Denne rapport gengiver resultaterne af et Elforsk-projekt j.nr med titlen "Varmepumper med lodrette boringer som varmeoptager".

Transkript

1 VARMEPUMPER MED LODRETTE BORINGER SOM VARMEOPTAGER Elforsk-projekt nr.: December 2010 Energi og Klima Center for Køle- og Varmepumpeteknik

2 Indholdsfortegnelse Forord Opsummering Jordens beskaffenhed og egenskaber Kort introduktion til danske jordarter Jordarternes temperaturforhold Varmefluxen i jorden Jordarternes varmekapacitet og varmeledningsevne Geologiske oplysninger fra et konkret område Varmepumper Virkemåde: Problemstillinger ved etablering af lodrette boringer Boring Forseglingsmateriale Varmeoptager Slangemateriale Fysisk udformning Væske Borehullets kapacitet Vurdering af potentialet for vertikale jordvarmeboringer Overordnede betragtninger Etablering af en model Resultater Opsummering af beregninger Konklusion Referenceliste Bilag 1 Oversigt over udførte beregninger Bilag 2 Oversigt over arrangementer afholdt i Bilag 3 Uddrag af lovgivning Bilag 4 Artikel fra Vand & Jord (nr. 3 - september 2010)... 55

3 Forord Denne rapport gengiver resultaterne af et Elforsk-projekt j.nr med titlen "Varmepumper med lodrette boringer som varmeoptager". Rapporten skal ses dels som en afrapportering af de i projektet gennemførte aktiviteter samt som en introduktion til/vejledning i, hvorledes lodrette boringer fremover kan udføres i forbindelse med etablering af jordvarmeanlæg (varmepumper). Rapporten stiller en del spørgsmål, ligesom der er afdækket en række områder, hvor yderligere viden er nødvendig, og projektet skal derfor ses som et første projekt af flere, som har til formål at opstille en række generelle anbefalinger for varmepumper med lodrette boringer. Står man som installatør med ansvaret for en ny varmepumpeinstallation, bør man så absolut overveje muligheden for en lodret boring som varmeoptager. Men man bør samtidig kaste et blik på denne rapport, og vurdere de forhold, som rapporten opstiller som kritiske i forbindelse med etableringen af lodrette boringer. Det er helt essentielt, at alle varmepumpeboringer udføres korrekt og efter gældende lovgivning, således at uheld undgås. I 70 erne og i starten af 80 erne oplevede branchen en del negativ omtale, som desværre og helt uberettiget er hængt ved i forbrugernes bevidsthed. Derfor er det projektgruppens opfordring til alle, der begiver sig ud i projekter omkring lodrette boringer ifm. varmepumper, at man tager alle de sikkerhedsmæssige problemstillinger alvorligt og følger lovgivningen således, at vi også fremover kan styrke varmepumpernes image og dermed være med til at sikre, at Danmark kan nå sine målsætninger inden for energiområdet. Der er i efteråret 2010 søgt et opfølgende projekt i Elforsk-puljen, hvor en række af disse spørgsmål forsøges besvaret, og det forventes på denne baggrund, at projektet følges op af et nyt projekt, hvor der bl.a. skal måles på en række varmepumpeinstallationer med lodrette boringer. Projektet er udført af: VIA University College: Lotte Thøgersen, Inga Sørensen og Henrik Bjørn Rambøll: Niels Radisch og Søren Sandberg Franck Geoteknik: Peder Hauritz Foreningen Energi Horsens: Hans Jørn Hansen Teknologisk Institut: Marcin B. Andreasen, Svend V. Pedersen og Claus S. Poulsen Der rettes en speciel tak til Elforsk for den økonomiske støtte til projektet. Teknologisk Institut Center for Køle- og Varmepumpeteknik Claus S. Poulsen, Projektleder December

