Geoenergi REGEOCITIES i Karlstad Jessica Benson & Oskar Räftegård SP Karlstad 2014-09-30
Grundläggande om geoenergi
Byggnadens värmebehov Fastighetsgräns KÖPT ENERGI Användning Återvinning Behov Energiförlust
Effekt och energi Effekt (kw) Energi (kwh) Effekt: kortsiktig påverkan på borrhål Energi: långsiktig påverkan på borrhål
Dimensionering av energibrunn Värmepump: Äldre: ca 60% effekt, 90% energi, SPF 3-3,5 Idag: högre effekttäckning (100%?), SPF 3,5-4,0 Äldre typvilla Behov: 20 000 kwh värme Geoenergi äldre: 11 000 kwh/år Geoenergi ny: 15 000 kwh/år Behov
SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Horizontal ground heat exchangers 1.2-2.0 m depth (horizontal loops) Borehole heat exchangers 10-250 m depth (vertical loops) Energy piles 5-45 m depth Ground water wells 4 - >50 m depth Water from mines and tunnels Methods using a heat exchanger inside the ground are also called closed systems, methods producing water from the ground and having a heat exchanger above ground are called open systems. Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 6
SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Horizontal ground heat exchangers 1.2-2.0 m depth (horizontal loops) Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 7
SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Borehole heat exchangers 10-250 m depth (vertical loops) Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 8
SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Energy piles 5-45 m depth Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 9
SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Ground water wells 4 - >50 m depth Water from mines and tunnels Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 10
SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION Open systems and closed systems Advantages and disadvantages OPEN SYSTEMS GROUNDWATER WELLS (UTES) Heat transfer from ground to well or viceversa by pressure difference (pumping) Advantage: High capacity with relatively low cost Relatively high temperature level of heat source/ low level of cold source Disadvantage: Maintenance of well(s) Requires aquifer with sufficient yield Water chemistry needs to be investigated CLOSED SYSTEMS BOREHOLE HEAT EXCHANGERS (BHE) Heat transfer from ground to BHE or viceversa by temperature difference Advantage: No regular maintenance Safe Can be used virtually everywhere Disadvantage: Limited capacity per borehole Relatively low temperature level of heat source/ high level of cold source Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 11
Brunn enligt normbrunn Tätning mot markytan: Foderrör av stål -Minst 6 meter -Minst 2 meter i fast berg Hindrar bl.a.: -Ytliga föroreningar/gödsel -Artesiskt flöde
Kollektor: enkelt U-rör
Film Borrning Kollektor Brunn
Temperaturen i marken
Vertikalt och horisontellt flöde Bergrunden har normalt dålig vattenföring. Vattnet rör inte så mycket på sig i berget, jämfört grus, sand, etc. Dh
Termisk hävert
Varifrån kommer bergvärmen? Äldre typvilla Behov: 20 000 kwh värme Geoenergi äldre 11 000 kwh/år Geoenergi ny: 15 000 kwh/år Behov
Vanlig brunn Pumpflöde; a/ 0,5 l/s b/ 1,0 l/s Vid vattenuttag sjunker vattennivån i brunnen och dess närhet tills dess att tillrinningen blir lika stor som pumpflödet. Om pumpflödet minskar så stiger vattennivån i brunnen. vattenflöde a b vattenflöde Källa: Göran Hellström
Köldbärare -3 C +0 C Värmeuttag 40 W/m Borrhåls vägg: +2,5 C Ostörd mark +8,5 C Källa: Göran Hellström
Värmetillförsel till borrhål Värmetillförsel på kort sikt
