POMPY CIEPŁA. Wykład XIII. Grunt jako dolne źródło ciepła. Wymienniki pionowe, sondy

Wykład XIII Grunt jako dolne źródło ciepła . Wymienniki pionowe, sondy

Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Zakład Chłodnictwa i Systemów Klimatyzacyjnych

POMPY CIEPŁA

Wymiennik pionowy korzysta z z trzech warstw

 W głębszych warstwach ziemi (powyżej 15m) akumulowana jest energia

pochodząca zarówno z promieniowania słonecznego, jak i od wnętrza ziemi. Jest to tzw. Warstwa neutralna.

Pompy ciepła 2

Z reguły, temperatura wzrasta co 100 m o 1,5-3 K.

Warstwa wgłębna

 Z powodu małego udziału gęstości strumienia ciepła pochodzącego z wnętrza Ziemi(0,04 do 0,12 W/m2), jego udział w bilansie cieplnym warstw powierzchniowych gruntu jest niewielki–

jest praktycznie pomijany;

 Poniżej warstwy neutralnej, na każde 100 m

wzrost temperatury gruntu wynosi od ok.1,5 do 3 K;

 Poniżej głębokości 25 m i do 100 m zwiększa się udział oddziaływania ciepła geotermalnego;

 Powyżej 100 m głębokości –podstawowe znaczenie ma oddziaływanie strumienia geotermalnego zawartego w gruncie.

Pompy ciepła 3

Na głębokości 100 m temperatura wynosi ok.

12 °C, na głębokości 200 m, ok. 15 °C.

Pompy ciepła 4

GRUNT

wymiennik pionowy



Energia gruntu też musi zostać odnowiona !



Przepływ ciepła z wnętrza ziemi wynosi ok. 0,04 – 0,15 W/m2.



W wymiennikach pionowych następuje to poprzez: przewodzenie oraz konwekcję ciepła w gruncie.



wymiana ciepła przez konwekcję polega na przekazywaniu ciepła

przez przepływające w gruncie wody podziemne).

Dla wymienników pionowych- ważna wilgotność !



współczynnik przewodzenia ciepła gruntu: λ [W/(mK)]



współczynnik dyfuzyjności cieplnej: α [m2/s]



współczynnika filtracji: ν [m/s]–zdolność przesączania się wody w gruncie.



Wysokie ryzyko wyeksploatowania gruntu przy nieumiejętnym zaprojektowaniu wymiennika pionowego gruntowego



Głębokość



Odstęp sond



Czas pracy



Temperatura wlotowa glikolu



Średnica rury, natężenie przepływu, prędkość itd..

 Strumień odbieranego ciepła (?)

Pompy ciepła 5

Pompy ciepła 6

Niezakłócony Profil temperatury gruntu w różnych punktach pomiarowych polski

Pompy ciepła 7

Leje temperaturowe pracujących odwiertów

Pionowy rurowy wymiennik gruntowy

Pompy ciepła 8

Pompy ciepła 9

Wymiennik typu U-początki

 Najbardziej popularny wymiennik typu U.

 wynika to z jego prostoty.

 Można go wykonać z długiej rury polietylenowej złożonej wpół o średnicy od 20 do 60mm.

 Na rynku w ofercie dostępne są gotowe wymienniki, najczęściej w kształcie podwójnej litery U.

 W celu zamontowania sondy należy wykonać otwór wiertniczyo średnicy . 200 - 220 mm

Rys. Pojedyncza rura gruntowa.

1.– wierzchnia warstwa gruntu, 2. – wymiennik rurowy,

3. – wypełnienie odwiertu, 4. – grunt rodzimy.

Po wprowadzeniu wymiennika do wnętrza odwiertu, wszystkie puste przestrzenie pomiędzy rurami i gruntem należy wypełnić materiałem o dobrej

przewodności ciepła . W najprostszym wykonaniu, po umieszczeniu rur po prostu otwór zasypuje się gruntem lub piaskiem

. ?

U - rura.

 Typowo w takim wymienniku strumień objętościowy czynnika

 roboczego wynosi 1,8 m 3/h (0,5 l/s) i zapewnia różnicę temperatur na

wlocie i wylocie z wymiennika

 ΔT = 3- 4 K

Pompy ciepła 10

Pompy ciepła 11

Grunt –typy wymienników

 Współosiowe wymienniki gruntowe – „rura w rurze”

(ang. Coaxial Borehole Heat Exchanger – CBHE).