4 1 Opsummering Projektet Varmepumper med lodrette boringer som varmeoptager er et forprojekt bevilget under Elforsk-puljen, som administreres af Dansk Energi. Projektet omhandler en teoretisk analyse af lodrette boringer som optagersystem til varmepumper til danske boliger. Tilbage i 1980 erne gennemførtes et større forsknings- og udviklingsarbejde på varmepumpeområdet med udarbejdelse af i alt 76 rapporter om området (Energiministeriets varmepumpeforskningsprogram), hvoraf en del omhandlede varmeoptag fra jorden. Desværre har lodrette boringer aldrig rigtigt vundet indpas i Danmark hvilket er i direkte modsætning til vores nabolande, hvor der f.eks. i Sverige er en helt anden udbredelse af denne type varmeoptager. Men hvorfor er teknologien så udbredt i f.eks. Sverige, når den endnu ikke har kunnet vinde indpas i DK? Den korte version af svaret er, at det er betydeligt mindre kompliceret at bore i en klippe, end det er at bore i den danske muld. Dette skyldes primært, at jorden omkring et borehul i DK vil falde sammen under etableringen af borehullet, da typisk dansk jord naturligvis er væsentligt løsere end en klippe. Da der samtidig er en markant større vandgennemstrømning i de forskellige lag i en klippefyldt undergrund, end der er i den typiske danske undergrund ja, så har det til dato været væsentligt mere attraktivt at etablere lodrette boringer i vores nabolande, end det har været tilfældet i DK. Prisniveauet for en vertikal boring har historisk været markant højere end prisen for en tilsvarende horisontal jordslange (op mod det dobbelte), hvilket skyldes flere forhold, men de vigtigste er naturligvis et spørgsmål om udbud og efterspørgsel herunder det faktum, at ikke særlig mange borefirmaer har haft boringer til varmepumper på produktprogrammet. Der ses nu stadig flere virksomheder, som tilbyder boringerne, og enkelte har ligefrem valgt at investere i topmoderne grej, som højst sandsynligt vil reducere etableringsomkostningerne betydeligt og på sigt gøre dem sammenlignelige med omkostningerne til etablering af vandrette slanger. Her er det også vigtigt at understrege, at installatøren skal drøfte totaløkonomi med kunden og således ikke alene sælge sit anlæg på etableringsomkostningerne. Hvis effektiviteten kan forbedres med en veludført vertikal boring sammenlignet med en (måske) for kort horisontal slange, så vil den samlede rentabilitet af systemet med boringen i mange tilfælde være væsentligt bedre. Det er derfor vigtigt, at kunden får et solidt grundlag at vælge sin systemtype ud fra, så det ikke kun er den rene etableringsomkostning, der er grundlag for valget. Skal Danmark kunne nå sine ambitiøse målsætninger på energiområdet, så skal varmepumperne udbredes markant i den danske energiforsyning, og også i områder, hvor vandrette slanger ikke umiddelbart kan etableres. Dette er f.eks. områder, hvor boligerne ligger meget tæt, ikke har et tilstrækkeligt jordareal (have) eller i de mange boliger, hvor havens indretning, terrasser, carporte o.l. umuliggør etableringen af vandrette slanger. Her er der reelt to muligheder enten etableres der en vertikal boring, eller der installeres en luft/vand varmepumpe. 3

5 Projektet har vist, at de danske jordbundsforhold absolut ikke bør være en hindring for udbredelsen af varmepumper med lodrette boringer som varmeoptager. Alle jordtyper kan principielt anvendes, men det er vigtigt at lave et solidt stykke hjemmearbejde, hvor vandspejl, vandgennemstrømning, jordens beskaffenhed og egenskaber kortlægges. Det er denne proces, der i nærværende rapport er forsøgt beskrevet, og der gives en række hints til, hvorledes disse informationer på en nem og overskuelig måde kan frembringes. I bilag 2 findes en komplet oversigt, der viser de mange arrangementer, der i projektforløbet er afholdt inden for dette tema. Behovet for videnspredning er stort, da rigtigt mange gerne vil opkvalificeres på dette område, og hvis udbredelsen af lodrette boringer skal øges, så vil behovet for generel efteruddannelse stige markant i de kommende år. 4

