Épületgépészeti elképzelés: energia tárolás a talajban – Lehetséges?

A közelmúltban érdekes kérdést kaptunk az energiatudatosotthon.hu blogunk egyik olvasójától. Egy energiatárolós megoldási lehetőség merült fel náluk, ezzel kapcsolatban kérték szakértő segítségünket.Lehetséges energia tárolás a talajban?

Energia tárolás a talajban? – A felvetés

Adott egy 100 m²-es ház alapja, melyet 60 cm lábazattal emelnek meg, mely lábazatot belülről polisztirollal hőszigetelik. Ezt követően a lábazat hőszigetelésén belüli területet néhány cm homokréteggel feltöltve a homokba csőkígyót ágyaznak (a padlófűtéshez hasonlóan). Majd a csőkígyó felett feltöltik földdel, melynek tetejére ismét homokrétegbe egy újabb csőkígyót ágyaznak, majd lefedik egy réteg polisztirollal és ezt követően a szerelőbetont öntik rá.

Ezzel kialakítanának egy a ház aljzata alatt elterülő “hőtárolót” (cca. 50 köbméteres), melyet az alsó csőkígyóba táplált hővel, nyáron a háztetőn elhelyezett vákuumcsöves napkollektor rendszerrel fűtenek fel és tárolják el a keletkezett hőt. A téli időszakban pedig a felső csőkígyó (mint hőcserélő) segítségével veszik ki a hőt, mint egyfajta talajkollektorral (persze a téli időszakban is ugyanígy működik a vákuumcsöves napkollektor rendszer) és – ugyan alacsonyabb “hatásfokkal” – valamelyest csökkenti az így kialakított hőtároló hővesztését.

A ház aljzata alól így kinyert hőt, vezérelt árammal kombinált puffertartály segítségével hasznosítanák padlófűtésre.
A ház hőszigeteltségét tekintsük a jelenlegi jogszabályokkal kompatibilisnek, de nem passzívház mértékűnek.

A felvetett “energia tárolás a talajban” elképzelésre Kardos Ferenc a Kardos Labor Kft. ügyvezetője válaszolt:

A kérdező által felvázolt energia tárolás 30-40 évvel ezelőtt kísérleti terület volt a fűtéstechnikában. Német és osztrák megvalósulásokról hallottunk, itthon a pécsi Pollack Mihály Műszaki Főiskola is épített egy ilyen rendszert mérés és tanulmányozás céljára. Szezonális tározó néven lettek ismertek ezek a megoldások. A kivitelezett rendszerek túlságosan költségesnek bizonyulhattak, manapság már nem is beszélnek erről a szakmában. Talán ezen kivitelezések tanulságain alapult a későbben kialakult passzívház építési technológia, ahol csak real-time, vagyis valós idejű napenergiahasznosítást terveznek.

10-12 évvel ezelőtt volt saját találkozásom a témával, mikor is egy ügyfelünk kérésére készítettem kalkulációt egy családi ház szezonális tározójára.

Energia tárolás a talajban? – Mennyibe is kerülne? (Példaszámítás)

Az épület korát messze megelőző szigeteltséggel készült, 120-150 m² körüli fűtött alapterülettel, méretezési állapotban 6 kW hőveszteséggel (Hajdú-Bihar megye volt a tervezett kivitelezési helyszín, ott –15 °C-ra kell méretezni az épület hőszükségletét).

Az épület téli kifűtéséhez szükséges energia igényt 5 db 30-as, vákuumcsöves napkollektor tudja biztosítani. Az éves napenergia mennyiség 2/3 része a nyári félévben jelenik meg, ezt kellett elhelyezni egy szezonális tározóban.

