Bispebjerg Hospital. Grundvandskøling og ATES. Forundersøgelser

Transkript

1 Bispebjerg Hospital Grundvandskøling og ATES Forundersøgelser Enopsol ApS Grønholtvangen 7 DK 4380 Fredensborg Phone www@enopsol.dk info@enopsol.dk

2 1 Bispebjerg Hospital Grundvandskøling og ATES Forundersøgelser Udarbejdet af: Civilingeniør Stig Niemi Sørensen, Ph.D. 8. oktober 2016

3 2 Indholdsfortegnelse Baggrund og formål Projektbeskrivelse Køledrift Varmedrift Varme- og kuldemængder til grundvandsmagainet Grundvandsmængder Forundersøgelsesboringer Boringsudførelse Borehulslogging Grundvandskemi Regional geologi Lokal geologi Grundvandsindvnding Hydrogeologi Forureninger Anlægsudførelse Indvindingsboringer Returledningsboringer Varmevekslere Rørforbindelser Funktionsafprøvning Sikkerhedsindretninger Anlægsovervågning Grundvandstemperaturer Hydraulisk og hydrotermisk analyse Hydraulisk analyse Hydrotermisk analyse Krav til dokumentation i forhold til gældende lovgivning Konklusion Referencer 29 Bilag 1. Bispebjerg Hospital. Grundvandskøling og ATES. Prøveboringer og borerapporter. Enopsol ApS april Bilag 2.1. Bispebjerg Hospital. Grundvandskøling og ATES. Borehulslogging. Enopsol ApS april Bilag 2.2. Bispebjerg ATES. Borehulslogging i og Rambøll februar Bilag 3. Bispebjerg Hospital. Grundvandskøling og ATES. Grundvandskemi. Enopsol ApS april Bilag 4. Bispebjerg Hospital Grundvandskøling og ATES. Hydrauliske og hydrotermiske modelberegninger. Enopsol ApS marts 2016.

4 3 Baggrund og formål. Bispebjerg Hospital ønsker at etablere et grundvandskøleanlæg (ATES-anlæg) til indirekte køleformål, herunder køling af ventilationsluft og opvarmning af bygninger ved hjælp af eldrevne varmepumper. Årsagen hertil er den store energibesparelse og dermed CO 2-reduktion, der kan opnås i sammenligning med traditionelle, mekaniske køle- og opvarmningsløsninger. Det er påtænkt at anvende kalkmagasinet under Hospitalet som termisk varme-og kuldelager til projektet ved at udføre et antal boringer for indvinding og returledning af grundvand. Anlæggets boringer ønskes placeret på grundarealet tilhørende Bispebjerg Hospital som vist på figur 1. Som det fremgår af figur 1 er der udpeget i alt 15 boresteder til projektet, men på baggrund af udførelsen af 2 undersøgelsesboringer ultimo 2015 vurderes 12 boringer i alt at være tilstrækkelugt for projektet, hvorfor kun 12 af boringerne er medtaget i modelberegningerne. Da hele den oppumpede grundvandsmængde tilbageledes i samme grundvandsmagasin påvirkes grundvandsbalancen og grundvandsressourcen ikke af det omhandlede projekt. Som følge af den fremherskende, naturlige afstrømningsgradient for grundvand i området, det til rådighed værende overfladeareal og for at begrænse antallet af boringer og cirkulerede grundvandsmængder er det nødvendigt at etablere termisk lagring af både varme og kulde. Formålet med den foreliggende rapport er at tilvejebringe den nødvendige dokumentation til Københavns Kommune, således at Kommunen kan tage stilling til ansøgningen om tilladelse til etablering og drift af det påtænkte anlæg jf. gældende bestemmelser.

5 4 B1 B2 B14 B3 B4 B6 B12 B15 B5 B7 B11 B8 B10 B9 Figur 1. ATES boringsplaceringer. Blå farve: kold boring, rød farve: varm boring. Ingen farve: reserverede boringsplaceringer

6 5 1. Projektbeskrivelse Køledrift. Grundvandskøle- og ATES-anlægget inkl. kølemaskiner skal kunne levere en samlet køleydelse på min kw. Kølemode er inddelt i 2 driftssituationer: Kølemode (1) og Kølemode (2). Kølemode (1) er driftsituationen, hvor grundvand alene klarer kølebehovet op til en beregnet køleeffekt på 3827 kw. Anlægget består af 6 sammenhørende boringspar - såkaldte dipoler bestående af 1 kold boring (KB) og 1 varm boring (VB) samt et tilhørende varmevekslersystem bestående af 1 primær og 1 sekundær seriekoblet varmeveksler. Dipolerne indkobles efter behov indtil alle 6 dipoler er fuldt udregulerede ved et samlet grundvandsflow på 360 m 3 /time. Grundvand pumpes fra hver af anlæggets kolde boringer gennem den tilhørende primære varmeveksler og retur i grundvandsmagasinet gennem de tilhørende varme boringer. I varmevekslersystemet opvarmes grundvandet til i gennemsnit maks. 20 o C ved varmeveksling med Hospitalets interne kølevand. Figur 2 er et funktionsdiagram, der viser den maksimale primære køling med grundvand med alle 6 dipoler indkoblet. Kølemode (2) er driftsituationen, hvor grundvand sammen med kølekompressorer kan klare kølebehovet op til 5390 kw. I denne driftsituation køles kondenseringsvarmen fra kølekompressorerne med grundvand vha. de separate, sekundære kondensator varmevekslere, idet kølevandet til kølekompressorernes kondensatorer køles af grundvand, som netop har gennemløbet de primære grundvand/kølevand varmevekslere. Figur 3 er et funktionsdiagram, der viser køling med grundvand fra 6 dipoler og 4 varmepumper, der kører som kølemaskiner, hvor kondenseringsvarmen bortkøles til grundvandet vha. alle 6 sekundære varmevekslere Varmedrift. Grundvandskøle- og ATES-anlægget skal sammen med varmepumperne kunne levere en samlet varmeydelse på min kw. Anlægget leverer varme til Hospitalet i perioden december-marts. De tilknyttede varmepumper leverer centralvarme ved samtidig levering af køling til bygninger og køling af grundvand. De primære grundvand/kølevand varmevekslere anvendes. Flowretning for grundvandet er fra varme boringer (VB) til kolde boringer (KB). Figur 4 er et funktionsdiagram, der viser opvarmning med grundvand fra 6 dipoler samt 4 varmepumpeenheder, der leverer centralvarme og samtidigt køling af grundvandsmagasinet.