6 2 Jordens beskaffenhed og egenskaber Som indledning til dette afsnit gives en meget kort introduktion til jordartstyper i Danmark, for at vise hvilken variation der findes i det materiale, som varmen i lodrette boringer skal indvindes fra. Dernæst gives et overblik over, hvad vi i dag ved om temperaturforholdene i de danske jordlag og de termiske egenskaber af jorden. Endvidere gives der en introduktion til brug af boredatabasen Jupiter, der er et godt værktøj, når de lokale jordlagsforhold skal vurderes på en given lokalitet, hvor der ønskes installeret jordvarme fra lodrette boringer. Der afsluttes med et afsnit om de miljømæssige forhold, der er knyttet til etablering af jordvarmeboringer. 2.1 Kort introduktion til danske jordarter De naturligt forekommende jordarter i Danmark kan efter deres karakter grupperes som vist i oversigten, figur 2. Indenfor hver hovedgruppe af jordarter kan der skelnes mellem en række variationer afhængig af jordartens aflejringsmiljø og geologiske alder. Variationerne omfatter dog ikke alle jordarterne på Bornholm, hvor de øvre lag er væsentligt ældre end i det øvrige Danmark. Den følgende korte beskrivelse af de forskellige danske jordartstyper er et uddrag fra ref. /2.1/. Sten og grus Disse to komponentgrupper beskrives her under et, fordi de i naturen næsten altid forekommer sammen. Sten og grus defineres ved deres kornstørrelse, der skal være større end 2 mm, se skalaen figur 1. Generelt består de enkelte sten og gruskorn af et ret blandet materiale, som is og smeltevand har eroderet ud af Skandinaviens grundfjeldsklipper og af Danmarks egen undergrund. Alle flintesten er således rester fra isen og smeltevandets erosion ned i den faststående kalkundergrund i Danmark. Figur 1: Skala i mm for angivelse af kornstørrelser. Efter funderingsnorm DS 415. Sand Kornstørrelsen for sand ligger mellem 0,06 mm og 2 mm, og selv de mindste korn kan ses med det blotte øje. Kornene kan bestå af mange forskellige mineraler, som det f.eks. er tilfældet i smeltevandssand. Sandskornene kan også være meget ensartede og kun bestå af ét mineral, som det er tilfældet ved kvartssand. Mere specielt kan sand også bestå af kalkkorn, der sammen med grønne korn af mineralet glaukonit udgør det grønsand, der f.eks. kendes fra Sjælland. 5

7 Hovedkomponent Variationer i hovedkomponent efter dannelse og geologisk alder Smeltevandssten og -grus Sten (korn større end 6 cm) Morænegrus Grus (korn mellem 2 og 60 mm) Marint sten og grus (sømaterialer) Kvartsgrus Smeltevandssand Morænesand Flyvesand Sand Korn mellem 0,06 mm og 2 mm) Marint sand (strandsand) Nedskylssand Kvartssand Glimmersand Grønsand Smeltevandssilt og -ler Morænesilt og -ler Silt Korn mellem 0,002 mm. og 0,06mm Ler Korn under 0,002 mm. Silt og ler kan i våd tilstand trilles til en pølse - kun silt kan "gimpe". Nedskylssilt og -ler Flydejord Senglacial marint silt og ler Postglacial /interglacial ler og silt Glimmersilt og -ler fra Øvre Tertiær Plastisk ler fra Nedre Tertiær Muld Jordbund Overjord 6

8 Gytje (findelt organisk materiale) Ferskvandsgytje Saltvandsgytje Tørv (synlige planterester) Ferskvandstørv Saltvandstørv Kul Brunkul Skrivekridt (= Slamkalk) Kalk inkl. Kridt Materiale fra smådyr med kalkskaller Kalksandskalk og kalksiltsten Bryozokalk og koralkalk Saltholmskalk og københavnerkalk Grønsandskalk "Ølandskalk" Diatomit Moler fra Nedre Tertiær Materiale fra smådyr med kiselskaller Kiselgur (ferskvandsaflejring) Flint Kemiske udfældninger Kildekalk og øvrige kalkudfældninger Myremalm og øvrige jernudfældninger Salt (fra inddampning af havvand) Granit (magmabjergart langsom størkning) Grundfjeld (= klippe) Gnejs (metamorf bjergart) Basalt (magmabjergart hurtig størkning) Figur 2: Hovedtyper af danske jordarter og typiske variationer. Efter ref. 1. 7

9 Ler og silt De to jordarter er defineret ved deres kornstørrelser, som det fremgår af skalaen i figur1. Til trods for forskellen i kornstørrelse har ler og silt en række fællestræk, der gør, at det er naturligt at behandle dem som én gruppe i mange sammenhænge også inden for geotermiske egenskaber. De fælles kendetegn for ler og silt er f.eks., at de i våd tilstand er formbare og sammenhængende, medens de er faste i tør tilstand. Et andet fælles træk for ler og silt er, at de har dårlig permeabilitet men stor kapillaritet (dvs. hårrørsvirkning). Kapillariteten gør, at porerummene i ler og silt altid vil være helt fyldt med vand, når man ser bort fra en evt. udtørringszone allerøverst tæt på terræn. Denne zone med udtørring går højst ca. en meter ned. Af karakteristiske forskelle på karakteren af ler og silt kan nævnes, at kun silt kan "gimpe", dvs. udvise nogen elasticitet, når en vandmættet pølse af materialet skiftevis strækkes lidt ind og ud. Det skyldes, at silt har større kapillaritet end ler, og dermed sker vandtransporten i materialets porerum lidt hurtigere, end tilfældet er for ler. Muld Muld er en jordbundsdannelse, der naturligt udvikler sig, hvis klimaet ellers er til det. Der er altid levende mikroorganismer i naturligt muld, og der sker til stadighed en omsætning af det organiske stof, der findes i mulden. Muld er let genkendeligt på den mørke farve og den løse krummestruktur. Gytje Gytje består af helt findelt organisk stof, hvor det ikke længere er muligt at se, hvilke planter eller dyr, der oprindelig har leveret det organiske stof. Tidligere betegnedes gytje som "dynd", et navn der dog stadigvæk anvendes i mange sammenhænge om organiske sedimenter. Aflejringen af gytje er sket i vand. Derfor er fund af et gytjelag altid tegn på, at der på stedet har været en sø eller en fjord - dog under forudsætning af, at det pågældende gytjelag ikke er blevet flyttet efter aflejringen. Tørv Tørv består ligesom gytje af organisk stof, men tørv har til forskel fra gytje synlige rester med træ- eller plantestrukturer. Der er en jævn overgang mellem tørv og gytje, og undertiden kan det være svært at afgøre, om tørv eller gytje udgør hovedkomponenten i en given jordprøve. Typisk finder man tørven oven på gytjen, hvilket viser, at en sø med fri vandoverflade efterhånden er vokset til med siv o.l. Et kendetegn for tørv er, at man ved at knuge en tørveprøve med hånden kan presse vand ud af den. Kul Tørv og gytje kan ved stigende tryk og temperatur hærdne til kul. I Danmark kendes brunkul dels fra Midtjylland og dels fra Bornholm. De midtjyske brunkul er fra perioden Øvre Tertiær, medens de bornholmske brunkul er fra den langt ældre periode Mellem Jura. De enkelte kullag er typisk under 1 meter tykke og omgivet af lag med glimmersilt og finsand samt kvartssand. 8

10 Kalk Langt det meste af det kalk, der findes i danske jordlag, er dannet som ophobninger af skaller fra små dyr, idet skalmaterialet er opbygget af mineralet calcit (CaCO3). Typisk er skallerne af kalk meget små og i samme størrelsesorden som kornene i silt og ler. Jordarter med kalk kan altid kendes på, at de bruser ved tilsætning af fortyndet saltsyre. Det er luftarten CO 2, der bruser af, idet CO 2 dannes, når saltsyren (HCl) går i forbindelse med kalk (CaCO 3 ). Kalk forekommer i en række variationer, som det fremgår af figur 2. Kendetegn for de forskellige variationer er knyttet til hårdhed, kornstørrelse og struktur. Diatomit Jordarten diatomit er dannet ved ophobning af skalmateriale fra mikroskopiske dyr med en skal af kisel (SiO 2 ). Jordarten er ret sjælden i Danmark, men findes dog en del i Limfjordsområdet, hvor den fra gammel tid kaldes moler. Et væsentligt kendetegn for diatomit er dens lave vægtfylde, der fremkommer, fordi diatomit består af luftfyldt skalmateriale. Ofte er diatomit lys og ligner kalksten. Kemiske udfældninger Til trods for at kemiske udfældninger sjældent udgør hovedkomponenten i en jordart, skal de alligevel med i en oversigt over danske jordarter, idet de lokalt kan være meget dominerende. Flint kan således optræde som et sammenhængende lag i kalksten. Grundfjeld I Danmark er faststående grundfjeld i de øvre jordlag kun at finde på øen Bornholm, medens det er helt dominerende i de øvrige nordiske lande. Der er mange variationer af grundfjeld. Her er kun nævnt 3 eksempler, nemlig granit og gnejs, der kendes fra Bornholm, samt basalt, der f.eks. er udbredt i de øvre lag på Island og Færøerne. Basalt har en finkornet, tæt struktur og en mørk farve. 2.2 Jordarternes temperaturforhold Varmen i jordens øvre jordlag ned til ca. 6 meter er påvirket af solens indstråling og årstidsvariationen. Herunder sker der en langsom stigning af temperaturen med dybden udtrykt ved den geotermiske gradient. Ved at måle temperaturen i bunden af dybe boringer er den geotermiske gradient i Danmark målt til at ligge i gennemsnit mellem 1,8 til 4,2 grader for hver 100 meter nedad i dybden. Disse tal kan ses i en international database Global Heat Flow Database, der er tilgængelig på internettet, ref. /2.2/. De nyeste danske bidrag til denne database er i øvrigt fra 1979 det ser således ud til, at det er 30 år siden, der sidst er publiceret værdier for geotermiske temperaturgradienter i Danmark. Sædvanligvis omtales den geotermiske gradient i Danmarks som værende i gennemsnit 3 graders temperaturstigning for hver 100 meter. Der er et stærkt behov for nye målinger af de geotermiske gradienter i Danmark i de øvre jordlag ned til omkring 200 meter, der anses for at være den relevante maks. dybde for indvinding af jordvarme fra lodrette anlæg. Der er også et stærkt behov for at få kortlagt, hvad starttemperaturen er i jorden under den øvre zone, der er påvirket af solens indstråling. VIA har foretaget en temperaturmåling på Langmarksvej i september måned Her blev temperaturen målt til 10,2 grader under den zone, der kan antages at være påvirket af årstidsvariationen, se figur 3. Der kan ikke på figuren ses nogen temperaturgradient med dybden formodentlig fordi boringen ikke er dybere end 18 meter. 9

