Dolne źródło założenia i wykonanie A. Podstawy prawne i założenia 1. Podstawy prawne i inne Dolne źródło do projektowanych pomp ciepła należy zaprojektować i wykonać z uwzględnieniem: - Prawa geologicznego i górniczego; - Prawa budowlanego; - Prawa ochrony środowiska; - Prawa energetycznego; - Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie; - Projektu prac geologicznych dla wykonania dolnego źródła; - Norm; - Wytycznych projektowo-wykonawczych producentów zastosowanych materiałów i urządzeń; - Certyfikatów, atestów, deklaracji i aprobat technicznych zastosowanych materiałów; - Sztuki budowlanej. 2. Założenia ogólne Instalacja dolnego źródła (Dź) dla pomp ciepła powinna być tak zaprojektowana, aby nie była energochłonna (opór hydrauliczny) i koszt jej wykonania był na racjonalnym poziomie. Przed wykonaniem projektu, należy zlecić wykonanie Projektu prac geologicznych (Ppg) celem określenia średniej wydajności odwiertu wyrażonej w W/mb, jego głębokość, ilość i minimalnej odległości pomiędzy nimi. Jeżeli z Ppg wynika niska przewodność cieplna gruntu oraz brak cieków wodnych poniżej 30% głębokości odwiertu, projekt powinien uwzględniać regenerację dolnego źródła w sposób pasywny lub aktywny poprzez wykorzystanie chłodu na potrzeby klimatyzacji budynków lub innych procesów technologicznych. Jeżeli nie jest to możliwe, należy zaprojektować regenerację poprzez wykorzystanie innych odnawialnych źródeł energii np: powietrza instalacja chłodnic wentylatorowych. Zaleca się zweryfikowanie średniej wydajności odwiertu wyliczonej w Ppg, przez wykonanie próby echa termalnego metodą TRT po wykonaniu pierwszych odwiertów. Dla
prawidłowego przeprowadzenia próby TRT należy zadbać, by od daty wykonania badanego odwiertu upłynęło co najmniej 28 dni. Sama próba TRT powinna dla prawidłowych wyliczeń trwać ok 72h. Długość pionowego GWC dla mocy grzewczej powyżej 30kW należy dobrać po przeprowadzeniu symulacji numerycznej np. przy pomocy programu Earth Energy Designer. Dla wykonania symulacji niezbędne jest podanie w szczególności następujących danych: ilość ciepła i chłodu w rozbiciu na poszczególne miesiące (OZC) dla danej lokalizacji obiektu budowlanego, odległości między planowanymi odwiertami, rodzaj czynnika, współczynnik przewodzenia ciepła dla gruntu w którym będą osadzone sondy. Przy pomocy symulacji numerycznej wyznacza się wysokość temperatur w DZC dla 50 lat pracy. Dla zapewnienia prawidłowej regeneracji Dź i kontrolowania przepływu, należy zaprojektować elektroniczny system pomiaru temperatur na każdej sekcji z możliwością archiwizacji wyników. Dobór sond, przewodów, armatury i pozostałych elementów Dź, należy zaprojektować dla optymalnego przepływu medium chłodniczego i oporu hydraulicznego. Należy dążyć aby technologia Dź była zaprojektowana i wykonana z jednorodnego materiału, odpornego na działanie czynników chemicznych, termicznych oraz mechanicznych, oddziaływujących na poprawność funkcjonowania instalacji. B. Instalacja dolnego źródła wymagania. 