Geotermikus talajszondák tervezésekor, a szondák kivitelezése előtt – talajszonda fúrás előtt -, figyelembe kell vennünk a talajszelvény hőmérsékleti viszonyait. Cikkünkben megmutatjuk, hogy milyen mértékben változik a talaj hőmérséklete a mélység függvényében.
Talajszonda fúrás – hőmérsékletek a talajban
A fenti diagram tanulmányozásakor érdekes törvényszerűségek figyelhetők meg:
- Minél mélyebb réteget figyelünk meg, annál kisebb az év folyamán a hőmérséklet változás, 15 méter mélységnél – és az alatt – egész évben változatlan a talaj hőmérséklete. Ez azt is jelenti, hogy ha hőszivattyúval hőt vonunk el a 15 méter alatti rétegekből, akkor az a réteg a nyári meleg hatására nem képes visszamelegedni – feltöltődni a következő téli hőelvonásra – vagyis évről évre hidegebb lesz a talajnak ez a szelvénye. Mitől tud még visszatöltődni ez mélyebb talajszelvény?
– Nyári hűtés vagy passzívhűtés
– Áramló, mozgó talajvíz
– Hőáram a Föld magmája felől 80-110mW/m2, az európai kontinentális átlag 70-90mW/m2. - Fentiek milyen mélységű hőnyerésnél okoznak problémát? Maximum 10 méter mélységű
szonda vagy horizontális talajkollektor a nyári melegben visszatöltődik, vélhetően 100 éves
perspektívában sem lesz gond vele. - 20-40 méteres szondák – ha van hűtési szolgáltatás nyáron – ezzel a többlet visszatáplálással
szintén hosszú távon a kimerülés veszélye nélkül használhatók akkor is, ha nincsen áramló
vízréteg. - Minél mélyebb szondát alkalmazunk, annál nagyobb lehet az éves visszatáplálási hiány,
hiszen egy 60-100 méteres szondának csak az egyharmada kap a nyári hőenergiából, a 15 méter
alatti 30 méteres szakasz visszatöltéséről más forrásból kell gondoskodni, talajvíz hiánya
esetén. - Ennek a gondolatnak lehet az eredménye, hogy egy 100 méteres szondának már csak kb. 15 %-a
töltődik fel a természeti forrásból, és 85 %-nál fordulhat elő túlhűlés. Nem csak a lentről jövő hőáram pótolja a szonda által kivett hőmennyiséget. Oldalról is lehet hőáramlás, amit befolyásol a hőmérséklet különbség. Minél nagyobb a hőmérséklet különbség, annál nagyobb a hőáramlás értéke. Mivel a hőmérséklet különbség nagy hatással van a hőáramra, ez sokkal nagyobb a regeneráció során.
Ezek a túlhűlési gondok 5-10 év múltán jelentkezhetnek, akkor már nehéz a kezelésük, a tervezési fázisban érdemes megelőzni ezt a kellemetlen jelenséget, amely egy idő után már üzemképtelenséget is okozhat.
Ennek kézenfekvő módja a kisebb mélységű hőnyerés kiépítése, de nem lehet túlságosan sekély, mert pl. egy 2 méter mélységben elhelyezett talajkollektor ugyan alkalmas a téli fűtési igény kiszolgálására megfelelő méretezés esetén, de a nyári passzívhűtéssel gondok lehetnek, mivel ha túlságosan hamar visszamelegszik a talajréteg, akkor már elégtelen lesz a passzívhűtés teljesítménye.
Emiatt látszik a legcélszerűbbnek a 20-40 méter mélységű szondák létesítése, ráadásul ennek a mélységnek a használata nem igényel Bányakapitánysági engedélyeztetési eljárást, csak bejelentési kötelezettség alá tartozik.
Az, hogy van-e “áramló, mozgó talajvíz” meghatározható-e egyértelműen a szondák telepítése előtt? (Ha igen, milyen típusú méréssel tehető meg?)
Tisztelt Hadházi Ádám, Kérdésének megválaszolására felkértük Tóth László geológust, geotermikus szakmérnököt, hogy a lehető legpontosabb információkat továbbíthassuk Önnek és minden olvasónak. Tóth László válasza idézve: “A szondák telepítése előtt az áramló mozgó talajvíz a helyszínen csak úgy mérhető meg, ha valaki csinál próbakutat és figyelőkutat, majd szivattyúzási tesztet végez és kiértékeli. Ezt a helyszínen nem szoktuk mérni, mert nagyon költséges és több napos időtartamot vesz igénybe. A terület földtani adottságai, geológiai-hidrogeológiai felépítése alapján lehet következtetni a felszín alatti víz áramlási viszonyokra. Az áramló víz hatását geotermikus szondatesztnél lehet pontosabban megfigyelni, mivel a mért effektív hővezetőképesség a konduktív és konvektív hővezetőképesség… Részletek »
Ez alapján van értelme a szondák regenerálása céljából felszerelni egy napkollektort, vagy a szonda energiamérlege a nyári hűtéssel mindig kiegyenlíthető?
Tisztelt Horváth Bence,
Erre azt a választ tudom Önnek adni, hogy nincs olyan geotermikus hőszivattyús rendszerünk, ahová például napkollektort kellett volna ilyen célból telepíteni, mivel egyáltalán nem szükséges.