Energiakaivojen mitoitukseen vaikuttavat tekijät Nina Leppäharju FM, geofyysikko Suomen Lämpöpumppuyhdistyksen 15-vuotisjuhlaseminaari 30.10.2014 Kokoushotelli Sofia, Helsinki
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? 30.10.2014 2
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 30.10.2014 3
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 30.10.2014 4
Miten tästä eteenpäin? Pyydettiin esimerkkimitoituslaskelmat Käsitellään nimettöminä Miten ala toimii tällä hetkellä? Kuinka yhteneväisiä mitoituskäytännöt ovat? Onko ongelmia? Tehtävänanto: 25 000 kwh/a, josta 4 000 kwh lämmintä käyttövettä 2 paikkakuntaa: Helsinki ja Rovaniemi 35/30 (lattialämmitys) ja 55/45 (patterilämmitys) 70 % osatehomitoitus ja 100 % täystehomitoitus = Yhteensä 8 mitoituslaskelmaa / laskija 30.10.2014 5
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 % 123 55/45, 70 % 113 35/30, 100 % 98 55/45, 100 % 101 kwh/m Rovaniemi kwh/m 35/30, 70 % 98 55/45, 70 % 100 35/30, 100 % 92 55/45, 100 % 94 n. 110 kwh/m n. 95 kwh/m 30.10.2014 6
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? 30.10.2014 7
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, 2008 30.10.2014 8
Lämpötila [ C] Lämpötila [ C] Energiakaivon lämpötilan kehitys 10 10 Lähtölämpötilan/sijainnin Lämmönjohtavuuden vaikutus 8 6 8 6 4 4 2 2 0 0 5 10 15 20 25-2 0 5 10 15 20 25-2 -4-4 -6 1 x 146 m, lambda 3, 18620 kwh/a kaivosta 1 x 146 m, lambda 3, 18620 kwh/a kaivosta Lambda 2,5 Rovaniemi Lambda 3,5-8 -6 Käyttövuosi Käyttövuosi 30.10.2014 9
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 30.10.2014 10
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 30.10.2014 11
Kuvat: Kimmo Korhonen, GTK 30.10.2014 12
Kiitos! GTK:n geoenergiatutkimukset ja palvelut / Nina Leppäharju 30.10.2014 13