1. Sondy pionowe Wymaga się, aby każda z pomp posiadała indywidualne zasilanie z instalacji dolnego źródła, co narzuca konieczność dobrania indywidualnie dla każdej z pomp ciepła odpowiedniej długości wymiennika pionowego. Projektuje się system Dź poprzez wykonanie pionowych odwiertów głębinowych w ilości 69 szt. na głębokości 210 mb każdego z otworów. Do obliczeń ilości sond przyjmuje się uzysk energetyczny 40 W/mb. Przyjmuje się odległość pomiędzy sondami minimum 17 m. Dź ciepła będą wymienniki gruntowe w postaci podwójnego U-kształtu uwzględniającego cztery przewody rurowe, każdy o wymiarach 40x3,7, wykonane w technologii HDPE100 RC. Technologia HDPE100 RC - (High-density polyethylene resistant to crack) charakteryzuje się wysoką odpornością na nacisk punktowy i propagację pęknięć. Należy zastosować głowice o kształcie kołowym wykonane z polietylenu wysokiej gęstości HDPE PE100. Średnica zewnętrzna głowicy nie powinna być większa niż 110mm. Konstrukcja głowicy sondy pionowej umożliwia pracę dwóch niezależnych obiegów, poprzez zastosowanie oddzielnych komór sedymentacyjnych,
zabezpieczając tym samym bezpieczeństwo pracy gruntowego pionowego wymiennika ciepła. Rzeczywistą ilość odwiertów należy dobrać z uwzględnieniem wydajności cieplnej pionowych wymienników gruntowych po wykonaniu próby echa termalnego metodą TRT. 2. Studnie kolektorowe wielosekcyjne Wymaga się, aby wszystkie sondy pionowe połączyć ze sobą w studnie kolektorowe o włazowej konstrukcji, wyposażone w schody rewizyjne, umożliwiające dokonanie czynności serwisowych. W celu zniwelowania ewentualnych naporów gruntu, należy zastosować studnie o kształcie kołowym. Horyzontalny układ użebrowania ścian studni, ma na celu stabilne osadzenie jej w gruncie i zminimalizowanie przesunięć pionowych komory, natomiast wzmocnione dno zabezpiecza przed jej deformacją w sytuacji występowania niestabilnych warunków gruntowych i wodnych. Studnie należy wyposażyć w pokrywy z zamknięciem zabezpieczającym przed dostępem osób trzecich. Wymaga się, aby pokrywa włazowa wykonana była z polietylenu wysokiej gęstości HDPE100, dodatkowo izolowana termicznie. Studnie kolektorowe powinny mieć możliwość posadowienia w różnych warunkach, jak np. w pasie drogowym, dzięki dodatkowym systemowym elementom wyposażenia, takim jak pierścień odciążający, właz żeliwny, Studnia kolektorowa powinna być wykonana z polietylenu wysokiej gęstości HDPE100 z wmontowanym wewnątrz na stałe cylindrycznym kolektorem wielosekcyjny. W proponowanych do zastosowania studniach, wszystkie przewody rozchodzą się promieniście od komory rozdzielczej. Przejścia sekcji kolektora oraz rur dobiegowych przez tworzywową obudowę studni usytuowane są poziomo w jednym rzędzie. Spełnienie tego wymogu jest warunkiem właściwego zagęszczenia gruntu wokół komory rozdzielaczowej, umożliwiając jej stabilne posadowienie. W celu zmniejszenia ryzyka infiltracji wód gruntowych do wnętrza komory, wymagane jest monolityczne połączenie przewodów z tworzywową obudową studni, poprzez zastosowanie polifuzji termicznej. Sekcje rozdzielacza przechodzące przez obudowę studni, pogrupowane są parami, zasilanie obok powrotu, zapobiegając tym samym krzyżowania się podłączanych przewodów. Sekcje kolektora zasilającego wyposażono w przepływomierze z wbudowanymi zaworami regulująco-odcinającymi przepływ czynnika niezamarzającego o różnych zakresach, zaś sekcje powrotne studni kolektorowej Dź ciepła wyposażono w zawory odcinające. Belki zasilająca oraz powrotna rozdzielacza Dź zostały wyposażone w podejście do odpowietrzania i napełniania instalacji. Rury dobiegowe rozdzielacza Dź wyposażono w zawory klapowe umieszczone wewnątrz studni kolektorowej, celem ewentualnego odcięcia całego układu.