7 6 Fjernvarme Centralvarme Kondensatorkøling Varmepumper Kølevand Varmepumpe Grundvand/ATES Varmeveksler Pumpe otorventil on/off Reguleringsventil Shunt-ventil KB VB KB VB KB VB KB VB KB VB KB VB To-vejsventil Figur 2. Kølemode (1). aksimal køleydelse med grundvand (forår, sommer og efterår). Alle 6 dipoler leverer max. køleydelse gennem primære varmevekslere. Varme leveres af fjernvarme. Fjernvarme Centralvarme Kondensatorkøling Varmepumper Kølevand Varmepumpe Grundvand/ATES Varmeveksler Pumpe otorventil on/off Reguleringsventil Shunt-ventil KB VB KB VB KB VB KB VB KB VB KB VB To-vejsventil Figur 3. Kølemode (2). aksimal køleydelse med grundvand og varmepumper (sommer maksimum). Alle 6 dipoler leverer max. køleydelse gennem primære varmevekslere. Varmepumper leverer udelukkende køling og kondensatorvarmen bortkøles med grundvand gennem de sekundære varmevekslere. Varme leveres af fjernvarme.

8 7 Fjernvarme Centralvarme Kondensatorkøling Varmepumper Kølevand Varmepumpe Grundvand/ATES Varmeveksler Pumpe otorventil on/off Reguleringsventil Shunt-ventil KB VB KB VB KB VB KB VB KB VB KB VB To-vejsventil Figur 4. Varmemode (1). aksimal varmeydelse. Alle 6 dipoler leverer max. varmeydelse gennem primære varmevekslere. 4 varmepumper leverer centralvarme og samtidig køling af kølevand og grundvand. Fjernvarme står som back-up for fremløbstemperaturen til centralvarmeanlægget Varme- og kuldemængder til grundvandsmagainet. Under køledrift tilføres grundvandsmagasinet en varmemængde på op til 3800 Wh/år ved en temperatur på maksimalt 25 o C og i gennemsnit maksimalt 20 o C beregnet i forhold til grundvandets naturlige temperatur på 11 o C. Under varmedrift tilføres grundvandsmagasinet en kuldemændge på op til 5100 Wh/år ved en temperatur på minimum 2 o C beregnet i forhold til grundvandets naturlige temperatur på 11 o C Grundvandsmængder. Under køledrift indvindes og reinjiceres en grundvandsmængde på op til m3/år ved en maksimalt grundvandsydelse på 360 m 3 /time. Under vamedrift indvindes og reinjiceres en grundvandsmængde på op til m 3 /år ved en maksimalt grundvandsydelse på 360 m 3 /time. I alt cirkuleres en grundvandsmængde på m 3 /år ved en maksimal grundvandsydelse på 360 m 3 /time.

9 8 2. Forundersøgelsesboringer. På vegne af Bispebjerg Hospital har Enopsol opnået tilladelse til udførelse af 2 stk A- boringer til 100 meters dybde i boredimension Ø600/359 mm som led i forundersøgelserne til et grundvandskøle- og ATES-anlæg Boringsudførelse. Boringerne med DGU nr (B5) og DGU nr (B7) er udført hhv. primo november 2015 og primo december Borerapporter fremgår af bilag 1. Boresteder fremgår af figur 1, hvor de interne boringsnumre B5 og B7 er anvendt. Boringerne er begge udført som åbne kalkboringer i dimension Ø359 mm i kalken. Boringerne er begge stoppet 100 m under terræn i kote meter (B5) og i kote meter (B7). Ved slutdybden nåede man ikke at få kontakt med de forventede vandførende zoner i Bryozokalken (se figur 5). Boringerne er begge udsyret og i forbindelse med renpumpningen af boringerne, er der beregnet en transmissivitetsværdi (T) på baggrund af de tidlige stigningsdata for DGU nr (B5) på m 2 /s og for DGU nr (B7) på m 2 /s. Renpumpningen viste pæne specifikke kapaciteter på 80 m 3 /h ved m sænkning for DGU nr (B5) og 90 m 3 /h ved 7.64 m sænkning for DGU nr (B7) Borehulslogging. På begge boringer er der gennemført borehulslogging omfattende naturlig gammastråling, temperatur af formationsvand, elektrisk ledningsevne, elektromagnetisk induktion, kaliber, lodret flow samt tolkede zoner med indstrømning. Logging er udført af Rambøll primo februar Rapport fremgår af Bilag 2.1 og bilag 2.2. Det ses af indstrømningsprofilet i DGU nr , at mellem 100 m og 70 m dybde sker en svagt stigende akkumuleret indstrømning svarende til 11% af det samlede flow, mellem 70 meters dybde og 53 meters dybde sker en jænvt stigende akkumuleret indstrømning svarende til 54% af det samlede flow og over 53 meters dybde sker 35% af indstrømningen på en kun 2.5 meters strækning. Flowprofilet forstyrres sandsynligvis mellem 53 og 50 meters dybde, fordi boringerne er udført som åbentstående kalkboringer med bagstøbt PVC-casing, som når ned til ca meter under terræn i denne boring.

