Budownictwo
Drogi
Energetyka
Geoinżynieria
Hydrotechnika
Inż. Bezwykopowa
Kolej
Mosty
Motoryzacja
Tunele
Wod-Kan
Ustalono, że transformacja energetyczna jest absolutną koniecznością w obliczu zmian klimatu, dlatego niezbędne staje się podjęcie realnych działań i wykorzystanie osiągnięć techniki, które umożliwią przybliżenie się do oczekiwanych rezultatów wprowadzanych zmian w kluczowych obszarach gospodarki. Branża drogowa również podjęła działania w tym zakresie, proponując technologie wspierające globalne przemiany energetyczne, m.in. drogi wyposażone w ogniwa fotowoltaiczne czy instalacje piezoelektryczne. Jednym z rozwiązań w tym zakresie jest opracowana przez Eurovię technologia Power Road®.
Power Road® – prosta i innowacyjna koncepcja
Power Road® to konstrukcja drogowa, która oprócz podstawowych funkcji związanych z mobilnością może generować i wykorzystywać energię cieplną pochodzenia słonecznego i geotermalnego w celu zaspokojenia lokalnych potrzeb. Power Road® opiera się na prostym założeniu: nawierzchnie dróg i parkingów wykonane z mieszanek mineralno-asfaltowych z uwagi na swój ciemny kolor (ciemnoszary lub czarny) doskonale absorbują energię promieniowania słonecznego. To sprawia, że nawierzchnia się nagrzewa (temperatura w okresie letnim może osiągnąć nawet 60 °C na powierzchni), umożliwiając pobór z niej energii cieplnej. Pomiary potwierdziły, że potencjał wychwytywania słonecznej energii cieplnej przez czarną nawierzchnię asfaltową waha się od 150 do 250 W/m2 przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym od 250 do 1000 W/m2, w zależności od położenia geograficznego i pory roku. W naszym kraju roczna suma godzin słonecznych zawiera się w granicach od 1300 do 1900 godzin. Średnie roczne usłonecznienie wynosi 1600 godzin, co stanowi ok. 18,2% całego roku, kiedy możliwe jest wykorzystanie promieniowania słonecznego do celów energetyki słonecznej. W Polsce roczna suma nasłonecznienia wynosi średnio 990 kWh/m2. W półroczu letnim uzyskiwane jest ok. 77% rocznej energii promieniowania, natomiast w półroczu zimowym (od października do kwietnia) 23%. Technologia Power Road® pozwala na gromadzenie energii słonecznej za pomocą wbudowanych w nawierzchnię wymienników ciepła, którymi jest gęsta sieć rurek polipropylenowych (ryc. 1).
W ten sposób pozyskuje się energię latem, jednak zapotrzebowanie na energię cieplną jest znacznie wyższe zimą niż latem, co sprawia, że sezonowe magazynowanie jest kluczowym aspektem tej technologii. W przypadku opóźnionego wykorzystania energii w sezonie zimowym ciepło wychwycone przez system powierzchniowy jest przesyłane w głąb ziemi za pomocą pionowych sond geotermalnych do magazynowania, które może trwać nawet od lata do zimy. W zależności od warunków atmosferycznych panujących w danej porze roku oraz od zapotrzebowania system pełnić może różne funkcje, takie jak:
- zabezpieczenie potrzeb grzewczych budynków mieszkaniowych, biurowych, obiektów przemysłowych lub użyteczności publicznej;
- wykorzystanie ciepła z gruntu w celu odladzania / odśnieżania nawierzchni, ograniczając przy tym posypywanie dróg solą;
- obniżanie temperatury nawierzchni latem, likwidując przy tym miejskie wyspy ciepła;
- wspomaganie systemu chłodzenia budynków przez przyjęcie ciepła z kubatury i odprowadzenie do wymienników gruntowych.
Wielofunkcyjny system Power Road® zawiera przynajmniej trzy ośrodki, pomiędzy którymi następuje wymiana ciepła. Pierwszym z nich jest nawierzchnia drogowa, drugim ośrodek gruntowy (DZ), a trzecim obiekt budowlany z zapotrzebowaniem na ciepło / chłód. Schemat działania termoaktywnego systemu przedstawiono na rycinie 2.
