Ämne: Examensarbete om hopklämda kollektorslangar i borrhål

[MrAnvändare]

Läste Anna-Karin Ahlströms examensarbete om Bergvärmeanlläggningar där frysning i borrhål orsakar hopklämda kollektorslangar.
Vad var det som egentligen orsakade problemen och hur fixade dom problemen?

[xxargs]

en länk till examensarbetet arbetet hade inte varit dumt.

vad kan man göra när det inträffat - spola med varmare vatten (eller vänta) för att smälta isen och köra med högre systemtryck i slangen för att expandera ut den ihoptryckta slangen igen och göra den styvare. Det jag kan tänka mig är om man har ofta av och påslag gör att det fryser, smälter, fryser, smälter och det kippar in en smula vatten så att  det alltid blir en smula mer is kvar än innan. Denna effekt kan man ibland se på evaporatorer där presstycken av frost och vatten kan bli så stora att det trycker ihop kopparrör till U i tvärsnittet och tom gör hål i röret. man får helt enkelt titta över körschemat så att isen har en chans att smälta tillräckligt per gång att det tryckavlastar hela vägen alternativt att det fryser till ordentligt en enda gång så att det inte duttar kring nollan hela tiden.

att slänga in störämen som salt som sänker tempen kan gå teoretiskt men förmodligen i praktiken förbjudet samt om hålet omsätter vatten så sköljs det bort förr eller senare.

   

[purjo__]

en länk till examensarbetet arbetet hade inte varit dumt.

http://lmgtfy.com/?q=Bergv%C3%A4rmeanll%C3%A4ggningar+d%C3%A4r+frysning+i+borrh%C3%A5l+orsakar+hopkl%C3%A4mda+kollektorslangar

 

[Roland]

Slangarna kan klämmas ihop när borrhålet fryser om berget är tätt. Isens volym är större än vattnets så att den sammanlagda volymen av vattnet och isen i borrhålet ökar när borrhålet börjar frysa igen. Kan då inte vatten tränga ut i sprickor i berget är det risk för hopklämda slangar.

Framför allt är risken stor om berget ligger under grundvattenytan så att slangarna går en sträcka genom jord eller lera. Jord och lera leder värme sämre än berg. Därför fryser borrhålet fryser igen ut till foderröret på den sträckan först och bildar en propp. Sen när det börjar frysa längre ner i borrhålet blir resultatet hopklämda slangar.

Det enda jag tror man kan göra om man har ett tätt borrhål och vatten på högre nivå än berget är att inte belasta borrhålet så hårt att det fryser ut till borrhålskanten. Högst -1 på ingående köldbärare eller något liknande.

[Carl N]

Vi har diskuterat det där exjobbet förut:

http://www.varmepumpsforum.com/vpforum/index.php?topic=3392.0

http://www.varmepumpsforum.com/vpforum/index.php/topic,2615.0

[KOB (anbj)]

Min kb-slang har drabbats av frysklämning. Det dröjde dock 13 år innan någon driftsstörning anmälde sig (löste ut på lp).

När jag konverterade från direktverkande el till vattenburen golvvärme fanns inte detta eminenta folkbildande forum. Man var utlämnad att tro på säljarens ord. Leverantören av borra och vp, påstod att han levererade en anläggning som gott och väl gav 100% energitäckning. För att testa om detta var sant. kopplade jag bort el-tillskottet. Det gick hur bra som helst, i hela 13 år. Vp-n har alltså under en lång svit av vintrar, levererat jämn och skön inomhusvärme (24º) utan tillskott. Trots att varje vinter (Norrbotten) bjuder på perioder kallare än -30º.

Vp-n (Terrawatt 2,5 hk, med förstorad förångare, optimerad för golvvärme) har hållit mig rejält nöjd under alla åren. Hela tiden har jag betraktat det som en riktig vinstlott. Elförbrukningen sjönk från 25000-28000 kwh/år, till 10500-11000 kwh/år(inkl hh el) utan tendens till ökning över åren. Vp-n skötte sitt och jag kunde ägna mig åt annat.

