τα γνωστά σε όλους καλοριφέρ) κατάφεραν να κερδίσουν το ενδιαφέρον του καταναλωτικού - αλλά και του τεχνικού - κοινού και με δεδομένη την τεράστια οικονομία που επιτυγχάνουν, απόκτησαν αναπόφευκτα μια από τις πρώτες θέσεις στον κατάλογο των τεχνικών λύσεων στις εγκαταστάσεις θέρμανσης.

Στην πράξη όμως, εξακολουθούν και υπάρχουν κάποιες εγγενείς αδυναμίες των αντλιών θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών: Το υψηλό αρχικό κόστος και μειωμένη απόδοση στις χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος είναι οι βασικότερες εξ' αυτών. Οι δυο αυτές παράμετροι δρουν αποτρεπτικά στην επιλογή τους όταν υπεισέρχονται ιδιαίτερες απαιτήσεις με βάση οικονομικά και γεωγραφικά-κλιματολογικά κριτήρια. Κατ' αυτήν την έννοια η αρχική δαπάνη είναι δύσκολο να χωρέσει στον προϋπολογισμό ενός μέσου νοικοκυριού ενώ, σε μια περιοχή με χαμηλές μέσες θερμοκρασίες η οικονομική λειτουργία τους είναι μάλλον αμφισβητήσιμη.

Εδώ ακριβώς έρχονται τα συστήματα με υβριδική λειτουργία τα οποία δίνουν λύση σε όλα τα μειονεκτήματα των αντλιών θερμότητας. Τα υβριδικά συστήματα δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένα συγκρότημα με δυο συσκευές οι οποίες εργάζονται για τον ίδιο σκοπό αλλά η κάθε μία χρησιμοποιεί διαφορετική πηγή ενέργειας. Η διαφορά από το να τις δούμε σαν δυο ξεχωριστές συσκευές είναι το γεγονός ότι η λειτουργία τους είναι συνδυαστική που καθοδηγείται από ειδικό ηλεκτρονικό ελεγκτή προκειμένου να επιτυγχάνεται αξιόπιστα το επιθυμητό αποτέλεσμα με τον οικονομικότερο τρόπο.

Εννοείται ότι σε ένα υβριδικό σύστημα, η μια συσκευή θα πρέπει να αξιοποιεί κάποια ΑΠΕ - συνήθως είναι μια γεωθερμική ή αέρος/νερού αντλία θερμότητας - ενώ η άλλη θα είναι μια συσκευή άμεσης (και σίγουρης) διαθεσιμότητας όπως είναι ένας λέβητας πετρελαίου, ένας θερμαντήρας αερίου ή και ένας ηλεκτρικός θερμαντήρας. Σε κάθε περίπτωση, η μία συσκευή αναλαμβάνει να αξιοποιεί την Δωρεάν Πηγή όταν αυτή είναι διαθέσιμη και αποδοτική ενώ η άλλη θα αναλαμβάνει δράση όποτε η πρώτη δεν μπορεί να φέρει εις πέρας την αποστολή της με απρόσκοπτο και οικονομικό τρόπο. 

Άντληση Θερμότητας από τον Αέρα

 Γενικά, η σκέψη ότι μπορούμε να ζεσταθούμε από κάτι ψυχρότερο φαντάζει παράλογη. Στην πραγματικότητα όμως αυτό είναι απολύτως εφικτό και επιτυγχάνεται με βάση την ακόλουθη παραστατικά απλουστευμένη διαδικασία: Παίρνω μια ποσότητα κάποιας φυσικής μάζας (πχ αέρα) που έχει θερμοκρασία Τ₁. Με κάποιο μηχανισμό δεσμεύω και αφαιρώ θερμότητα από αυτήν τη μάζα με αποτέλεσμα η αρχική θερμοκρασία της να μειωθεί από Τ₁ σε Τ₂ με Τ₂<Τ₁. Οι απόλυτες τιμές των Τ1, Τ2 δεν έχουν ιδιαίτερη σημασία, μπορούν δηλαδή να είναι όσο μεγάλες ή όσο μικρές τυγχάνει. Την θερμότητα τώρα που δέσμευσα από την παραπάνω μάζα την αποδίδω σε μια άλλη μάζα (ή χώρο) αρχικής θερμοκρασίας Τ₂'  και πάλι δια μέσου ενός κατάλληλου μηχανισμού. Το αποτέλεσμα θα είναι αντίστοιχα η αύξηση της θερμοκρασίας της δεύτερης μάζας από Τ₁' σε Τ₂' με Τ₂'>Τ₁'.

Σε όλη την παραπάνω διαδικασία δεν υπάρχει καμία φυσική παραδοξότητα. Το κλειδί είναι μόνο ο μηχανισμός αφαίρεσης και απόδοσης θερμότητας μεταξύ δυο μαζών η θερμοκρασιακή κατάσταση των οποίων δεν επιτρέπει την αυθόρμητη ροή θερμότητας με τη φορά που θέλουμε. Ακριβώς τον σκοπό αυτό επιτελούν οι μηχανές που λέγονται Αντλίες Θερμότητας οι οποίες με τη βοήθεια του λεγόμενου Ψυκτικού Μέσου αναλαμβάνουν την δέσμευση και μεταφορά θερμότητας από μια μάζα (δεξαμενή θερμότητας) σε μια άλλη μάζα. Το σημαντικό είναι ότι η ενέργεια που καταναλώνουν οι αντλίες θερμότητας προκειμένου να δεσμεύσουν και να μεταφέρουν ένα ποσό θερμότητας είναι αρκετά μικρότερη από την μεταφερόμενη ενέργεια (θερμότητα).