Pierwsze wdrożenie Power Road® w Polsce
Istotnym elementem technologii Power Road® jest odpowiedni dobór oraz wykonawstwo poszczególnych elementów składowych, a następnie połączenie ich w jeden spójny system. Pierwsza instalacja wykorzystująca opisane rozwiązanie ogrzewania budynku oparte na technologii pomp ciepła z dwoma dodatkowymi źródłami – gruntowym oraz Power Road® – została wykonana przez firmę Eurovia w województwie podkarpackim. Instalacja ta służy do zaspokajania potrzeb grzewczych budynku pełniącego funkcję biurowca, laboratorium i warsztatu (ryc. 3).
Budynek został połączony za pomocą sieci przewodów z instalacją Power Road® znajdującą się na przylegającym parkingu o powierzchni 280 m2 oraz z siecią 21 gruntowych wymienników ciepła, każdy o długości 100 m. Zaproponowane rozwiązanie zaprojektowano w trzech trybach pracy (letnim, zimowym i przejściowym) w zależności od warunków atmosferycznych. Dobór liczby dolnych źródeł ciepła, rodzaju i liczby pomp wymagał wykonania oddzielnego opracowania technicznego zapotrzebowania na moc grzewczą oraz chłodniczą dla projektowanego obiektu. Do prawidłowego wymiarowania systemu niezbędne było również poznanie parametrów gruntu. Wykonano odwierty geologiczne oraz test reakcji termicznej ośrodka gruntowego. Kluczowym elementem prawidłowego działania systemu Power Road® było zbudowanie nawierzchni funkcyjnej. W tym celu na przygotowanym wcześniej podłożu wykonano podbudowę z mieszanki niezwiązanej, ułożono warstwę podbudowy i warstwę wiążącą z mieszanki mineralno-asfaltowej. To właśnie w warstwie wiążącej AC 16 W wykonano rowki, w których ułożono rurki. Zainstalowane rurki wypełniono czynnikiem i zabezpieczono warstwą ochronną AC 8 S PmB 45/80-80, która ułożona na grubość 2 cm odgrywa w konstrukcji nawierzchni rolę warstwy przeciwspękaniowej. Finalnie ułożono warstwę ścieralną AC 11 S PmB 45/80-80 o grubości 4 cm. Etap realizacji Power Road® przedstawiono na rycinie 4.
Instalacja została wyposażona w zaawansowane systemy pomiarowe umożliwiające precyzyjne zarządzanie temperaturą gruntowego źródła ciepła oraz temperaturą nawierzchni drogowej. Każdy z przewodów posiada monitoring temperatury czynnika wprowadzanego i wyprowadzanego z danego wymiennika ciepła, a sam ośrodek gruntowy został wyposażony w niezależne czujniki temperatury na głębokości do 100 m p.p.t. System Power Road® posiada czujnik temperatury nawierzchni na głębokości ułożenia wymienników, zapewniając monitoring dostępności energii cieplnej. Cały system jest zarządzany za pomocą systemu umożliwiającego jak najefektywniejsze zarządzanie energią cieplną przez cały rok oraz wypracowanie najdogodniejszego rozwiązania dla przyszłych klientów systemu.
Podsumowanie
Technologia wymienników ciepła zamontowanych w nawierzchni drogowej i połączonych z siecią grzewczą opartą na pompach ciepła stanowi odpowiedź na rosnące potrzeby w zakresie nowoczesnych systemów ogrzewania budynków. Zmieniające się podejście krajów rozwiniętych do ochrony środowiska wymusza stosowanie nowych technologii, które ograniczają zużycie surowców naturalnych i redukują ślad węglowy. Technologia Power Road® poprawia efektywność systemów grzewczych opartych na pompach ciepła, umożliwiając jednocześnie wykorzystanie nawierzchni drogowej nie tylko do celów komunikacyjnych, ale także jako źródła ciepła. Te cechy sprawiają, że system Power Road® stanowi ekologiczne źródło ciepła, efektywnie wspomagając tradycyjne systemy ogrzewania.
Kontakt: Oliwia Merska
