Földhőszondás primer hőszivattyús rendszerek tervezési és méretezési elvei

Földhőszondás primer hőszivattyús rendszerek tervezési és méretezési elvei Dr. Ádám Béla PhD 2017.01.25. Budapest, Lurdiház HGD Geotermikus Energiát Hasznosító Kft. : 1141 Bp., Zsigárd u. 21. Székhely: 1141 Bp.;Zsigárd utca 21 : (36-1) 221-1458; Fax :(36-1) 422-0004 E-mail: [email protected]; www.hgd.hu

Tartalom  Primer hőnyerők alternatívái  Választás az alternatívák közül  Földhőszondás hőszivattyús rendszerek tervezése I. (30 kW

alatt)  Földhőszondás hőszivattyús rendszerek tervezése II. (30 kW felett)  Szondarendszer méretezése, response test  Gyakran elkövetett hibák

2017.01.25.

TALAJSZONDÁS RENDSZEREK MÉRETEZÉSE

HŐSZIVATTYÚ – HASZNOSÍTÁSI RENDSZEREK

2017.01.25.


Választás az alternatívák közül  Megrendelői igények: hőszükséglet és egyéb szempontok  Ellátandó funkciók: fűtés, hűtés, hmv, medence stb.  Földtani és vízföldtani adottságok  Területi adottságok (domborzat, beépítettség, területi besorolás)  Gazdaságosság, költséghatékonyság, optimalizálás  Talajszondás rendszer: sekély mélységben várhatóan nincs

elegendő vízmennyiség, könnyen fúrható kőzetek, stb.  Talajkollektoros rendszer: fűtendő alapterület 2-2,5-szerese  Vízkútpáros rendszer: 20 m feletti jó vízadó, megfelelő vízkémia, stb. 2017.01.25.


2017.01.25.

Földhőszondák átlagos mélysége: 80-125m TALAJSZONDÁS RENDSZEREK MÉRETEZÉSE

Szonda kialakítása A talajszonda-csövek többféle kialakítása létezik. A leggyakoribb a szimpla U csöves és a dupla U csöves megoldások. Konvencionális dupla-U szonda

2017.01.25.

Koaxiális szonda


Földhőszondás hőszivattyús rendszerek tervezése I.  Hőszükséglet számítás, ellátandó funkciók (F, H, HMV, medence)  Geológiai helyi információk: adattárak (ELGI, VITUKI, MÁFI),

 



 

tapasztalat, hatósági egyeztetés Rendelkezésre álló terület, lejtésviszonyok Hőnyerési mód megválasztása  családi ház  nagy rendszer – helyi kutatás: szondateszt  modellezés F/H/HMV igény alapján „hőigény” éves, havi lefutása  csúcsigény  lefutások  éves F/H/HMV igény (kWh, GJ/év) Hőszivattyú kiválasztása Primer oldali gépész tervezés (hidraulikai méretezés)

2017.01.25.


Földhőszondás hőszivattyús rendszerek tervezése II. 30 kW alatt: 50 W/m (VDI4640)

„Kis projektek”  helyi geológiai viszonyok hatása  előzetes földtani adatok (adattárak)

Szondák tervezése: A jó geotermikus hőszivattyús hatásfok feltétele a primer földhő hasznosítás helyes méretezése

↓ hővezetőképesség meghatározása (táblázatok, adatbázisok)  szondák méretének, számának és hosszának megállapítása  szondák távolsága  kétcsöves vagy négycsöves rendszer 2017.01.25.


2017.01.25.


Számítási példa: talajszonda méretezés  Adatok:  Q = 10,8 kW  Talaj típusa: homokos, nedves (q = 60 W/m)  COP = 4,2  Szükséges fúrási méter = ?

2017.01.25.


Földhőszondás rendszerek tervezése III. „Nagy rendszerek”: 30 kW felett  helyi geológiai viszonyok hatása  előzetes földtani adatok (adattárak)  helyszínen kutatófúrás, próbafúrás - geofizikai vizsgálat  hővezetőképesség meghatározása  táblázatok, adatbázisok  kőzetmintán labor mérés  szondateszt/hőelnyeletési teszt (Thermal Response Test)  méretezés szoftver segítségével  szondák méretének, számának és hosszának megállapítása  szondák távolságának meghatározása  kétcsöves vagy négycsöves rendszer 2017.01.25.


Szondarendszer méretezése  Próbaszonda letöltése és tömedékelés  3-5 nap állás után in situ hőmérséklet mérése  Szondatesztelő berendezés összeállítása  60-72 órás szabvány szerinti szondateszt elvégzése  Software segítségével mérési eredmények kiértékelése  Cél: hővezető-képesség megállapítása  EED méretező software alkalmazása a fenti mérési adatok használatával  Eredmény: optimális szondaszám, talpmélység és elrendezés 2017.01.25.


Geofizikai mérés 2017.01.25.


2017.01.25.


