Hvordan fungerer geotermisk varme? Varmeenergi fra grunnvannet

hvordan fungerer geotermisk varme

Bergvarme er den form for varmeenergi som produseres fra grunnfjellets grunnvann.

Et bergvarmesystem beregnet på et enebolig krever at det bores ett eller flere hull med en dybde på 90 - 200 meter i fjellet. Energien trekkes ut ved å sende avkjølt væske gjennom en stein i et rør der væsken varmes opp av grunnvannet i fjellet, som samtidig kjøler ned grunnvannet. Denne væsken kalles kjølevæske eller samlevæske. Etter at kjølemediet har sirkulert gjennom fjellet, føres væsken til en fordamper der den varmer opp kjølemediet, men varmen fra fjellet. Når saltlaken har avgitt varmen, blir den ført ned igjen i fjellet for å bli oppvarmet igjen. Kjølemediet har et veldig lavt kokepunkt slik at det fordamper lett. Gassen føres deretter inn i en kompressor der den komprimeres. Denne prosessen gjør gassen enda varmere, og når den har nådd riktig temperatur, sendes den til varmepumpens kondensator for å brukes til å varme opp vannet som husets varmesystem bruker til å varme opp huset. Etter å ha avgitt varmen, avkjøles kjølemediet og blir flytende igjen ved kondens. Kjølemediet returneres til fordamperen for å bli oppvarmet av kjølemediet.

Innhold

  • 1 Bakgrunn
  • 2 Utførelse
  • 3 Veiledningsverdi for mulig energi utvunnet for et bergoppvarmingshull
  • 4 Teknisk design
  • 5 Se også
  • 6 Referanser og fotnoter
  • 7 Eksterne lenker

Bakgrunn

Bergvarme bruker geoenergi, som er energi skapt av solenergi. Bergvarme utvinnes fra dybden der berggrunnen og grunnvannet har samme temperatur.

Grunnvannet varmes opp av solen når vannet er nær bakken og av vann i nærliggende større innsjøer og hav, som også varmes opp av solen. I Sverige holder grunnvannet en relativt jevn temperatur på 6 - 8 grader gjennom året. Den store tilførselen av grunnvann i berggrunnens bruddsoner i kombinasjon med grunnvannets relativt jevne temperatur gjør at bergvarme kan brukes hele året.

En misforståelse som eksisterer angående tradisjonell bergvarme er at varmen kommer fra jordens indre, såkalt geotermisk energi. Det ville være veldig kostbart da borehull med en dybde på minst 1000 - 2000 meter ville være påkrevd i Sverige for å utnytte varmen fra jordens indre.

Det er noen land, som El Salvador, Island og Kenya, hvor jordskorpen er tynn nok til at geotermisk energi kan brukes til elektrisitetsproduksjon.

 

Opptreden

Bergvarme betyr at varmeenergi tas fra grunnvannet ved å bore hull i berggrunnen. Borehullet er rundt 90 - 200 meter dypt, avhengig av hvordan grunnvannet fordeles i bakken, ettersom du vil at vannet skal omslutte en så lang del av borehullet som mulig.

Når den geotermiske varmepumpen absorberer varmeenergien, fører det til at grunnvannstemperaturen senkes med et gjennomsnitt på 3-4 grader. Hvis vannomsetningen i borehullet er god, kan relativt store mengder energi utvinnes fra et enkelt borehull.

For at bergvarmen skal være så effektiv som mulig, er det viktig at så lang en del av borehullet er lukket og at vannomsetningen i borehullet er veldig god. Hvis disse forholdene ikke eksisterer, er det en risiko for rask isdannelse og såkalt permafrost i borehullet. Permafrost betyr at isen ikke tiner i løpet av den varme delen av året.

Dette kan føre til at isklumpen som normalt dannes rundt borehullet om vinteren, øker i volum for hvert år som går. Over tid fører dette til en drastisk eller fullstendig opphør av vannstrømmen rundt borehullet og den ekstraherte varmeenergien.

Det er normalt at det er noe isdannelse i den nedre delen av borehullet om vinteren. Imidlertid tiner denne isen i løpet av den varme delen av året og har ingen betydning for utvinning av energi, da denne styres av temperaturforskjellen. Temperaturfallet mellom -1 til - 4 grader gir samme energi som temperaturfallet mellom +8 til +5 grader, begge tilfeller har en temperaturforskjell på 3 grader.

Det er også en viss positiv effekt med isdannelse, hvis den ikke er for omfattende, ettersom den energiabsorberende overflaten mot grunnvannet øker.

I noen områder fordeles grunnvannet på en slik måte at det er mer effektivt å bore hullet skrått nedover, et såkalt gradhull, i stedet for rett ned. Dette gjøres slik at borehullet vil ha kontakt med grunnvannet over lengre avstand.

Hvis du tar høyde for strømmen som brukes til å drive varmepumpen og dens forskjellige deler, kan du stole på å redusere energibehovet for annen energi til oppvarming og varmt vann med omtrent 50%.

Veiledningsverdi av mulig energi utvunnet for et bergvarmehull

For et steinoppvarmingshull med en diameter på 140 mm (5,5 tommer) er retningslinjen at det er mulig å ta maksimalt ca 140 kWh per meter vannbærende borehull og per år. Hvis du beregner den i effekt (W), betyr det at den maksimale effekten per meter vannbærende borehull er 50 W, med andre ord ikke mer enn en lyspære på 50 W.

Tiden og den vannførende lengden på borehullet betyr imidlertid at betydelige mengder varmeenergi kan utvinnes i løpet av et år. I Sverige er grunnvannet i gjennomsnitt 10 meter eller mer under bakkenivå. Hvis du har en dybde på 10 meter til du kommer til grunnvannet, kan du ved å bore et 200 meter dypt borehull få et aktivt borehullsdyp på 190 meter der energi kan absorberes.

 

  • Borehullsdiameter = 140 mm (5,5 ″)
  • Maksimal energi utvunnet per meter hull og år = 140 kWh
  • Borehullsdybde 200 m. Effektiv vannførende hulldybde = 190 m
  • Mulig utvunnet varmeenergi = 190 mx 140 kWh = 26 600 kWh.

Dette betyr at med to borehull på 200 m kan potensielt 53.200 kWh varmeenergi tas ut. Hvis du har tenkt å bore mer enn ett hull, må du legge en avstand på 20 m mellom borehullene for ikke å forårsake en for stor gjennomsnittlig senking av grunnvannstemperaturen. I tillegg må det ifølge loven være minst 10 m til neste eiendomstomt. På grunn av dette kreves relativt store grunnarealer hvis det kreves mange borehull for anlegget.

En geotermisk varmepumpe gir omtrent 4 ganger så mye energi som den forbruker. Med andre ord trekker varmepumpen 1 del energi for å trekke ut 4 deler energi fra grunnvannet.

Et mindre jordvarmeanlegg har noen fordeler sammenlignet med andre energikilder. Fordeler som høy driftssikkerhet, ikke for store investeringskostnader og at det gir en stabil tilførsel av energi uavhengig av vær og årstid.

Sammenlignet med kostnadene ved oppvarming med olje eller elektrisitet, kan investeringskostnadene for et mindre geotermisk varmesystem begynne å lønne seg allerede etter 4-5 år. Sammenligner du med oppvarmingskostnadene med fjernvarme, kan den begynne å lønne seg etter 8 - 10 år, dette beregnet med dagens energikostnader.

Bergvarme har også fordelen at det hittil ikke koster noe for energiutvinning. I fremtiden kan det imidlertid være aktuelt å ta betalt for store energiuttak i tettbygde strøk. Dette fordi det kan ha negative miljøeffekter ettersom den gjennomsnittlige grunnvannstemperaturen synker i større områder.

Å utvinne varme fra sjøvann er et alternativ til geotermisk varme, da sjøvannet har tilnærmet uendelige mengder energi og temperaturen har en tendens til å være høyere enn i grunnvannet. Det er for tiden en rekke større anlegg som bruker dette i kombinasjon med andre utvinningsmetoder. Men da dette krever store investeringskostnader og kan ha negative miljøeffekter i det lokale vannområdet ved store energiuttak, har ikke bruk av oppvarming av sjø økt betydelig.

 

Teknisk design

Borehullet har et lukket system omgitt av grunnvann som består av fleksible slanger med god varmeledningsevne. I disse slangene sirkulerer en spesiell væske (saltvannsvæske) som er væske selv i minusgrader.

Dybden som kreves i borehullet varierer avhengig av hvor grunnvannet ligger, men borehullet er i gjennomsnitt 90 - 100 meter. Boring er sjelden dypere enn 200 meter på grunn av tekniske boringsteknikker. Det kan imidlertid være mer økonomisk å bore et 200 meter borehull i stedet for å bore to 100 meter borehull.

Det er også varmepumper med åpent system. I det ene pumpes vannet i borehullet rett inn i varmepumpens varmeveksler eller i en tilkoblet ekstern varmeveksler. Denne typen system har fordelen at fordi vannet har høyere temperatur, kan du få en bedre effektivitet. Hvis du også har god vannforsyning, kan du ha et høyere energiforbruk. Ulempen er imidlertid at du må kaste pumpevannet på et passende sted, og at det må være god vannkvalitet for å unngå at varmeveksleren tettes. Denne typen system kalles også oppvarming av grunnvann.

I et lukket system er lengden på borehullets vannførende del direkte proporsjonal med hvor mye energi det er mulig å hente ut fra borehullet, mens det i et åpent system styres hvor mye energi som kan tas ut fra vannforsyningen.

I det lukkede systemet pumpes saltvannsvæsken via slangen inn i borehullet som er omsluttet av grunnvann. Når væsken passerer gjennom borehullet, varmes den opp med 3-4 grader. Deretter skyves den oppvarmede væsken opp til varmepumpens varmeveksler der varmeenergien via et annet lukket system overføres til varmtvannet som senere skal brukes til for eksempel å varme opp huset. For at vannet skal nå ønsket temperatur på ca +50 grader, må det bygges opp trinn for trinn. Vannet lagres i akkumulatortanker og resirkuleres til varmeveksleren for å få mer energi til det når ønsket temperatur.

Kilde: wikipedia

Registrering og søknad

Registrering - utenfor vannvernområdet

Alle varmepumper (unntatt luftkildevarmepumper) må rapporteres til driftsmiljøet av deg som er eiendomseier før installasjon. Dette fordi varmepumpene som bruker varme fra jord, stein, overflate eller grunnvann, muligens kan påvirke grunnvannet og dermed ha en negativ innvirkning på miljøet.

Påføring - innenfor vannbeskyttelsesområdet

Det er ekstra følsomt å installere geotermisk oppvarming hvis du bor i et vannbeskyttelsesområde. Derfor må du søke om tillatelse før du installerer en varmepumpe i et slikt område.

Hvordan registrere / søke

Registrering / søknad må gjøres i god tid på et spesielt skjema, og du må ikke starte installasjonen før du har mottatt svar på registreringen / søknaden. Installatøren av varmepumpen kan vanligvis være behjelpelig med nødvendig informasjon.

Kart med merket borehull

Når du lager en søknad, må du også sende inn et skalert og oversiktlig kart der bygninger, borehull og tomtegrenser er merket. Søknaden må også oppgi om det er individuelle vannkilder og avløpsanlegg som ligger innenfor 100 meter fra boreplassen. Disse skal merkes på vedlagte kart. Husk at selv i områder med kommunalt vann og avløp kan det være individuelle vannkilder.

Lade

Driftsmiljøet krever et gebyr på SEK 1700 for behandlingen av varselet, og behandlingen av en søknad innen vannvernområdet koster SEK 2.550.

Ansvar

Det er viktig at installatører og boremaskiner du ansetter har ansvarsforsikring og tilstrekkelig kompetanse, da det er deg som eiendomseier som er ansvarlig for at ingen negative miljøeffekter oppstår i forbindelse med installasjonen. Informasjon om sertifiserte brønnborere er tilgjengelig på SP Certification sine nettsider.

Elektrisitet, telekommunikasjon, vannforsyning og avløpsledninger

Du er også ansvarlig for å sjekke om det er elektriske ledninger, telekommunikasjon eller vannforsyning og avløpsledninger eller servise og servise i bakken som installasjonen kan påvirke. På ledningskollen.se er det informasjon og måling av strøm og telefonlinjer.

Naboenes vannkilder

Når du installerer jordvarme, må du beskytte naboens vannkilder og kompensere for eventuelle skader på dem. Sørg for å informere naboene om den planlagte boringen. Det bør være minst 20 meter mellom to energibrønner for ikke å risikere at borehullene "stjeler" varmen fra hverandre. Derfor må avstanden mellom eiendomsgrensen og borehullet være minst 10 meter. Du må sende et sertifikat fra naboene når du registrerer / søker hvis det ikke er mulig å oppnå den avstanden.

Støy fra varmepumper

Det er viktig å tenke på hvor mye støy varmepumpen forårsaker. Dette er spesielt viktig når du installerer en luftkildevarmepumpe. Det tekniske begrepet for hvor mye støy som slippes ut er kildestøy, og du bør velge en varmepumpe med lav. Dessverre oppgir produsentene ikke støy på en ensartet måte, så den enkleste måten å finne en pumpe med lav kildestøy er å se på det svenske energibyråets nettsider. Det er testene de gjorde av pumpenes effektivitet og støy.

Støyen fra luftvarmepumpen er hovedsakelig forårsaket av støy fra sirkulasjonspumpen, men det kan også være støy hvis luftvarmepumpen er dårlig satt opp.

Som eier er det ditt ansvar å sørge for at varmepumpen ikke forårsaker forstyrrelser. Før du installerer pumpen, er det derfor viktig at du diskuterer det med naboene slik at pumpen plasseres på et best mulig sted. Du kan også ansette en profesjonell for å undersøke det mest passende stedet hvis det er fare for forstyrrelser, for eksempel hvis tomten er liten og naboene er i nærheten.

Hvis støyen fra varmepumpen forstyrrer en nabo, kan han klage til forretningsmiljøet. Som eier må du da bevise at støynivået ikke overstiger gjeldende retningslinjer. Dette kan i noen tilfeller kreve kvalifisert lydnivåmåling.

    Wikipedia-informasjon om bergvarme

    Bergvärme Bergvärme är ett tekniskt system för uppvärmning av byggnader. Lågvärdig energi, i form av kall vätska, hämtas från grundvattnet i berggrunden. En bergvärmepump höjer temperaturen till en nivå lämplig för byggnadens vattenburna uppvärmningsystem. För detta utför bergvärmepumpen ett mekaniskt arbete vars energi även tillförs byggnaden. En vanlig anläggning för uppvärmning av enfamiljshus består av ett, eller flera, 90–200 meter djupa hål som borras ner i berget. Ur berggrunden utvinner man sedan energi genom att en nedkyld vätska som passerar berget genom en ledning värms av grundvattnet i berget. Detta medför också då en viss nedkylning av detta grundvatten. Kollektorvätskan, som kallas köldbärare, cirkulerar genom berget och leds sedan till en förångare där köldbärarens temperatur kan vara väldigt låg, till och med under nollgradigt. I förångaren värmer vätskan upp köldmediet som finns i det slutna systemet i värmepumpen, man använder ett medium som har väldigt låg kokpunkt. Köldmediet förångas och förs vidare till en kompressor där gasen komprimeras, vilket gör den ännu varmare. Den heta gasen går vidare till värmepumpens kondensor där den avger sin värme till vattnet som cirkulerar i husets värmesystem. När köldmediet har avgett sin värme svalnar den och blir genom kondensation flytande igen. Köldbäraren kyls ned av det avsvalnade köldmediet och förs därefter ner i berget för att återigen bli uppvärmt.

    Hvordan fungerer geotermisk varme?