10 Grundvandskemi. Fra begge forundersøgelsesboringer er der udtaget prøver til grundvandskemisk analyse. Analyseresultaterne fremgår af bilag 3 og Tabel 1. I Tabel 1 er desuden medtaget resultatet af vandkemisk analyse af DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring), og HOFOR boring DGU nr For de to prøveboringer bemærkes: Grundvandet er hårdt og svagt reduceret med lavt indhold af ilt og nitrat. Sulfat- og calciumindholdet er forhøjet og der er nikkel i grundvandet som følge af pyritoxidation. Indholdet af kalkaggressiv kuldioxid er lavt. Kloridindholdet i DGU nr er væsentligt højere end i DGU nr ed henvisning til Saltvandsgrænsen i kalkmagasinerne i Norøstsjælland, delrapport 5. Grundvandstyper i kalkmagasinerne, GEUS rapport 2006/20 /1/ er grundvandet af type 5, idet: Grundvandstype 5 (Ca-HCO3 grundvand med forhøjede koncentrationer af sulfat og nitrat) er defineret ved en koncentration af sulfat over 100 mg/l. Hvor grundvandet indeholder nitrat i koncentrationer over 5 mg/l indgår denne parameter i grundvandstypen. Derudover indeholder denne grundvandstype koncentrationer af calcium over 100 mg/l. Denne grundvandstype indeholder ofte forhøjede koncentrationer af sporelementer, - især nikkel. Boringsdybden har tilsyneladende ikke en væsentlig indflydelse på grundvandskemien. Dette kan observeres ved sammenligning med grundvandskemien i DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring) der er 70 meter dyb og prøveboringerne, der er 100 meter dybe samt i DGU nr , der er 75 meter dyb. Sammenlignes prøveresultaterne fra prøveboringerne DGU nr og DGU nr med prøveresultaterne fra DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring) og DGU , bemærkes for DGU nr lavere værdier af ledningsevne, ammonium, calcium, klorid, sulfat, fosfor og sporstoffet nikkel. Sammenlignes prøveresultaterne fra DGU nr og DGU nr med prøveresultaterne fra DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring) og DGU , bemærkes for DGU nr højere værdier af nitrat. Det højere indhold af sulfat og calcium skyldes oxidation af sulfider og karbonatmineraler. Oxidationen skyldes tilførsel af ilt eller nitrat til grundvandet. Dette kan ske, hvis der er frit vandspejl i kalkmagasiner med beskeden dæklagstykkelse eller hvis grundvandsspejlet i boringer ved pumpning sænkes så meget, at grundvandsmagasinet i kalken kan blive iltet. Hvis disse betingelser er opfyldt, øges nikkelindholdet også som følge af oxidation af pyrit. Ved drift med det påtænkte grundvandskøle- og ATES-anlæg kan det forventes, at den vandkemiske sammensætning i DGU nr med tiden vil ændres til værdier der ligger tættere på værdierne i prøveboringerne.

11 10 Tabel 1. Resultat af grundvandskemiske analyser fra DGU nr , DGU nr og DGU nr Geologi

12 Regional geologi. Bispebjerg Hospital er beliggende øst for Carlsberg-forkastningen Den øvre geologiske lagserie ved Bispebjerg Hospital forventes derfor med henvisning til figur 5 at bestå af: Kvartære aflejringer fra terræn til top af København Kalk Danien København Kalk til top af Bryozokalk Bryozokalk til top af Skrivekridt De kvartære aflejringer består overvejende af ler- og sandlag. Af vitighed for driften af det påtænkte ATES-projekt er tilstedeværelsen af et eller flere tætte terrænnære lerlag omkring de enkelte driftsboringer, og at der er påtruffet vandførende sandlag lejret umiddelbart over København Kalk på hospitalsområdet som det ses i boringerne DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring), DGU nr (B5) og DGU nr (B7). Figur 5. Geologisk lagserie i Københavnsområdet. Kilde: Københavns Kommunes Grundvandsplan 2005 /2/. Carlsbergforkastningen er en meter bred brudzone i kalk og kridtlagene, som løber midt gennem København og Amager. Carlsbergforkastningen har en nord-nordvestlig til syd-syd-østlig orientering og strækker sig muligvis hele vejen fra det sydligste Kattegat til et sted ud i Øresund syd

13 12 for Amager Geoviden nr. 4, 2005 /3/. Figur 6 viser Carlsbergforkastningens linieforløb henover Københavnsområdet. Figur 6. Carlsbergforkastningens inieforløb i Hovedstadsområdet. Kilde: Vandhandleplan for Københavns Kommune 2015 /4/. Forkastningen betyder, at undergrunden i Københavnsområdet kan opdeles i området øst og vest for forkastningslinien som illustreret i figur 5. I området vest for Carlsbergforkastningen findes København-kalk ikke og prækvartæroverfladen består af Byozo-kalk. De prækvartære lag er blevet kraftigt forskudt som følge af forkastningen. Brudzonen er meget vandydende og Frederiksberg Forsyning foretager en væsentlig vandindvindig herfra. Øst for Carlsberg-forkastningen er der fundet den såkaldte Rådhusdal, der er en dyb, forkastningsstyret, sandførende dalstruktur, der strækker sig fra Islands Brygge på Amager til Peblinge Søs vestbred. Længere mod nord slynger dalen sig, som et normalt vandløb. Dalen antages at kunne følges helt op til et udløb i Søndersø-dalen.