11 Figur 3: Temperaturkurve fra Langmarksvej i Horsens. Kurven er målt ved at nedsænke en termosonde, og manuelt aflæse på displayet for hver meter sonden blev sænket ned et lille pejlerør, monteret i borehullet sammen med jordvarmeslanger. På VIA s testareal på Chr. M. Østergaardsvej i Horsens er der fra de nedborede temperatursonder målt stabile jordtemperaturer fra 8,6 til 9,4 grader under den øvre årstidspåvirkede zone. Tallene tyder på, at der også er en temperaturgradient at spore i de 30 meter, som er dybden på testanlæggets varmeboringer. Der mangler imidlertid en statistisk bearbejdning af de mange temperaturmålinger (der logges automatisk hver halve time fra i alt 6 sensorer på hver af de nedborede i alt 10 sonder). 2.3 Varmefluxen i jorden Varmefluxen fra jordens indre og f.eks. ind til en boring angives som Watt pr. arealenhed. I Danmark er der beregnet varmeflux i størrelsesordenen 43 til 101 milli Watt pr. m 2 ifølge Global Heat Flow Database, ref./2.2/. Kilden til varmen fra jordens indre er radioaktive processer, der sker i nogle af de mineraler, der opbygger jordskorpen. Granit indeholder f.eks. radioaktive mineraler, og derfor ses en forholdsvis stor varmeflux fra jorden i områder med højtliggende granit. De radioaktive processer vil også ske i f.eks. smeltevandsgrus og sten, hvor der ofte er mange granitfragmenter og der kan derfor forventes nogen lokal variation i varmefluxen også i de øvre danske jordlag. 10