Pompy ciepła 12

Pompy ciepła 13

Pompy ciepła 14

Grunt –typ wymienników

Pompy ciepła 15

Pompy ciepła 16

Sondy geotermalne

Wymiennik typu U w formie

zintegrowanej

Pompy ciepła 17

Układy sond pionowych do maksymalnej głębokości około 200 m, standardowo 100 – 120 mb. Zgodnie z obowiązującymi przepisami.

Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r.

- Prawo geologiczne i górnicze

Sondy pionowe

Pompy ciepła 18

SONDA

W przypadku podłoża przewodzącego wodę,

sondy powinny być ułożone poprzecznie do kierunku przepływu wody gruntowej.



Odległości pomiędzy dwiema sondami zależą od głębokości ich położenia:



do 100m głębokości min. 5m,



powyżej 100m głębokości min. 6m



Wydajność poboru z takiego źródła zależy głównie od rodzaju materiału

geologicznego znajdującego się na danym terenie oraz czasu eksploatacji instalacji w ciągu roku.



Pompy ciepła 19

Pompy ciepła 20

Moc sondy

Specyficzna wydajność poboru [W/m]

 Żwir, piasek suchy

< 20

 Żwir, piasek wodonośny 55-65

 Glina wilgotna 30-40

 Wapień (masywny) 45-60

 Piaskowiec 55-65

 Kwaśne skały magmowe (np. granit)

Pompy ciepła 21

Pompy ciepła 22

Badanie rozkładu temperatury w sondzie

Pompy ciepła 23

Współosiowe wymienniki gruntowe – „rura w rurze”

(ang. Cupiał Borneol Heat Exchanger – CBHE).

Pompy ciepła 24

Maksymalizacja

wartości temperatury wylotowej solanki

Pompy ciepła 25

Sonda typu U, sonda Trójrurowa , sonda podwójna

Pompy ciepła 26

Sonda podwójna,

izolowana, zintegrowana

Sondy Trapezoidalne

Pompy ciepła 29

Pompy ciepła 30

Opór cieplny sondy gruntowej może być określony z zalezniości

q=(Tf−Tb)Rb ⁽¹⁾

gdzie:

Tf is the mean temperature of the heat carrier fluid in the legs of the U-tube (K),

Tb is the temperature on the borehole wall (K), Rb is the borehole thermal resistance (W/m⋅K),

q is a specific heat rate (heat transfer rate per unit length of borehole) (W/m).

The borehole heat exchanger consists of three components: (1) fluid, (2) pipe, and (3) grout material. The borehole resistance can be expressed as shown in the following equation:

Rb=Rf+Rp+Rg (2)

(

Rf is fluid thermal resistance (W/m·K), Rp is pipe wall thermal resistance, and

Rg is grout thermal resistance (W/m⋅K).

Trapezoidalny wymiennik gruntowy

Pompy ciepła 31

Sonda wielorurowa

Pompy ciepła 32

Sondy izolowane

Montaż sond gruntowych

 Montaż sond gruntowych rozpoczyna się od ich wytrasowania w terenie. Zgodnie z wytycznymi PORT PC minimalna odległość sondy pionowej od innych obiektów, urządzeń i uzbrojenia terenu wynosi:

 - 3,0m od granicy posesji

 - 1,5m od fundamentu budynku, sieci wodociągowej, kanalizacyjnej, deszczowej, elektrycznej, gazowej, ciepłowniczej czy telekomunikacyjnej

 - 1,5m od drzew o głębokich korzeniach licząc od osi sondy do korony drzewa (to bardzo kontrowersyjny przepis z uwagi na trudność w ustaleniu położenia samej korony, drzewa zmieniają swoje rozmiary z wiekiem)

Pompy ciepła 34

1. Planowanie otworów

Pompy ciepła 35

Minimalne odległości między samymi sondami zależą od ich głębokości i wynoszą:

- 6m dla sond o głębokości <70m

- 8m dla sond o głębokości od 70-100m

Dla sond o większej głębokości >100m minimalna odległość powinno się wyznaczyć na

podstawie geotechnicznej analizy gruntu. Zalecany odstęp minimalny nie powinien być mniejszy niż 8% głębokości.

Położenie poszczególnych sond wyznacza się najczęściej metodą trójkątów aby ograniczyć ilość niezbędnego miejsca.

Rys. Przykładowe rozmieszczenie sond

gruntowych metodą trójkątów.

Strzałką oznaczono kierunek przepływu wody gruntowej.

Kierunek wód gruntowych

 Planowanie miejsca usytuowania otworów wiertniczych należy prowadzić na podstawie aktualnej mapy geodezyjnej uwzględniającej uzbrojenie terenu.