14 13 Bispebjerg Hospital er jf. figur 7 beliggende i et område, hvor prækvartæroverfladen ligger dybt (under kote -15 meter og under den sydøstlige del af grundarealet dybere end kote -20 meter), hvilket kunne indikere, at området ligger over en del af Rådhusdalen. Figur 7. Prækvartæroverfladens højdeforhold ved Bispebjerg Hospital. Beliggenheden af Bispebjerg Hospital er angivet med gult cirkelmærke. Kilde: Københavns Kommunes Grundvandsplan 2005 /2/ Lokal geologi. En lokal geologisk profilbeskrivelse for Bispebjerg Hospital kan baseres på oplysninger i Jupiter, der er GEUS' landsdækkende database for grundvands-, drikkevands-, råstof-, miljø- og geotekniske data. Databasen er den fællesoffentlige database på området og indgår i Danmarks iljøportal. Databasen er offentligt tilgængelig, og indeholder over over boringer. Jf. Bekendtgørelse om udførelse og sløjfning af boringer og brønde på land, BEK 1260 af 28/10/2013 skal den der udfører kategori A- eller B-boringer foretage indberetning til GEUS, således at boringsoplysningerne kan vurders geologisk og resultaterne heraf sikres offentliggørelse. Boringsdatabasen omfatter mere end boringer. For et lokalt kortudsnit vist i figur 8, der indeholder Bispebjerg Hospital med næromåder, angiver Boringsdatabasen placering og boringsnummer for alle boringer i det udvalgte område.

15 14 Figur 8. Boringer i området ved Bispebjerg Hospital. Kilde: GEUS Jupiter database /5/. Ud fra boringsoplysningerne er der vha. Jupiter databsen optegnet 2 geologiske linieprofilsnit. Profilsnit 1 er vist på figur 9 og baserer sig primært på 2 boringer i kalken hhv. DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring) og DGU nr , der er boret godt 400 meter nordøst for DGU nr (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring) og lagserien i begge boringer viser vekslende lag af kvartære aflejringer med kalkoverfladen i kote ca. 20 meter med et ca. 5 meter tykt sandlag lejret direkte på kalken og vandstandsende, terrænnære lerlag. Borerapporterne fremgår af Bilag 1. To prøveboringer med DGU nr (B5) og DGU nr (B7) udført på Bispebjerg Hospital ultimo 2015 underbygger det generelle geologiske profil, dog er prækvartæroverfladen ved disse boringer beliggende noget dybere. Boringsplaceringerne fremgår af figur 1. Boringerne er udført hhv. 108 meter nordnordvest og 87 meter øst for DGU (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring). Borerapporter og geologisk tolkning af boreprøver fremgår endnu ikke i Jupiter databasen, med borerapporterne kan ses i Bilag 1. DGU nr (B5) er boret til en dybde af 100 meter under terræn og prækvartæroverfladen er fundet i kote meter DGU nr (B7) er boret til en dybde af 100 meter under terræn og prækvartæroverfladen er fundet i kote meter. Profilsnit 2 er vist på figur 10 og baserer sig på en række meget korte boringer (max. 6 meters dybde) umiddelbart syd for og i den nordlige ende af Hospitalets grundareal samt to korte boringer ved Vestre Vinkelvej. Ingen af boringerne når ned til prækvartæroverfladen. Boringerne giver imidlertid oplysninger om de meget terrænnære, kvartære jordlag, der også her viser tilstedeværelsen af vekslende lag af ler- og sandholdige formationer.

16 15 Figur 9. Geologisk profilsnit 1 ud fra boringer ved ved Bispebjerg Hospital. Kilde: GEUS Jupiter database /5/. Figur 10. Geologisk profilsnit 2 ud fra boringer ved ved Bispebjerg Hospital. Kilde: GEUS Jupiter database /5/. Den øvre geologiske lagserie ved Bispebjerg Hospital forventes derfor med henvisning til ovenstående analyse at bestå af: Kvartære ler- og sandholdige aflejringer fra terræn til top af København Kalk, der forventes at påtræffes mellem kote -15 og -35 meter Danien København Kalk til top af Bryozokalk, der forventes at påtræffes under kote -50 meter

17 16 Bryozokalk til top af Skrivekridt, der forventes at påtræffes under kote -110 meter. Terrænniveauet på Hospitalets område er faldende fra kote ca. +23 meter langs Tuborgvej til kote ca. +15 mod sydøst langs Bispebjerg Bakke, hvorfor den kvartære lagpakke forventes af have en tykkelse på min. 30 meter på hospitalsområdet. 4. Grundvandsindvnding. Bispebjerg Hospital ligger udenfor områder med særlige drikkevandsinteresser (OSD) som det fremgår af figur 11. Frederiksberg Forsyning er nærmeste interessent i grundvandet i kalkundergrunden. Jf. Frederiksberg Kommune Grundvandsplan for perioden indvindes ca. 2.5 mio. m 3 grundvand årligt fra 5 boringer med DGU nr (FF1), DGU nr (FF2), DGU nr (FF3), DGU nr (FF4) og DGU nr (FF5). Boringerne indvinder i Carlsberg-forkastningen Boringernes placering er vist med mørk blå farve på Figur 12 og de er beliggende mere end 2.9 km sydvest for DGU (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring). Bispebjerg Hospital er, som det fremgår af figur 12, beliggende undenfor indvindingsoplandet til Frederiksberg Vandforsyning, og det påtænkte projekt vil med henvisning til modelberegningerne i Bilag 4 ikke kunne påvirke grundvandsindvindingen til Frederiksberg Forsyning i væsentligt omfang hverken hydraulisk eller termisk. Søborg Vandværk er en anden nærliggende interessent i grundvandet i kalken. Indvindingsoplandet til Søborg Vandværk fremgår af figur 13, der viser indvindingsoplande uden for OSD på Sjælland. Figur 14 viser indvindingsoplandet i en større målestok. Søborg Vandværk ligger på Gladsaxevej Søborg. Værket producerer ca mio. m 3 grundvand om året. Grundvandet indvindes fra fire boringer tæt ved vandværket. Vandværkes boringer er beliggende ca. 2 km nordvest for DGU (Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring). Boringernes placering er vist på figur 14. Det påtænkte projekt vil med henvisning til modelberegningerne i Bilag 4 ikke kunne påvirke grundvandsindvindingen til Søborg Vandværk i væsentligt omfang hverken hydraulisk eller termisk.