Vp-n är totalt i avsaknad av de finesser som är obligatoriska i dag. Jag insåg därför inte hur hårt maskinen kramade skiten ur borran förrän jag i våras pillat in en del tempsensorer. Hittade bl.a en kb-diff på 8K. Genom att trycksätta till 3bar fick jag under sommaren ned diffen till hyfsad nivå. Följer nu med spänning graferna på datorn. Blir intressant att se hur djupt tempen sjunker i borran när nu den kallaste delen av vintern kommit. Sannolikt har min borra tidvis varje vinter varit en ispinne.

Är osäker på hur jag ska göra med el tillskottet. Det styrs helt simpelt bara av ett tidrelä (0 till 10 tim). Tidreläet  styr hur länge kompressorn får gå innan tillskottet ska gå in. Känns osäkert om tillskottet gör någon nytta så länge trycksättningen av kb-kretsen håller kb-deltat i nivån 2,5K.

Utetempen under natten som gick var -30º
Varmt och skönt inne 24º
 Vp-n gick i intervaller om ca 4,5 tim med stillestånd på ca 0,5 tim mellan varven.

Kb in som lägst ca -3,5º
Kb ut som lägst ca -6º

KOB

[Carl N]

2,5 hk? blir väl ca 1,84 kW, antar att det är ingående effekt. 
Hur djup borra har du?
Ett sätt att hjälpa upp situationen är att komplettera med en markslinga, den kopplas då först på KB ut före borran.

[AAKEE]

Ett sätt att hjälpa upp situationen är att komplettera med en markslinga, den kopplas då först på KB ut före borran.

Jag har gjort precis så då borrhålet inte blev lika djupt som jag ville. Hade nog ett hyffsat borrhål endå(165m), men ville vara framtidssäker. Blev cirka 110m slang som vi kopplade före borran.
Förra året hade jag -1 i brine in (läste -2 en kort stund), nu ligger jag på 0 in trots en kall vecka med mellan -23 och -33 grader. Har mao gjort en del skillnad trots att det inte är så många meter slang.

[KOB (anbj)]

Jodå Carl N, det år ingående effekt. Såvitt jag förstår anger ingen vp-tillverkare i dag storleken på detta sätt. Borran är av den generationen då det snålades med borrdjupet. Borrdjup 112m varav 107 m aktivt.
Det gick torrt hela vägen ned och tog en vecka till dess den fyllts upp till grundvattennivå.

Det handlar om en gammal lantbruksgård med stor tomt. Kruxet är bara att den stora gårdsplanen är omringad av en del byggnader. Det finns alltså en hel del kablar nedgrävda åt olika håll. Inte helt attraktiv mark att ge sig på att gräva i.

OM jag ska göra något så lutar det nog åt att det blir en borra till. Blir ändå tvungen att korsa två kablar.

Frågan är om jag har tillräckligt att vinna genom att öka kollektorlängden. Jag tycker att elförbrukningen är så pass låg att det inte borde finnas så värst mycket mer att hämta. Men det resonemanget förutsätter givetvis att trycksättningen av kb-kretsen fortsätter att fungera lika bra som hittills.

Vp-n går på R22 och den är nu så pass gammal att den dag den ska bytas mot en modernare variant är kanske inte alltför avlägsen.

En fråga, de köldmedier som används i dag, blir det någon skillnad mot den gamla i förmågan att hantera låga kb-temperaturer?

KOB.

[Carl N]

Vad jag vet så var R22 ett riktigt bra köldmedium, bättre än dagens.
Frågan är om du ska dimensionera på samma sätt?
Jag tror din VP motsvaras av en 8 kW värmepump (uteffekt) och till en sån behövs nog uppåt 180-200 m borra på dina breddgrader om du ska få ut samma effekt.
Å andra sidan kan en 6 kW VP räcka och då behöver du inte lika mycket borra på grund av att denna kommer stötta med elpatron då det blir som kallast ute, kanske skulle 140-150 m borra räcka fint.
Om vi då utgår från vad du har, så skulle kanske 100 m jordvärmeslang räcka som komplement (behövs ca 150 m2 yta).

Bra idé att fundera på detta innan din nuvarande VP rasar, och kör på som du gör, det är små pengar att hämta på att utöka kollektorn i din nuvarande situation om du kommer tillrätta med flödet.