 Dodatkowo należy zwrócić uwagę na kierunek przepływu wód gruntowych.

Problem ten może sie pojawić w przypadku sond przebijających warstwy wodonośne, przy dodatkowo nachylonym terenie.

 ierunek przepływu wód podziemnych może być dostępny na mapach geodezyjnych zawierających tzw. hydroizohipsy, czyli linie łączące ze sobą równe wysokości hydrauliczne warstwy wodonośnej. Kierunek przepływu wód podziemnych jest do nich prostopadły.

Pompy ciepła 36

Pompy ciepła 37

Rys. Mapa hydrogeologiczna regionu Ziębice. ozn. 1 – otwór dokumentowany (ujęcie wody), 2 – otwory hydrogeologiczne innych ujęć, 3 – linia przekroju hydrogeologicznego, 4 – granica

występowania międzyglinowej jednostki hydrogeologicznej (dolina kopalna), 5 – hydroizohipsy poziomu międzyglinowego przy eksploatacji ujęcia Q = 20 m3 /h, 6 – kierunki spływu wód podziemnych, 7 – dział wód podziemnych, 8 – granica spływu wody do ujęcia, 9 – obszar zasobowy ujęcia (wyznaczony 25-letnim czasem dopływu wody do ujęcia).

Pompy ciepła 38

Grunt

Kierunek przepływu wód gruntowych

2. Prace przygotowawcze. Na teren odwiertu trzeba czymś dojechać !

 Do wykonania samej płuczki należy

zapewnić dostęp do wody wodociągowej o wydajności min. 50l/min. Generalnie najbezpieczniej jest wykonywać prace wiertnicze na etapie budowy samego budynku

Pompy ciepła 39

Fot. Wiertnica T26 Beretta gąsienicowa.

Wiercenie otworów pod sondy gruntowe wymaga użycia ciężkiego, specjalistycznego sprzętu w postaci wiertnic mechanicznych gąsienicowych lub zamocowanych na samochodach ciężarowych.

- minimalna szerokość drogi dla wiertnic wynosi:

- 1,5m dla wiertnic gąsienicowych

- 2,5m dla wiertnic osadzonych na samochodach ciężarowych

Pompy ciepła 40

Sonda

3 Wykonanie otworu

 Otwory pod sondy gruntowe wykonuje się podobnie jak studnie głębinowe, z tą różnicą, że w studniach stosowane jest rurowanie otworu, podczas gdy otwory pod sondy gruntowe pozostają nieorurowane. Zabezpieczenie otworu przed

przenikaniem wód gruntowych stanowi pasta bentonitowa, podawana razem z płuczką.



 Otwory mogą być wykonywane na kilka sposobów, z których najpopularniejsze, to:

 A. Wiercenie na płuczkę

 B. Wiercenie na tzw. "dolny młotek"

 C. Metody mieszane na płuczkę i dolny młotek

 D. GeoJetting - wiercenie przy użyciu wysokiego ciśnienia

Pompy ciepła 41

A. Wiercenie na płuczkę

 Jest najczęściej stosowaną metodą wiercenia w gruntach o średniej twardości.

 Wymaga wykonania wykopu tzw. "wanny" obok otworu wiertniczego i przygotowania w nim płuczki tzn. roztworu wody z materiałem uszczelniającym w postaci bentonitu z dodatkiem polimerów.

 Bentonit wiertniczy zawiera minerał o nazwie montmorylonit, o dużej zdolności pęcznienia pod wpływem wody, dobrej

tiksotropowości.

 Długi czas po mieszaniu pozostają w stanie zawieszonym co sprzyja usuwaniu urobka razem z płuczką.

 Bentonit sprzedawany jest w workach po 25 kg.

Przygotowanie roztworu polega zwykle na wsypaniu określonej ilości mieszanki do wykopu z jednoczesnym

podawaniem wody w celu szybkiego wymieszania roztworu.

Ilość mieszanki w % decyduje o lepkości płuczki, dlatego należy ściśle przestrzegać zaleconych norm.

Pompy ciepła 42

Pompy ciepła 43

Pomiędzy wykopem a wiertnicą należy wykonać rów odwadniający którym

w sposób grawitacyjny płuczka z urobkiem będzie spływać z powrotem do wykopu, tworząc układ zamknięty. Nadmiar urobku w postaci szlamu należy okresowo

usuwać, aby nie zakłócać krążenia płuczki.

Metody wiercenia z płuczką można dalej dzielić na:

- wiercenie obrotowe z prawym obiegiem płuczki

- wiercenie obrotowe z lewym (odwrotnym) obiegiem płuczki

Bardziej popularne w pompach ciepła jest wiercenie z prawym obiegiem

płuczki, gdzie płuczka podawana jest do otworu poprzez głowicę wiercącą

i wypływa z niego w przestrzeni między głowicą a otworem.

Pompy ciepła 44

Rys. Schemat prawego obiegu płuczki wiertniczej z zastosowaniem tłokowej pompy płuczkowej: 1 – zbiornik płuczki (wanna), 2 – tłokowa pompa płuczkowa, 3 – głowica płuczkowa, 4 – przewód płuczkowy, 5 – świder, 6 – koryto odpływowe

Wiercenie rozpoczyna się od założenia dolnej części kolumny wiertniczej z głowica wiercącą i włączenia pompy obiegowej płuczki. Potem uruchamia się

mechanizm obrotowy i następuje wiercenie pierwszego najpłytszego odcinka otworu.

Odcinek ten jest często wyposażony w orurowanie, dla zabezpieczenia górnej części otworu przed

zaklęśnięciem. Orurowanie ułatwia też późniejszy

montaż sondy pionowej.

Po wywierceniu pierwszego odcinka wiertnica wyciągana jest z otworu i dokręcany jest kolejny odcinek

kolumny. W ten sposób

wykonywany jest cały otwór.

B. Wiercenie na dolny młotek



Stosowane jest w gruntach zwartych, skalistych, bardzo twardych.

Stosowane są tutaj urządzenia wiertnicze udarowe, lub obrotowo-udarowe.

W celu zwiercania skał zwięzłych stosowane są świdry ekscentryczne, symetryczne z rozkładanymi ostrzami oraz symetryczne współpracujące z koronką buta rury okładzinowej.



Wiercenie świdrem ekscentrycznym możliwe jest poprzez wprowadzenie go na przewodzie wiertniczym do rur okładzinowych. i zapuszczenie na dno otworu wiertniczego. Wychodząc z dolnej części rur okładzinowych, narzędzie wiercące wprowadzane jest w ruch obrotowy wspomagany

udarami młotka, zamontowanego w dolnej części przewodu

wiertniczego. W wyniku ruchu mimośrodowego świder ekscentryczny odwierca otwór o średnicy większej niż średnica rur okładzinowych.

Pompy ciepła 45

Pompy ciepła 46

Rys. Mechanizm wiercenia świdrem ekscentrycznym z równoczesnym rurowaniem otworu; a) ekscentryczny świder zapuszczony na dno otworu wiertniczego, w wyniku ruchu

obrotowego wykonuje

otwór o średnicy zewnętrznej rur

okładzinowych; b) świder wciągnięty

do wnętrza rur

 Inna metoda jest wiercenie z użyciem świdra z rozsuwanymi ostrzami. W

pierwszym etapie wprowadza się na przewodzie wiertniczym do rur okładzinowych świder z suniętymi ostrzami. Proces wprowadzania świdra jest możliwy, gdyż

w wyniku zsunięcia ostrzy średnica narzędzia

wiercącego jest mniejsza od średnicy wewnętrznej rur okładzinowych. Z dolnej części rur okładzinowych przewód wiertniczy wprowadzany jest w prawoskrętny ruch obrotowy. Ostrza rozsuwając się, powiększają średnicę narzędzia wiercącego, które wspomagane

udarami młotka zamontowanego w dolnej części przewodu wiertniczego wykonuje otwór o średnicy większej niż średnica zewnętrzna rur okładzinowych. W

przypadku konieczności wymiany narzędzia wiercącego wprowadza się przewód wiertniczy w ruch lewoskrętny, powodujący zsunięcie ostrzy świdra. Zmniejszenie średnicy narzędzia wiercącego umożliwia wciągnięcie go do wnętrza rur

okładzinowych.

Pompy ciepła 47

Pompy ciepła 48

Pompy ciepła 49

Grunt

D. GeoJetting

 Rozwiązanie zaprezentowane przez firmę Vaillant, polega na wykorzystaniu do wiercenia wody pod bardzo wysokim ciśnieniem.

 W odróżnieniu do metod klasycznych wierceń przy użyciu świdra, w metodzie geojetting nie dochodzi do powstawania urobku w czasie wiercenia. Wykorzystana pod ciśnieniem 1000 bar woda tnie ziemię i skałę z równą łatwością i wciska

urobek w sąsiadujące z otworem skały, nie wydobywając go na powierzchnię.

