Billede 1 - Data fra GEUS boredatabase, der viser mangelfulde oplysninger om boringerne ved Havdrup Skole

Transkript

1 Dato: 29. juni 2018 Projekt: 3225 Havdrup skole Forfatter: Søren Skjold Andersen Notat udført for Solrød Kommune Havdrup skole har et jordvarmeanlæg bestående af 6 lodrette boringer udført af Geo Heat Ex tilbage i 2010 (Se billede af data fra boredatabasen). På grund af problemer med jordvarmeanlægget og manglende dokumentation for udførelsen af den udvendige del af anlægget, er GeoDrilling blevet bedt om at foretage en forundersøgelse af anlægget. Billede 1 - Data fra GEUS boredatabase, der viser mangelfulde oplysninger om boringerne ved Havdrup Skole Baggrundsviden omkring boringer med aluminiumssonder Geo Heat Ex var en af de første virksomheder, der arbejdede med lodret jordvarme i Danmark. Selskabet blev ifølge virksomhedsregistret stiftet i 2006 af Poul Svendsen og Karsten Ivan Knudsen. I 2009 udtrådte Karsten Ivan Knudsen fra selskabet efter uenighed med Poul Svendsen. Vores kendskab til Geo Heat Ex bygger på miljøprojekter udsendt af miljøstyrelsen, personlige samtaler med Karsten Ivan Knudsen, og egne erfaringer med at renovere boringer udført af Geo Heat Ex. Lodret jordvarme er en populær løsning i vores nabolande. Både i Tyskland og Sverige er der etableret over jordvarmeboringer. Her er den foretrukne løsning at anvende jordvarmesonder i et plastikmateriale kaldet PE100. Enten med en enkelt løkke eller en dobbelt løkke, kaldet single-u eller dobbelt-u, fordi sonden ligner et stort U, der nedsænkes i hullet.

2 Geo Heat Ex valgte i stedet at udvikle sin egen sonde af aluminium, fordi varmeledningsevnen i aluminium er mange gange højere end plastik. Sonden er designet som en koaxialsonde hvor vandet løber retur til boringen i midten af røret. Billede 2 viser forsiden af ghe.dk i Teksten i bunden siger 8 grader, 80 meter ned i jorden, 80 % mere effektiv, 80 % besparelse. Yderst til højre vises en tegning af en aluminiumssonde. Som det fremgår, samles sonden af flere stykker aluminium. Dette er i modsætning til U-sonder, der er færdigsamlet og trykprøvet fra fabrikken. Billede 2 - Forsidebillede fra ghe.dk tilbage i 2013 fra Way Back Machine hjemmesidearkiv Miljøstyrelsen udsendte i 2008 en rapport (Miljøprojekt Nr ), forfattet af Bente Villumsen (COWI), som skriver følgende: En ny type boringer til varmeoptagelse fra jord anvender aluminiumsrør, jf. beskrivelsen i afsnit 2.3. Der anvendes Al-legering EN AW 60606/T6 med 25 μm eloxering. Der anvendes ikke andre metaller i anlægget. Generelt er der store betænkeligheder ved anvendelse af aluminium i konstruktioner under jorden, da der vil være en betydelig risiko for korrosion. En lang række forskellige forhold spiller ind på korrosionsrisikoen. De væsentligste risici for korrosion af aluminiumsrørene vurderes at være sur eller meget basisk jord saltholdige aflejringer / saltholdigt porevand selv små beskadigelser af rørene under etableringsarbejdet korrosion i samlinger Også andre forhold kan spille ind, og der er risiko for korrosion også under andre forhold. Problemstillingen er beskrevet nærmere i bilag 1. Anlæg af aluminium kræver derfor særlig korrosionssikring. Der henvises til bilag 1 af miljøprojekt 1238 for flere oplysninger om aluminiumssonderne, der betegnes GHEB. Miljøstyrelsen udsendte i 2014 en ny rapport (Miljøprojekt nr. 1588, 2014), forfattet af Stine Juel Rosendal og Bente Villumsen (COWI), som skriver følgende:

