Energijske geokonstrukcije omogočajo, da piloti, temelji, predori in druge konstrukcije postanejo tudi del sistema za izmenjavo toplote s tlemi. Tehnologija odpira možnosti za učinkovitejše ogrevanje in hlajenje stavb, vendar zahteva skrbno načrtovanje vplivov temperaturnih sprememb na tla in konstrukcije.
V času vse bolj vročih poletij postaja zanimivo vprašanje, ali bi lahko presežno toploto, ki jo poleti odvajamo iz stavb, shranili v tleh in jo pozneje uporabili za ogrevanje. Ena od možnosti so energijske geokonstrukcije, ki običajne geotehnične konstrukcije povezujejo s sistemi za izmenjavo toplote.
O možnostih in raziskovalnih izzivih te tehnologije je na Zavodu za gradbeništvo Slovenije (ZAG) predavala prof. Sandrine Rosin-Paumier v okviru raziskovalnega obiska Geotehničnega laboratorija ZAG.
Energijske geokonstrukcije so konstrukcije, ki so že zaradi svoje osnovne funkcije v neposrednem stiku s tlemi – na primer piloti, temeljne plošče, predori in nasipi – vanje pa so vključeni sistemi za izmenjavo toplote.
Takšen sistem omogoča prenos toplote med objektom in tlemi. Poleti je mogoče presežno toploto iz ogretih prostorov prek toplotnih izmenjevalcev odvesti v hladnejša temeljna tla in jo tam začasno akumulirati. Ko se temperature znižajo, je mogoče toploto iz tal s pomočjo toplotne črpalke ponovno izkoristiti za ogrevanje.
Tehnologija, imenovana tudi plitva geotermija, se po svetu intenzivno razvija že več kot dve desetletji in predstavlja eno od možnosti za trajnostnejše ogrevanje in hlajenje stavb.
Tudi v Sloveniji je že več ponudnikov geosond. Pri teh se za izmenjavo toplote izdelajo globoke vrtine, ki lahko segajo do približno 100 metrov. Pomemben del stroška takšne izvedbe predstavlja prav vrtanje.
Energijske geokonstrukcije imajo pri tem potencialno pomembno prednost. Temelji, piloti in druge geotehnične konstrukcije so namreč že v stiku s tlemi. Če se možnost izkoriščanja geotermalne energije predvidi že v fazi načrtovanja in gradnje, je mogoče sistem za izmenjavo toplote vgraditi neposredno vanje. Posebno vrtanje tako ni potrebno, zaradi česar se lahko strošek vgradnje bistveno zmanjša.
To pomeni, da lahko konstrukcijski element poleg svoje osnovne nosilne oziroma geotehnične funkcije opravlja še dodatno energetsko funkcijo.
Tehnologija pa ima tudi omejitve. Energijske geokonstrukcije je treba ustrezno dimenzionirati, pri čemer ni pomembna samo količina toplote, ki jo želimo prenesti ali shraniti.
Upoštevati je treba tudi vpliv temperaturnih sprememb na lastnosti temeljnih tal ter na deformacije geotehničnih konstrukcij. Ponavljajoče se segrevanje in ohlajanje namreč vpliva na okolje, v katerem konstrukcija opravlja svojo osnovno funkcijo.
Prav temu je bil namenjen pomemben del predavanja na ZAG-u.
Toplotni cikli lahko spreminjajo hidromehanske lastnosti tal in gibanje vode v tleh. Razumevanje teh sprememb je zato pomembno za varno in učinkovito projektiranje energijskih geokonstrukcij.
Prof. Rosin-Paumier je predstavila raziskave vplivov termo-hidravličnih obremenitev predvsem na drobnozrnate zemljine. Raziskave so usmerjene v kvantifikacijo in napovedovanje sprememb, ki jih povzročajo ponavljajoče se temperaturne obremenitve.
Za gradbeno stroko je to pomembno predvsem zato, ker mora energetska funkcija konstrukcije ostati usklajena z njeno primarno geotehnično in konstrukcijsko funkcijo. Izmenjava toplote ne sme povzročiti takšnih sprememb v tleh ali konstrukciji, ki bi vplivale na njeno varnost in uporabnost.
Energijske geokonstrukcije tako povezujejo dve področji, ki sta bili tradicionalno obravnavani precej ločeno: geotehnično načrtovanje in energetsko oskrbo stavb.
Njihova prednost je predvsem možnost izkoriščanja konstrukcij, ki jih je zaradi potreb objekta tako ali tako treba zgraditi. Če je energetska funkcija vključena dovolj zgodaj v projektiranje, lahko temelji, piloti, predori in druge konstrukcije postanejo del sistema za ogrevanje in hlajenje.
Ob nadaljnjem razvoju in boljšem razumevanju vpliva temperaturnih ciklov na tla lahko energijske geokonstrukcije predstavljajo eno od rešitev za večjo energetsko učinkovitost, podnebno odpornost in trajnost grajenega okolja.
Vir: ZAG.SI