Přátelé geotermie se sešli v Liberci

Většina aspektů geotermie byla řešena na konferenci Geotermie 2025, kterou pod záštitou odborného portálu geotermalnienergie.cz zorganizovala společnost Gerotop v Libereckém centru Babylon v lednu tohoto roku.

Obr. Velká část těch, kteří se zabývají vrty pro tepelná čerpadla a jejich využití, zaplnila přízemí i balkon kongresového centra v Liberci (Foto: Gerotop)

V České republice se v posledních letech podle statistik MPO ročně instaluje okolo 2500 tepelných čerpadel země-voda a tento počet nebyl postižen enormními výkyvy jako u tepelných čerpadel vzduch-voda. V provozu jsou již desítky skutečně velkých budov, areálů, ve kterých je základním zdrojem tepla kaskáda tepelných čerpadel země-voda, přičemž primární obnovitelný zdroj, nízkoteplotní teplo ze země, je získávané prostřednictví desítek, ale i stovek vrtů s hloubkou přesahující i 200 metrů. Tento způsob získávání tepla však není výsadou jen velkých objektů, ale i malých, jako jsou rodinné domy s jedním vrtem. A těch jsou v provozu desítky tisíců.

Ve všech případech jsou pro dlouhodobý energeticky efektivní provoz zásadní pečlivě stanovené bilance a toky tepla v budově nejen na bázi roku, ale spíše dne až hodiny. Jim musí odpovídat schopnosti vrtu či vrtů poskytovat teplo při vytápění anebo jímat teplo při chlazení, tedy při odvádění přebytečného tepla z budovy zpět do vrtu. Samozřejmostí je perfektní provedení vrtných prací včetně využití kvalitní výstroje se zárukou životnosti minimálně 50 let.

Z přednášek

Obr. Typickým příkladem městského teplotního ostrovu mohou být pražské Holešovice v ohybu Vltavy (Zdroj: Jan Řežáb)

Realitou dneška jsou tzv. tepelné ostrovy (Urban Heat Island, UHI) ve velkých městech v letních měsících. Pokud je při chlazení budovy přebytečné teplo ukládáno do země, nikoliv do vzduchu, jak je dnes časté, tvorbu tepelných ostrovů to značně snižuje. Souběžně se vrty tepelně regenerují a zvyšuje se jejich výkonost v následných měsících. Výsledkem je snížená potřeba energie pro chlazení a zvýšená účinnost tepelného čerpadla při vytápění.

Současné technologie pro realizaci velkoplošných otopných nebo chladicích soustav v podlahách, stropech, mají konkurence schopné náklady ve srovnání s tradičním řešením a pro využití tepelných čerpadel jsou výhodné svým požadavkem na relativně nízkou teplotu otopné vody do cca 35 °C a teplotu chladicí vody, která může být mezi cca 18 až 20 °C bez zvláštních opatření. Kombinace tepelné čerpadlo země-voda s vrtem a velkoplošná soustava pro vytápění a chlazení se stává trendem, za který jsou budoucí nájemci či majitelé prostorů v budově ochotni si i připlatit.

Obr. ČSOB, objekt SHQ v Praze. (Zdroj: ČSOB)

O příkladu skutečně velkých objektů využívajících pouze tepelná čerpadla země-voda hovořil Ing. Jan Žemlička Ph.D. Jde o objekty SHQ (rok 2019) a HHQ (rok 2021), u kterých je investorem a provozovatelem ČSOB. Například u objektu SHQ byla tepelná čerpadla a vrty navrženy tak, aby pokryly 100% výkon pro vytápění a minimálně 60 % maximálního výkonu pro chlazení. Jedná se o 175 vrtů o hloubce 150 metrů, vrtné pole má rozměry 154 m × 97 m × 150 m, objem země cca 2,25 mil. m³. Zásadním opatřením je rozdělení vrtů do skupin, které jsou provozovány v  časových odstupech několika hodin. Tak lze z vrtů získávat maximální výkon, přičemž regenerace vrtů je vlivem střídání jejich využití velmi rychlá. Výsledkem je změřený provozní topný faktor nad hodnotou 6,0! Pro takový výsledek je však zásadní i souhra mezi investorem, projektanty všech profesí, následná péče o systém, schopnost a také možnost využít získané poznatky k optimalizaci řízení.