3 Der er kendskab til jordvarmeboringer som udgør en kortslutning af flere grundvandsmagasiner, eller hvor der er risiko for nedsivning langs boringen. Det kan skyldes uheld eller uhensigts-mæssigheder ved etableringen eller et uhensigtsmæssigt valg af materialer. Der blev eksempelvis givet et betydeligt antal tilladelser til etablering af boringer med aluminiumsrør, inden det blev tilstrækkeligt dokumenteret at anlæggene korroderede og blev utætte. Der er derfor grund til at stille høje krav til udførelsen af jordvarmeboringer, til at føre tilsyn med dem og, som en ekstra sikkerhed, at fastsætte et afstandskrav der giver vandforsyningerne en høj grad af sikkerhed. Baseret på egne erfaringer med at renovere boringer udført af Geo Heat Ex, og kendskab til kunder, der har haft problemer med aluminiumsboringer, er der gjort følgende erfaringer: Aluminiumssonderne taber væske. o Væsketabet kan skyldes problemer med samlingerne mellem de forskellige dele af sonden. o Væsketabet kan også skyldes korrosion, som omtalt i miljøprojektet. Aluminiumssonderne korroderer og efterlader metalstykker i varmepumpens fordamper. Der er typisk udført for få boremeter, idet varmeledningsevnen overvurderes. Der er risiko for at boringerne ikke er afproppet forsvarligt, som loven kræver det. De nævnte erfaringer bevirker, at boringer udført af Geo Heat Ex med aluminiumssonder er i særlig stor risiko for enten at være ulovlige fra udførelsestidspunktet pga. mangelfuld afpropning, eller at blive ulovlige pga. opståede utætheder, der kræver efterfyldning af brine. Modtaget materiale om Havdrup Skole Martin Bagger-Hansen fra Nørbag Rådgivende Ingeniører, har fremsendt materiale, der vedrørte etableringen af jordvarmeboringerne på Havdrup Skole. I forhold til boringerne er det fire filer med bilag til ansøgningen om tilladelse til at etablere jordvarmeboringer, der er det mest interessante. I et notat fra Lars Nørgaard fra firmaet Carlo Lorentzen A/S, fremgår det at man skal forsyne en 60 kw varmepumpe fra 12 boringer. På en medsendt tegning er der imidlertid kun illustreret 9 boringer. I GEUS boredatabase er der kun registreret 6 boringer. I materialet står der intet om boringernes udførelse, eller forventede dybder. Undersøgelser af anlægget På grund af uoverensstemmelser i det fremskaffede materiale, og de manglende oplysninger om boringernes dybde, var det nødvendigt at besigtige anlægget og foretage nærmere undersøgelser. Det blev til to besøg på adressen. Det første besøg havde til formål at undersøge boringerne nærmere og foretage pejling af en enkelt boring. Det næste besøg havde til formål at afdække forhold omkring de varmepumper, som boringerne skal forsyne med energi. Til slut er der udført en simulering af de registrerede forhold i programmet Earth Energy Designer. Undersøgelse af boringer d. 11/ GeoDrilling kunne ved fysisk undersøgelse, foretaget af Jan Varup, på adressen konstatere at der i overensstemmelse med GEUS database er udført 6 boringer på adressen. Boringerne er benævnt med bogstaver på brønddækslerne. Et oversigtskort blev optegnet på dagen for undersøgelsen:

4 Billede 3 - Bogstavnavne på boringerne Generelt blev det bemærket at samlinger er foretaget med trækfaste fittings og at der er anvendt forskellige metaldele i brøndene, som ikke er korrosionsbestandige. Diverse ventiler og udluftninger er derfor medtaget af det miljø de har befundet sig i. En del brønde har tydeligvis sat sig siden etableringen. Sætningerne har i mindst ét tilfælde klemt rørene der løber til samlebrønden i en grad, hvor der ikke kan forventes et ordentligt flow til boringen. Endvidere var der en boring, som synligt var spærret for flow i samlebrønden. Følgende bemærkninger er noteret til de forskellige boringer: A, har luft/vand omkring alu-sonden, pakningsmateriale har sat sig. B, har luft/vand omkring alu-sonden, brønden lugter tydeligt af sprit. C, har luft/vand omkring alu-sonden, der kommer bobler i vandet og det lugter kraftigt i brønden. D, har luft/vand omkring alu-sonden, boringen er pejlet til at være 80 meter dyb. E, har luft/vand omkring alu-sonden. F, har luft/vand omkring alu-sonden, hullet omkring sonden er pejlet til 4,5 meter under terræn. Ud fra denne undersøgelse antages det at hver boring er 80 meter dyb. Det antages endvidere at én af boringerne er spærret af pga. utætheder og at én anden boring ikke er funktionsdygtig pga. manglende flow.

5 Undersøgelse af installationer d. 22/ På dette møde deltager Martin Bagger-Hansen fra Nørbag, Søren Pedersen og Lis Dyrholm fra Solrød Kommune, og Søren Skjold Andersen fra GeoDrilling. Mødet starter i teknikrummet på skolen, hvor varmepumpeanlægget undersøges, og slutter med en gennemgang af samlebrønd og boringer. Hvor notatet fra virksomheden Carlo Lorentzen benævnte en 60 kw varmepumpe, kunne det konstateres, at der i teknikrummet står 2 stk. 49 kw Daikin Hydrocube varmepumper. Dvs. en samlet effekt på 98 kw. Billede 4-2 stk Daikin Hydrocube 49 kw Det oplyses at kun den ene varmepumpe er i drift, da der opstår fejl hvis begge forsøges anvendt. Varmepumpen som forsyner en varmeflade på ventilationen kobles fra, når problemet opstår.

6 Der foregår ingen logning af flow og temperatur fra boringerne, hvorfor det ikke kan konstateres om fejlen skyldes manglende flow, lave temperaturer eller en kombination. Der har været en del ændringer på installationen i teknikrummet siden anlægget blev lavet, idet man havde antaget at problemerne med anlægget skulle findes her. Der er bl.a. blevet installeret en buffertank på etagen ovenover varmepumpen. Billede 5 - Energimålere koblet til buffertank På afgangsrørene fra buffertanken er der monteret to energimålere, én fra Brunata og én fra Kamstrup. På dagen for mødet oplyste Martin, at en samlet effekt på 98 kw uden problemer burde kunne forsyne både gulvvarme og varmeflade på ventilation. Der er i øjeblikket ved at blive lavet en tilbygning, og det antages at de to varmepumper også fremadrettet vil kunne dække behovet, hvis bare der er energi nok i jorden. Der blev observeret en slange mellem vandforsyningen og jordvarmekredsen. Det oplyses at anlægget taber vand, og derfor spædes der til, for at kunne holde anlægget i drift. Trods problemerne har det været muligt at opvarme skolen gennem den forgangne vinter ved brug af den ene varmepumpe. Observationerne omkring boringerne understøtter observationerne foretaget af Jan Varup.

7 Simulering i Earth Energy Designer Programmet Earth Energy Designer er et stykke software, der gør det muligt at simulere temperaturudviklingen i jorden, ved forskellige konfigurationer af jordvarmeboringer. Programmet beregner udelukkende den konduktive overførsel af varme i jorden, og tager således ikke højde for grundvandsstrømninger. For at undersøge driften af anlægget er der opstillet en simulering med følgende forudsætninger: JORD Varmeledningsevne 2.8 W/(m K) Varmekapacitet 2.16 MJ/(m³ K) Årsmiddeltemperatur 8.8 C Geotermisk varmeflux 0.06 W/m² BOREHUL Konfiguration: Borehulsdybde Borehulsafstand Sondetype Borehulsdiameter Indre rør: diameter Indre rør: vægtykkelse Indre rør: varmeledningsevne Ydre rør: diameter Ydre rør: vægtykkelse Ydre rør: varmeledningsevne Kontaktmodstand rør/grout 233 ("4: 2 x 2 rectangle") 80 m 20 m Koaksial 150 mm 32 mm 2 mm 0.22 W/(m K) 76 mm 4 mm 99 W/(m K) 0 (m K)/W Der er anvendt en varmeledningsevne for jorden, svarende til den højeste varmeledningsevne vi til dato har mål med en TRT test. I forhold til boringerne er der regnet med 4 boringer på 80 meter, med 20 meters afstand. Alle med koaksialsonder, med et ydre rør på 76mm og et indre rør på 32mm. Varmeledningsevnen for det ydre rør er sat til maks-værdien i EED, 99 W/(m K), idet varmeledningsevnen for aluminium ligger omkring 200. Der er regnet uden borehulsmodstand og med en varmeledningsevne på fyldningsmaterialet, der er lige så høj som den omgivende jord. De anvendte forudsætninger er meget optimistiske og er baseret på antagelsen om, at boringerne ikke er afproppet efter forskrifterne. Når simuleringen køres fremkommer følgende graf:

8 Årlig min-max brinetemp. [ C] Max T for spidslast Min T for spidslast Max T for grundlast Min T for grundlast År Billede 6 - Temperaturudvikling med 4 aluboringer Grafen viser den forventede temperaturudvikling hen over 25 år. Selvom EED ikke regner med grundvandsstrømninger, er der en tommelfingerregel som siger, at man ved mindre anlæg kan stoppe simuleringen i år 2. Herefter vil grundvandsstrømningerne sørge for at temperaturen ikke falder yderligere. Selv med denne tommelfingerregel vil gennemsnitstemperaturen mellem indløb og udløb være -7 i grundlast og -12 i spidslast. Det svarer til at indløbet er -5 i grundlast og -10 i spidslast. Langt mere end de tilladte temperaturer på 0 og -4 grader. De meget lave temperaturer giver også en ringe virkningsgrad på varmepumpen. Det er dog ikke sikkert at temperaturen bliver så lav. Hvis boringerne ikke er afproppet korrekt, er der risiko for, at der er skabt forbindelse mellem to grundvandsmagasiner med forskelligt tryk. Det kan resultere i en vertikal strømning af grundvand, som giver en meget stor varmeoverførsel til sonderne. En sådan kortslutning må dog ikke kunne forekomme i en boring i henhold til brøndborerbekendtgørelsen. Øges antallet af boringer fra 4 til 6, og tages der højde for tommelfingerreglen om grundvandsstrømninger, fås en temperatur i år 2, der ligger lige inden for grænseværdierne på 0 og - 4. Konklusion på undersøgelser På baggrund af undersøgelserne må det med stor sandsynlighed konkluderes at anlægget i sin nuværende form, ikke lever op til den gældende lovgivning omkring lodret jordvarme. Dette skal findes i tre specifikke forhold: Anlægget taber væske. Selvom dette også kan skyldes anvendelsen af trækfaste fittings og de tidligere omtalte sætninger i den vandrette del af anlægget, er det overvejende sandsynligt at selve

9 sonderne er utætte. Det ses bl.a. i brønd C, hvor der stiger bobler til overfladen af vandet i brønden. Boringer der endnu ikke er utætte, er i risiko for at blive det med tiden. I lovgivningen er der krav om at indløbstemperaturen på et lodret jordvarmeanlæg er mindst 0. Temperaturer ned til -4 kan accepteres i spidslastsituationer, men ikke koldere end det. Baseret på mængden af boringer i forhold til størrelsen på varmepumpen, er der risiko for at indløbstemperaturen er væsentligt lavere end det. Der forefindes store sætninger i brøndene. Normalt udstøbes boringer med en forseglingsmasse, der ikke giver anledning til store sætninger. Forseglingsmassens opgave er at være varmeledende og vandstandsende, således at der ikke sker sammenblanding af forskellige grundvandsmagasiner. Såfremt indløbstemperaturen aldrig er under -4, kunne en mulig forklaring også være, at der pga. sammenblanding af to magasiner sker en stor grundvandsstrømning langs sonderne, som holder temperaturen oppe. En sådan strømning må ikke kunne forekomme i en jordvarmeboring. Med disse forhold in mente, er det vigtigt at anlægget bliver lovliggjort. At forsætte driften af anlægget i dets nuværende beskaffenhed, bør afklares med miljøafdelingen af Solrød Kommune. Alternativt anbefales det at der træffes beslutning om enten at sløjfe boringerne eller renovere dem med henblik på at få et lovligt og velfungerende anlæg. Efter aftale med Solrød Kommune, skitseres herefter forskellige scenarier. Scenarier for håndtering af jordvarmeboringer på Havdrup Skole I dette afsnit skitseres tre forskellige måder at håndtere boringerne på Havdrup Skole. I første scenarie er der tale om en sløjfning af anlægget. Andet scenarie omhandler en renovering af anlægget til at forsyne den ene varmepumpe, der er i drift i dag. Tredje scenarie omhandler også en renovering, men denne gang med henblik på at kunne forsyne begge varmepumper på 49 kw. Sløjfning af boringerne Hvis man ønsker at finde en helt anden varmekilde end lodrette jordvarmeboringer, er det nødvendigt at få de eksisterende 6 boringer på Havdrup Skole sløjfet. Ved en sløjfning skal boringerne overbores, og efterfyldes med et vandstandsende materiale, så der ikke sker udveksling mellem grundsvandsmagasiner i undergrunden. Under antagelse af, at der er 80 meter i hver af de 6 boringer, er der totalt 480 meter, der skal overbores og forsegles. Derudover skal diverse brønde graves fri og bortskaffes. Prisen for dette stykke arbejde ligger omkring kr. ex moms Levering af energi til 49 kw varmepumpeeffekt En alternativ løsning er at renovere og udvide de 6 eksisterende jordvarmeboringer og supplere med 3 boringer yderligere. Samlet vil der efterfølgende være 9 boringer af 120 meter. Det vurderes at være nok til at den ene af de to varmepumper kan køre timer om året og samlet levere 98 MWh varme. De 6 eksisterende boringer overbores og udbygges, så de fremadrettet er 120 meter dybe. Dernæst laves der yderligere en række på 3 nye boringer 20 meter fra de eksisterende. Prisen for dette stykke arbejde ligger omkring kr. ex moms. Levering af energi til 98 kw varmepumpeeffekt Idet man er i gang med at udvide og dermed får et større forbrug i fremtiden, er der også regnet på en løsning, hvor borefeltet udbygges til at kunne forsyne begge varmepumper med timers drift på hver om året. Svarende til at de leverer 196 MWh varme årligt.

