LG Akadémia Földhős hőszivattyús rendszerek modellezése, tervezése, engedélyezése. Gyakran elkövetett hibák. Csernóczki Zsuzsa Okl. környezetkutató, geológiai projekt menedzser Herceghalom, 2012.05.16. 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: info@hgd.hu; www.hgd.hu Tartalom Bevezetés - statisztikák Hőnyerési módok Választás az alternatívák közül Földhőszondás hőszivattyús rendszerek (szondateszt, méretezés, engedélyezés) MAHÖSZ aktualitások
400 350 300 250 200 150 100 50 0 49 Hőszivattyú eladás/10 000 háztartás, 2010 20 67 Ausztria Belgium Svájc Cseh Köztársaság 8 15 19 2 Németország Észtország Spanyolország 241 33 Finnország Franciaország Magyarország 3 2 52 Írország Olaszország Litvánia 4 10 344 5 Hollandia Norvégia Lengyelország 319 5 7 Svédország Szlovákia Egyesült Királyság Európai hőszivattyús piac 2011
Magyarországi "becsült" hőszivattyús eladási statisztika (2000-2011) 1000 900 800 Hőszivattyú (db) 700 600 500 400 300 200 100 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Év Hőnyerési módok Zárt rendszerek (vízkivétel nélkül) függőleges földhőszondák (szimpla, dupla, tripla) energiakosár (épület mellett) horizontális talajkollektor Nyitott (vízkivétellel járó) rendszerek vízkút termál elfolyó víz/hulladékvíz Épületszerkezeti hőnyerők energia cölöp (épület alatt) Résfal Levegős hőszivattyús rendszerek
HŐSZIVATTYÚ HASZNOSÍTÁSI RENDSZEREK 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
Földhőszondás rendszerek tervezése I. 30 kw alatt: 50 W/m (VDI4640) Kis projektek helyi geológiai viszonyok hatása előzetes földtani adatok (adattárak) hővezetőképesség meghatározása (táblázatok, adatbázisok) szondák méretének, számának és hosszának megállapítása szondák távolsága kétcsöves vagy négycsöves rendszer
Földhőszondás rendszerek tervezése II. 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 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
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 SZONDATESZT HŐELNYETÉS TESZT Az alulméretezés a legújabb kutatás szerint 25 éves üzemidőre vetítve 20x nagyobb üzemeltetési költséghatást okoz, mint a túlméretezésnél a beruházási költségnövekmény. Eredmény Szondateszt 30kW felett, VDI 4640- nek megfelelően Hővezető-képesség (W/mK) Fúrólyuk-ellenállás (mk/w)
Szondamező méretezése 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: éves és havi bontásban (MWh), illetve SPF értéke! Csúcsterhelés: havi bontásban (kw) Szimulációs periódus Költségszámítás Eredmény: optimális elrendezés További lehetőségek: szükséges furathossz kiszámítása, szondamező optimalizálása Szondamező méretezése Hőmérséklet ( C) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0 10 20 Mélység (m) 30 40 50 60 70 80 90 Fluid hőmérséklet éves alakulása a 25. évben 100 I. mérés II. mérés III. mérés Zavartalan állapot Hőmérsékletmérés TRT előtt és után Fluid hőmérséklet alakulása 25 év működés alatt
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 Engedélyezési eljárások szondás rendszerekre (53/2012. (III.28.) Kormányrendelet a bányafelügyelet hatáskörébe tartozó sajátos építményekre vonatkozó építésügyi hatósági eljárások szabályairól) Zárt földhőszondás rendszer Bányakapitánysági engedély Elvi építési engedély Építési engedély Használatbavételi engedély Fennmaradási engedély Rendeltetés megváltoztatására irányuló engedély Bontási engedély
