Wypełnienie odwiertów sond pionowych. Efektywna praca PC

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa  zobacz pdfa

Coraz częściej stosuje się „chłodzenie geotermalne” („free cooling”) oraz połączenie „ogrzewania i chłodzenia geotermalnego”. Nowoczesne systemy muszą być przygotowane również na szybką regenerację dolnego źródła ciepła, czyli gruntu, np. poprzez wykorzystanie nadwyżki ciepła pochodzącego z kolektorów słonecznych. W powyższym aspekcie wypełnienie sond pionowych nabiera jeszcze większego znaczenia dla niezawodności funkcjonowania instalacji przez kilkadziesiąt lat.

Możliwe ryzyka, jakie mogą się pojawić przy braku lub niewystarczającej ilości materiału wypełniającego, są następujące:

* osiadanie materiału wypełniającego poniżej górnej rzędnej terenu,
* uciekanie materiału wypełniającego do warstw wodonośnych,
* mieszanie się wód gruntowych z różnych warstw wodonośnych,
* przedostawanie się zanieczyszczeń powierzchniowych do warstw wodonośnych,
* przestrzenie powietrzne,
* brak połączenia z gruntem,
* rysy i pęknięcia na skutek kurczenia się materiału wypełniającego.

Dobre połączenie sondy z gruntem daje nam przede wszystkim:

* obniżenie oporu termicznego otworu wiertniczego,
* wzrost efektywności termicznej,
* uszczelnienie przewierconych poziomów wodonośnych.

Jak profesjonalnie wypełnić odwiert?
Wypełnianie otworu wiertniczego należy przeprowadzić zgodnie z VDI 4640 cz. 2 tak, aby zapewnić trwałe, stabilne fizycznie i chemicznie połączenie sondy z otoczeniem skalnym. Fachowcy z branży pomp ciepła najczęściej powołują się w tym zakresie na wytyczne niemieckiego stowarzyszenia inżynierów VDI, ponieważ w polskich regulacjach budowlanych niestety brakuje podobnych zapisów. Dopiero od niedawna funkcjonuje na polskim rynku nowa literatura w tej materii. Są to „Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła” cz. 1 Dolne źródła do pomp ciepła, wydane przez Polską Organizację Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC) w październiku 2013 r. Zapisy w tych wytycznych bazują w dużej mierze na ww. wytycznych VDI i stanowią niewątpliwie „kamień milowy” dla polskiego rynku pomp ciepła.
Dlatego w umowie inwestora z firmą wykonawczą warto powołać się na zapisy tych wytycznych, żeby zagwarantować sobie odpowiednie wykonanie dolnego źródła ciepła oraz uniknąć w przyszłości ewentualnych problemów z ich eksploatacją.

Wypełnienie otworu wiertniczego należy wykonać od głowicy sondy w górę otworu z wykorzystaniem rury wypełniającej. W literaturze branżowej opisuje się tę procedurę jako metodę kontraktor. Proces wypełniania odwiertu „od dołu” gwarantuje całkowite usunięcie płuczki (powstałej podczas wiercenia otworu) i musi trwać do momentu, gdy gęstość aplikowanego materiału wypełniającego oraz tego, który wypływa na górze otworu, będzie jednakowa. Rurę wypełniającą można wyciągać z otworu sukcesywnie w trakcie wypełniania lub pozostawić wypełnioną na stałe w otworze. W przypadku suchych otworów wiertniczych należy wypełnić sondę wodą najpóźniej przed wypełnieniem otworu. Aby nie przekroczyć dopuszczalnego ciśnienia, zaleca się, szczególnie dla sond o długości powyżej 150 m, całkowite odpowietrzenie sond przed wypełnieniem otworu, dokładne uszczelnienie i użycie ciśnieniomierza do kontroli ciśnienia wewnętrznego. Podczas wypełniania otworu nie może ono przekroczyć 21 barów.