Bergets termiska egenskaper Värmeledning : 3-4 W/m (utom Skåne) Värmekapacitet: 0,6 kwh/m 3, C
Temperatur Bergtemperaturer 9 Borrhål 8 7 Borrhål 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 År Källa: Göran Hellström normallast för småhus
Fluidtemperatur Temperaturvariation i bergbrunn 8 7 6 5 4 3 2 1 0-1 -2 0 5 10 15 20 25 År Källa: Göran Hellström
Värmetillförsel Värmetillförsel på kort sikt Värmetillförsel på långt sikt
Temperatur Bergtemperaturer 9 8 7 6 5 Borrhål 4 m 10 m 20 m 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 År Källa: Göran Hellström, modifierad normallast för småhus
Värmetillförsel Antal år innan marktemperaturen sänkts med 0,8 C. Borrhålsdjup 110 m Uttag 150 kwh/m/år
Värmetillförsel 10 meter radie Antal år innan marktemperaturen sänkts med 0,8 C. Borrhålsdjup 110 m Uttag 150 kwh/m/år
Värmetillförsel vid 10 meter radie 10 meter radie
Temperatur Bergtemperaturer 9 8 7 6 5 Borrhål 4 m 10 m 20 m 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 År Källa: Göran Hellström, modifierad normallast för småhus
Termisk influens mellan 2 borrhål Sänker bergets medeltemperatur på lång sikt mer än om brunnen varit helt friliggande
Termisk influens Endast det årliga nettouttaget av energi ur marken påverkar grannen Variationen under året är inte märkbar Nettouttaget kan minskas genom återladdning Temperatursänkningen väsentligen proportionell mot nettouttag per meter borrhål Genom att borra djupare kan man kompensera för grannpåverkan
Ökad köpt energi pga termisk influens Beräkningsexempel 1: Termisk influens motsvarande 1 C sänkning medför att värmepumpens effekt sänks med ca 3-4 %, vilket vid dellast kan kompenseras med 3-4 % längre driftstid. 0,25-0,3 grader i medeltal, ger ca 1 % längre driftstid på värmepump Befintlig VP: Värme 6 kw * 4000 timmar = 24000 kwh/år Värmefaktor 3 ger elförbrukning värmepump 8000 kwh/år Ökad elförbrukning 1 % uppskattas till 80 kwh/år Källa: Göran Hellström, fallstudie Grönstensyxan
Ökad köpt energi pga termisk influens Beräkningsexempel 2: Termisk influens motsvarande 1 C sänkning medför att värmepumpens effekt sänks med ca 4%, vilket vid dellast kan kompenseras med 4 % längre driftstid. Temperatursänkning 2-3 C, får till följd att vid utetemperatur under ca -3 till -5 C kommer värmepumpen att gå hela tiden. Elpatronen kommer att gå in vid en något högre lufttemperatur. Ökad elförbrukning uppskattas till ca 300-500 kwh/år Källa: Göran Hellström, fallstudie Grönstensyxan
Temperatursänkning 3000
Temperatursänkning 3000 7 kw 125 meter Granne avst effekt 1 18-22 7 2 18-22 7 3 18-22 7 4 18-22 7 5 28-32 7 6 28-32 7 7 28-32 7 8 28-32 7 Ger: 44 meter extra
Temperatursänkning 3000 7 kw 125 meter Granne avst effekt 1 18-22 7 2 18-22 7 3 28-32 7 4 38-42 7 5 38-42 7 6 42-50 7 7 42-50 7 8 (42-50) (7) Ger: 25 (28) meter extra
Temperatursänkning 3000 7 kw 125 meter Granne avst effekt 1 18-22 7 2 18-22 7 3 18-22 7 4 18-22 7 5 18-22 7 6 18-22 7 Ger: 40 meter extra
Temperatursänkning 3000 7 kw 125 meter Granne avst effekt 1 18-22 7 2 18-22 7 3 18-22 7 4 18-22 7 5 18-22 7 6 18-22 7 7-12 38-42 7 Ger: 60 meter extra
Diskussionsfrågor Tätt mellan husen Hur göra i trånga områden? Nytt område, det saknas ännu verklig granne. Hur göra? Vad händer när folk byter till ny större pump? Bostadsrättsförening som vill borra två brunnar nära varandra.
Diskussionsfrågor Risk för läckage till dricksvattenbrunn Enskild brunn Kommunal dricksvattentäkt Saltinträngning Säkerhetsavstånd? Krav på tätning? Riskhantering under själva borrningen? Andra krav?
www.regeocities.eu