Metoda geoJETTING jest połączeniem klasycznej metody obrotowej i tzw. metody „igłofiltra”.

 stotnym czynnikiem w wierceniu wodą pod ciśnieniem jest ponadto prędkość przepływu osiągana na wylocie dyszy. Jest ona zależna od wielkości przepływu w pompie i średnicy kanałów dyszy. Dla prędkości przepływu wody przekraczającej prędkość dźwięku (>300 m/s) i odpowiedniej mocy można osiągnąć szybkie

i prawidłowe przebicie warstwy gruntu.

 Metoda nie wymaga rurowania otworu . Główną zaletą metody jest szybkość

wykonywania odwiertów – od 2 do 5 metrów na minutę i koszt niższy ok. 20-30%

od tradycyjnych metod wiertniczych.



Pompy ciepła 50

od 2 do 5 metrów na minutę i koszt niższy ok. 20-30% od tradycyjnych metod

wiertniczych.

Pompy ciepła 51

4 Zapuszczanie sondy do otworu

 Po wykonaniu otworu wiertniczego i usunięciu kolumny wiertniczej od razu

przystępuje sie do montażu sondy gruntowej. Sonda powinna być w tym momencie po pozytywnej próbie szczelności.

 Zaleca się aby w trakcie montażu sonda była wypełniona wodą. Zapobiega to jej uszkodzeniu (zgnieceniu) przez ciśnienie panujące w otworze (w 100m otworze panuje w dolnej części ciśnienie 10 bar). Sonda wypełniona woda jest też cięższa co ułatwia jej aplikację do otworu.

 Z uwagi na dużą długość sond i związany z tym znaczny ciężar, do zapuszczania sond stosowane są specjalne podajniki bębnowe.

 Sondy czterorurowe przed montażem trzeba zwykle skręcić ręcznie na głowicy, a następnie zamocować co 2m dystansowniki.

Pompy ciepła 52

Pompy ciepła 53

Fot. Montaż w głowicy drugiej pary rur.

Następnym etapem może być zamocowanie do głowicy obciążenia ułatwiającego

prowadzenie pionowe w otworze. Obciążenie mocowane jest w dolnej części głowicy i po

umieszczeniu sondy w otworze pozostaje w nim.

Pompy ciepła 54

. zapuszczania sondy do otworu. Po prawej u dołu urządzenie QuickLoop

Wsuwanie sondy do otworu wygodnie jest prowadzić z wykorzystaniem ręcznego

podajnika z bębnem nawojowym lub w sposób automatyczny, przy użyciu np. urządzenia o nazwie QuickLoop.

QuickLoop wspomaga i przyspiesza montaż sond geotermalnych. Podczas ręcznego wypchania sond potrzebnych jest zazwyczaj kilka osób. Urządzenie jest napędzane

hydraulicznie.

 Etap 5

 - Wypełnienie otworu wiertniczego

odpowiednim materiałem wypełniającym

- Montaż kolejnych sond współosiowych w ten sam sposób

Pompy ciepła 55

OPÓR CIEPLNY SONDY-WYPEŁNIENIE

 Dobrze wykonane wypełnienie to takie połączenie sondy z gruntem, które zapewnia trwałe, optymalne przewodnictwo ciepła między sondą a górotworem.

 Umożliwia również prawidłowe ułożenie sondy w otworze wiertniczym i chroni ją przed punktowym obciążeniem. Prowadzi to do znacznego wzrostu wydajności sondy.



W praktyce, problem właściwego wypełnienia otworu jest priorytetowy.

 To właśnie wypełnienie obok samej sondy decyduje o efektywnej i bezobsługowej, wieloletniej, bezawaryjnej pracy dolnego źródła.

Pompy ciepła 56

5 Wypełnienie otworu wiertniczego.

Uwaga na najtańsze rozwiązania.!!!!

Najtańszym rozwiązaniem będzie użycie piasku, żwiru o odpowiedniej granulacji i wsypanie go mechaniczne do otworu.

 Uzyskanie jednolitego przewodnictwa na całej głębokości jest w tym wypadku trudne i wątpliwe. Żwir potrafi się zawieszać, tworząc przestrzenie powietrzne o właściwościach izolacyjnych.

 Jego zagęszczanie z poziomu ziemi jest z kolei utrudnione. Żwir nie nadaje sie też w przypadku otworów przebijających warstwy wodonośne.

 UWAGA - otwór przed podaniem mieszanki nie może być suchy. Otwory suche należy wypełnić wodą.

