Hur fungerar bergvärme? Värmeenergi ur grundvattnet

Innehåll

• 1 Bakgrund
• 2 Utförande
• 3 Riktvärde på möjlig uttagen energi för ett bergvärmehål
• 4 Tekniskt utförande
• 5 Se även
• 6 Referenser och fotnoter
• 7 Externa länkar

Bakgrund

Bergvärme utnyttjar geoenergi, vilket är energi som skapas av solenergin. Bergvärme utvinns från det djup där berggrunden och grundvattnet har samma temperatur.

Grundvattnet värms upp av solen när vattnet befinner sig nära markytan samt av vatten i närliggande större sjöar och hav som även de värmts upp at solen. I Sverige håller grundvattnet en relativt jämn temperatur på 6 – 8 grader under hela året. Den stora tillgången av grundvatten i berggrundens sprickzoner i kombination med grundvattnets relativt stadiga temperatur, gör att bergvärme kan användas året runt.

Ett missförstånd som finns angående traditionell bergvärme är att värmen kommer från jordens inre, så kallad geotermisk energi. Det skulle vara väldigt kostsamt då det i Sverige skulle krävas borrhål med minst 1000 – 2000 meters djup för att dra nytta av värmen från jordens inre.

Det finns några länder, exempelvis El Salvador, Island och Kenya, där jordskorpan är tillräckligt tunn för att geotermisk energi kan användas till elproduktionen.

Utförande

Bergvärme innebär att man tar värmeenergi ur grundvattnet genom att borra hål i berggrunden. Borrhålet är runt 90 – 200 meters djupt beroende på hur grundvattnet är fördelat i marken då man vill att vattnet ska omsluta en så lång stäcka av borrhålet som möjligt.

När bergvärmepumpen tar upp värmeenergin leder det till att grundvattnets temperatur sänks med i medeltal 3 – 4 grader. Om vattenomsättningen i borrhålet är god kan det utvinnas relativt stora energimängder ur ett enda borrhål.

För att bergvärmen ska vara så effektiv som möjligt är det viktigt att så lång del som möjligt av borrhålet är omslutet och att borrhålets vattenomsättning är mycket god. Om dessa förutsättningar inte finns är det risk för att det blir snabb isbildning och så kallad permafrost i borrhålet. Permafrost innebär att isen inte tinar under den varma delen av året.

Detta kan leda till att den isklump som normalt bildas runt borrhålet på vintern, ökar i volym för varje år som går. Med tiden leder detta till att vattengenomströmningen runt borrhålet och den uttagna värmeenergin minskar drastiskt eller helt upphör.

Det är normalt att det under vinterhalvåret blir en viss isbildning i den nedre delen av borrhålet. Denna is tinnar dock upp under årets varma del och har ingen betydelse för utvinningen av energi då denna styrs av temperaturskillnaden. Temperatursänkningen mellan -1 till – 4 grader ger samma energi som temperatursänkningen mellan +8 till +5 grader, båda fallen har en temperaturdifferens på 3 grader.

Det finns dessutom en viss positiv effekt med isbildningen, om den inte är för omfattande, då den energiupptagande ytan mot grundvattnet ökar.

I en del områden är grundvattnet fördelat på sånt vis att det är mer effektivt att borra hålet snett nedåt, ett så kallat gradhål, istället för rakt ner. Det görs så att borrhålet ska ha kontakt med grundvattnet i en längre sträcka.

Om man räknar med den el som går åt för att driva värmepumpen och dess olika delar kan man räkna med att minska energibehovet av annan energi för uppvärmning och varmvatten med ca 50 %.

Riktvärde på möjlig uttagen energi för ett bergvärmehål

För ett bergvärmehål med 140 mm i diameter (5,5 tum) är riktvärdet att det maximalt går att ta ca 140 kWh per meter vattenförande borrhål och per år. Om man räknar det i effekt (W) betyder det att det maximala effektuttaget per meter vattenförande borrhål är 50 W, med andra ord inte mer än en glödlampa på 50 W.

Tiden och borrhålets vattenförande längd gör dock att man kan utvinna avsevärda mängder värmeenergi under ett år. I Sverige ligger grundvattnet i genomsnitt 10 meters eller mer under marknivå. Om man har ett djup på 10 meter tills man når grundvattnet kan man genom att borra ett 200 meter djupt borrhål få ett aktivt borrhålsdjup på 190 meter där energi kan tas upp.

• Borrhålsdiameter = 140 mm (5,5″)
• Maximal uttagen energi per meter hål och år = 140 kWh
• Borrhålsdjup 200 m. Effektivt vattenförande håldjup = 190 m
• Möjlig uttagen värmeenergi = 190 m x 140 kWh = 26 600 kWh.

Detta innebär att man med två borrhål på 200 m kan få ut potentiellt 53 200 kWh värmeenergi. Om man tänker borra fler än ett hål ska man lämna ett avstånd på 20 m mellan borrhålen för att inte orsaka för stor genomsnittlig temperatursänkning av grundvattnet. Dessutom ska det enligt lag vara minst 10 m till nästa fastighetstomt. På grund av detta krävs det relativt stora markytor om det krävs många borrhål till anläggningen.

En bergvärmepump ger ca 4 gånger så mycket energi som den förbrukar. Med andra ord drar värmepumpen 1 del energi för att utvinna 4 delar energi från grundvattnet.

En mindre bergvärmeanläggning har en del fördelar jämfört med andra energikällor. Fördelar som hög driftsäkerhet, inte allt för stora investeringskostnader samt att den ger en stabil tillgång på energi oberoende av väderlek och årstid.

I jämförelse med kostnaden för uppvärmning med olja eller el kan investeringskostnaden för en mindre bergvärmeanläggning börja löna sig efter redan 4 – 5 år. Jämför man med kostnaden för uppvärmning med fjärrvärme kan det börja löna sig efter 8 – 10 år, detta räknat med aktuella energikostnader.

Bergvärmen har även fördelen att det hittills inte är några avgifter på energiuttaget. I framtiden kan det dock bli aktuellt med avgifter vid stora energiuttag i tättbebyggda områden. Detta på grund av att det kan bli negativa miljöeffekter då grundvattnets genomsnittliga temperatur sjunker inom större områden.

Att utvinna värme från havsvatten är ett alternativ till bergvärme då havsvattnet har praktiskt taget oändliga energimängder och temperaturen tenderar att vara högre än i grundvattnet. Det finns i dagsläget en del större anläggningar som utnyttjar detta i kombination med andra utvinningsmetoder. Men då detta kräver stora investeringskostnader och kan ge negativa miljöeffekter i det lokala vattenområdet vid stora energiuttag så har användningen av havsvattenvärme inte ökat något anmärkningsvärt.

Tekniskt utförande

Borrhålet har ett slutet system omgivet av grundvatten bestående av böjliga slangar med bra värmeledningsförmåga. I dessa slangar cirkulerar en speciell vätska (brinevätska) som är flytande även vid minusgrader.

Vilket djup som krävs på borrhålet varierar beroende på var grundvattnet finns men borrhålet ligger i medeltal på 90 – 100 meter. Man borrar sällan djupare än 200 meter på grund av borrtekniska skäl. Det kan dock vara mer ekonomiskt att borra ett 200 meters borrhål istället för att borra två 100 meters borrhål.

Det finns även värmepumpar med öppet system. I en sådan pumpas vattnet i borrhålet rakt in i värmepumpens värmeväxlare eller in i en ansluten extern värmeväxlare. Denna sorts system har fördelen att man, på grund av att vattnet har en högre temperatur, kan få en bättre verkningsgrad. Har man dessutom en god vattentillgång kan man ha ett högre energiuttag. Nackdelen är dock att man måste göra sig av med det utpumpade vattnet på ett lämpligt ställe och att det måste vara en god vattenkvalitet för att undvika att värmeväxlaren blir igensatt. Denna sorts system kallas även grundvattenvärme.

I ett slutet system är längden av borrhålets vattenförande del direkt proportionell mot hur mycket energi det är möjligt att utvinna ur borrhålet medans det i ett öppet system styrs hur mycket energi man kan utvinna av vattentillgången.

I det slutna systemet pumpas brinevätskan via slangen ner i det av grundvatten omslutna borrhålet. När vätskan passerar genom borrhålet värms det upp med 3–4 grader. Sedan trycks den uppvärmda vätskan upp till värmepumpens värmeväxlare där dess värmeenergi, via ett annat slutet system, överförs till det varmvatten som senare kommer användas för att till exempel värma upp bostaden. För att vattnet ska uppnå den önskade temperaturen på ca +50 grader måste det byggas upp stegvis. Vattnet lagras i ackumulatortankar och återcirkuleras till värmeväxlaren för att tillföras mer energi tills dess att den uppnått den önskade temperaturen.