12 2.4 Jordarternes varmekapacitet og varmeledningsevne Jordarternes varmekapacitet og varmeledningsevne er afgørende egenskaber mht. til indvinding af varme fra lodrette anlæg. Varmekapaciteten af et materiale er dets evne til at lagre energi (dvs. hvor mange Joule skal der tilføres materialet for at opvarme det 1 grad). Varmekapaciteten angives som specifik varmekapacitet i forhold til en vægtenhed (J K -1 kg - 1 ) eller som volumetrisk varmekapacitet i forhold til et rumfang (J K -1 m -3 ). Varmeledningsevnen af et materiale er evnen til at overføre effekt i materialet. Den angives med enheden Watt pr. meter pr. grad temperaturændring (Wm -1 K -1 ). Idet 1 Watt er 1 J/sec kan varmeledningsevnen også opfattes som den hastighed, hvormed energien kan ledes af sted gennem materialet. Vi har ikke tilstrækkeligt erfaringsmateriale fra danske jordarter med hensyn til disse to vigtige parametre. Der findes i den tyske VDI-norm for termisk udnyttelse af undergrunden imidlertid tabeller over jordmaterialers varmekapacitet og varmeledningsevne, se figur 4 og ref. /2.3/. I tabellen er kun medtaget de jordarter fra den tyske norm, hvor man kan antage en vis sammenlignelighed med danske jordarter om end der kan være store forskelle på f.eks. moræneler, fordi det altid vil være stærkt præget af de jordlag, der var blottet i overfladen, da isen i sin tid gled hen over området. Jordart eller materiale Varmeledningsevne W/(m*K) Anbefalet varmeledningsevne W/(m*K) Specifik varmekapacitet (Volumetrisk) MJ/m 3 *K Densitet 10 3 kg/m 3 Ler og silt (tør) 0,4 1,0 0,5 1,5 1,6 1,8 2,0 Ler og silt (vandmættet) 1,1 3,1 1,8 2,0 2,8 2,0 2,2 Sand, tørt 0,3 0,9 0,4 1,3 1,6 1,8 2,2 Sand, fugtigt 1,0 1,9 1,4 1,6 2,2 1,9 2,3 Sand, vandmættet 2,0 3,0 2,4 2,2 2,8 1,9 2,3 Moræne 1,1 2,9 2,4 1,5 2,5 1,8 2,3 Kalksten 2,0 3,9 2,7 2,1 2,4 2,4 2,6 Bentonit 0,5 0,8 0,6 1,8 2,0 Beton 0,9 2,0 1,6 1,87 0,919 Vand (+10 C) 0,59 4,15 0,999 Figur 4: Eksempler på geotermiske egenskaber for jordarter. Uddrag af tabel 1 fra VDI 4660, Blatt 1. Ref I VIA s GEO-lab er der i foråret 2010 målt varmeledningsevne med udstyr fra det hollandske firma HUKSEFLUX. Der er tale om en non-steady state metode, der virker ved at en ret tynd sonde stikkes ned i materialet. Det kan give fysiske problemer med at få sonden anbragt i hårdt, komprimeret materiale. Metoden er stadig under indkøring. Nogle af de hidtidige resultater ses i figur 5 sammen med målinger foretaget af Geoteknisk Institut i 1982 i forbindelse med et projekt om jordvarme. 11

13 Oversigt målte varmeledningsevner i danske jordarter Jordart Reference λ min λ max λ avg SAND, fint, siltrigt (w = 0%) Geoteknisk institut ( ) SAND, fint, siltrigt (w = 19.41%) Geoteknisk institut ( ) SAND, fint, siltrigt (w = 15%) Geoteknisk institut ( ) SAND, fint, siltrigt (w = 3.06%) Geoteknisk institut ( ) SAND, fint, siltrigt (w = 20.59%) Geoteknisk institut ( ) (W/mk) (W/mk) (W/mk) 0,319 0,323 0,32 1,943 2,122 1,94 1,704 1,713 1,71 0,898 0,88 0,88 1,95 2,004 1,97 SAND, mellemk., ringe sorteret, silthold (w = 0%) SAND, mellemk., ringe sorteret, silthold (w = 17.05%) SAND, mellemk., ringe sorteret, silthold (w = 2.76%) Geoteknisk institut ( ) Geoteknisk institut ( ) Geoteknisk institut ( ) 0,305 0,305 0,305 1,89 1,9 1,9 0,84 0,866 0,85 MORÆNLER, sandet, gruset Geoteknisk institut ( ,18 2,31 2,21 (w = 12.4 %) 1982) MORÆNLER, sandet, ret fedt, gruset Geoteknisk institut ( ,18 2,21 2,21 (w = 16.3) 1982) MORÆNLER, sandet, gruset Geoteknisk institut ( ,09 2,06 (w = 17) 1982) MORÆNLER, meget sandet, gruset Geoteknisk institut ( ,2 2,31 2,27 (w = 12,2) 1982) Tør sand EED ref. /2.8/ + VDI- 0,3 0,9 0,6 Richtlinie 4640 Fugtig og vandmættet sand EED ref. /2.8/+ VDI ,5 Richtlinie 4641 Moræneler EED ref. /2.8/+ VDI- 1,1 2,9 2 Richtlinie 4642 Ler og gytje (Tør) EED ref. /2.8/+ VDI- 0,4 1 0,7 Richtlinie 4643 Ler og gytje - vandholdigt EED ref. /2.8/+ VDI- 1,1 3,1 2,1 Richtlinie 4644 SILT usorteret (w = 15.94) Brædstrup (VIA ,12 2,88 2,5 2010) ref. /2.7/ Moræneler (w = 15.75) Brædstrup (VIA ,6 2010) ref. /2.7/ SAND, mellemk. og gruset. ( w = 1.740) Brædstrup (VIA ) ref. /2.7/ 0,22 SAND og SILT ( 38m,w = 9.45) Brædstrup (VIA ,02 12

14 2010) ref. /2.7/ SAND og SILT ( 49m, w = 7.17) Brædstrup ( VIA ) ref. /2.7/ 0,55 Ler, tørt Ler, vånd Grus, tørt Grus, vånd Sand, tørt Sand, tørt (komprimeret) Sand, vånd Sand, fugtigt Sand, frosset Silt, tørt Silt, vånd/fugtigt Moræneler Vand 0-10 ⁰ C Is ⁰ C Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ Data fra software EED ref. /2.8/ 0,4 0,9 0,65 0,9 2,22 1,56 0,4 0,52 0,46 1,8 0,27 0,75 0,51 1,2 1,25 1,23 1,73 5,02 2,87 1 1,75 1,375 1,25 2,94 2,095 0,38 1 0,69 3,3 1 2,2 1 2,5 1,75 0,56 0,59 0,58 2,2 2,32 2,26 Sand, gruset, fugtigt (w = 2.41) Lars Koldkur ref. /2.6/ 1,05 1,16 1,09 Sand, gruset, vådt (w = 9.99) Lars Koldkur ref. /2.6/ 2,34 2,5 2,43 Kvartsand m. glim. Vådt (w = 19.89) Lars Koldkur ref. /2.6/ 2,31 2,77 2,55 Grus, groft 2-20mm. Tørt ( w = Lars Koldkur ref. /2.6/ 0,07 0,07 0, ) Grus, groft, vådt (w = 25.37) Lars Koldkur ref. /2.6/ 1,18 1,25 1,21 Grus, sandet, fugtift (w = 4.76) Lars Koldkur ref. /2.6/ 1,36 1,68 1,55 Grus, sandet, vådt (w = 10.86) Lars Koldkur ref. /2.6/ 2,54 3,21 2,83 Moræneler, Langmarksvej Lars Koldkur ref. /2.6/ 2,04 2,34 2,23 fugtigt/vådt ( w = 12.40) Figur 5: Målinger af danske jordarters varmeledningsevne samt værdier angivet i EED software. 13

15 2.5 Geologiske oplysninger fra et konkret område Når en given lokalitet skal vurderes med hensyn til, hvor meget varme, der vil kunne indvindes fra et lodret anlæg på stedet, er det relevant at se på følgende: Hvilke jordarter er der på stedet, og hvad er deres tykkelse og udstrækning Beliggenhed af grundvandspejlet i forhold til terræn Ud fra disse to hovedtyper af oplysninger vurderes, hvorvidt der er grundvandsmagasiner til stede i den geologiske lagserie, og hvis det er tilfældet, er det relevant at se på den specifikke kapacitet af disse magasiner samt grundvandets strømningsretning. Det man søger, er en tredimensional model over de øvre jordlag i form af f.eks. et eller flere snit til at vise en konceptuel model. Det kan være en skitse i stil med figur 6, der viser, hvordan jordlagene opfattes langs et snit gennem et område. Figur 6: Eksempel på en konceptuel geologisk model. For at skitsere en konceptuel model anvendes først og fremmest indberettede boreoplysninger fra det aktuelle område. Disse oplysninger kan i nogen udstrækning findes i Jupiterdatabasen over danske boringer. Databasen drives af GEUS (Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse), og den er tilgængelig på webstedet Her kan man på et danmarkskort zoome ind og få vist registrerede boreoplysninger, som vist i figur 7, hvilket er et eksempel på boringer i et område syd for Køge. 14

16 Figur 7: Kort over et område sydøst for Køge med borepunkter. Skærmprint fra Det er muligt at klikke på borepunktet og få vist de enkelte borejournaler med oplysninger om gennemborede jordlag og grundvandsspejl, se f.eks. figur 8, der er udsnit af borejournal Ud fra de boringer, der ligger ved eller i omgivelserne til den givne, kan så tolkes en model af hvilke jordlag og grundvandsmagasiner, der er til stede. I det viste eksempel for boring viser borejournalen således øverst 5 meter moræneler, der dækker over 13 meter morænegrus. Herunder er der kalk og kridt ned til boringens slutdybde på 35 meter. Ud fra almindelig geologisk baggrundsviden ved vi, at kalken fortsætter til stor dybde. Borejournalen viser også, at grundvandsspejlet står 7 meter under terræn, og at kalken udgør et grundvandsmagasin, hvorfra der kan oppumpes 28m 3 /time ved en sænkning af vandspejlet på 3 meter. 15

17 Figur 8: Udsnit af borejournal Skærmprint fra I nogle områder er der et tæt net af boringer, og her kan der udarbejdes en relativ sikker tolkning af den geologiske lagserie og udbredelsen af grundvandsmagasiner. Hvor der er tyndt besat med boreoplysninger må tolkning af tilstedeværende jordlagstyper og grundvandsmagasiner baseres på geologiske oversigtskort samt baggrundsviden om processer i de forskellige geologiske perioder. Ud fra den tolkede (eller konstaterede) geologiske lagserie kan der på baggrund af eksisterende tabelværdier (se figur 4 og figur 5) gives et skøn over den samlede lagsøjles varmekapacitet og varmeledningsevne. 16

18 Begrænsninger pga. vandindvindinger I princippet er den danske undergrund egnet til lodrette boringer alle steder, men der er forskellige hensyn, der gør, at nogle områder kan anses for mindre egnede. Det er først og fremmest hensynet til grundvandet, der spiller ind, og i den forbindelse kan man i første omgang se bort fra arealer, der er kortlagte som Områder med særlige drikkevandsinteresser, se figur 9. De risici, der kan være tale om for grundvandet kan opdeles i tre typer: Risiko ved temperaturstigning i grundvandet Risiko ved uønsket lækage mellem øvre og nedre grundvandsmagasiner Risiko ved udslip af frostvæske Risiko ved temperaturstigning i grundvandet I forbindelse med jordvarmeanlæg kan der være et ønske om at tilføre jorden overskudsvarme i sommerperioden. Men hvad vil der ske ved, at temperaturen stiger i grundvandet? Hvilke kemiske processer kan forekomme, og hvad sker der med mikrobiologien? Hvordan er temperaturkravene i bekendtgørelse nr af Bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg fastsat? Ifølge jordvarmebekendtgørelsen (ref. /2.5/) må temperaturen højest stige 0,5 grader i det grundvand, der indvindes i naboanlæg og maks. 25 grader for vand, der infiltreres samt gennemsnitlig over en måned ikke over 20 grader. Der er mange spørgsmål og ikke ret megen viden endnu. I Danmark vil en vurdering af risikoen for varmeforurening af grundvandet skulle ses i forbindelse med den vurdering, der allerede er foretaget i kortlægning af grundvandsinteresser. Her skelnes mellem 3 kategorier, som ses på figur 9. Indenfor områder med begrænsede drikkevandsinteresser kan man forestille sig, at kommunerne vil tillade et større spillerum mht. forsøg med lagring af varme i jorden eller infiltrering af varmt vand. Disse forsøg kan være med til at levere viden om, hvad der sker i grundvandszonen ved opvarmning Risiko for uønsket lækage mellem øvre og nedre magasiner Bekendtgørelsen om jordvarmeanlæg (ref. /2.5/) kræver, at jordvarmeboringer skal udføres som A-boringer, dvs. der skal tætnes mellem forerør og omgivende jordlag af ler. Ved de lukkede systemer er boringen ikke tænkt udbygget med forerør. Det er en udfordring for brøndboreren at forsegle ud for lerlag. En måde at gøre det på er at pumpe opslæmmet bentonit ned i det lille midterhul, som findes i nogle af de jordslangeruller, der er på markedet. Det skal være en speciel bentonit, der pumpes ned, idet almindelig bentonit har en relativ lille varmeledningsevne og virker derfor isolerende. Der skal også opereres med et relativt højt pumpetryk for at få bentonitten ned. Generelt mangler formidling af erfaringer fra borefirmaerne mht., hvordan man sikrer en tilstrækkelig forsegling ud for dybereliggende lerlag i jordvarmeboringer uden forerør. 17