Pompy ciepła 57

OPÓR CIEPLNY SONDY

 Zależy nie tylko od wzajemnego położenia rur czy grubości ścianek rur. Znaczenie ma także tutaj materiał wypełniający odwiert.

 Najbardziej podstawowym jest bentonit. Niestety ma on mały współczynnik przewodzenia ciepła

 Bentonit czysty (0,7- 1,2 ) W/mk)

 Gleby zagęszczone czy materiał geologiczny (1,38 – 3,11 W/mk) .

 Żwir, piasek mokry (1,8-2,5 W/mK)

 wodę ( 0,6 W/mK),

 bentonitu z kwarcem (1,0 – 1,5 W/mK),

 piasek kwarcowy nasączony czystą

 wodą (1,5 – 2,0 W/mK),

 lód (2,3W/mK),

 bentonit z grafitem (3 W/mK).

 termicznie ulepszone materiały na bazie:

 bentonit, kwarc,cement, glina (1,5- 3.0 W/mK)

Pompy ciepła 58

Bentonit – osadowa skała ilasta

pochodzenia wulkanicznego składająca się głównie z montmorylonitu. Przybiera barwę białą, żółtą lub inną.

 Bentonity budowlane wykorzystywane są do produkcji:

 dyspersyjnych mas asfaltowych,

 płuczek wiertniczych (zawiesin) przy wykopach

 wąskoprzestrzennych, aby ustabilizować

 ściany wykopu,

 mieszanek bentonitowo-cementowych

używanych w geoinżynierii do przeprowadzania zabiegów iniekcyjnych,

 Wypełniania odwiertów geotermalnych Pompy ciepła 59

Bentonity budowlane produkowane są w oparciu o specjalną odmianę bentonitu wapniowego. Ponieważ zawiera on dużą zawartość montmorylonitu, który jest aktywowany jonami

sodowymi. To sprawia, że bentonit ma doskonałe parametry reologiczne i właściwości pęczniejące. Pod wpływem wody zwiększa swoją objętość nawet kilkakrotnie (od 5 do 20 razy).

Dzięki temu jest szeroko stosowany w wyrobach dla

budownictwa, głównie w konstrukcjach uszczelniających.

OPÓR CIEPLNY SONDY-WYPEŁNIENIE

 Właściwości materiału wypełniającego:

 1. przewodność cieplna – współczynnik λ min. 1 W/mK, a najlepiej ok. 2 W/mK – sprawdzony w warunkach laboratoryjnych,

 2. brak kurczenia się w czasie poprzez oddawanie wody – najlepiej znikoma zawartość lub całkowity brak bentonitu. Bentonit w przypadku zbytniego

wysuszenia ma właściwość kurczenia się i oddawania wody, co powoduje powstawanie pustych przestrzeni.

 3. niski współczynnik przepuszczalności wody k_f < 1×10^-9 m/s – co zapewnia dobry efekt uszczelnienia i szybkie twardnienie, również pomiędzy poszczególnymi warstwami wodonośnymi,

 4.właściwość tiksotropowa, która gwarantuje szybkie krzepnięcie po iniekcji w otworze wiertniczym oraz brak roznoszenia materiału wypełniającego do wód gruntowych,

 5.mrozoodporność przy 10 cyklach zamrażania i odmrażania dla -15 ⁰C – zapewnia długotrwałe i całkowite związanie sondy z górotworem,

 6.brak szkodliwego wpływu na środowisko – przystosowanie do

nieograniczonego stosowania w wodzie gruntowej oraz znikoma zawartość chromu zg. z Dyrektywą UE 2003/53/WE.

Pompy ciepła 60

Materiały na wypełnienia odwiertów pionowych

Pompy ciepła 61

RAUGEO therm 2.0

Termicznie ulepszony materiał wypełniający o przewodności cieplnej ok. 2,0 W/mK i

wydajności ok. 1,0 t/m³ RAUGEO therm 1.2

Materiał wypełniający o przewodności cieplnej 1,2 W/mK i wysokiej wydajności ok. 0,7 t/m³

RAUGEO fill czerwony

- Termicznie ulepszony materiał wypełniający o przewodności cieplnej ok. 2,0 W/mK

i wydajności ok. 1,0 t/m³

RAUGEO fill niebieski- Materiał wypełniający o przewodności cieplnej 1,2 W/mK i wydajności ok. 0,7 t/m³

RAUGEO fill biały- Materiał wypełniający

o przewodności cieplnej 1,0 W/mK i wydajności ok. 0,8 t/m³

Pompy ciepła 62

· Bardzo wysoka przewodność cieplna (2,0 W/mK) dzięki małemu rozmiarowi granulek i naturalnych dodatków;

· rozmiar ziarna ok. 0,8 mm (dopuszczalne max.1,0 mm), przesiane ziarna kwarcu i ponownie wymieszane, dodano specjalną mieszankę cementową – ulepszoną

charakterystykę tixotrofenu;

· Stüwatherm jest substancją chemicznie obojętną dla środowiska naturalnego;

· kolor: brązowo-biały, beżowy;

· zawartość gliny: 25-30%. Glina dodawana jest dla polepszenia właściwości chłonnych dla wody.