Szondateszt (Thermal Response Test) VDI 4640 - 30kW felett ajánlott a helyszíni kutatófúrás, szondateszt: • hővezetőképesség (λ) meghatározására leggyakrabban használt módszer • átlag hővezetőképesség értéket ad a szelvény teljes hosszára • mérés ideje: általában 60-72 óra Elve: tartályban fűtött víz kerül keringtetésre a földhőszondában. Regisztrálás: lemenő ág hőmérséklete, visszatérő ág hőmérséklete, fűtési teljesítmény, külső hőmérséklet; turbulens áramlás fenntartása fontos a mérés során, ha lamináris áramlás jön létre figyelembe kell venni a számításkor

↓

2017.01.25.


Szondateszt – alapállapot szelvény Földhőmérséklet alapállapot szelvény Érd Rendőrkapitányság, 2015.12.16. Hőmérséklet (°C) 11

12 13 14 15 16 17 18 19 20

0 10 20 30

Mélység (m)

40 50 60 70 80 90 100 110 120

2017.01.25.


SZONDATESZT – HŐELNYELETÉS A folyadékhőmérséklet alakulása a szondateszt során Érd Rendőrkapitányság, 2015.12.16.-18.

Hőmérséklet (°C)

30

25 20 15 10 Idő Előremenő folyadék hőmérséklet

30,000

Szondateszt - Érd, Rendőrkapitányság

25,000

Hőmérséklet

20,000 15,000 10,000

Hővezetőképesség: 1,9 W/mK 5 7 9 11 ln sec  34 db földhőszonda, 125 m-es talpmélység, 6 m távolság 5,000 0,000

Befolyó

2017.01.25.

Kifolyó


Átlag

13 Érintő

Méretezés földhőszonda mezőre  EED 3.13. – Earth Energy Designer  Európában egyik leggyakrabban használt szoftver  Könnyen kezelhető, gyors kalkuláció végezhető, beépített

adatbázis  G-funkció – 798 földhőszonda elrendezés, max 1200 szonda  Magyar nyelvű menü adatbázisban magyar vonatkozások  Belső ellenőrző modul 2017.01.25.


Szondamező méretezése I.  Vertikális rendszerek

modellezése  Input paraméterek:

2017.01.25.


Szondamező méretezése: input paraméterek II.

2017.01.25.


Szondamező méretezése: input paraméterek III.

2017.01.25.


Szondamező méretezése: input paraméterek IV.

2017.01.25.


2017.01.25.


Input paraméterek összefoglalása Vertikális rendszerek modellezése: Earth Energy Designer  Input adatok:  Alaptulajdonságok: hővez.kép., menny. hőkap., talajfelszín hőm.,

     

geotermikus hőfluxus Furat és hőcserélő: szondatípus, elrendezés, mélység, távolság, furatátmérő Hőhordozó folyadék: hővez.kép., spec. hőkap., sűrűség, viszkozitás, fagyáspont Alapterhelés: SPF, éves és havi bontásban MWh Csúcsterhelés: havi bontásban Szimulációs periódus Költségszámítás

 Eredmény: optimális elrendezés  További lehetőségek: szükséges furathossz kiszámítása,

szondamező optimalizálása

2017.01.25.


Szondamező méretezése VI. Földhőmérséklet alapállapot szelvény Érd Rendőrkapitányság, 2015.12.16. Hőmérséklet (°C)

34 32

b c d e f g

Fluid temperature

b c d e f g

Peak cool load

b c d e f g

Peak heat load

30

12 13 14 15 16 17 18 19 20 Fluid temperature [°C]

11 0 10 20

28 26 24

Fluid hőmérséklet éves alakulása a 25. évben

22 20

30

18

JAN

FEB

MAR

APR

MAY

JUN

JUL

AUG

SEP

OCT

NOV

DEC

Year 25

50 60

70 80 90 100

Annual min-max fluid temp. [°C]

Mélység (m)

40

34

b c d e f g

Peak min

32

b c d e f g

Peak max

30

b c d e f g

Base min

b c d e f g

Base max

28 26 24

Fluid hőmérséklet alakulása 25 év működés alatt

22 20 18 16

110 120

2017.01.25.

14

2

4

6

8

10

12

14 Year


16

18

20

22

24

TELENOR FÖLDHŐ MONITORING

2017.01.25.


2017.01.25.


Gyakran elkövetett hibák Tervezési hibák:  Primer oldal alulméretezése (szondahiány)  Nem megfelelő hidraulikai méretezés  Szondák egymásra hatásának figyelmen kívül hagyása (5 m a minimum) – Hatástávolság kb. 3 m!  Primer technológiai hiba (tervezés pl. hőnyerési mód megválasztása)  Hőszükséglet számítási hiba (szekunder oldalon)  Rosszul megválasztott hőszivattyú Kivitelezési hibák:  Hiányos tömedékelés  Nem jó minőségű tömedékelőanyag (bizonyos esetekben szükséges hővez.kép. fokozó anyag)  Glikolhiány – sokan vízzel töltik a szondákat  Építési hőszigetelési hiba  Tömegáram, beszabályozási hibák 2017.01.25.


HGD Geotermikus Energiát Hasznosító Kft. : 1141 Bp., Zsigárd u. 21. Székhely: 1141 Bp.;Zsigárd utca 21 : (36-1) 221-1458; E-mail: [email protected]; www.hgd.hu

Köszönöm a figyelmet!

Földhőszondás primer hőszivattyús rendszerek tervezési és méretezési elvei

Recommend Documents