Atėjus pavasariui ir pasibaigus šildymo sezonui, apie šilumą imama galvoti vis rečiau. Tačiau mokslininkai primena – šiluma yra ne tik sezoninis poreikis, bet ir svarbus energijos resursas, kurį galima išsaugoti ir panaudoti tada, kai labiausiai reikia. KTU tyrėjai atrado inovatyvų sprendimą, kuris slypi po mūsų kojomis – tai gruntas, kurį siūloma paversti efektyvia energijos talpykla.
Atėjus pavasariui ir pasibaigus šildymo sezonui, apie šilumą imama galvoti vis rečiau. Tačiau mokslininkai primena – šiluma yra ne tik sezoninis poreikis, bet ir svarbus energijos resursas, kurį galima išsaugoti ir panaudoti tada, kai labiausiai reikia. Kauno technologijos universiteto (KTU) tyrėjai atrado inovatyvų sprendimą, kuris slypi po mūsų kojomis – tai gruntas, kurį siūloma paversti efektyvia energijos talpykla.
KTU nuotr.
KTU Statybos ir architektūros fakulteto profesorius dr. Tadas Ždankus su kolegomis jau kelerius metus tiria, kaip žemė gali būti naudojama ne tik statybai, bet ir šilumos kaupimui. Šiais tyrimais siekiama sukurti gruntinį šilumos akumuliatorių, kuris leistų perteklinę energiją saugoti po žeme ir išnaudoti ją tada, kai labiausiai reikia.
„Mūsų tikslas buvo išsaugoti šilumą, kuri įprastai tiesiog išsisklaido į gruntą kaip nuostolis, paversti ją naudingu energijos šaltiniu“, – teigia mokslininkas. Šilumos kaupimo galimybės po žeme
Požeminio šilumos akumuliatoriaus idėja prof. T. Ždankaus komandai kilo tiriant, kaip vėjo energiją būtų galima panaudoti ne elektros, o šilumos gamybai. Vietoje įprasto generatoriaus buvo panaudota hidraulinė sistema. Būtent tada paaiškėjo, jog vadinamieji hidrauliniai nuostoliai, paprastai laikomi neefektyvumo ženklu, iš tiesų reiškia generuojamą šilumą.
„Hidrauliniai nuostoliai, su kuriais taip intensyviai kovojama, buvo ne kas kita, kaip generuojama šiluma“, – pasakoja profesorius. Tačiau dalis išgautos šilumos buvo prarandama, kol pasiekdavo pastatą. „Iškilo klausimas – kaip ne tik sumažinti šilumos nuostolius į gruntą, bet ir šią šilumą sukaupti bei išlaikyti panaudojimui, tada, kai jos reikia“, – papildo T. Ždankus.
Kad suprastų, ar tai įmanoma, mokslininkai atliko bandymus su dirbtiniu šilumos šaltiniu, įrengtu paviršiniuose žemės sluoksniuose, kur buvo matuojama, kaip temperatūra pasiskirsto, kokiu greičiu sklinda bei kaip ilgai išlieka. Viename iš jų gruntas buvo įkaitintas tiek, kad jame esantis vanduo ėmė garuoti – pasiektas vadinamasis fazinis virsmas, kai skystis tampa garais.
„Fazinis virsmas yra labai efektyvus energijos kaupimo būdas – į akumuliatorių galima patalpinti ženkliai didesnius energijos kiekius“, – aiškina KTU profesorius.
Kai garai juda per gruntą, jie paskirsto šilumą platesniame plote. „Pastebėjome, kad temperatūra smarkiai pakyla toje vietoje, kur pasiekia garų srautas. Tai reiškia, kad energija aktyviai sklinda – galima ją valdyti“, – sako KTU profesorius.
Tai gali būti naudinga centralizuoto šildymo tinklų darbo balansavimui, elektros tinklų perkrovų atvejais. „Taip pat galimas ir individualaus panaudojimo termo-akumuliatorių įrengimas po gyvenamaisiais pastatais, gatvėmis ar automobilių stovėjimo aikštelėmis“, – teigia T. Ždankus.
Visa tai rodo, kad šilumos kaupimas po žeme gali būti daug efektyvesnis nei iki šiol manyta. Ir ne tik šildymui – panašus principas galėtų būti taikomas ir šalčio saugojimui. „Galimos ir šalčio ar vėsumos gruntinio tipo talpyklos“, – priduria KTU ekspertas. Gruntiniai akumuliatoriai mažins šilumos praradimą
Kai paaiškėjo, kad šiluma gali būti sėkmingai kaupiama grunte, tyrėjai ėmė gilintis į atradimo praktinį pritaikymą. Jie siekė išsiaiškinti, ar gruntas po pastatais gali veikti kaip pasyvi šilumos saugykla – išnaudojant tai, kad šiluma iš pastato natūraliai keliauja į žemę.
„Tyrimai buvo pradėti laboratorijoje. Padarytas pirminis gruntinio akumuliatoriaus atitikmuo. Lygiagrečiai pagamintas stendas tirti šilumos sklaidą grunte, matuojant grunto temperatūras įvairiuose taškuose, įskaitant ir grunto paviršių, ir atmosferą“, – pasakoja KTU ekspertas dr. T. Ždankus.
Buvo tiriama, kaip ilgai gruntas gali išlaikyti šilumą ir kaip greitai sugrįžta į įprastą būseną. Tai padėjo įvertinti, ar toks šilumos saugojimas gali būti patikimas ilgalaikiam naudojimui.
Į tyrimus buvo įtraukti ir KTU magistrantai, o matavimai ir skaičiavimai truko visus metus – tai leido stebėti sezoniškumą ir palyginti duomenis su statistiniais rodikliais. „Temperatūrų matavimai apėmė vienerių metų laikotarpį. Natūralus sezoninis grunto temperatūrų kitimas leido apibrėžti kelias tendencijas“, – dalinasi profesorius.
Papildomai buvo atlikta skaitinių simuliacijų – buvo apskaičiuoti galimi šilumos nuostoliai bei šilumos kaupimo galimybės grunte po pastatu. „Nustatyta, kad net pasyvus atskirtos grunto talpos, įrengtos po pastatu, panaudojimas leidžia sumažinti šilumos praradimus bei padidinti pastato energetinį efektyvumą.
Mažesni šilumos nuostoliai reiškia mažesnį energijos kiekį pastato šildymui, o tai reiškia, kad taupoma energija. Jeigu šilumai gauti yra deginamas iškastinis kuras arba biokuras, toks sprendimas gali sumažinti ir į atmosferą išmetamo anglies dioksido kiekius“, – sako T. Ždankus.
Kad grunto talpyklos taptų realiai pritaikomos, tyrėjai jau dabar laboratorijoje kuria sumažintus prototipus ir ieško būdų, kaip efektyviau valdyti šilumos sklaidą. Pasak T. Ždankaus, technologija toliau vystoma kartu su skirtingų sričių specialistais: gruntų inžinieriais ir energetikos ekspertais. Artimiausiuose planuose – egzistuojančių gręžinių, polių ir kitų šilumos mainų sprendimų integracija, siekiant padaryti šią inovaciją prieinamą tiek pramonei, tiek gyvenamajam sektoriui.
Straipsnį „Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation“ galima rasti čia.