Επιπλέον, η θεωρούμενη ως δεξαμενή θερμότητας, είναι πρακτικά ανεξάντλητη, δεδομένου ότι μιλάμε για τον ατμοσφαιρικό αέρα ή τα υπόγεια ύδατα-έδαφος ή ακόμα και το θαλασσινό νερό.

Θερμαντήρας Αερίου με Αναλογική Λειτουργία

Με τον όρο "Θερμαντήρας" εννοούμε κάθε συσκευή η οποία θερμαίνει ένα θερμικό μέσο. Υποκατηγορία των Θερμαντήρων είναι οι γνωστοί σε όλους μας Λέβητες Θέρμανσης. Ένας λέβητας θέρμανσης χαρακτηρίζεται από την διαμόρφωση του εναλλάκτη θερμότητας ως 'λεκάνη ημιλιμνάζοντος ύδατος' που σημαίνει ότι το θερμαινόμενο νερό παρόλο ότι κατά βάση είναι κινούμενο εντός κυκλώματος, κατά τη διάρκεια που βρίσκεται εντός του λέβητα η ταχύτητά του είναι πολύ μικρή που θα μπορούσε να ειπωθεί ότι είναι στάσιμο (λιμνάζον). Γενικά, η όλη φιλοσοφία  ενός λέβητα θέρμανσης με αυτή τη λογική, εξασφαλίζει μεν απλότητα ως προς την κατασκευή και τη λειτουργία, οδηγεί όμως σε μειωμένη απόδοση λόγω αυξημένης κατανάλωσης και σπατάλης καυσίμου.

 Μια άλλη υποκατηγορία θερμαντήρων είναι αυτή που περιλαμβάνει τους θερμαντήρες άμεσης συναλλαγής βασικό χαρακτηριστικό των οποίων είναι το γεγονός ότι η ροή του θερμαινόμενου νερού εντός του θερμαντήρα είναι όμοια με τη ροή και εκτός αυτού. Πλεονέκτημα αυτής της διαμόρφωσης είναι αφενός η δραστική μείωση του μεγέθους του θερμαντήρα και αφετέρου η αμεσότητα απόκρισής του. Το πιο σημαντικό όφελος όμως είναι η θεαματική βελτίωση του βαθμού απόδοσης που είναι αποτέλεσμα μιας σειράς λειτουργικών παραμέτρων: καλύτερη απορροφητικότητα παραγόμενης θερμότητας, μικρότερη αποβαλλόμενη με τα καυσαέρια θερμότητα, ρυθμιζόμενη ισχύς σύμφωνα με τις συνθήκες ζήτησης, μικρότερες απώλειες μεταφοράς.

Καινοτόμο λειτουργικό χαρακτηριστικό των συγκεκριμένων συσκευών είναι η αυτο-ρυθμιστικότητα της ισχύος τους δεδομένου ότι λειτουργούν λαμβάνοντας υπόψη το τρέχον θερμικό φορτίο της εγκατάστασης αξιοποιώντας δεδομένα από τις εσωτερικές ή/και εξωτερικές συνθήκες του εξυπηρετούμενου χώρου καθώς και τις καθοριζόμενες από το χρήστη συνθήκες άνεσης (θερμορύθμιση). Αυτός ο τρόπος λειτουργίας ονομάζεται Αναλογική Λειτουργία (ή λειτουργία inverter) και αποτελεί τον αντίποδα της παρωχημένης διακοπτόμενης (On-Off) λειτουργίας των συμβατικών λεβήτων.

 Όλα αυτά ωστόσο, απαιτούν ενσωμάτωση περισσότερης τεχνολογίας τόσο σε ότι αφορά τα χρησιμοποιούμενα υλικά όσο και σε ότι έχει σχέση με τα συστήματα ελέγχου. Περαιτέρω, η χρήση ενός αξιόπιστου, εύκολα διαχειρίσιμου και "καθαρού" καυσίμου, είναι μια εξίσου σημαντική απαίτηση.

Οι σύγχρονοι Θερμαντήρες Αερίου (γνωστοί και ως Ατομικοί Λέβητες) αποτελούν την πλέον επιτυχημένη συσκευή θέρμανσης με συμβατικό καύσιμο. Ως θερμαντήρες άμεσης συναλλαγής εμπεριέχουν όλα τα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης τεχνολογίας και επιπλέον:

• Μπορούν να αξιοποιούν την λανθάνουσα θερμότητα των καυσαερίων (λέβητες συμπύκνωσης), άρα μεγαλύτερη οικονομία στην κατανάλωση
• Μπορούν να συνλειτουργήσουν με άλλες πηγές θέρμανσης διαμέσω του ηλεκτρονικού ελέγχου που διαθέτουν
• Λειτουργούν με όλα τα διαθέσιμα αέρια καύσιμα (Φυσικό Αέριο, Υγραέριο κλπ) άρα δεν υπάρχουν γεωγραφικοί περιορισμοί στην χρήση τους

Υβριδικό Σύστημα με Θερμαντήρα Αερίου και Αντλία Θερμότητας

- (προσεχώς η συνέχεια) 

Το Αντικειμενικό Όφελος με αριθμούς

- (προσεχώς η συνέχεια)

Και άλλες Εφαρμογές

- (προσεχώς η συνέχεια)