18 17 Figur 11. Områder med særlige drikkevandsinteresser (OSD). Beliggenheden af Bispebjerg Hospital er angivet med rødt cirkelmærke. Kilde: Bekendtgørelse om udpegning af drikkevandsressourcer. BEK 365 af /6/.

19 18 Figur 12. Temakort 1 fra Grundvandsplan for periopden Frederiksberg Kommune. Indvindingsoplandet til Frederiksberg Forsyning er vist med lyseblå farve. Beliggenheden af Bispebjerg Hospital er angivet med grønt cirkelmærke på kortet. Kilde: Frederiksberg Kommune /7/.dKilde: vandsplan

20 19 Figur 13. Indvindingsoplande til almene vandforsyninger uden for OSD. Beliggenheden af Bispebjerg Hospital er angivet med grønt cirkelmærke. Kilde: Bekendtgørelse om udpegning af drikkevandsressourcer. BEK 365 af /6/.

21 20 Figur 14. Indvindingsopland til Søborg Vandværk. Kilde: Søborg Vandværk /8/. 5. Hydrogeologi. Grundvandsindvindingen i kalken har stor betydning for grundvandspotentialet og grundvandets afstrømningsretning. På figur 15 er vist et udsnit af potentialekortet for Københavnsområdet i I området omkring Bispebjerg Hospital påvirkes potetialebilledet i dag væsentligst af grundvandsindvindingen til Frederiksberg Forsyning og de midlertidige grundvandssækninger som følge af anlægsarbejderne ved Ryparken Station og tilkoblingsanlægget mellem den nye Nordhavnstunnel og Helsingørmotorvejen. Grundvandspotentialet vil derfor løbende blive påvirket som følge af grundvandspumpning til de igangværende anlægsarbejder. Grundvandspotentialet i kalken under Bispebjerg Hospital ligger mellem kote +12 meter og kote +9 meter med afstrømningsgradient ca. 4 promille i sydøstlig retning. Ved eksempelvis en hydraulisk ledningsevne i kalken på m/s bliver grundvandets afstrømningshastighed på 12.6 meter/år.

22 21 Figur 15. Udsnit af grundvandspotentialekort for kalkmagasinet. Beliggenheden af Bispebjerg Hospital er angivet med grønt cirkelmærke. Kilde: Københavns Kommune 2011 /9/. 6. Forureninger. ed henvisning til grundvandsanalyser fra undersøgelsesboringerne på Bispebjerg Hospital (Bilag 3) er der ikke fundet forureningsparamtre. Der er kortlage forureninger på vidensniveau 2 (V2) i nærheden af Bispebjerg Hospital. Betegnes et areal som kortlagt på vidensniveau V2, er der tilvejebragt et dokumentationsgrundlag, der peger hen på, at jordforureningen er af en sådan art og koncentration, at forureningen kan have skadelig virkning på mennesker og miljø. Kortlagte grunde på vidensniveau 2 (V2) i nærheden af Bispebjerg Hospital er registreret med lokalitetsnumrene , , og Beliggenhed er vist i figur 16. For lokalitet er der angivet forurening med tunge, ikke flygtige olieprodukter, tungmetaller og PAH ér. For lokalitet , og er der angivet forurening med tungmetaller (bly og zink), tjærestoffer og oliekomponenter. For lokalitet er der angivet forurening med tungmetaller (bly og zink), tjærestoffer og oliekomponenter.

23 Figur 16. Jordforurening kortlagt på vidensniveau 1 og 2 i nærheden af Bispebjerg Hospital. Kilde: Københavnerkortet /10/. På baggrund af forureningernes karakter og den naturlige beskyttelse mod nedsivning grundet tilstedeværelsen af terrænnære lerlag, vurderes den beregnede hydrauliske påvirkning som følge af det påtænkte projekt ikke at få en væsentlig indflydelse på den kortlagte forurening. 7. Anlægsudførelse Indvindingsboringer.

24 23 På baggrund af forundersøgelsboringerne kan der forventes ydelser på min. 50 m 3 /h pr. boring fra kalken både ved indvinding og returledning af grundvand. Forundersøgelsesboringerne er er ikke filtersat, men for at udnytte hele lagserien anbefales de resterende 10 boringer udført med maksimal filtersætning, dog under hensyntagen til risikoen for iltning af grundvandet ved for store afsænkninger. Filtersætning foretages i givet fald med stor omhyggelighed i forhold til formationen for at tilbageholde mobile partikler herfra. Der foretages sætning af bagstøbte PVC forerør til top af kalken eller tilsvarende forankring af boringerne og afblænding mod øvre sandmagasiner, hvis filtersætning ikke ønskes anvendt. Boringerne renpumpes effektivt under en lidt højere kapacitet end driftsydelsen, og der foretages kontrol af råvandets partikelindhold og udvidet vandanalyse af det oppumpede grundvand. Boringsvirkningsgrad og transmissivitet efter en kort prøvepumpning af hver ny boring bestemmes. Boringerne udsyres herefter, hvis boringsvirkningsgraden herved kan forbedres væsentligt. Boringerne udbygges og forsynes med stigerør, ventiler samt afslutninger i tørbrønd eller lignende efter gældende regler. Forerørsafslutninger, rør og pumpeinstallation udføres lufttæt i korrossionsstablit materiale. Boringerne forsynes med dykket grundvandspumpe og 2-vejs trykholderventil Returledningsboringer. Returledningsboringerne udføres som indvindingsboringerne Varmevekslere. Varmevekslerne er pladeapparater, hvor pladerne, der kommer i kontakt med grundvandet, udføres i et overfor grundvandet korrosionsstabilt materiale normalt rustfrit, syrefast stål Rørforbindelser. Rørforbindelse mellem boringerne og varmevekslerne etableres. Rørmaterialet vælges i PE100 i tryktrin PN10 for både indvindings- og afledningsdelen, alternativt i en stålkvalitet, der er korrosionsstabilt overfor grundvandet Funktionsafprøvning. Når anlægget er endeligt etableret udføres et kortvarigt, kombineret pumpe- og injektionsforsøg til måling af det resulterende trykniveau ved indvindings- og returledningsboringerne. Det færdige grundvandssystem og sikkerhedskonceptet funktionsafprøves og indstilles mht. tryk, flowmængder m.v. inden ibrugtagningen. Den egentlige projektering/engineering af grundvandssystemet foretages først, når de nødvendige tilladelser foreligger, og der er truffet beslutning om etablering af anlægget.