W wypełnieniu otworu sondy nie mogą znajdować się pęcherzyki powietrzne ani puste przestrzenie. W przypadku ich powstania będą one izolować przewód sondy pionowej, ograniczając w znaczący sposób efektywność wymiany ciepła pomiędzy czynnikiem roboczym (np. glikolem) a gruntem. Współczynnik przewodzenia ciepła dla powietrza [λ = 0,02 W/(m * K)] jest kilkudziesięciokrotnie niższy niż dla dedykowanego materiału wypełniającego. Z tego względu należy dołożyć wszelkich starań, żeby uniknąć pustych przestrzeni w odwiercie z sondą. Wyłącznie należycie przeprowadzona aplikacja sondy i wypełnienie otworu zgodnie z wytycznymi PORT PC lub VDI 4640 zapewnia odpowiednie funkcjonowanie szczególnie głębszych sond.

Jaki wybrać materiał wypełniający?
Warto zwrócić uwagę na stosowany przez firmę wiercącą materiał do wypełnienia przestrzeni otworu

wiertniczego. Należy zweryfikować jego właściwości w zakresie następujących parametrów:

* przewodność cieplna – współczynnik λ min. 1 W/(m * K), a najlepiej ok. 2 W/(m * K) – sprawdzony w warunkach laboratoryjnych;
* brak szkodliwego wpływu na środowisko – przystosowanie do nieograniczonego stosowania w wodzie gruntowej oraz znikoma zawartość chromu zgodnie z Dyrektywą UE 2003/53/WE;
* brak kurczenia się w czasie poprzez proces oddawania wody – najlepiej znikoma lub całkowity brak zawartości bentonitu. Bentonit w przypadku zbytniego wysuszenia ma właściwość kurczenia się i oddawania wody, co powoduje, że powstają puste przestrzenie;
* niski współczynnik przepuszczalności wody kf < 1 * 10-9 m/s, co zapewnia dobry efekt uszczelnienia i szybkie twardnienie, również pomiędzy poszczególnymi warstwami wodonośnymi,
* właściwość tiksotropowa, która gwarantuje szybkie krzepnięcie po iniekcji w otworze wiertniczym oraz brak roznoszenia materiału wypełniającego do wód gruntowych;
* mrozoodporność przy 10 cyklach zamrażania i odmrażania dla -15oC – zapewnia długotrwałe i całkowite związanie sondy z górotworem.

Zaleca się stosowanie wyłącznie dedykowanych materiałów wypełniających, które spełniają powyższe parametry. Przygotowywanie tzw. mieszanek na budowie jest obciążone możliwym błędem przy doborze i utrzymaniu odpowiednich proporcji poszczególnych składników. Ponadto tego typu mieszanka nie będzie zweryfikowana laboratoryjnie pod kątem optymalnego, z góry założonego współczynnika przewodności cieplnej.

Ważnym aspektem wykonawczym jest ponadto stosowanie dystansowników montowanych na przewodach sondy pionowej w odległościach min. co 2 m. Zadaniem dystansowników jest utrzymanie stałej odległości pomiędzy przewodami zasilania i powrotu sondy pionowej, tak żeby ustrzec instalację przed tzw. zwarciami termicznymi, czyli negatywnym przekazywaniem ciepła z przewodu zasilania pompy ciepła do przewodu powrotu. Spełniają one również rolę ułatwiającą wprowadzenie dodatkowej rury do iniekcji materiału wypełniającego.

Musimy zatem pamiętać o tym, że tylko kompletny system „Sonda – Materiał wypełniający – Górotwór” posiada odpowiednio wysoki współczynnik przewodzenia ciepła dzięki trwałemu i całkowitemu związaniu sondy z górotworem, czego potwierdzeniem jest zmierzony na drodze testów parametr – opór termiczny otworu wiertniczego < 0,09 (m * K)/W.
Dodatkowo przed odbiorem i uruchomieniem całej instalacji należy przeprowadzić próbę szczelności, np. zgodnie z PN-EN 805. Należy również sprawdzić, czy we wszystkich sondach odbywa się równomierny przepływ i sporządzić protokół z próby szczelności.

Jakub Koczorowski

Fot. z arch. REHAU.

Fot. 1. Na wylocie wierconego otworu należy zwrócić uwagę na to, aby zawiesina posiadała wymaganą gęstość!
Fot. 2. Dystansownik – zabezpieczenie przed zwarciami termicznymi oraz ułatwienie montażu rury iniekcyjnej.

{nice1}

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij