Za³. 2 do odpowiedzi III - dolne ród³o ciep³a opisx

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
z
powinna
wmontowanym
być
wykonana
wewnątrz
na
z
stałe
polietylenu
wysokiej
cylindrycznym
gęstości
kolektorem
HDPE100
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.