10 I dette scenarie skal de eksisterende boringer renoveres og udbygges til en dybde på 160 meter. Dernæst skal der suppleres med yderligere 9 boringer af 150 meter. Derved er der samlet 15 boringer på 160 meter. Prisen for dette stykke arbejde er omkring kr. Forbehold og entreprisegrænser Idet der kun er pejlet en enkelt boring, tages der forbehold for dybderne på de andre boringer. Overboring kan medføre komplikationer i borearbejdet, som der også tages forbehold for. Det vil især være vigtigt at skrivekridten, der kommer dybt i boringen kan stå selv. Der kan forekomme særlige krav til bortskaffelse af det opborede materiale, da det sandsynligvis vil indeholde aluminiumsstykker. Dette medfører en merpris, som afhænger af modtagestedet. Der kan være tale om en merpris på 550 kr. pr. tons. Normalt vil 6 boringer af 80 meter give anledning til ca. 20 tons opboret materiale. Der er medregnet en mængde fyldmateriale pr. meter, såvel som der er medregnet bortkørsel af en mængde pr. meter. Begge dele reguleres efter faktisk forbrug. Der er medtaget bortkørsel af 40 kg materiale pr. boret meter, og tilsætning af 20 kg. tørt fyldstof pr. boret meter (det udvider sig når det sammenblandes med vand). Begge dele opgøres efter forbrug. GeoDrilling afslutter sit arbejde i en samlebrønd i terræn. Det antages af den eksisterende hovedledning fra samlebrønd til teknikrum kan genbruges. Øvrige rør og brønde i terræn forudsættes ikke at skulle genanvendes, da usikkerheden omkring udførelsen er for stor. Endvidere er det ønsket at få brønde under terræn, såfremt der kan gives tilladelse hertil. Nørbag Rådgivende Ingeniører indmåler anlæggets dele og laver målfast tegning over det udførte arbejde. Præcise GPS koordinater på boringer oplyses til GeoDrilling til anvendelse i forbindelse med indrapportering til GEUS. GeoDrilling foretager trykprøvning af egne leverancer, men Solrød Kommune skal entrere med en installatør, der foretager trykprøvning af hele systemet og påfylder IPA-sprit. Indhegning af pladsen, hvor der skal bores, påhviler bygherre. Afsluttende bemærkninger Det er oplyst at boringerne anvendes til at køle på ventilationsluften om sommeren. Det kan anbefales at kigge nærmere på også at køle konstruktionen ved hjælp af gulvvarmeslangerne. Det giver mulighed for at sikre en lavere temperatur på skolen i sommermånederne og derved forbedre indeklimaet.