Engedélyezés és szolgáltatási díjak Engedélytől eltérés, az engedély módosítása Rendeltetési célra való alkalmasság megvált. Építmény befogadó/teljesítő kép. megvált. Geometriai paraméterek megvált., stb. Problémák: hosszú átfutási idő sok szakhatóság: BK, ÖK, OGYGYF, KÖH (+ KTVF, TO) adatbázis hiánya Igazgatási szolgáltatási díjak: Bányakapitányság: 36 000 Ft (57/2005. (VII. 7.) GKM rendelet) KTVF: 23 000 Ft (4/2010. (II.25.) KvVM rendelet) KTVF: 133 000 Ft (314/2005. (XII. 25.) Korm. rendelet) KTVF: 100 000 FT (123/1997. (VII. 18.) Korm. rendelet) TELENOR IRODAHÁZ, TÖRÖKBÁLINT Alapterület: 20.000 m 2 Fűtési igény: 860 kw, hűtési igény: 960 kw Primer tömegáram: kb. 70m 3 /h/hőszivattyú Szekunder tömegáram: 55m 3 /h/hőszivattyú Szekunder fűtési hőlépcső: 42/37 C Szekunder hűtési hőlépcső: 13/18 C
Települési mélység (m) 0,0 0,8 m 0,8 16,1 m 16,1 100,0 m Hővezetőképesség: 2,8 W/mK Feltárt rétegsor Holocén feltalaj Pleisztocén korú agyagos, homokos kifejlődések Miocén kavicsos, homokos, agyagos rétegek Földtani kutatófúrás rétegsora Törökbálint, Égett völgy 180 db földhőszonda, 100 m-es talpmélység, 7 m távolság TELENOR-HÁZ, TÖRÖKBÁLINT TELENOR
TELENOR FÖLDHŐ MONITORING
TELENOR HÁZ - FÖLDHŐ MONITORING: Aktív szonda mellett 2011.01.18. - 2011.11.29. - 10 M - 40 M - 70 M - 100 M Hőmérséklet ( C) 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2011.01.17 2011.03.08 2011.04.27 2011.06.16 2011.08.05 2011.09.24 2011.11.13 Időpont 20 18 16 TELENOR HÁZ - FÖLDHŐ MONITORING Két szonda között 3,5 m-re 2008.10.18. - 2011.01.18. - 10 m - 40 m - 70 m - 100 m Hőmérséklet ( C) 14 12 10 8 6 TELENOR HÁZ - FÖLDHŐ MONITORING Két szonda között 3,5 m-re 4 2011.01.18. - 2011.11.29. 2008.08.20 2008.11.28 2009.03.08 2009.06.16 20 2009.09.24 2010.01.02 2010.04.12 2010.07.21 2010.10.29 2011.02.06 Időpont 18-10 m - 40 m - 70 m - 100 m Hőmérséklet ( C) 16 14 12 10 2011.01.18. 2011.11.29. 8 6 4 2011.01.17 2011.03.08 2011.04.27 2011.06.16 2011.08.05 2011.09.24 2011.11.13 2012.05.16. Földhős hőszivattyús rendszerek Időpont modellezése, tervezése, engedélyezése
(Csernóczki Zsuzsa, 2009.)
MAHÖSZ aktualitások Földhő potenciál kalkulációk Magyar Tudományos Akadémia, 2020 ig kinyerhető készlet: Közvetlen geotermikus: 10PJ Földhő hőszivattyús: 10 15PJ Magyar Termálenergia Társaság, 2020 ig kinyerhető készlet: Közvetlen geotermikus: 15 PJ Földhő hőszivattyús: 10PJ Magyar Hőszivattyú Szövetség (MAHÖSZ): 10 PJ a 2020 ig kinyerhető készlet: Európai Hőszivattyú Szövetség (EHPA European Heat Pump Association), NCST vállalások minden ország megújuló energiafelhasználásának 11% a: 13 PJ Energiastratégia 2030 készletgazdálkodási tervezetben Földhő hőszivattyús hasznosítás potenciálja: 25 PJ
A legalacsonyabban függő gyümölcs Napenergia Passzív házak Biomassza Hőszivattyúk Olaj Gáz
Következtetések Stratégiai tervek betartása 2020-ig (NCST) Hazai energiaforrás - Potenciál lehetőségek megvannak Energiaárak változása: gázár-növekedés, új gáz-szerződés 2015-től A magyar primer energia összetételben a megújuló alapú villamos energia növekedése alapvető Kiszámítható támogatási rendszer 2020-ig Minőségi tervezés az,épületgépészet, földhő és vízkút szakterületeken (Geotrainet, Eucert, Ecolabel) Minőségi mérés-előkészítés, kivitelezés, SPF-monitoring Árverseny minőségrontó hatásának kompenzálása Oktatási, szakképzési program folytatása
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: info@hgd.hu; www.hgd.hu Köszönöm a figyelmet!