Obr. Zapažení vrtu je možné do hloubky cca 100 metrů. Pokud bude vrt hlubší, může se jeho část pod zapažením zanést okolní horninou dříve, než se do ní vloží výstroj vrtu. (Zdroj: RNDr. Milan Novák)

Provádět vrt bez znalostí geologických poměrů je velmi riskantní, upozornil Milan Novák. Nejde jen o odborný odhad, s jakým měrným tepelným výkonem lze u vrtu počítat, ale i o technologii zhotovení vrtu a jeho výstroje. Je nutné utěsnit případné prostupy přes více zvodní, aby se zabránilo mísení spodních vod prostorem kolem netěsného vrtu. Zvláště, když vody mohou být i pod velmi různými tlaky. Na výskyt zvodní hydrogeologický posudek upozorní. V rámci projektové přípravy je nutné znát a prověřit hydrogeologické podmínky i ve vazbě na technologii provádění vrtů. Například u nejčastější technologie provádění vrtů pomocí tzv. vzduchového výplachu bývá hloubkové omezení možnosti efektivního propažení nestabilních hornin přibližně na úrovni 100 metrů hloubky vrtu. Pokud pod touto hloubkou není pevná hornina, hrozí při odtěžování vrtných tyčí zasypání vrtu, které znemožní následné zapuštění geotermální sondy.

Obr. Aplikace s vrty se množí a vznikají tzv. sousedské systémy. Proto je důležité v rámci projektové přípravy prověřit, zda v okolí nově plánovaného vrtného pole již nějaké není. Pokud ano, je třeba zvážit vzájemné ovlivnění (Zdroj: Ing. Ondřej Kaňka)

To, že návrh vrtu značně ovlivňují hydrogeologické podmínky, tedy zejména tepelná vodivost horninového podloží a průměrná teplota ve vrtu, očekávala většina posluchačů. Na důležitost geometrie (tvar vrtného pole, hloubky, vzájemná vzdálenost mezi vrty) primárního okruhu zejména u větších a velkých vrtných polí upozornil Ing. Ondřej Kaňka. Dalším významným faktorem je bilance energie, respektive poměr odběru tepla z vrtů a regenerace vrtů odpadním teplem z chlazení nebo nucenou regenerací. Úspěšný provoz rozsáhlých vrtných polí vede k úvahám o komunitní, sdílené geotermii, díky které je možné vrtná pole provozovat efektivněji, udržitelně, a navíc redukovat potřebnou metráž vrtů.

Pokud by byly zpracovány územní studie o potenciálu a možnostech zřizovat vrty v městských aglomeracích, významně by to usnadnilo přechod k obnovitelným zdrojům energie, uvedl Petr Novák. Na těchto studiích se intenzívně pracuje v Německu a každý pak vidí, zda v jeho místě má smysl uvažovat o vrtech, nebo je to vyloučené. Nejde jen o geologické poměry, ale i poměry vlastnické, urbanistická a ochranná opatření, zastavěnost území aj.

Jako technickou zajímavost vhodnou k zamyšlení a případné aplikaci lze považovat například hybridní zdroj složený z tepelného čerpadla země-voda a tepelného čerpadla vzduch-voda navržený Stanislavem Machem. Zdroj využívá odlišných přednosti každého TČ, a tím dosahuje zvýšení celkové účinnosti a snižuje provozní náklady.

Obr. Tepelná čerpadla lze nejen řadit do kaskády, ale i kombinovat jejich druhy a vytvořit tak hybridní zdroj tepla, případně i chladu (Zdroj: TC Mach)

Obr. Výplňová hmota musí mít předepsanou hustotu, viskozitu, aby dokázala plně vyplnit všechny volné prostory okolo potrubí ve vrtu. (Zdroj: Fischer Spezialbaustoffe GmbH)

Na téma, že tepelný výkon vrtu zásadně ovlivňuje kvalita výplně po vložení výstroje do vrtu, hovořil Thomas Popp. Výplňová hmota musí mít nejen potřebné chemické a tepelně technické vlastnosti, ale musí spolehlivě vyplnit všechny dutiny okolo potrubí ve vrtu. Jednak tím vytvoří zábranu proti míchání spodních vod a pak zajistí soulad mezi předpokládaným a skutčným tokem tepla mezi potrubím ve vrtu a okolní zeminou. Záruku nevytvoří jen použití certifikované hmoty (zpravidla bentonit), ale i její správné použití a použité množství. Výplňová hmota musí mít při zavádění do vrtu předepsanou měrnou hmotnost (hustotu), tedy i viskozitu, což se dokládá kontrolním měřením připravované hmoty přímo u injektovaného vrtu. V některých případech toto firmy zaručují kontrolními vzorky odebíranými během vyplňování vrtu za účasti například stavebního dozoru, vzorky se pak archivují, aby byly k dispozici jako součást záruk. Vychází se rovněž z objemu volného prostoru ve vrtu, podle něj se určí potřebné množství výplňové hmoty. Stavební dozor pak má možnost přes skutečné množství spotřebované hmoty zkontrolovat, zda vrt byl řádně vyplněn.

Závěr

Ve výše uvedeném textu nejsou uvedeny všechny informace z konference. Stručný přehled má mimo jiné ukázat, že účast na této konferenci měla význam, že přinesla i řadu inspirativních návrhů a tento názor si z konference odnášeli všichni.

Poctou pro portál TZB-info bylo, že jeho zástupce byl pořadateli vyzván, aby na konferenci vystoupil se svou přednáškou.