Studnie mają zostać wyposażone w system ciągłego monitoringu pracy każdej sondy indywidualnie. Elektroniczny monitoring pracy Dź ciepła umożliwia optymalizację parametrów pracy układu geotermalnego. Zadanie realizowane jest m.in. poprzez: kontrolę jakościową wodnego roztworu glikolu propylenowego cyrkulującego w hydraulicznym układzie Dź (pomiar temperatury na zasilaniu i powrocie oraz t każdego wymiennika gruntowego). Parametry pracy Dź powinny być archiwizowane w celu analizy poprawności funkcjonowania układu. 3. Studnie kolektorowe zbiorcze W przypadku konieczności połączenia ze sobą przewodów dobiegowych, należy zastosować prefabrykowane studnie zbiorcze. Kolektory zbiorcze zaprojektowane zostały dla układów dużych mocy, umożliwiając połączenie ze sobą do 6 standardowych studni. Oznacza to, iż w przypadku zastosowania 30-sekcyjnych studni kolektorowych, istnieje możliwość podłączenia do 180 wymienników Dź ciepła w jeden układ hydrauliczny. Studnia zbiorcza składa się z rozdzielacza (kolektora zbiorczego) obudowanego trwale komorą tworzywową (studnią). Studnia zbiorcza powinna być wykonana z polietylenu wysokiej gęstości HDPE100 z wmontowanym wewnątrz na stałe kolektorem wielosekcyjny. W proponowanych do zastosowania studniach, rozdzielacz składa się z dwóch belek zbiorczych z odejściami rurami zbiorczymi. W celu zmniejszenia ryzyka infiltracji wód gruntowych do wnętrza komory, wymagane jest monolityczne połączenie przewodów z tworzywową obudową studni, poprzez zastosowanie polifuzji termicznej. Sekcje rozdzielacza zbiorczego przechodzące przez obudowę studni, pogrupowane są parami, zasilanie obok powrotu, zapobiegając tym samym krzyżowania się podłączanych przewodów. Sekcje kolektora zasilającego oraz powrotnego wyposażono w zawory klapowe. Belki zasilająca oraz powrotna rozdzielacza Dź zostały wyposażone w podejście do odpowietrzania i napełniania instalacji. Studnie zbiorcze powinny mieć możliwość posadowienia w różnych warunkach, jak np. w pasie drogowym, dzięki dodatkowym systemowym elementom wyposażenia, takim jak pierścień odciążający, właz żeliwny, Studnie należy wyposażyć w pokrywy z zamknięciem zabezpieczającym przed dostępem osób trzecich. Wymaga się, aby pokrywa włazowa wykonana była z polietylenu wysokiej gęstości HDPE100, dodatkowo izolowana termicznie. 4. Przewody poziome Poziome odcinki przewodów, zarówno rurociągi rozprowadzające, prowadzące z poszczególnych sond geotermalnych jak i rurociągi dobiegowe, prowadzące ze studni kolektorowych do pomieszczenia maszynowni, wykonać należy z rur HDPE100 o średnicach
wynikających z obliczeń projektowych, łączonych metodą zgrzewania polifuzyjnego. Rurociągi należy posadowić poniżej strefy przemarzania gruntu. W przypadku prowadzenia rurociągów poziomych w strefie przemarzania, wymaga się aby zastosować rurociągi preizolowane o zespolonej konstrukcji, składającej się z rury przewodowej, wykonanej z HDPE 100, umieszczonej centrycznie w rurze osłonowej HDPE100 oraz izolacji cieplnej wypełniającej przestrzeń między rurami. Izolację cieplną stanowi półelastyczna pianka poliuretanowa (PUR) wykonana z cyklopentanu, charakteryzującego się współczynnikiem przewodzenia ciepła λ = 0,029 W/mK, wytrzymałością na ściskanie 0,30 MPa oraz odpornością na temperaturę w zakresie -50 130 C. Przy przejściach przez ściany budynków, zastosować należy systemowe przepusty przez przegrody budowlane, zapewniające szczelne, trwałe, termiczne i odporne na działanie gruntu i wody przejście. Przepust, wykonany z polietylenu wysokiej gęstości HDPE, składa się z 2 współosiowych rur, które dzięki żłobieniu na zewnętrznej powierzchni uniemożliwia przemieszczanie się względem przegrody budowlanej. Szczelność zapewnia odpowiedni materiał uszczelniający (taśma bentonitowo kauczukowa) wypełniający szczelnie nieregularny/regularny otwór oraz oddziaływujący dynamicznie na zmianę wilgoci w przegrodzie. Nie dopuszcza się stosowania połączeń rozłącznych dla łączenia przewodów układanych w gruncie. 5. Płyn chłodniczy Jako medium, przewidzieć należy płyn oparty na glikolu propylenowym, nietoksycznym w pełni biodegradowalnym. Wodny roztwór glikolu propylenowego ma zapewnić ochronę przed zamarznięciem do temperatury -15 C. Projektowany nośnik ciepła w instalacji geotermalnej ma pochodzić ze źródeł odnawialnych (np. przetwórstwo skrobi kukurydzianej lub równoważne) będący alternatywą dla standardowych glikoli pochodzących z przetwórstwa ropy naftowej. Na etapie wytworzenia płynu zostaje zużyte o ok 40% mniej energii a emisja gazów do atmosfery jest także zredukowana o ok 40%. Płyn na bazie bio-glikolu propylenowego (propano-1,3-diol) w porównaniu ze standardowym glikolem propylenowym (propano-1,2-diol) wykazuję lepsze parametry efektywności cieplnej porównywane na podstawie wyliczenia liczby Prandtla (Liczba Prandtla jest jedną z bezwymiarowych liczb podobieństwa używanych w hydrodynamice oraz termodynamice i mechanice ośrodków ciągłych. Wyraża ona stosunek lepkości płynu do jego przewodnictwa cieplnego). Gęstość płynu (w 0 C) wynosząca nie więcej niż 1030 kg/m3 oraz lepkość dynamiczna (w 0 C) nie przekraczająca 7.5 mpa S
będą gwarantować mniejsze opory w instalacji co przedłoży się na oszczędności w całym okresie eksploatacji. Płyn musi posiadać pełen pakiet inhibitorów korozji oparty na związkach organicznych, antyspieniacze oraz antyutleniacze. Wodny roztwór glikolu (propano-1,3-diol) charakteryzuje się zwiększoną wytrzymałością na degradację (w odniesieniu do płynów pochodzących z przetwórstwa ropy naftowej) co wydłuża okres eksploatacji. 6. Materiał wypełniający odwiert W związku z potrzebą zagwarantowania uszczelnienia otworu na całej długości sondy w celu zapobiegania przedostawaniu się zanieczyszczeń pomiędzy poziomami wodonośnymi, niezbędne jest wypełnienie przestrzeni między górotworem a sondą, spoiwem hydraulicznym, nie zawierającym piasku kwarcowego. Do wypełniania przestrzeni pierścieniowej należy zastosować gotową, suchą mieszankę, hydraulicznie wiążącą o współczynniku przewodzenia ciepła λ 2,0 W/m K, charakteryzującą się wysoką odpornością na cykliczne zamrażanie i odmrażanie, posiadającą również zwiększoną odporność na agresje chemiczną środowiska. Wymaga się, aby zastosowana masa nadawała się do stosowania w strefach ochrony wód podziemnych z uwzględnieniem standardów higienicznych wobec ujęć wody pitnej. Spoiwo musi posiadać atesty i certyfikaty potwierdzające właściwości deklarowane przez producenta, wydane przez uprawnione jednostki, mające minimum 5 letnie doświadczenie w przedmiotowej dziedzinie.