Geotermikus szondateszt, Thermal Response Test, TRT:  

Mindenki, aki már foglalkozott hőszivattyúzással ismerheti ezt a táblázatot. Ez a táblázat csupán a legfontosabb kérdésekre nem ad választ, hogy: a fenti W/m értékek milyen munkaközeg bemenő hőmérséklet (Tbe), milyen tömegáram (m ~ Re), milyen talajszonda hőellenállás (Rbh), milyen geotermikus gradiens (g) és milyen talajhőmérséklet (Tgeo) esetén érvényesek...

A felszín alatti hőtranszport folyamatok ennél sokkal bonyolultabb-ak, ezt a táblázatot úgy, ahogy van, el kell felejteni! 

A fenti táblázat alapján készült méretezés NEM MÉRETEZÉS, csupán nagyon durva hibával terhelt, előzetes becslés!!!

 

A hőszivattyúzás csak akkor fenntartható, megújuló energiahasznosítási mód, ha a talajrétegek hőegyensúlyát megtartjuk. Ehhez mindenképpen bonyolult számítások szükségesek! 

A primer oldali (hőnyerő) rendszer méretezéséhez használt analitikus vagy numerikus modellbe integrálni kell a geofizikai, hidrodinamikai, földtani és termikus paramétereket. 

Egész más jártasságot igényel, mint adatokat dobálni egy szoftverbe!

 

Talajszondás (földhőszondás) hőszivattyús rendszerek földtanilag megalapozott tervezése:

Talajszondás hőszivattyús rendszer tervezésénél elsőrendű fontosságú a talaj és a hőcserélő szerkezet (BHE) termikus paramétereinek pontos ismerete. A termikus paraméterek ismerete szükséges, de koránt sem elégséges ahhoz, hogy a talajszonda-mező tervezése földtanilag kellően megalapozottá váljon.  Azért, hogy pontosan meghatározhassuk, hogy az adott épület fűtéséhez (vagy hűtéséhez) adott szondakonfiguráció esetén hány darab, milyen mélységű és milyen osztásközű szondára van szükségünk, először is a telepítési terület rétegeinek geofizikai és hidrodinamikai vizsgálatát kell elvégezni.

A geotermikus szondatesztet csak ezt követően hajthatjuk végre, rendszerint a kivitelezés kezdeti szakaszában telepített próbaszondán, az alábbi elvi ábra alapján.

A Thermal Response Test (TRT) elvi vázlata:

 

A teszt során állandó elektromos teljesítményű fűtést (Q_T) biztosítva, állandó tömegárammal (m) keringtetjük a folyadékot a zárt rendszerű talajszondában. Ezáltal a talajban hőt (q) nyeletünk el, és mérjük a talajszonda leszálló (T_be) és felszálló (T_ki) ági csatlakozásánál a folyadék hőmérsékletét az idő (t) függvényében. A folyadékhőmérséklet görbék időbeli lefutása jellemző lesz a talajrétegek és a talajszonda által alkotott rendszer termikus paramétereire, mindenek előtt a talaj hővezető-képességére (lambda_ekv), ill. a fúrólyuk termikus ellenállására (R_bh). 

A GEOSIGNAL Kft-vel közös fejlesztésű és építésű tesztberendezés telepítése a dupla U csöves próbaszondára:

 

 

A talajszonda már a mérés előtt két héttel fel lett töltve vízzel, így mérésünkkor a BHE (Borehole Heat Exchanger) -ben lévő víz már biztosan termikus egyensúlyba került környezetével, azaz geotermikus állapotú volt. 

 

Egy használható geotermikus szondateszt időtartama 1 hét! Ezalatt a berendezést óvni kell a külső hatásoktól.

 

 

A TRT egy időben változó (tranziens), síksugaras hőáramot indukál a talajszonda felöl a talajrétegek irányába. Kezdetben a hőáram intenzíven változik, majd a hőmérsékletek fokozatos kiegyenlítődése miatt a folyamat egy kvázi stacionárius (dinamikus egyensúlyi) állapotba jut. Kialakul a talajszonda körül egy lassan változó hőmérsékleti mező, a hőköpeny. A hőköpenynek a talajszonda középvonalától mért távolságát nevezzük termikus távolhatásnak.

Mivel vízvezető rétegeket is tartalmazó rétegsorba telepített talajszondánál rétegvíz áramlással gyakorlatilag mindig számolni kell, így a TRT-ből meghatározott hővezetési tényező nem a kőzetek tisztán kondukcióra vonatkozó értékét jelenti, hanem az ún. advekcióra (kondukció + konvekció) vonatkozót.

Ezt azért fontos hangsúlyozni, mert egy 3D-s numerikus termo-hidrodinamikai modellezésnél a TRT-ből számított hővezetési tényező közvetlenül nem használható, hiszen jelentősen túlbecsülné a talajból kinyerhető hőmennyiséget. 1D-s modellezésnél azonban megfelelő.

Mért görbék a talajszonda (dupla U cső) felszíni csatlakozóinál: 

 

 

 (A g itt az Euler állandót jelenti, g = 0,5772.) 