25 Sikkerhedsindretninger. Grundvandsanlægget forsynes med et system, der skal sikre mod at miljøfremmede stoffer trænger ind i grundvandskredsen i tilfælde af lækager o.lign uheld i grundvand/kølevand varmevekslerne: Grundvandsmængden i tilgangsrøret til hver varmeveksler måles løbende vha. en nøjagtig magnetisk induktiv flowmåler. Grundvandsmængden i afgangsrøret fra hver varmeveksler måles også løbende vha. en nøjagtig magnetisk, induktiv flowmåler. Begge flowmålere kalibreres mod hinanden, således at det bliver muligt at detektere selv små utætheder i grundvand/kølevand varmeveksleren. I tilfælde af lækage, der registreres ved en lille forskel mellem de to flowværdier, stoppes grundvandsanlæggets pumper. otorventiler på grundvand til- og afgang ved varmevekslerne tilhørende den omhandlede dipol omstyres automatisk til lukket tilstand. De mekanisk virkende trykholderventiler monteret på stigerøret i hver boring lukker automatisk ved faldende grundvandsmængde. Ved normal start og stop af anlægget indbygges dog i styresystemet en tidsforsinkelse på op til 15 minutter for aktivering af sikkerhedssystemet for at give tid til trykopbygning i anlægget Anlægsovervågning. Grundvandsanlægget udstyres således, at det er muligt at registerere og dataopsamle: Grundvandspotentiale (trykniveau) i alle boringer Tryk i grundvandssystemets tilgangsrør over hver boring Temperatur af indvundet og returledt grundvand målt i brøndhoved og i grundvandsmagasinet Flow af grundvand (aktuel og akkumuleret) Varmemængde tilført grundvandsmagasinet (aktuel og akkumuleret ) Tryk i grundvandssystem før og efter hver varmeveksler Temperatur af grundvand før og efter hver varmeveksler Tryk i kølevandssystemet før og efter hver varmeveksler Temperatur af kølevand før og efter hver varmeveksler 7.8. Grundvandstemperaturer. Grundvandet i kalken forventes at have en naturlig temperatur på ca. 11 o C, når det indvindes fra grundvandsmagasinet. Ved varmevekslingen med kølevandet opvarmes grundvandet til en temperatur på ca. 17 o C, dog maksimalt 25 o C, men i gennemsnit ikke over 20 o C jf. gældende regler /1/. Det bliver for at opnå termisk balancering af grundvandsmagasinet nødvendigt at foretage gennedkøling eller kuldelagring i vintertiden, således at grundvandets indvindingstemperatur ikke

26 25 stiger som følge af termisk gennemslag mellem returledningsboringerne og indvindingsboringerne. 8. Hydraulisk og hydrotermisk analyse Hydraulisk analyse. Der er udført beregninger af projektets hydrauliske påvirkning ved hjælp af den 3- dimensionelle model FEFLOW /11/. Formålet med opsætningen af modellen har været at belyse den hydrauliske påvirkning af det vandførende kalk- og sandmagasin som følge af projektet. Den hydrauliske analyse har primært til formål at vise de hydrauliske påvirkninger som følge af det påtænkte anlæg ved Bispebjerg Hospital som følge af den mest optimale drift med varme og kolde boringer. odelopsætning og resultater fremgår af Bilag Hydrotermisk analyse. Der er udført beregninger af projektets termiske påvirkning ved hjælp af den 3- dimensionelle model FEFLOW /2/. Formålet med opsætningen af modellen har været at belyse den termiske påvirkning af det vandførende kalk- og sandmagasin som følge af projektet. Den termiske analyse har primært haft til formål at vise de de termiske påvirkninger som følge af det påtænkte anlæg ved Bispebjerg Hospital, herunder den mest optimale drift med varme og kolde boringer. Til dette formål har der været udført simuleringer med FEFLOW med alternative indbyrdes placeringer mellem varme og kolde boringer. odelopsætning og resultater fremgår af Bilag Krav til dokumentation i forhold til gældende lovgivning. Krav til dokumentation i forbindelse med ansøgning om tilladelse til anlægsetablering og drift af grundvandskøleanlæg fremgår af 6, 7, 8, 9, 10, 11 og 12 i Bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg, BEK nr 1716 af 15/12/2015 /12/. Kravene er herunder skrevet med kursiv. Henvisning til dokumentation er indskrevet umiddelbart efter hvert krav. 6. Ved ansøgning om tilladelse skal ansøger over for kommunalbestyrelsen dokumentere, at følgende forudsætninger er opfyldt: 1) Der indvindes fra og injiceres til det samme grundvandsmagasin. 2) Der er udført undersøgelser, der tilvejebringer oplysninger om a) grundvandsmagasinets geologi og udstrækning (horisontalt såvel som vertikalt),

27 26 b) grundvandsmagasinets hydrauliske egenskaber, herunder hydraulisk kontakt med andre magasiner, c) grundvandsmagasinets hydrogeologiske forhold, d) grundvandsmagasinets kemi og mikrobiologi, og e) grundvandsmagasinets hydrotermiske egenskaber. Ad 1) Forundersøgelser herunder prøveboringer, grundvandskemiske analyser og borehulslogging viser, at der er tale om samme grundvandsmagasin. Der henvises til Bilag 1-3 for dokumentation. Ad 2a) grundvandsmagasinet i kalken har regional udbredelse. Den lokale geologiske opbygning fremgår af borehulslogging og borerapporter (Bilag 1-2). Der henvises også til et omfattende antal boringer i kalken i Københavnsområdet og en omfattende litteratur om kalkundergrunden. Ad 2b) grundvandsmagasinets hydrauliske egenskaber er beregnet i forbindelse med prøvepumpning og dokumenteret i Bilag 1. Grundet de vandstandsende, terrænnære lerlag i området påvirkes terrænære grundvandsmagasiner ikke i væsentlig grad. Ad 2c) Hydrogeologiske forhold for grundvandsmagasinet er dokumenteret ved borehulslogging (indstrømningsprofil) i Bilag 2 og regionale kort for grundvandspotentiale og afstrømningsretning i Kalken (figur 15). Ad 2d) grundvandsmagasinets kemi og mikrobiologi fremgår af afsnit 2.3 og Bilag 3. Ad 2e) grundvandsmagasinets hydrotermiske egenskaber er væsentligst styret af grundvandsmagasinets varmekapacitet, vertikal udstrækning, porositet, hydraulisk ledningsevne, strømningsprofil og afstrømningsretning. Varmekapaciteten og porositeten er ikke bestemt i forbindelse med denne forundersøgelse, hvorfor der er anvendt erfaringstal. Der henvises til Bilag 4 for dokumentation af de øvrige parametre. Stk. 2. En ansøgning skal endvidere indeholde oplysninger, som dokumenterer, at der ikke er risiko for, at de stoffer, der anvendes i forbindelse med forbrugskredsløbet, kan forurene grundvandet, og at kravene i 8 og 9 er opfyldt. Ad stk 2) Forbrugskredsløbet er påfyldt almindeligt brugsvand evt. tilsat inhibitorer. Der henvises også til beskrivelsen af sikkerhedssystemet under Tilladelse til afledning fra varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg må kun gives, hvis det ud fra en forud foretaget modellering vurderes, at 1) den enkelte afledning i forbindelse med tidligere tilladte afledninger fra grundvandskøleanlæg til samme grundvandsmagasin ikke medfører en sådan opvarmning af grundvandsmagasinet, at grundvandstemperaturen i de bestående anlæg til vandindvinding til brug for vandforsynings- eller grundvandskøleanlæg stiger med mere end 0,5 grader C, og 2) grundvandsressourcen i områder med særlige drikkevandsinteresser, skal efter en periode på 10 år efter driftsstop, være anvendelig til vandindvinding til brug for vandforsyning. Ad 1) Nærmeste indvinding af grundvand, der kan blive påvirket termisk er Bispebjerg Hospitals nødforsyningsboring DGU nr Ved modelsimulering af den termiske påvirkning som følge af projektet er det vist, at DGU nr ikke vil blive

28 27 påvirket med en stigning i grundvandstemperaturen, men af et fald i grundvandstemperaturen. Der henvises til modelberegningerne i Bilag 4. Ad 2) Bispebjerg Hospital ligger ikke i områder med særlige drikkevandsinteresser (OSD) jf. Figur Det skal sikres ved anlæggets tekniske udformning, at der ikke ved afledning er risiko for grundbrud. Ad 8) Anlægget boringer udføres på en sådan måde, at de kan klare et opadrettet overtryk på boringsflangen svarende til fx 10 meters overtryk i forhold til terræn under reinjektion af grundvand. Desuden forsynes hver boring med overvågningsudstyr af grundvandets trykniveau i hver boring. Overskrides et forudindstillet niveau under reinjektionen reduceres grundvandspumpningen eller pumpningen stoppes helt. Der indbygges en alarmgrænse for grundvandniveauet i hver på boring svarende til terræn. Overskrides denne grænse med mere end fx 5 meters vandsøjle stoppes reinjektionen til den pågældende boring. De aktuelle indstillingsværdier for vandovertryk kan afgøres af brøndboreren i samarbejde med en geoteknisk sagkyndig. Ligeledes sikes mod for lavt grundvandsspejl i boringerne under pumpning for at minimere risikoen for iltning af grundvandet. Overskrides et forudindstillet niveau under pumpning reduceres grundvandspumpningen eller pumpningen stoppes helt. 9. Anlægget skal være et lukket system uden vandbehandling og uden mulighed for indtrængning af atmosfærisk luft. Ad 9) Grundvandet tilsættes ikke stoffer og der fjernes ikke stoffer fra grundvandet under cirkulationen mellem boringerne. Grundvandssystemet udformes på en sådan måde, at der holdes overtryk i grundvandskredsen fra pumpeindtag til udløb i returledningsboringen. Hermed kan der ikke trænge atmosfærisk luft ind i grundvandskredsen. 10. Der må ikke ske blanding af grundvand og væske i forbrugskredsløbet (varmeeller kølekredsløbet). Stk. 2. Ethvert varmeindvindings- og grundvandskøleanlæg skal være forsynet med et trykovervågningssystem. Stk. 3. Ethvert varmeindvindings- og grundvandskøleanlæg skal være forsynet med sikkerhedsanordninger, som stopper grundvandsindvindingen og grundvandsafledningen i tilfælde af lækage i varme- eller køleveksleren. Ad 10) Overførsel af varme og kulde mellem forbrugskredsløbet og grundvandssystemet sker i pladevarmevekslere, hvor forbrugsvandet løber på den ene side af hver plade i varmevekslerne og grundvandet løber på den anden side af hver plade i varmevekslerne. Der sker således ingen blanding af forbrugsvand og grundvand. Ad stk. 2) Trykovervågningsudstyret med automatisk dataopsamling består af tryktransmittere ved hver varmeveksler (til- og afgang grundvand og forbrugsvand) i alt 4 tryktransmittere pr. varmeveksler, trykovervågning af hver boring (pumpetryk/injektionstryk) samt niveaumåler af grundvandsspejlet i hver boring. Ad stk. 3) Sikkerhedsanordningen er opbygget som flowovervågning med magnetisk induktive flowmålere med høj målenøjagtighed, idet to flowmålere måler grundvandsflow hhv. ind og ud af hver varmeveksler. Forskel i værdien mellem tilgang og afgang (lækage-indikation) stopper grundvandspumpningen. En tidsforsinkelse på 15 minutter for sikkerhedssystemet lægges ind efter planlagt pumpestop. Flowmålingerne indgår i den automatiske dataopsamling.

