Transcript Termisk responstesting kontra varmeledningsevne målt i lab

Termisk responstesting
kontra
varmeledningsevne målt i lab
Heiko Liebel (NTNU), Bjørn Frengstad (NGU), Randi Kalskin Ramstad (AsplanViak) og Bjørge Brattli (NTNU)
NGU
seminar
2011
NGU seminar
2011,
Trondheim
Urban hydrogeologi

”Urban”: Alt som har med byer og bebyggelser i
tettsteder å gjøre

”Urban hydrogeologi”: Vannforsyning, vann og
avløp, forurensing, stabilitet av grunnen,
grunnvarme
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Grunnvarme

Fornybar energikilde
til oppvarming og
kjøling av bygninger.
Fig.1: Skisse over varmestrøm og
temperaturer i grunnen og
atmosfæren (mod. Banks, 2008)
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Grunnvarme



(Delvis) fornybar energikilde
Varmepumpeteknologi
Forskjellige løsninger:
a) Åpen løsning
b) lukket løsning
©NGU
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Grunnvarme
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Lukket løsning
Informasjon til riktig dimensjonering:
 Porøs eller sprekkeakvifer
 Løsmasseoverdekke
 Grunnvannsstrøm
 Borehullsmotstand
 Varmeledningsevne i grunnen (λ)
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Varmeledningsevne: Målemetoder
 Bergartsprøver (NGU lab)  sjekk databasen
= rimelig
 Termisk responstest  en test per prosjekt
= kostbart
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Forskningsspørsmål
 Bør en satse på varmeledningsevne målt i
bergarter til dimensjonering av et
grunnvarmeanlegg?
 Er termiske responstester fortsatt nødvendig?
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Bergartsprøver
 Måling av bergartsprøver fra Oslofeltet (1398 prøver
fra geologiske blotninger) på NGU lab.
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Bergartsprøver
 Svakheter og feilkilder:
a) tørre prøver er vannmettet i felt
b) termisk anisotropi i prøver avhengig av
foliasjonsretningen
c) systematiske feil under målingen
(dvs. estimat for volumet av
bergartsprøven o.l.)
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Termisk responstest
(TRT)
 67 TRTer i Oslofeltet
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
TRT
 Svakheter og feilkilder
a) varmetap og uønsket varmetilførsel
b) variabel strømforsyning
c) konveksjon av grunnvann i brønnen
d) horisontal grunnvannsbevegelse
...
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Varmeledningsevne
Fig.2: Sammenlikning av
varmeledningsevne målt med
TRT (grønn) og fra
bergartsprøver (rød) for 14
geologiske enheter fra Oslofeltet
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Varmeledningsevne
Fig.3: Statistisk sammenlikning av varmeledningsevne målt med TRT og fra bergartsprøver
for fire geologiske enheter i Oslofeltet (venstre) og frekvensfordeling av vanngiverevne i de
samme bergartsenhetene (høyre)
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Konveksjon
 Konveksjon i brønnen under TRT
 Ingen konveksjon i brønnen ellers
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Konveksjon
Fig.4: Sammenlikning mellom varmeledningsevner målt med TRT og fra
bergartsprøver for geologiske enheter i Oslofeltet. Lineær regresjon med 95
% konfidensinterval (stiplet linje).
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Konklusjon
 Store variasjoner av varmeledningsevnen innenfor
geologiske enheter pga:
 varierende mineralinnhold (TRT + bergarter)
 termisk anisotropi (TRT + bergarter)
 flere geologiske lag i samme borehullet (TRT)
 grunnvannsstrømning (TRT)
 konveksjon i brønnen (TRT)
 Begge metodene har svakheter, men TRT er nærmere
forholdene en har i borhullet med grunnvarmepumpe i drift!
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
Anbefalinger
 Enkelthus:
 bruk varmeledningsevnen fra en
database og bor noen ekstra meter
(borehullslengde basert på databaseverdi
+ 20 %)
 Kommersielle prosjekt:
 invester i TRT (kostnader 96 000 NOK
per TRT)
Bakgrunn
Metodikk
Resultater
Konklusjon
NGU seminar 2011, Trondheim
NGU seminar 2011, Trondheim