A tárolás céljára víz közeget választottam, mivel elérhető áron nem létezik nagyobb fajhővel rendelkező anyag. A tároló felfűtési véghőmérsékletének 90 °C-ot választottam. A szükséges tároló méret 160 m³-re adódott, tervezett elhelyezése a talaj szintje alá volt elképzelve. Mivel a tároló véghőmérséklete közel 80 °C-kal magasabb, mint a talajhőmérséklet, és a hőtárolás időtartama meghaladja a 6 hónapot, igen vastag hőszigetelés került kiválasztásra, 1 méter, azaz 100 cm! A tervezett tároló egy kocka forma volt betonból, ahol az alsó sík alatti hőszigetelésnek 200 tonnás terhelést kell viselni. Ez esetben a felhasználható anyagok kiválasztása is érdekes feladat lenne.

A méteres hőszigetelés vastagság ellenére a hőveszteség számottevő, emiatt újabb 2 db 30 csöves napkollektort kellett betervezni a veszteségek pótlására.

Az immár összesen 7 db 30 csöves napkollektor elhelyezésére egy déli tájolású tetősík szükséges, legalább 35 m² felülettel, 30 fokos elevációs szöggel, a maximális éves hozam elérése érdekében.

Ha víz helyett homokot választanánk a tároló feltöltésére, akkor 308 m³-es térfogat lenne szükséges (a víz hőkapacitása 4,2 J/cm3°C, a homoké 2,18 J/cm3°C).

A fent meghatározott szükséges méretek meghaladták az építtető előzetes elképzeléseit. Mélyépítő mérnök lévén azonnal átlátta, hogy – 2008 körüli árszinten – csak a szezonális tározó megépítése meghaladta volna a 10 millió forintot, amely a családi ház szerkezetépítési költségének több mint felét tette volna ki.

Ehhez járult volna még hozzá a napkollektoros rendszer kiépítésének 2-3 millió forintos költsége. A tervezett rendszer természetesen terv maradt, nem lett volna – és ma sem lenne – racionális megépíteni.

Ezekből a számokból véleményem szerint jól lehet arányosítani a kérdésben felvetett épületre vonatkozó költségeket, arányokat. Az érdeklődő háza gondos kivitelezés mellett kb. 4 kW hőigényű lesz, tehát a fenti számok kétharmadával lehet kalkulálni.

Konklúzió – Megérheti energiát tárolni a talajban?

A vázolt rendszernél még két szempontot figyelembe kell venni.

A padló alatt aligha lenne 100 cm-es hőszigetelés, vagyis a hő nagy része nem „élné túl” a fűtési idény kezdetéig tartó időszakot, viszont a lakás nyár végére már „kemence üzemmódban” működne a melegedő padló miatt. Ez önmagában ellehetetleníti a rendszer használatát, a téli fűtés nyárira változna.
A másik probléma a jövőben az lesz, hogy az épület alatti homokba ágyazott csőrendszer hozzáférhetetlen helyen lenne. Nagyon időtálló csöveket lehetne csak használni, a hosszú élettartamú műanyagcsövek a napkollektorból érkező magas hőmérsékletek miatt nem alkalmasak erre a célra. Egyedüli választás a lágy rézcső, max. 22 mm-es méretben kapható, ára 2600-2700 Ft/m. 20 cm-es osztással 500 méterre lenne szükség, ez önmagában 1 300 000,- Ft, ennyi pénzért már egy geotermikus hőszivattyút is lehet vásárolni.

Az elgondolt rendszerből egyetlen komponenst azért javasolnék beépítésre, csak máshová.

A sávalap belső síkjára kerülő EPS szigetelőlemez nagyon hasznos lenne, de a betonalap KÜLSŐ síkján, mintegy bent maradó zsaluanyagként. Ezzel megszüntethető a sávalap vonalmenti hőhídja, és az épület alatti földtömeg lassan átveszi a lakás hőmérsékletét, szinte megszűnne a hőveszteség a talaj felé. Ez egy passzívházaknál alkalmazott technika, érdemes megvalósítani.

A történettel kapcsolatban biztosan felmerülnek még kérdések az olvasóban. Ebben az esetben állunk rendelkezésre, például a cégünknél szervezett ingyenes gépészeti konzultáción.