CO JE GEOTERMÁLNÍ VRT A KDY HO VYUŽÍT?
Geotermální vrt je systém, který využívá k zisku energie geotermálních zemních sond. Tento systém pracuje jako uzavřený okruh, přičemž vrt je vybaven potrubím z PE-RC materiálu o hloubce od cca 50 m do 450 m. Na konci potrubí je umístěno vratné U-koleno, což je klíčový prvek pro efektivní funkci celého systému. Standardní vystrojení geotermálních vrtů zahrnuje dvouokruhovou sondu s potrubím o rozměrech 4x32x2,9mm (PN16) pro vrty o hloubce 50-150m nebo 4x40x3,7mm (PN16) pro hloubku 150-250m. Při hloubce zabudování 200-335m se obvykle používá tlaková řada PN20, zejména u sond s rozměry 4x40x4,5mm. V případě výjimečných situací mohou být průměry potrubí upraveny v závislosti na tlakových ztrátách a specifických požadavcích. Je však doporučeno konzultovat tuto úpravu s vrtaři či jinými odborníky. Celkově lze konstatovat, že geotermální vrt s využitím geotermálních zemních sond je komplexním systémem, jehož dimenzování závisí na konkrétních podmínkách, jako jsou lokalita provádění vrtu, hloubka vrtu, tepelná ztráta objektu, roční energetické potřeby a další. Před samotným vrtáním musíme pečlivě ověřit, zda je v dané lokalitě možné dosáhnout požadované hloubky geotermálních vrtů. Při využívání tepla prostřednictvím geotermálních vertikálních sond, které jsou uloženy v geotermálních vrtech, je kladen velký důraz na dimenzování a kvalitu vystrojení těchto vrtů.
V dnešní době většina vrtů pro získávání zemního tepla dosahuje hloubky do cca 150 metrů. Zároveň lze v posledních letech pozorovat vzrůstající trend v České republice výraznějšího prosazování aplikací, které využívají vrty s hloubkou přesahující 150 metrů. Ve větší hloubce v hornině se vytváří vyšší teplota, což přináší větší akumulační potenciál pro zemní sondu, zvláště co se týče objemu kapaliny. Tento faktor je klíčový při rozhodování o hloubce vrtu. Na druhé straně je však nezbytné vzít v úvahu místní geologické podmínky, které mohou ovlivnit výkon sondy, a rovněž náklady spojené s náročnějším vrtáním a vystrojením hlubších vrtů. Proto je v procesu plánování důležité provést pečlivý výpočet pořizovacích nákladů a zhodnotit předpokládaný zisk, zejména v podobě očekávané úspory, aby bylo možné efektivně posoudit návratnost investice do hlubších vrtů. V tomto systému cirkuluje speciální nemrznoucí směs, v současnosti obvykle založená na bázi monoethylenglykolu G-SFROST E (historicky na lihové bázi kapalina G-SFROST L), která je následně ředěná vodou podle potřebného bodu nezámrznosti. V rámci tepelného čerpadla tato směs odevzdává teplotu v rozmezí cca 3-5 K, kdy teplota země ve hloubce 20 metrů dosahuje přibližně 10°C, stoupá každých 30 metrů o přibližně +1°C. Zajímavým aspektem je, že teplota v zemi není ovlivněna vnější teplotou na povrchu, což vytváří konstantní zdroj tepla bez ohledu na to, zda venku panuje -20°C nebo +30°C.
Důležitým faktorem, který je nutné zmínit je, že změna teploty vzduchu nemá přímý vliv na teplotu v zemi. Nicméně je třeba zdůraznit, že teplota v zemi může být rozdílná na začátku topné sezóny (září-říjen) oproti teplotě na jejím konci (březen-duben). Proto je při výpočtu hloubky geotermálních vrtů nutné zohlednit délku topné sezóny na konkrétním místě instalace.
DIMENZOVÁNÍ VRTŮ:
Níže jsou vypsány informace, které je nutné při výpočtu délek a množství vrtů znát:
- Výkon, příkon a COP tepelného čerpadla
Informace o výkonu, příkonu a účinnosti tepelného čerpadla.
- Zvolený typ vytápění
Specifikace použitého typu vytápění (podlahové, radiátory, kombinované).
- Předpokládaný počet hodin provozu tepelného čerpadla
Očekávaný počet hodin, po které bude tepelné čerpadlo ročně v provozu, a pokrytí tepelných ztrát.
- Místo instalace
Geografická lokalita, kde bude systém instalován.
- Využití geotermálních vrtů
Účel využití geotermálních vrtů, zda pro topení, ohřev teplé vody, vytápění bazénu (sezónně/celoročně).
- Využití pasivního a aktivního chlazení
Možnost využití pasivního nebo aktivního chlazení v objektu.
- Energetická bilance tepla v jednotlivých měsících
U větších staveb informace o energetické bilanci tepla v jednotlivých měsících pro vytápění a chlazení (MWh).
- Provoz vzduchotechniky
Případný provoz vzduchotechniky, včetně špiček a roční energetické potřeby.
- Ohřev bazénu
Specifikace ohřevu bazénu, zda sezónní nebo celoroční.
Při dimenzování hloubky vrtů je důležité nepřeceňovat ziskovost nad 50 W/m pro vytápění (do 2 400 hodin ročně pro vytápění včetně ohřevu TÚV), pokud není vrt dostatečně regenerován chlazením v letních měsících nebo významnými přítoky vody. Skutečnou ziskovost horniny v dané lokalitě lze spolehlivě určit pouze pomocí Thermal Response Test (TRT). Při plánování s předpokládanou vyšší ziskovostí hrozí riziko, že skutečná výkonnost vrtu bude nižší, což může v průběhu několika let vést k vymrznutí geotermálních vrtů, protože nebudou schopny se dostatečně regenerovat. Optimálním řešením je regenerovat vrtů během letního provozu, a to buď aktivním, nebo pasivním chlazením.
PROČ POUŽÍVAT DVOUOKRUHOVOU SONDU GF32 NAMÍSTO JEDNOOKRUHOVÉ GF40?
- Větší přenosová plocha
Přenos tepla u 4x32mm je orientačně vyšší o +10% až 15%. Zaznamenaný nárůst o +15% byl potvrzen na aplikaci Vysoké školy Báňské (VŠB) v Ostravě. Směrem dolů uvádíme rozmezí 10-12% (odečítáte z vyšší hodnoty). Procentuální rozdíl se mění v závislosti na způsobu odběru tepla, nelze tedy přesně stanovit procentuální odchylky. Někdy se uvádí i rozpětí mezi 5% až 15%, což závisí i na délce cyklu tepelného čerpadla.
- Větší akumulace kapaliny v podloží
Na ilustraci, objem jednoho metru vrtu 2x40mm je 1,67 litru vs. 4x32mm, který má objem 2,12 litru. Rozdíl činí +27% v množství kapaliny, která cirkuluje v primárním okruhu (naopak je to -20%). Kapalina se tedy u 4x32mm ochladí během jednoho cyklu méněkrát než u jednookruhového provedení. Samozřejmě vše závisí na parametrech instalace.
- Nižší rychlost proudění kapaliny v potrubí
Rychlost proudění kapaliny v potrubí je o 15-25% nižší, aby dosáhla stejné delta T, v závislosti na parametrech instalace. Na příklad u 1x 140m sondy pro TČ s výkonem 7,5-8,0 kW a průtokem 1,7 m3/hod. je rozdíl 0,44 m/s oproti 0,57 m/s, což představuje -22%.
- Nižší tlaková ztráta
Rozdíl bývá 10-15% v závislosti na parametrech instalace. Například u 1x 140m sondy pro TČ s výkonem 7,5-8,0 kW a průtokem 1,7 m3/hod. se tlaková ztráta zvýší o +20%, pokud použijete jednookruhovou sondu 2x40mm místo dvouokruhové 4x32mm.
- Chlazení
Výhody všech aspektů se násobí, protože systém lze využívat pro dvě funkce současně, přičemž teplo je předáváno efektivněji viz bod 1.
- Injektážní směs
Při výběru sondy 4x32mm stačí použít menší množství injektážní směsi. Pro 1x140m s vrtným průměrem 125mm představuje úsporu 100kg.
