Pomiar przewodności gruntu metodą TRT

Podczas projektowania dolnego źródła pomp ciepła do zasilania dużych obiektów szczególnej ważna jest wartość zdolności przekazywania ciepła przez sondy osadzone w odwiertach. Wytyczne Niemieckiego Stowarzyszenia Inżynierów VDI 4640 podają, że zdolność przekazywania ciepła do sondy geotermalnej w zależności od rodzaju gruntu może się wahać od 20 do 100 W/ m.

Aby nie dopuścić do niedoszacowania lub przeszacowania zdolności gruntu do przekazywania ciepła coraz popularniejsze jest przeprowadzanie badania przewodności cieplnej gruntu za pomocą metody echa temperaturowego. Metoda ta polega na iniekcji ciepła do otworu i pomiarze temperatury zasilania i powrotu czynnika dostarczającego ciepło. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów wyznacza się przewodność cieplną gruntu w obszarze, w którym osadzona jest sonda geotermalna, a tym samym pozwala to wyznaczyć zdolność gruntu do przekazywania ciepła.




Do wyznaczania przewodnictwa cieplnego gruntu stosuje się ruchomy zestaw pomiarowy wyposażony w źródło ciepła, pompę obiegową i rejestratory do pomiaru temperatury i ciepła przekazywanego do gruntu.

 

Metoda TRT

Do określania wydajności cieplnej gruntu od końca lat dziewięćdziesiątych coraz częściej stosuje się metodę określaną w literaturze TRT lub GRT (thermal response test lub geothermal response test). Badania przeprowadzane tą metodą wykonywane są za pomocą ruchomego (przewoźnego) zestawu pomiarowego. W miejscu, w którym ma zostać zlokalizowane pole sond geotermalnych najczęściej wykonuje się jeden lub w przypadku bardzo dużego pola sond – więcej pomiarów.

W wykonanym otworze należy osadzić sondę geotermalną, a następnie dokonać pomiaru współczynnika efektywnego przewodnictwa cieplnego gruntu. Przez przewodnictwo efektywne należy rozumieć przewodnictwo wypadkowe: tworzywa, z którego wykonana jest sonda geotermalna, wypełnienia otworu wiertniczego i gruntu otaczającego sondę geotermalną.

Wyznaczanie współczynnika efektywnej przewodności cieplnej metodą TRT polega na iniekcji do gruntu poprzez sondę geotermalną energii cieplnej o stałej i znanej wartości.

Czynnik wypełniający sondę cyrkuluje w obiegu zamkniętym sondy i urządzenia pomiarowego, przekazując ciepło do gruntu. Temperatura czynnika na wlocie i wylocie z sondy geotermalnej jest cały czas rejestrowana. Pomiar prowadzi się do czasu ustabilizowania się przepływu ciepła w gruncie.

Współczynnik efektywnego przewodnictwa gruntu wyznacza się, korzystając z równania przepływu ciepła w funkcji czasu wg Busso, Georgieva i Rotha [4].

Równanie (1) można zapisać w funkcji zlinearyzowanej, gdzie k jest współczynnikiem kierunkowym prostej na wykresie, temperatura jest na osi Y, a czas w godzinach przedstawiony jest w skali logarytmicznej na osi X .


Stąd wyznaczamy współczynnik efektywnego przewodnictwa cieplnego gruntu:

Badania tą metodą wykonywane są w wielu krajach europejskich, jak i w USA, Kanadzie czy Japonii w oparciu o skonstruowane przez instytucje czy firmy prowadzące badania urządzenia pomiarowe. Spośród wielu doniesień literaturowych o uzyskanych wynikach w niniejszej publikacji przedstawiono wyniki uzyskane przez L. Schiavi [8] dla następujących warunków: Zależność współczynnika przewodzenia ciepła λ od czasu pomiaru przypadek A – λ = 2 W/mK; B – λ= 3 W/mK.

Zależność ta była badana wielokrotnie, czas prowadzenia pomiaru wg różnych źródeł wynosi od 50 do 70 godzin. Badania te wskazały, że przedłużanie czasu powyżej 70 godzin nie ma wpływu na wynik pomiaru.

Wyznaczania przewodnictwa cieplnego gruntu w Polsce Firma Clima Komfort wykonuje badanie to metodą echa temperaturowego. Badanie  przeprowadzane jest w odwiercie próbnym bądź podczas pierwszego odwiertu w miejscu, w którym przewiduje się osadzenie sond geotermalnych. Wartość przewodnictwa cieplnego wyznaczana jest w oparciu o równanie przepływu ciepła w funkcji czasu wg Busso, Georgieva i Rotha.

Czas testu wynosi do 72 godzin, dokładność wyznaczania przewodności cieplnej gruntu to około 10%. Do przeprowadzania badań wykorzystuje ruchomy zestaw pomiarowy


TRT-Komfort 2.9 wyposażony w:

– element grzejny od 2 do 9 kW (możliwość doboru mocy grzewczej co 1 kW),

– pompę obiegową,

– pomiar i rejestrację temperatury zasilania,

– pomiar i rejestrację temperatury powrotu,

– pomiar i rejestrację mocy cieplnej,

– kontrolny pomiar i rejestrację natężenia przepływu,

– pomiar i rejestrację temperatury zewnętrznej.

Za pomocą tego zestawu pomiarowego  możemy wyznaczyć dodatkowo opór odwiertu w ziemi. Parametr ten pozwala określić dla danego czynnika roboczego i głębokości odwiertu graniczny przepływ czynnika. 


Pomiar przewodności gruntu w warunkach polowych

Po wykonaniu pierwszego odwiertu i osadzeniu sondy geotermalnej do sondy przyłącza się urządzenie TRT Komfort 9.2 ustalając natężenie przepływu czynnika na projektowanym poziomie. Pomiar trwa około 72 godzin. W oparciu o  zarejestrowane wyniki temperatury zasilania i powrotu oraz wielkości mocy cieplnej, wykorzystując metodę najmniejszych kwadratów, prognozuje się wartość przewodnictwa cieplnego gruntu w obszarze odwiertu i na tej podstawie wyznacza się zdolność gruntu do przekazywania ciepła.


Ile kosztuje badanie przewodnictwa cieplnego gruntu?

Koszt wykonania badania gruntu to wydatek około 8000 zł. Rodzi się więc pytanie: czy to wysoka suma? Odpowiedź jest prosta. Badanie takie powinno być w praktyce obligatoryjne dla obiektów o zapotrzebowaniu ciepła powyżej 100 kW. Dla potrzeb ogrzania takiego budynku w praktyce wykonuje się około 20 sond, każda w koszcie 8000 zł. 

Zmniejszenie więc tej liczby sond – dzięki określeniu rzeczywistej wartości zdolności przewodzenia gruntu – z 20 do 18, to oszczędność na samej inwestycji 16 000 zł. Kolejny aspekt to oczywiście zapewnienie pokrycia obliczeniowego zapotrzebowania na ciepła dla obiektu, a więc eliminacja niedoszacowania lub przeszacowania „możliwości” sond.

Reasumując, szczególnie w dużych obiektach warto  zainwestować w badanie, by zapewnić komfort ogrzewania pompami ciepła.

 

Whoops, looks like something went wrong.