Nowe standardy dolnych źródeł VDI 4640, cz.2 oraz projekt Thermo Map

Transkrypt

1 Nowe standardy dolnych źródeł VDI 4640, cz.2 oraz projekt Thermo Map Jakub Koczorowski, PORT PC

2 Źródła przy opracowaniu niniejszej prezentacji: - Prezentacje z VDI-Expertenforum Inż. Manfred Reuss, ZAE Bayern - Dr Burhardt Sanner, VDI - Dr Walter J. Eugster, Polydynamics Engineering Zurich - Prof. dr inż. Roland Koenigsdorff, IGE Hochschule Biberach - Mario Psyk, Rehau - Christof Pufahl, HeidelbergCement - Prof. dr Simone Walker-Hertkorn, Tewag

3 Celem wytycznych VDI jest zapewnienie zgodnie ze stanem techniki: - poprawnego zaprojektowania, - właściwego wyboru rozwiązań materiałowych, - poprawnego wykonania odwiertów, instalacji i poszczególnych elementów systemu grzewczo-chłodzącego wykorzystującego geotermię.

4 Wytyczne VDI 4640 obejmują 5 części: 1. Podstawy, aspekty prawne i środowiskowe 2. Gruntowe pompy ciepła 3. Podziemne zbiorniki geotermalne 4. Instalacje z bezpośrednim wykorzystaniem 5. Test reakcji termicznej

5 Rys historyczny: 1995 Powstanie komisji ds. wytycznych 1998 Powstanie części 1 i Publikacja części 1, 2 i Publikacja części Rewizja i publikacja części Rewizja części Powstanie części Publikacja VDI 4640 po zmianach

6 SIA 384/6:2010 Szwajcarskie Stowarzyszenie Inżynierów i Architektów ÖWAV-Regelblatt 207 Austriackie Stowarzyszenie

7 VDI 4640 część 2, 2015 najważniejsze zmiany: 1. Poziome GWC Bardziej szczegółowe wytyczne do doboru na podstawie wyników symulacji instalacji w 15 strefach klimatycznych i dla różnych typów gruntów na terenie Niemiec Tabelaryczne zestawienie: jednostkowych wydajności cieplnych [W/m²], jednostkowej ilości ciepła pobranego z gruntu na rok [kwh/a], czasów pracy sprężarki typowych dla danej strefy klimatycznej, zalecanego rozstawu ułożenia rur Analogicznie dla mat kapilarnych

8 Aktualne wytyczne VDI 4640, cz. 2, 2001 oraz wytyczne PORT PC Dobór względem: - jednostkowej wydajności cieplnej [W/m²] lub - jednostkowej ilości ciepła pobranego z gruntu [kwh/m²]

9 Nowe wytyczne VDI 4640, cz. 2, 2015 Strefa klimatyczna Jednostkowa wydajność cieplna [W/m²] Jednostkowa ilość ciepła [kwh/m²] Czas pracy sprężarki [h/a] Odstępy między rurami [m] Piasek Glina Ił pylasty Piaszczysta glina Zachowanie obu parametrów (jednostkowej wydajności cieplnej i jednostkowej ilości ciepła pobranego z gruntu) przy doborze wielkości poziomego GWC!

10 VDI 4640 część 2, 2015 najważniejsze zmiany: 2. Pionowe GWC Bardziej szczegółowe wytyczne do doboru na podstawie wyników symulacji instalacji dla mocy grzewczej do 30 kw Tabele doborowe: z jednostkową wydajnością cieplną [W/m] dla wsp. przewodzenia ciepła gruntu 1, 2, 3 i 4 [W/mK] przy turbulentnym lub laminarnym przepływie dla 5 różnych czasów pracy sprężarki ( h/a) z różną ilością sond (1-5) Tabele doborowe w zależności od temperatury granicznej na wyjściu z PC: 0 C, -3 C i -5 C przy obciążeniu maksymalnym krótkookresowym Tabele doborowe dla trybu ogrzewania i ogrzewania z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej

11 Podstawowy cel doboru: Należy dobrać długość i ilość pionowych GWC w taki sposób, aby przy założonym profilu obciążenia temperatura medium na wyjściu z PC 0 C dla eksploatacji długoterminowej oraz -5 C lub -3 C dla krótkotrwałego obciążenia maksymalnego, a w przypadku chłodzenia temperatura na wejściu do PC 20 C. Jak to osiągnąć? Zminimalizować opór termiczny

12 Dobór na podstawie tabel w przypadku gdy: moc grzewcza maks. 30 kw (ponad 90% przypadków) długość pionowych GWC: m maks. 5 pionowych GWC brak termicznego wpływu instalacji geotermalnej w bliskim sąsiedztwie odległości pomiędzy pionowymi GWC 6 m, ułożenie w linii lub w L h/a maksymalny czas pracy sprężarki (co 300 h/a) podwójne U-rurki maks. ilość ciepła pobranego z gruntu kwh/a moc chłodnicza (chłodzenie aktywne lub pasywne) nie przekracza 75% mocy grzewczej, maks. czas pracy w trybie chłodzenia 300 h/a

13 Przykład 1: Jednostkowe wydajności cieplne [W/m] w trybie wyłącznie grzewczym (bez przygotowania c.w.u.) z temp. na wyjściu z PC -5 C przy maksymalnym obciążeniu

14 Przykład 2: Jednostkowe wydajności cieplne [W/m] w trybie grzewczym z przygotowaniem c.w.u., z temp. na wyjściu z PC -5 C przy maksymalnym obciążeniu

15 Zalecenia do projektowania dla mocy grzewczej > 30 kw: Wykorzystanie narzędzi symulacyjnych do: określenia oporu termicznego otworu (np. TRT VDI 4640, cz. 5 w opracowaniu) określenia właściwości gruntu λ (np. TRT) Profil obciążenia w trybie ogrzewania i chłodzenia (min. średnie miesięczne, obciążenie szczytowe) Obliczenia hydrauliczne wszystkich elementów instalacji geotermalnej: GWC, rury dobiegowe GWC-rozdzielacz, rozdzielacz, rury doprowadzające rozdzielacz-pc, pompa ciepła

16 Zalecenie dot. robót wiertniczych i wybór materiału GWC: stosować się do wytycznych DVGW W120, cz.2 (prace nad wprowadzeniem tego standardu w Polsce w toku) proces produkcyjny GWC weryfikowany przez niezależny instytut (w DE jest to SKZ HR 3.26, w Polsce np. IMPIB) fabryczne spawanie głowicy z rurą pionowego GWC brak dalszych spawów w pionowym GWC konieczność pełnej identyfikacji GWC: producent, materiał, średnica rury i grubość ścianki, termin produkcji, spełnione normy, znaki jakości, sygnowanie metrów bieżących absolutny wymóg wypełnienia otworów dedykowanym, fabrycznie przygotowanym materiałem iniekcyjnym (aktualne wytyczne PORT PC w zgodzie ze zmianami w VDI 4640, cz.2)

17 VDI 4640 część 2, 2015 najważniejsze zmiany: 3. Uszczegółowienie dot. innych źródeł ciepła uwzględnienie w wytycznych PORT PC Instalacje z bezpośrednim odparowaniem Pale energetyczne w różnych formach zabudowy ze wskazówkami do projektowania/doboru Geotermalne wykorzystanie tuneli i innych obiektów inżynieryjnych Koszowe GWC aktualizacja Tabele doborowe na podstawie wyników symulacji instalacji dla mocy grzewczej do 30 kw dla różnych regionów i właściwości gruntów

18 VDI 4640 część 2, 2015 najważniejsze zmiany: 3. Procedury w przypadku awarii oraz przy demontażu instalacji dolnego źródła ciepła wskazówki postępowania przy wystąpieniu nieszczelności wskazówki dot. demontażu poszczególnych elementów instalacji i ich zabezpieczenie

19 Projekt Thermo Map Mapa Potencjału Płytkiej Geotermii (poziome i koszowe GWC)

20 Co to jest vsgp (very Shallow Geothermal Potential)? Potencjał Płytkiej Geotermii to ciepło słoneczne, które jest przechowywane w bardzo płytkich warstwach powierzchniowych (bez ciepła z jądra Ziemi). Potencjał jest zależny od klimatu, charakterystyki gleby i wód gruntowych.

21 Jaki cel przyświecał pomysłodawcom? Celem projektu ThermoMap było stworzenie ogólnoeuropejskich map potencjału geotermalnego jako narzędzia pomocnego w planowaniu instalacji geotermalnych do głębokości 10 m. Podjęte kroki: - zebranie i zharmonizowanie dostępnych i właściwych danych - opracowanie metodologii obliczania przewodności cieplnej - wytypowanie 14 obszarów testowych w Europie i walidacja danych - wykonanie interaktywnej mapy konturowej w skali 1: opracowanie narzędzi do obliczeń kalkulator i Map Viewer

22 Wyzwania w trakcie realizacji projektu: Harmonizacja różnych danych o gruntach (wybrany system klasyfikacji USDA) Ogromna ilość pobranych próbek gruntów do analiz

23 Państwa partnerskie projektu Thermo Map

24 Organizacje partnerskie projektu Thermo Map

25 Map Viewer - przewodność cieplna [W/mK] dla gruntu do 10m - ograniczenia w wykorzystaniu potencjału geotermalnego strefy ochronne, duże nachylenie terenu - dane klimatyczne: średnioroczna temperatura, roczne opady, wilgotność

26 Map Viewer Nowe standardy dolnych źródeł VDI 4640, cz.2 oraz projekt Thermo Map

27 Map Viewer Nowe standardy dolnych źródeł VDI 4640, cz.2 oraz projekt Thermo Map

28 Kalkulator Nowe standardy dolnych źródeł VDI 4640, cz.2 oraz projekt Thermo Map

29 Kalkulator Nowe standardy dolnych źródeł VDI 4640, cz.2 oraz projekt Thermo Map

30 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Jakub Koczorowski PORT PC