- Hypotetické využití v případě poruchy
Pokud dojde k poruše na jednom okruhu (což se stává pouze výjimečně), druhý okruh může nadále využívat vrt. Přestože nejde dosáhnout 100% využití, není možné přesně určit, o kolik bude nižší ziskovost, závisí to na podloží (cca 70%). I přesto je vždy lepší alternativa než úplné odstavení vrtu. V případě malých aplikací, kde je použit pouze jeden vrt, to nelze provést z důvodu.
GEOTERMÁLNÍ SONDY SPOLEČNOSTI JANSEN
Společnost GE-TRA se specializuje na dodávky geotermálních sond nejvyšší kvality od renomovaného výrobce JANSEN AG se sídlem ve Švýcarsku. Geotermální zemní sondy, poskytované touto společností, se skládají z potrubí PE100 RC STRONG a ochranné hlavy sondy. Ochranná hlava sondy hraje klíčovou roli nejen z hlediska bezpečnosti, ale také při ochraně vratného U-kolena sondy během procesu zapouštění do země.
Každá geotermální sonda je identifikovatelná pomocí unikátního identifikačního čísla výrobce, což umožňuje sledovat historii sondy od samotné výroby. Standardně je před zapuštěním sondy vyžadováno provedení tlakové a průtočné zkoušky, která minimalizuje riziko poškození sondy třetími stranami během stavby nebo přepravy. Stejný postup je povinný i po dokončení procesu zapouštění, s cílem vyloučit možné chyby a poškození sondy.
Odborně provedené tlakové zkoušky jsou zdokumentovány v protokolu, který je následně odeslán na sídlo společnosti GE-TRA s.r.o. a archivován. Absence důkazů o provedení tlakových zkoušek a zkoušek průtočnosti může způsobit zamítnutí případné reklamace ze strany výrobce. Tato praxe slouží v zájmu zákazníka (vrtné firmy) i koncového uživatele. Pro geotermální sondy od švýcarského výrobce JANSEN je poskytována záruka s délkou 10 let ode dne, kdy byla sonda zapuštěna do vrtu. Jednou z podmínek pro uplatnění této záruky je zaslání příslušných protokolů o provedených zkouškách.
JAK SDRUŽIT DVOUOKRUHOVOU SONDU?
Sdružení či zredukování dvouokruhové sondy do jednoho okruhu se standardně provádí pomocí Y-kusů (Y32-32-40 eventuálně Y40-40-50). Využitím těchto Y-kusů dochází ke snížení počtu propojovacích potrubí, která vedou od vrtů k systému rozdělovače/sběrače, a zároveň k omezení počtu výstupů samotného rozdělovače/sběrače. Tímto způsobem dochází k výraznému snížení nákladů na propojení celého systému. Při užití redukcí je nezbytné dbát na rovnoměrné rozdělení průtoku kapaliny do obou smyček geotermálního vrtu. Toto zajišťuje optimální fungování celého systému a umožňuje efektivní využití geotermální energie, což má za následek nejen úsporu nákladů, ale i snížení celkové náročnosti při propojování.
NA CO SI DÁT POZOR PŘI VÝPOČTU VRTŮ A ZAPOUŠTĚNÍ SOND
- Správné dimenzování hloubky a počtu vrtů zabraňuje vymrznutí vrtu, což je klíčový faktor pro udržení efektivity systému.
- Dodržování bezpečných vzdáleností mezi geotermálními vrty je zásadní pro bezproblémový provoz. Doporučuje se udržovat vzdálenost přibližně 10% z celkové délky vrtu, s možným individuálním nastavením v závislosti na konkrétních podmínkách instalace.
- Použití ověřených materiálů s certifikací, jako například SKZ, zajišťuje kvalitu a bezpečnost geotermálních vrtů.
- Využívání služeb ověřených vrtných společností s povolením od příslušných úřadů je klíčové pro zajištění kvalitního provedení vrtných prací a dodržení všech předpisů
- Dodržení základních podmínek a respektování stávajících systémů vrtaných/kopaných studní v okolí je důležité pro minimalizaci možných komplikací.
DŮLEŽITÉ: Před samotným projektem je nutné zajistit povolení k vrtání a zjistit omezení v oblasti, jako například v chráněných krajinných oblastech, v okolí důlních šachet, ochranných pásech pražského metra nebo v ochranných pásech lázní.