STÜWATHERM /firma HYDROGLOBAL Materiał ten to specjalna mieszanka bentonitowo- cementowa z dodatkami składników podnoszących przewodność cieplną masy wypełniającej.

Sposób użycia: STÜWATHERM mieszamy z wodą i zatłaczamy w postaci masy błotnej do otworu z

zainstalowaną sondą (sonda powinna być umieszczona centralnie w otworze).

ThermoCem PLUS/ GRUPA GÓRAŻDŻE (λ = 2,0 W / mK).

Pompy ciepła 63

Zalety:

wysokie przewodnictwo ciepła (λ ≥ 2,0 W/m K),

łatwe przygotowanie,

prosta aplikacja,

dobra wydajność (810 kg/m³),

stabilność parametrów przygotowanej zawiesiny,

optymalne połączenie rur sondy z otaczającym górotworem,

wysoka odporność na cykliczne zamrażanie i odmrażanie

izolacja horyzontów wodnych,

stała objętość w procesie twardnienia

odporność na agresywne środowisko

Wypełnienie w praktyce, czyli

…jesteśmy na placu budowy.

Metoda Kontraktor.

 Wypełnienie otworu wiertniczego należy wykonać od głowicy sondy w górę otworu z wykorzystaniem rury wypełniającej.

 Dodatkowo zapuszczana rura montowana na głowicy sondy, lub rura iniekcyjna, opuszczana na dno otworu wiertniczego, powinna być użyta jako punkt wyjścia do wypełnienia otworu

zaczynem.

Pompy ciepła 64

 Proces wypierania płuczki wiertniczej przebiegał w sposób kontrolowany, uniemożliwić segregację zaczynu, szczelnie wypełnić przestrzeń otworu.

Proces wypełniania odwiertu „od dołu” gwarantuje całkowite usunięcie płuczki (powstałej podczas wiercenia otworu) i musi trwać do momentu, gdy gęstość

aplikowanego materiału wypełniającego oraz tego, który wypływa na górze otworu, będzie jednakowa.

 W przypadku suchych otworów wiertniczych należy wypełnić sondę wodą najpóźniej przed wypełnieniem otworu. Aby nie przekroczyć dopuszczalnego ciśnienia zaleca się, szczególnie dla sond o długości powyżej 150 m, całkowite odpowietrzenie sond przed wypełnieniem otworu, dokładne uszczelnienie i użycie ciśnieniomierza do kontroli ciśnienia wewnętrznego. Podczas wypełniania otworu nie może ono przekroczyć 21 bar.

 Podczas wypełnienia otworu sondy należy nie dopuścić, aby w wypełnieniu znalazły się pęcherzyki powietrzne ani puste przestrzenie.

Pompy ciepła 65

Pompy ciepła 66

Pompy ciepła 67

OPÓR CIEPLNY SONDY-WYPEŁNIENIE

Ważnym aspektem wykonawczym jest ponadto stosowanie dystansowników montowanych na przewodach sondy pionowej w odległościach min. co 2 m. Zadaniem dystansowników jest

utrzymanie stałej odległości pomiędzy przewodami zasilania i powrotu sondy pionowej, tak żeby ustrzec instalację przed tzw. zwarciami termicznymi, czyli negatywnym przekazywaniem ciepła z przewodu zasilania pompy ciepła do przewodu powrotu. Spełniają one również rolę ułatwiającą wprowadzenie dodatkowej rury do iniekcji materiału wypełniającego.

Pompy ciepła 68

Krajobraz po bitwie !

Pompy ciepła 69

 Etap 7

 - Wprowadzenie rury wewnętrznej sondy w rurę zewnętrzną.

UWAGA - Nie wolno dopuścić do przedostania się zanieczyszczeń!

