ul. 28 Czerwca 1956 r., 398, Poznań tel. (61) , fax (061) ,

Transkrypt

1 Poznań, dn. 22 lipca 2013r. Charakterystyka wydajności cieplnej gruntu dla inwestycji w Szarocinie k. Kamiennej Góry na podstawie danych literaturowych oraz wykonanych robót geologicznych. Wykonawca: MDW S.A. ul. 28 Czerwca 1956r., nr Poznań Poznań, lipiec 2013r.

2 Spis treści 1. Ciepło zakumulowane w gruncie Wydajność cieplna gruntu Podsumowanie...5

3 Ciepło zakumulowane w gruncie. Ciepło pobierane z gruntu jest przede wszystkim zakumulowaną energią cieplną przedostającą się z powierzchni promienie słoneczne, woda opadowa. Właściwości cieplne ośrodka skalnego są uzależnione w głównej mierze od zawartości wody, składników mineralnych oraz wielkości porów. Istnieje reguła, że im bardziej grunt nasycony wodą, im większa zawartość składników mineralnych oraz mniejsza ilość porów, tym lepsze parametry cieplne gruntu, tym można z niego uzyskać więcej energii cieplnej, która wykorzystana będzie do ogrzewania. Wraz z głębokością następuje wzrost temperatury gruntu. Do głębokości około 18 m p.p.t. temperatura gwałtownie zmienia się w miesiącach od lutego do maja rośnie wraz z głębokością, w miesiącach sierpień-grudzień, maleje. Zmiany temperatury na takiej głębokości Zależność temperatury od głębokości w poszczególnych okresach roku determinowane są zmianami klimatycznymi w naszej szerokości geograficznej. Poniżej głębokości

4 oddziaływania klimatu na warunki gruntowe temperatura rośnie proporcjonalnie do stopnia geotermicznego. Z powyższego wynika, że korzystniejszym rozwiązaniem jest instalacja kolektorów pionowych w stosunku do konstrukcji poziomych, ponieważ zachowana jest stała temperatura gruntu na długości całego profilu, która nie ulega zmianie w zależności od pory roku i pozwala utrzymać stałą wydajność cieplną gruntu, a co za tym idzie, stałą pracę pompy ciepła. Wydajność cieplna gruntu. Energia cieplna zakumulowana w gruncie jako energia z odnawialnych źródeł stanowi czynnik wykorzystywany w procesach grzewczych o zasobach nieulegających wyczerpaniu. Jedynym ogranicznikiem jest trwałość i wytrzymałość materiałów służących do pozyskiwania tej energii. Stanowią je rury PE o zróżnicowanych średnicach i parametrach wytrzymałościowych, w których krąży mieszanina glikolu z wodą, pobierająca z gruntu ciepło. Instalacja ta ma postać tzw. U-rurki zgrzewanej elektrooporowo w miejscach łączenia. Na zasadzie różnic temperaturowych glikol odbiera ciepło zakumulowane w gruncie i przenosi je do tzw. górnego źródła pompy ciepła, gdzie zachodzą w sposób mechaniczny przemiany temperaturowo-ciśnieniowe. Następnie ochłodzony czynnik grzewczy wraca do dolnego źródła i proces zaczyna się od nowa. Ilość zmagazynowanego ciepła w gruncie jest zróżnicowana i zależy od warunków geologicznych, hydrogeologicznych. Jak wspomniano wyżej najwięcej ciepła posiadają grunty zwięzłe, drobnoziarniste o małej ilości porów, grunty nasycone wodą, która jest doskonałym nośnikiem ciepła. Na podstawie badań określono poniżej w tabeli wartości poboru ciepła dla Profil litologiczny na podstawie wierceń oraz przyjęta wartość poboru Głębokość p.p.t. [m] Wykształcenie litologiczne Wartości specyficznej wydajności poboru W/m Wydajność poboru z gruntu W/m Uśredniona wydajność 0-4 Gleba Rumosz skalny (częściowo zawodniony) Granit (zawodniony) Łupki ilaste (zawodniony) Suma: 180 m Suma: Q=57,3

5 danego rodzaju gruntu. Zakładając pewną głębokość potencjalną otworu, można oszacować wartość ciepła możliwą do pozyskania. W omawianym przypadku dla poniższego profilu geologicznego (zał. nr 1) oraz stwierdzonych warunków hydrogeologicznych, wykonując działanie matematyczne w celu uzyskania średniej wydajności poboru, otrzymamy wartość liczbową na poziomie 57,3 W/m. Podane w tabeli wartości specyficznej wydajności poboru posiadają pewien zakres, my przyjęliśmy ich dolną granicę, a zatem uwzględniamy tutaj pewną rezerwę i z pewnością przyjąć możemy wielkość 60 W/m. Taką moc można uzyskać z jednego otworu wiertniczego do głębokości 180 m. Przyjęcie ww. założeń literaturowych wydajności poboru jest założeniem bezpiecznym. Informacjami wyjściowymi tych założeń były wytyczne Stowarzyszenia Niemieckich Inżynierów Bardzo ważne jest ustalenie czy poszczególne wykształcenia litologiczne znajdują się w strefie saturacji (zawodnienia), czy aeracji (brak wody). Im grunt bardziej nasycony wodą, tym przewodnictwo cieplne jest większe, a zatem wydajność cieplna rośnie. W omawianym przypadku stwierdzono in situ występowanie poziomu wodonośnego związanego z obecnością skał magmowych typu granitowego w pierwszej kolejności na głębokości ok. 14 m oraz 90 m p.p.t., natomiast zwierciadło ustabilizowało się na głębokości ok. 6,5 m p.p.t. Z powyższego wynika, że prawie cała długość profilu nasycona jest wodą, a zatem przewodnictwo cieplne i możliwości poboru ciepła z profilu geologicznego są bardzo dobre. Podsumowanie. Reasumując, przymierzając się do projektowania instalacji wykorzystującej ciepło ziemi należy wziąć pod uwagę wiele czynników, z których każdy jest bardzo ważny. Na podstawie danych geologicznych oraz informacji geologicznych należy prawidłowo zinterpretować profil potencjalnego wiercenia geologicznego szczególnie pod kątem występowania wód podziemnych. Należy na podstawie danych literaturowych lub pomiarów wykonanych na miejscu dobrać odpowiednią wartość wydajności cieplnej dla poszczególnego wykształcenia litologicznego przy

6 założeniu określonej głębokości. Uzyskaną w tym procesie wydajność cieplną odnieść do zapotrzebowania budynku na ciepło. Przyjęto wydajność cieplną gruntu na poziomie ok. 60 W/m. Podana wartość przyjęta została na podstawie danych literaturowych w nawiązaniu do występujących in situ warunków hydrogeologicznych, związanych głównie z występowaniem wód podziemnych. Założenie to z punktu widzenia projektowania jest założeniem w pełni bezpiecznym. Z poważaniem