Transcript Geoenergi – REGEOCITIES i Karlstad

Geoenergi –
REGEOCITIES i Karlstad
Jessica Benson & Oskar Räftegård
SP
Karlstad
2014-09-30
Grundläggande om geoenergi
Byggnadens värmebehov
Fastighetsgräns
Användning
Återvinning
Behov
KÖPT ENERGI
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)
CLOSED SYSTEMS
BOREHOLE HEAT EXCHANGERS (BHE)
Heat transfer from ground to well or
viceversa by pressure difference (pumping)
Heat transfer from ground to BHE or
viceversa by temperature difference
Advantage:
Advantage:
High capacity with relatively low cost
No regular maintenance
Relatively high temperature level of
heat source/ low level of cold source
Safe
Disadvantage:
Can be used virtually everywhere
Disadvantage:
Maintenance of well(s)
Limited capacity per borehole
Requires aquifer with sufficient yield
Relatively low temperature level of heat
source/ high level of cold source
Water chemistry needs to be
investigated
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
Pumpflöde;
a/ 0,5 l/s
b/ 1,0 l/s
Vanlig brunn
Vid vattenuttag sjunker
vattennivån i brunnen
och dess närhet tills
dess att tillrinningen blir
lika stor som
pumpflödet.
a
b
vattenflöde
vattenflöde
Om pumpflödet minskar
så stiger vattennivån i
brunnen.
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/m3, °C
Bergtemperaturer
Borrhål
9
8
7
Borrhål
Temperatur
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
År
6
7
8
9
10
Källa: Göran Hellström
normallast för småhus
Temperaturvariation i bergbrunn
8
7
6
Fluidtemperatur
5
4
3
2
1
0
-1
-2
0
5
10
15
År
20
25
Källa: Göran Hellström
Värmetillförsel
Värmetillförsel på kort sikt
Värmetillförsel på långt sikt
Bergtemperaturer
9
Borrhål
8
4m
7
10 m
Temperatur
6
20 m
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
År
6
7
8
9
10
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
Bergtemperaturer
9
Borrhål
8
4m
7
10 m
Temperatur
6
20 m
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
År
6
7
8
9
10
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
1
2
3
4
5
6
7
8
Ger:
avst
18-22
18-22
18-22
18-22
28-32
28-32
28-32
28-32
effekt
7
7
7
7
7
7
7
7
44 meter extra
Temperatursänkning 3000
7 kW
125 meter
Granne
Ger:
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)
25 (28) meter extra
Temperatursänkning 3000
7 kW
125 meter
Granne
1
2
3
4
5
6
Ger:
avst
18-22
18-22
18-22
18-22
18-22
18-22
effekt
7
7
7
7
7
7
40 meter extra
Temperatursänkning 3000
7 kW
125 meter
Granne
1
2
3
4
5
6
avst
18-22
18-22
18-22
18-22
18-22
18-22
effekt
7
7
7
7
7
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