- Połączenie rury wewnętrznej i zewnętrznej przy głowicy sondy - Wykonanie próby szczelności i przepływu na każdej sondzie zgodnie z obowiązującymi normami



Pompy ciepła 70

Etap 6

- Osadzenie studni w centralnym punkcie odwiertów

- Wywiercenie otworu w studni

- Wprowadzenie w otwór rury zewnętrznej sondy razem z rurą napełniającą

-

 Etap 8

 - Podłączenie wszystkich przewodów zasilania i powrotu sond przy rozdzielaczu

- Wykonanie końcowej próby szczelności wg PN-EN 805 i przepływu systemu

Pompy ciepła 71

Pompy ciepła 72

Etap 8.

Sondy ukośne współosiowe

Pompy ciepła 73

Na działkach o małej powierzchni na których

dodatkowo istnieje problem wierceń głębokich z uwagi na niekorzystne warunki geologiczne (warstwy

wodonośne, kurzawka, itp.).

Sondy ukośne umieszczane są w specjalnie

wykonanych odwiertach metodą od wspólnej studni zbiorczej.

Wiercenie wykonywane jest lekkim sprzętem, dzięki czemu powstają mniejsze szkody niż w przypadku sond gruntowych głębinowych.

 Sondy ukośne posiadają długość zwykle 30-50m, co przy wierceniu ukośnym daje całkowitą głębokość odwiertu nie większą niż 40m względem poziomu terenu.

Geotermalne wiercenie radialne- sondy układane są promieniowo, skośnie w różnych kierunkach i pod różnym kątem.

Liczba oraz długość odwiertów zależy od warunków architektonicznych i glebowych.

Technologia GRD (Geothermal Radial Drilling

Cała instalacja sond wykonywana jest

przez jedną maszynę wiercącą GeoDRILL, która w gruncie instaluje sondy radialnie pod kątem 35–65° w warstwach

regeneratywnych na głębokości od 10 do 30 metrów.

najbardziej energetyczne warstwy gleby zostają maksymalnie wykorzystane;

Istnieje możliwość wykorzystania tej technologii w każdych warunkach glebowych (skała, piaski...);

Technologia GRD (Geothermal Radial Drilling



Unikalne w odwiertach ukośnych jest stosowanie sond współśrodkowych (koaksjalnych), dzięki czemu zimny glikol z pompy nie ma kontaktu z gruntem, a zatem nie dochodzi do wymrażania okolic studzienk



Możliwe są odwierty w pomieszczeniach, np. w garażu, piwnicy (min. 2,7 m wysokości); (?)



Idealny system przy modernizacji istniejącego systemu grzewczego;



Sondy instalowane są szybko i ekonomicznie, dzięki czemu koszty wykonania instalacji zostają obniżone;



trójwymiarowe wykrywanie poziomu wody podziemnej umożliwia maksymalne wydobycie ciepła z gruntu, dzięki czemu zostaje zoptymalizowana ilość i długość

odwiertów.



Wiercenie odbywa się za pomocą dwóch żerdzi, zaś otwór po wierceniu wypełnia się certyfikowanym

termocementem.



W przeliczeniu W/m otrzymanej mocy z długości sondy, jest to najbardziej ekonomiczna metoda wykonania

dolnego źródła ciepła.

Rys. Sonda współosiowa. Ozn. 1- głowica sondy, 2-stopa sondy wykonana ze stali nierdzewnej, 3- dopływ czynnika roboczego

schłodzonego, 4- odpływ czynnika ogrzanego (powrót do pompy ciepła), 5- opcjonalnie izolowana rura wewnętrzna zabezpieczająca przed "zwarciem termicznym

Pompy ciepła 76

Sondy ukośne współosiowe

Rys. Sonda współosiowa. Ozn. 1- głowica sondy, 2-stopa sondy wykonana ze stali nierdzewnej, 3- dopływ czynnika roboczego schłodzonego, 4- odpływ czynnika ogrzanego (powrót do pompy ciepła), 5- opcjonalnie izolowana rura wewnętrzna zabezpieczająca przed "zwarciem termicznym"

Sondy REHAU do odwiertów ukośnych

 Sondy współosiowe REHAU dostępne są w kilku rozmiarach o długości 30, 40 i 50m oraz o średnicach rur (zewnętrzna/wewnętrzna) - 63x5,8/32x2,9mm

i 50x4,6/25x2,3mm

Pompy ciepła 77

Technologia GRD (Geothermal Radial

Drilling

Pompy ciepła 79

Geotermalny system bezpośredniej wymiany ciepła- sondy ukośne (ang. Direct Exchange Geothermal System)

Pompy ciepła 80

Pompy ciepła 81

Pompy ciepła 82

Pompy ciepła 83

Pompy ciepła 84