Energiakaivojen mitoitukseen vaikuttavat tekijät

Transkriptio

1 Energiakaivojen mitoitukseen vaikuttavat tekijät Nina Leppäharju FM, geofyysikko Suomen Lämpöpumppuyhdistyksen 15-vuotisjuhlaseminaari Kokoushotelli Sofia, Helsinki

2 SULPU:n energiakaivojen mitoitustyöryhmä Miksi? Mitoitusasiat puhututtaneet kauan ja puhututtavat edelleen Mikä tilanne Suomessa on? Millaisia perusteita ja ohjelmia käytetään? Onko tarvetta ohjeistukselle? Onko ongelmia? Otetaanko huomioon Suomen pohjoiset olosuhteet ja kallioperän ominaisuudet? Huomioidaanko vuosittaisen lämmönoton vaikutus kallioperän lämpötilaan ja sitä kautta lämpöpumpun lämpökertoimeen (hyötysuhteeseen)? Onko muissa maissa vastaavia ohjeistuksia/standardeja ja voisiko näitä soveltaa Suomen oloissa?

3 SULPU:n energiakaivojen mitoitustyöryhmä Ketkä? SULPU:n jäsenyritysten edustajia, Geologian tutkimuskeskus GTK, Poratek - Suomen Kaivonporausurakoitsijat ry, Enersys Oy ja Suomen ympäristökeskus SYKE Miten? 5 kokousta pidetty (kerran kuussa) Tiedote lähetetty SULPU:n ja Poratekin jäsenille Laskelmia Tiedonhankintaa Keskustelua

4 Työryhmän alkuperäinen lista Mitkä asiat saattavat vaikuttaa energiakaivon mitoitukseen? 1. kwh/m,a 2. W/m 3. Latauksen vaikutus 4. Vastemittaus eli TRT-mittaus 5. Sukitus / kaivon täyttö esim. bentoniitilla 6. Kollektorin merkitys (2-, 3-, 4- putkinen, koaksiaali ) 7. Lämmönsiirtoneste 8. Lämpötilatasot 9. SCOP-laskenta 10.Aktiivisyvyys 11. Maaporaus 12. Maantieteellinen sijainti 13.Ajallinen tasaantuminen 14.Reikävirtaukset 15.Kollektorikytkennät

5 Miten tästä eteenpäin? Pyydettiin esimerkkimitoituslaskelmat Käsitellään nimettöminä Miten ala toimii tällä hetkellä? Kuinka yhteneväisiä mitoituskäytännöt ovat? Onko ongelmia? Tehtävänanto: kwh/a, josta kwh lämmintä käyttövettä 2 paikkakuntaa: Helsinki ja Rovaniemi 35/30 (lattialämmitys) ja 55/45 (patterilämmitys) 70 % osatehomitoitus ja 100 % täystehomitoitus = Yhteensä 8 mitoituslaskelmaa / laskija

6 5 esimerkkilaskelmaa eri toimijoilta Käytetty alalla yleisesti käytössä olevia mitoitusohjelmia (lämpöpumppuvalmistajien omia) Kaivon syvyys keskimäärin Helsingissä 169 m ja Rovaniemellä 184 m Vaihtelua löytyy: suurin vaihtelu yli 80 m keskiarvo vajaa 50 m kwh/m kwh/m-keskiarvot Helsinki kwh/m 35/30, 70 % /45, 70 % /30, 100 % 98 55/45, 100 % 101 kwh/m Rovaniemi kwh/m 35/30, 70 % 98 55/45, 70 % /30, 100 % 92 55/45, 100 % 94 n. 110 kwh/m n. 95 kwh/m

7 Arviointi Verrataan tuloksia tarkempien mallinnusohjelmien (mm. ruotsalainen EED ja numeeriset mallit) tuloksiin Onko arvoissa korjattavaa? Ongelmia? Voidaanko antaa kwh/m,a- ja W/m-arvot (suositeltava vaihteluväli) esim. 5 eri vyöhykkeelle Suomessa? Olisiko ohjeistuksesta hyötyä alan toimijoille ja esim. omakotiasujille?

8 Alueelliset erot Maankamaran lähtölämpötila Geoterminen gradientti eli lämpötilan nousu maankamarassa syvemmälle mentäessä Suomessa noin 1 1,5 C / 100 m Kivilaji ja kallioperän lämmönjohtavuus eli lambda-arvo Suomen kivilajien keskiarvo n. 3,2 W/(mK) Yleensä 2 4 W/(mK) Maaporauksen osuus eli irtomaakerroksen paksuuden huomioiminen Aktiivisyvyys eli pohjaveden pinta Maanpinnan keskilämpötila Lähde: Nina Leppäharju,

9 Lämpötila [ C] Lämpötila [ C] Energiakaivon lämpötilan kehitys Lähtölämpötilan/sijainnin Lämmönjohtavuuden vaikutus x 146 m, lambda 3, kwh/a kaivosta 1 x 146 m, lambda 3, kwh/a kaivosta Lambda 2,5 Rovaniemi Lambda 3, Käyttövuosi Käyttövuosi

10 Elinkaaritarkistelu energiakaivojen mitoittamiseen Energiakaivon lämpötilan laskeminen vaikuttaa suoraan sähkölaskuun Alkuinvestoinnin sijaan tulisi laskea kokonaishyöty/-kulut käyttövuosien aikana Usein lisämetrien poraaminen kannattaa! Energiakaivo ei jäädy helposti Konvektio Lievät alimitoitukset jäävät helposti huomaamatta Usein ongelmana myös väärät lähtötiedot, mm. aliarvioitu energiantarve

11 Energiakaivokentät ja vinokaivot Käytettävä eri mitoitusperiaatteita Kaivojen vaikutus toisiinsa Huomioiminen on kriittisen tärkeää! Vinokaivot ongelmallisia, jos kaivot lähellä toisiaan Kaivojen yläosissa suuri jäätymisvaara Oikein mitoitettuna hyvä vaihtoehto! Kuva + kansikuvat: Ilkka Martinkauppi, GTK

12 Kuvat: Kimmo Korhonen, GTK

13 Kiitos! GTK:n geoenergiatutkimukset ja palvelut / Nina Leppäharju