29 Ethvert varmeindvindings- og grundvandskøleanlæg skal være forsynet med en hane til udtagning af prøver af det vand, der indvindes og afledes. Ad 11) På grundvandsrøret i hver boringsafslutning indbygges prøvehane til prøvetagning. anen 12. Ethvert varmeindvindings- og grundvandskøleanlæg skal være forsynet med temperaturmålere ved indløbet af grundvandet og når vandet forlader de opvarmede eller afkølede komponenter. Afledningsboringerne skal være forsynet med temperatur målere med automatisk dataopsamling. Ad 12) Temperaturovervågningsudstyret med automatisk dataopsamling består af temperaturtransmittere ved hver varmeveksler (til og afgang grundvand og forbrugsvand) i alt 4 temperaturtransmittere pr. varmeveksler, temperaturmåling af indvundet og tilbageledt grundvand til hver boring på brøndhovedet samt temperaturmåling i grundvandsmagasinet i hver boring. 10. Konklusion. Etablering af et grundvandskøleanlæg på Bispebjerg Hospital vurderes på baggrund af den foreliggende undersøgelse ikke at kunne påvirke vandindvindingen i området væsentligt, idet der er tale om et anlæg med en meget begrænset, lokal hydraulisk og hydrotermisk påvirkning af det anvendte grundvandsmagasin samt at grundvandsressourcen ikke reduceres, idet hele den indvundne grundvandsmængde returledes til det samme grundvandsmagasin. Ved drift med det påtænkte grundvandskøle- og ATES-anlæg kan det forventes, at den vandkemiske sammensætning i DGU nr med tiden vil ændres til værdier der ligger tættere på værdierne i prøveboringerne. Grundet den termisk balancerede driftsform med genvinding af den tilbageledte varmemængde, giver den ønskede driftsform ikke anledning til en temperaturstigning i nærliggende vandindvindingsboringer, der overskrider gældende bestemmelser. Som følge af den naturlige afstrømningsgradient for grundvandet i området vil der blive tale om et nedstrøms tab af kulde, hvilket vil betyde et temperaturfald af grundvand indvundet til nødforsyningsboringen DGU nr Grundet den meget begrænsede hydrauliske påvirkning vurderes driften af anlægget ikke at give anledning til spredning af evt. overfladelokaliseret forurening i jord og grundvand, som følge af lokal ændring af strømnings- og trykforhold i det primære grundvandsmagasin i kalken. Drikkevandsinteresser til offentlig vandforsyning forventes generalt ikke at kunne blive påvirket målbart hverken hydraulisk eller termisk som følge af anlæggets drift. Anlægget vil betyde en væsentlig reduktion i Bispebjerg Hospitals energiforbrug til køling og en reduktion i CO 2-udledningen til atmosfæren på ca tons/år. Efter evt. stop af anlægget ved afslutningen af en kølesæson vil en overtemperaur i kalken i boringsfeltet være af meget begrænset udbredelse, og vil ikke kunne påvirke eksisterende vandindvinding væsentligt rent temperaturmæssigt.

30 29 Faren for forurening af grundvandsmagasinet som følge af lækager i anlægget er minimal med de beskrevne, mekanisk virkende sikkerhedsindretninger og det forhold, at der anvendes almindeligt vand i Hospitalets kølevandssystem. Ændringer i funderingsforhold for bygninger i nærheden af de påtænkte boringer, som følge af ændringer i grundvandspotentialet ved anlæggets etablering og drift, må vurderes af sagkyndige, men skønnes ikke at kunne skabe problemer med den forventede geologiske lagfølge og ved drift med et begrænset injektionstryk. Resultatet af forundersøgelsen viser overordnet, at det bør være teknisk og fysisk muligt at etablere et grundvandskøle- og ATES-anlæg til indirekte køling af proceskølevand og rumluft til Bispebjerg Hospital samt bidrage til Hospitalets opvarmningsbehov. Det kan på baggrund af den foreliggende undersøgelse anbefales at ansøge Københavns Kommune om tilladelse til indvinding og tilbageledning af en grundvandsmængde på 360 m 3 /h og m 3 /år ved etablering af op til 12 boringer placeret på grundarealet. 11. Referencer /1/ Saltvandsgrænsen i kalkmagasinerne i Norøstsjælland, delrapport 5. Grundvandstyper i kalkmagasinerne, GEUS rapport 2006/20 /2/ Københavns Kommunes Grundvandsplan 2005 /3/ Geoviden nr. 4, 2005 /4/ Vandhandleplan for Københavns Kommune 2015 /5/ GEUS Jupiter database /6/ Bekendtgørelse om udpegning af drikkevandsressourcer. BEK 365 af /7/ Grundvandsplan for periopden Frederiksberg Kommune /8/ Søborg Vandværk /9/ Grundvandspotentiale i kalkmagasinet Københavns Kommune /10/ Københavnerkortet. Københavns Kommune /11/ FEFLOW 7.0. Finite Element Subsurface Flow & Transport Simulation System. DHI /12/ Bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg, BEK nr 1716 af 15/12/2015.