 

Ezek a paraméterek egy sor másik (termikus, áramlástani, geometriai, technikai és anyagjellemző) paraméterrel együtt képezik a Bobok-féle hengerforrás algoritmus és a Kelvin-féle vonalforrás algoritmus bemenő alapadat rendszerét, amit a talajszonda méretezésére használok, különböző szcenáriókra lefuttatva. Ezekből a szimulációkból áll össze az a kimenő adatrendszer, amelyet optimalizálva kapom meg a kialakítandó talajszonda-mező jellemzőit: mélység (szondahossz), osztásköz, munkaközeg bemenő hőmérséklet, alkalmazott tömegáram az U csőben. Mindezeket a számításokat aktív hűtő-fűtő és passzív hűtő üzemmódokra is elvégezem.

A különböző és változó feltételek (munkaközeg bemenő hőmérséklet, tömegáram és üzemidő) mellett elvégzett szimulációk lelke az alábbi, két másodrendű, állandó együtthatójú, lineáris, inhomogén differenciálegyenlet:

- az U cső előremenő (leszálló) ágának vertikális hőmérsékleteloszlása: 

 

- az U cső visszatérő (felszálló) ágának vertikális hőmérsékleteloszlása:

(A g itt a geotermikus gradienst jelenti, g = 0,05 °C/m.)  

(Az A és B együtthatók, mint szondaüzemi tényezők kiszámítását nem részletezem.)

 

  

 

Mindig fontos meghatározni a talajszonda ágaiban a folyadék vertikális hőmérsékleteloszlását a TRT végén! Egyrészt azért, hogy lássuk, hogy az algoritmus pontosan visszaadja-e a mérési eredményeket. Ha nem, akkor addig iterálunk (változtatjuk az egyéb bemenő adatokat, pl. tranziens hővezetési függvény, eredő hőátviteli tényező), amig vissza nem kapjuk!

Másrészt ezzel a visszaellenőrzéssel hitelesítjük az eljárásunk megbízhatóágát a Megrendelő és önmagunk felé. Ha minden érték a helyén van, csak akkor jelenthető ki, hogy pontosan határoztuk meg a BHE termikus ellenállását!

A mai Mo.-i és nemzetközi gyakorlat megelégszik azzal, hogy a mért görbékből csak egy egyszerű, felszíni átlaghőmérsékletet számol a munkaközegre, és ezt hasonlítja össze a talaj vertikális átlaghőmérsékletével, holott a kettőnek semmi köze egymáshoz! Ezzel jelentősen túlbecslik a talajszonda hőellenállását, ami drágítja a beruházást.

Ezzel szemben én meghatározom a munkaközeg vertikális átlaghőmérsékletét, ami már összevethető a talaj vertikális átlaghőmérsékletével, és ebből egy sokkal pontosabb talajszonda hőellenállást lehet meghatározni! Kevesebb fúrás, kisebb beruházási költséggel jár.

Ezután jön az élettartamra való modellezés a talajszerkezet túlhűlése ellen:

 

 

A fenti két ábra az egyedi talajszonda és egy 7x14-es szondamező 25 évnyi üzemelésének hatását mutatja a talajszerkezetre. Látható, hogy amíg a magában álló talajszonda korlátlan hőutánpótlást kap minden irányból (alig változik a talaj hőmérséklete 25 év alatt), addig a 98 db-os (7x14) szondamező körül a talajszerkezet jelentősen lehűl, mert a szondák között erős a termikus egymásrahatás. Ennek a mértéke függ a szondák telepítési távolságától, mélységétől, a kivett és a visszatáplált hőteljesítmény értékétől (W/m), és magától a talaj szerkezetétől. Nem mindegy, hogy a talaj impermeábilis (agyagos), szemipermeábilis (agyagos homok), vagy permeábilis (homok, kavics). Van-e a felszínen nagy vastagságú homok-, vagy kavicsréteg, amin át a hideg, őszi/ téli csapadék gyorsan beszivárogva a talajba lehűti a felszíni rétegeket, rontva a talajszondák hatásfokát.

 

Ebből is látható, hogy csak a fenti táblázat alapján (hőtranszport számítások nélkül) "tervezett" rendszerek nem megalapozottak geoműszaki szempontból, és nagyon sok közülük végleg tönkremegy néhány éven belül! 

 

BERUHÁZÓK, MEGRENDELŐK FIGYELEM!!!

A kivitelezők célja a minél több fúrás! Extra profit. A geotermikus szondateszt egy mérnöki szolgáltatás, mely által optimálisan, túlköltekezés nélkül lehet a telepítendő szondamezőt méretezni. 

Ez rendkívül fontos amiatt, hogy elkerüljük a talajszonda-mező alul- és túltervezését! Egy alultervezett hőszivattyús rendszer gazdaságtalanul (magas áramszámlával) működik, míg egy túltervezett rendszernek irreálisan magas a beruházási költsége.

 

A, mint Anyatermészet; B, mint Barna (azaz én); C, mint Client, Customer (azaz Megrendelő, Kliens) 

 

EZÉRT CÉLSZERŰ A GEOTERMIKUS SZONDATESZTET ÉS A PRIMER OLDAL MÉRETEZÉSÉT A KIVITELEZŐTŐL FÜGGETLEN SZAKÉRTŐRE BÍZNI!!!

Oldal: Geotermikus szondateszt
Műszeres kútvizsgálat, meddő CH kutak geotermikus hasznosítása, TRT - © 2008 - 2026 - geofizika.hupont.hu

A HuPont.hu ingyen weboldal szerkesztő mindig ingyenes. A weboldal itt: Ingyen weboldal

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat