Menu

Projektowanie dolnych źródeł ciepła

    Projektowanie sond gruntowych  (tekst na podst. wytycznych wydanych przez PORT PC)

 

  Wymagania prawne

  Wiadomości wstępne

  Dobór sond gruntowych dla pomp ciepła o mocy ≤ 30kW

  Dobór sond gruntowych dla pomp ciepła o mocy > 30kW

  Zasady lokalizacji sond gruntowych

  Próby i odbiór sond gruntowych

 

  Wymagania prawne

ASPEKTY PRAWNE DOTYCZĄCE PIONOWYCH GRUNTOWYCH WYMIENNIKÓW CIEPŁA:
Wykorzystując do pracy pompy ciepła pionowy gruntowy wymiennik ciepła (tak zwaną sondę gruntową), instalacja grzewcza podlega zapisom poniższych ustaw:

1. Prawo Wodne (Dz. U. 2012 nr 0 poz. 145 z późniejszymi zmianami)
2. Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. 2011 nr 163 poz. 981 z późniejszymi zmianami)
3. PRAWO OCHRONY ŚRODOWISKA (Dz. U. 2008 nr 25 poz. 150 z późniejszymi zmianami)
4. Prawo budowlane (Dz. U. 2010 nr 243 poz. 1623 z 7 lipca 1994 roku z późniejszymi zmianami)
5. Ustawa o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym (Dz. U. 2012 poz. 647 z późniejszymi zmianami)
6. Ustawa o udostępnianiu informacji o środowisku i jego ochronie, udziale społeczeństwa w ochronie środowiska oraz o ocenach oddziaływania na środowisko (Dz. U. 2008 nr 199 poz. 1227 z późniejszymi zmianami).

  

Zgodnie z prawem geologicznym i górniczym wszelkie prace związane z wykonaniem otworów w celu wykorzystania ciepła Ziemi, o głębokości do 30 metrów, nie wymagają projektu robót geologicznych. Prace te nie mogą być prowadzone na obszarach górniczych, wtedy też mimo nieprzekroczenia głębokości 30 metrów projekt robót geologicznych jest wymagany.

Tabela. Wymagania odnośnie PRG i PRZG w zależności od głębokości odwiertu

hw[m[

głębokość otworu wiertniczego

PRG

projekt robót geologicznych

PRZG

projekt ruchu zakładu górniczego

≤ 30 (poza obszarem górniczym) NIE NIE
≤ 30 (na obszarze górniczym) TAK NIE
≤ 100 (poza obszarem górniczym) TAK NIE
≤ 100 (na obszarze górniczym) TAK TAK
> 100 (niezależnie od obszaru) TAK TAK

 

Na podstawie Ustawy Prawo geologiczne i górnicze można wymienić następujące procedury  i obowiązujące etapy wykonywania otworów wiertniczych:

 

A. Opracowanie projektu robót geologicznych PRG i projektu ruchu zakładu górniczego PRZG w przypadku, gdy są wymagane z uwagi na projektowaną głębokość odwiertów.

 

B. Zgłoszenie projektu i zawiadomienie o przystąpieniu do robót wiertniczych. Zgodnie z przepisami projekt zgłasza się:

1) organowi administracji geologicznej, którym jest marszałek województwa, starosta lub Minister Środowiska jako organ I instancji,
2) wójtowi (burmistrzowi, prezydentowi miasta) właściwemu ze względu na miejsce wykonywanych robót, a na obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej - właściwemu dyrektorowi urzędu morskiego;
3) organowi nadzoru górniczego, którym jest Prezes Wyższego Urzędu Górniczego, dyrektorzy okręgowych urzędów górniczych, dyrektor Specjalistycznego Urzędu Górniczego - jeżeli do robót geologicznych stosuje się wymagania dotyczące ruchu zakładu górniczego.

Zgłoszenie projektu wymaga wypełnienia wniosku we właściwym organie. Wniosek powinien zawierać:

-  Pisemne zgłoszenie o zamiarze przystąpienia do wykonywania robót geologicznych wraz z oznaczeniem wnioskodawcy (miejsce zamieszkania lub siedziby), zawierające:
a) zamierzone terminy rozpoczęcia i zakończenia robót geologicznych,
b) rodzaj i podstawowe dane dotyczące robót geologicznych,
c) imiona i nazwiska osób sprawujących dozór i kierownictwo oraz numery świadectw stwierdzających kwalifikacje do wykonywania tych czynności.

 

C. Przeprowadzenie właściwych prac wiertniczych

Zgodnie z zapisami ustawy, roboty geologiczne mające na celu wykorzystania ciepła ziemi można rozpocząć jeżeli w terminie 30 dni od daty złożenia projektu robót geologicznych do Starostwa Powiatowego organ nie wniesie sprzeciwu.
Jeżeli roboty wiertnicze wykonuje się na głębokości przekraczającej 100 metrów, zgodnie z zatwierdzonym przez Okręgowy Urząd Górniczy planem ruchu, zamiar rozpoczęcia prac wiertniczych powinien zostać zgłoszony właściwemu organowi administracji geologicznej, organowi nadzoru górniczego oraz wójtowi, burmistrzowi lub prezydentowi właściwemu ze względu na miejsce prowadzenia prac. ZGŁOSZENIE powinno być dokonane najpóźniej na 2 tygodnie przed planowanym terminem rozpoczęcia wierceń.
Prace mogą być wykonywane jedynie przez osoby, które posiadają odpowiednie kwalifikacje do kierowania robotami geologicznymi, natomiast nadzór nad pracami mogą sprawować osoby posiadające potwierdzone stosowne uprawnienia.

 

D. Sporządzenie dokumentacji powykonawczej i przekazanie jej do właściwego organu administracji geologicznej

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 czerwca 2005 roku w sprawie określania przypadków, w których konieczne jest sporządzenie innej dokumentacji geologicznej (Dz. U. Nr 116, poz. 893) wyniki prac wiertniczych i badań w otworze przedstawia się w dokumencie zatytułowanym „Dokumentacja prac geologicznych wykonywanych w celu wykorzystania ciepła ziemi”.
Dokumentacja obejmuje omówienie i podsumowanie wykonanych prac oraz badań. Jest ona sporządzana najpóźniej w ciągu 6 miesięcy od zakończenia prac geologicznych, a następnie w 3 egzemplarzach przekazywana właściwemu organowi administracji geologicznej, do którego zgłaszany był projekt prac geologicznych. Dokumentacja stanowi jedynie zgłoszenie wykonanych prac do celów ewidencyjnych, i jako taka nie podlega zatwierdzeniu.
Załącznikiem do dokumentacji prac geologicznych jest operat geodezyjny. Operat obejmuje inwentaryzację geodezyjną wykonanych otworów za pomocą niwelacji technicznej dowiązanych do reperu zastabilizowanego na badanym terenie.
A językiem bardziej zrozumiałym dla wszystkich: operat geodezyjny to oznaczenie na planie zagospodarowania terenu miejsc wykonanych otworów, opisanie ich współrzędnych oraz wysokości nad poziomem morza i podpisanie oraz opieczętowanie mapki przez uprawnionego geodetę.

 

  Wiadomości wstępne

 

 

- Przy prawidłowym doborze wymienników gruntowych nie dochodzi do zbytniego wychłodzenia gruntu. Grunt ma czas na regenerację i odzyskanie naturalnej temperatury w czasie postoju pompy ciepła. Jeśli wymiennik jest zbyt mały, a pompa mocno obciążona, dochodzi do szybkiego wychłodzenia gruntu. W skrajnym przypadku, przy braku odpowiedniej regeneracji, może dojść do obniżenia jego temperatury do granicznej temperatury pompy ciepła, przy której zostanie ona zablokowana.  Przy projektowaniu wymiennika gruntowego należy dążyć do tego aby temperatura cieczy niskokrzepnącej nie była nigdy niższa niż -1,5C i nie wyższa niż +30C.

- Przy projektowaniu rur i pomp obiegowych zaleca się przyjmować maksymalna prędkość przepływu cieczy niskokrzepnącej <1,5m/s, ale jednocześnie na poziomie zapewniającym przepływ burzliwy (liczba Re >2300). Przepływ laminarny powoduje znacznie gorsza wymianę ciepła pomiędzy sondą a gruntem.

- Pompę obiegowa należy dobierać tak, aby różnica temperatur (pomiędzy wejściem i wyjściem z parownika) nie była większa niż 3-5K.

- Przy obliczaniu oporów hydraulicznych należy uwzględniać różnicę gęstości pomiędzy wodą a cieczą niskokrzepnącą. W przypadku glikolu etylenowego współ. korekcyjny wynosi 1,6; przy glikolu propylenowym 1,7.

- Temperatura górnego źródła ciepła nie może być zbyt niska, aby nie doszło do uszkodzenia sprężarki. należy w tym wypadku zwrócić uwagę na zalecenia producenta pompy ciepła (pole pracy sprężarki). Zabronione jest też: wykorzystywanie pompy ciepła do ogrzewania budynku nieocieplonego, suszenia budynku ze świeżo wykonanymi tynkami lub wylewkami jastrychowymi

 

  Dobór sond gruntowych dla pomp ciepła o mocy ≤ 30kW

 

W Polsce stosowane są aktualnie trzy typy sond gruntowych:

- pojedyncze typu "U" o średnicy zewnętrznej rur 32, 40 lub 50mm

- podwójne typu "U" o średnicy zewnętrznej 32 lub 40mm

- współosiowe, koaksjalne (typu rura w rurze) o średnicy Dz/Dw 63/32 lub 50/25

Na wymienniki stosowane są głównie rury PEX lub PE100 w wersji gładkiej lub profilowanej (typu turbo).

Długość sond dobierana jest w oparciu o wymagana moc dolnego źródła ciepła i wydajność jednostkową wymiennika gruntowego qv [W/m]. Wydajność jednostkowa może być wyznaczona doświadczalnie za pomocą metody TRT lub wyznaczona analitycznie na podstawie znajomości budowy geologicznej gruntu. Przy braku pełnego rozpoznania geologicznego wydajność jednostkową sondy gruntowej należy przyjmować nie większą niż qv = 40 W/m.

Przy znajomości budowy geologicznej gruntu wydajność jednostkową wyznacza się obliczając w pierwszej kolejności tzw. średni ważony współczynnik przewodzenia gruntu  λśr. Następnie z wykresu odczytuje się wartość qv. Średni ważony współczynnik przewodzenia gruntu  λśr oblicza się ze wzoru:

 

 

gdzie:

Ui - grubość warstwy geologicznej

λi - współczynnik przewodzenia ciepła dla warstwy (odczytany z tabeli 1)

 

Tabela 1 Wartości współczynników przewodzenia ciepła dla różnych warstw gruntu (dane firmy Biocon)

Rodzaj gruntu Wartość współczynnika λ [W/mK]
amfibolit 2,9
andezyt 2,2
anhydryt 4,1
aplit 3,1
arkoza 2,9
bazalt 1,7
bentonit 12% 0,7
bentonit/ piasek 12%/50% 1,5
beton 1,6
brekcja 2,8
dioryt 2,6
dolomit 3,2
gabro 1,9
gips 1,6
gneis 2,9
granit 3,4
ił, glina sucha 0,4
ił wilgotny 1,6
iłowiec 2,2
kwarcyt 6,0
łupek ilasty 2,1
marmur 2,6
margiel 2,1
margiel dolomityczny 2,2
mica 2,0
pegmatyt 3,0
perydotyt 4,0
piasek suchy 0,4
piasek suchy zbity 1,2
piasek wilgotny 1,0
piasek nasycony (nawodniony) 2,4
piasek zmrożony 2,0
piaskowiec 2,3
pył suchy 0,4
pył wilgotny 1,8
pyłowiec 2,4
powietrze 0,02
serpentyn 3,0
wapień marglisty 2,2
wapień oolitowy 2,4
torf 0,4
woda (temp 0-10C) 0,6
węgiel 0,3
wapień zbity 2,8
żwir suchy 0,4
żwir nasycony 1,8
zlepieniec 2,8

 

Przykład: Oblicz średni ważony współczynnik przenikania gruntu dla otworu wiertniczego o budowie geologicznej:

0-20m - piasek wilgotny

20-40m - wapień marglisty

40-80m - żwir wilgotny

80-110m - wapień zbity

 

 

Na podstawie wyliczonej wartości możemy wyznaczyć jednostkową wydajność cieplną gruntu qv. Według R. Barthela dla wyznaczenia qv można sie posłużyć zależnością:

Według   SIA 384/6 i norm szwajcarskich wartość "q" można wyznaczyć z nomogramu

Rys. Nomogram do wyznaczania wartości wydajności cieplnej gruntu wg SIA 384/6.

 

Tab. 1. Zestawienie źródeł informacji geologicznej do projektowania otworowych wymienników ciepła

 

W powyższych materiałach na szczególną uwagę zasługuje poz. 11, tzw. termomapy (http://www.thermomap-project.eu) z których można szybko odczytać czy wybrana przez nas lokalizacja dla pompy ciepła jest optymalna. Poniżej warunki dla Lublina i okolic.

Rys. Termomapa okolic Lublina. Kolor czerwony przewodność cieplna >1.2 W/mK (najbardziej optymalny), pomarańczowy 1,1-1,2W/mK, żółty 1,0-1,1 W/mK

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});