Lapszámok

1. Bevezetés

A geotermikus energia hasznosítása, a folyamatos rendelkezésre állása miatt a megújuló energiaforrások egyik legmegbízhatóbb formája. A talaj helyspecifikus hővezetőképessége kritikus szerepet játszik a geotermikus energiát hasznosító rendszerek tervezésében és működésében. 

A 90-es évek kezdete óta a talaj hővezetőképességének a meghatározása időigényes és költséges volt a gyakorlatban, ezért csak nagyberuházásoknál alkalmazták. Kisebb geotermikus hőszivattyús rendszerek tervezésénél általános volt, hogy becsült adatokat használtak. A szükséges biztonsági határ, amelyet számításba kellett venni, általában további költségeket jelentett. Ez volt az egyik mozgató rugója, hogy egyszerűsítsék a talaj hővezetőképességének meghatározási módszerét, valamint garantálják a geotermikus rendszerek profitabilitását és kiemeljék a tervezési lépések fontosságát a kis és közepes méretű beruházásoknál is. A geotermikus szondateszt mindezen fejlesztések eredménye.

Az első mobil szondatesztelő berendezést a Luleå Egyetemen, Svédországban fejlesztették ki és alkalmazták sikeresen a 90-es évek közepén. Ugyanebben az időben hasonló fejlesztések láttak napvilágot az USA-ban is.

Az azt követő években a geotermikus szondateszt, mint egy sokoldalú és mobil berendezés további fejlesztésére került sor és számos országban elterjedt. Manapság a geotermikus szondateszt olyan könnyen kezelhető módszer, amellyel gyorsan és pontosan meghatározható a talaj hővezető-képessége. A fő előnye, hogy lehetővé teszi a helyszíni (in-situ) mérést, összehasonlítva a hagyományos módszerrel, kőzetmintákon laborban végzett hővezetőképesség meghatározással. A zavartalan talajhőmérsékleti viszonyok, valamint más, a fúrólyuk teljes hossza mentén változó tényezők (például a tömedékelő anyag vagy a rétegvíz hatása) meghatározásra kerülnek a geotermikus szondateszt révén.

A német VDI 4640 szabvány 30 kW feletti rendszereknél előírja a szondateszt elvégzését. Kisebb rendszereknél is elvégezhető a mérés az előzetes földtani adatok pontosítására és a kivitelezés minőségének ellenőrzésére.

2. Mérőberendezés, szondateszt

A szondateszt során a tesztelő berendezést hidraulikusan összekötjük a földhőszondával (1. ábra). A zárt rendszerben víz kering, amelyet egy meghatározott hőteljesítménnyel fűtünk. Ez a hő a földhőszondán keresztül a földbe áramlik.

1. ábra. A tesztberendezés összeállítása

A mérés során rögzítjük az előremenő és visszatérő hőmérsékletet, valamint a tömegáramot és a fűtési teljesítményt. A teszt időtartamára az ajánlás az IGSHPA² szerint 36 óra, az IEA³ szerint 48 – 50 óra.

A hőmérsékletgörbék alapján a talaj (földtani közeg) hővezetőképességét az ún. Kelvin-vonalforrás (Kelvin’s line theory) módszerrel határozzuk meg. A teszt eredményeként egy átlagos hővezető-képesség értéket kapunk a fúrólyuk teljes hosszát tekintve, amely a konduktív és a konvektív hővezetést egyaránt tükrözi. 

Az általunk alkalmazott GeRT-Cal szoftver különlegessége a „lépcsőzetes kiértékelés” (step-wise evaluation), amely lehetővé teszi a számítási eredmények kvalitatív (minőségi) hibabecslését és annak megítélését, hogy megfelelő volt-e a tesztelés.

A lépcsőzetes kiértékelés során a hővezető-képesség értékét minden egyes mérésnél egyforma kezdeti időponttól számoljuk. Az első 12–24 órában a görbe rendszerint erős ingadozást mutat, majd a mérés előrehaladtával egy érték körül állandósul (2. ábra).

2. ábra. Lépcsőzetes kiértékelés, a hővezető-képesség 1,33 W/m·K érték körül állandósult

² International Ground Source Heat Pump Association
³ International Energy Agency

További részletek lapunk 2015/9-es számának nyomtatott változatában található, illetve a teljes cikk pdf-formátumban is rendelkezésre áll (regisztráltaknak havonta egy alkalommal, előfizetőknek korlátlanul).