[MrAnvändare]

Genom att trycksätta till 3bar fick jag under sommaren ned diffen till hyfsad nivå.

Hur höjde du trycket?
Bytte du ut tryckventilen på exp-kärlen från 1,5 till 3.0?

[KOB (anbj)]

Jag köpte en in/utv nippel för att sätta mellan säkv och exp kärl. I den borrade och lödde in dels en bilventil, dels en gängövergång att sätta manometern i. Det var trångt på den korta nippeln, men det gick. Fick välja en kompakt lösning då exp kärlet sitter rätt nära taket. Tätade med o-ringar för att lättillgängligt komma åt att fylla på kb-vätska. För att stödja och hålla o-ringen mellan nippel och exk kärl på plats, svarvade jag en stödbricka, något tunnare än o-ringen. Det står inget om öppningstrycket på säk-vn, men det förefaller som att den ligger på 2,5 bar. För att kunna gå högre pluggade jag utloppet under utblåsningsfasen (hela sommaren).

Pumpade med en sån där billig 12V minikompressor, som jag drev med en ”Dry Fit” blyack på 7Ah. Fick fylla rätt så frekvent både vätska och luft i det tidiga skedet. Blev nog inte så långt från 10 lit vätska totalt. Sedan vätska/tryck stabiliserats plockade jag bort pluggen och håller därefter ett tryck på ca 2 bar.

Förloppet med slangens klämning har tydligen gått mycket långsamt. Exp kärlet har aldrig signalerat med översvämning. Borran har säkerligen frusit varje vinter. Slangens kompression har varje sommar återhämtat sig i viss mån, men inte fullt ut utan ackumulerats. Till sist nåddes smärtgränsen. Kompressorns lågtrycksvakt löser ut vid 2 bar, vilket för R22 bör betyda att förångartempen legat nere någonstans kring -14º. Koldmediet blev då kvar där med just ingen förmåga att förångas.

KOB

[Lars52]

Framför allt är risken stor om berget ligger under grundvattenytan så att slangarna går en sträcka genom jord eller lera. Jord och lera leder värme sämre än berg. Därför fryser borrhålet fryser igen ut till foderröret på den sträckan först och bildar en propp. Sen när det börjar frysa längre ner i borrhålet blir resultatet hopklämda slangar.

Det du skrev förstod jag inte riktigt, alla borra har väl ett foderrör ner till berg och nån meter till? Spelar det nån roll var grundbvatten nivån ligger. Jag håller med om att rören går i jord fram till hålet men då är dom isolerade och med köldmedia bör det väl inte frysa där. Blir det en propp där, stoppar väl hela processen pga inget flöde. Rätta mej gärna om jag har fel.

[nic2]

OM jag ska göra något så lutar det nog åt att det blir en borra till. Blir ändå tvungen att korsa två kablar.

Hur sköter du ventilationen idag?
Har du mekanisk frånluft så finns det ju möjligheten att växla frånluft med brine, och på så sätt höja tempen lite.

[purjo__]

Det du skrev förstod jag inte riktigt, alla borra har väl ett foderrör ner till berg och nån meter till? Spelar det nån roll var grundbvatten nivån ligger. Jag håller med om att rören går i jord fram till hålet men då är dom isolerade och med köldmedia bör det väl inte frysa där. Blir det en propp där, stoppar väl hela processen pga inget flöde. Rätta mej gärna om jag har fel.

Problemet är att du får sämre värmeöverföring från jorden än från berget. Är det en bit till berg och en del av den bit av hålet som går genom jorden står under vatten så är det lätt att frysa vattnet där så att slangen kläms. Det är alltså inte brinet som fryser så att det blir stopp...
Brukar man isolera slangen som går i marken fram till borrhålet? Jag trodde bara man gjorde det några meter närmast huset?

[Lars52]

Som min installation ser ut, så har jag isolerad slang fram till att slangen dyker ner i foderröret, sen oisolerat ner till vattnet, osv. Det var med denna bakgrund jag frågade, kunde liksom inte se att frysningen skulle ske i luften i foderröret.

[Carl N]

Som min installation ser ut, så har jag isolerad slang fram till att slangen dyker ner i foderröret, sen oisolerat ner till vattnet, osv. Det var med denna bakgrund jag frågade, kunde liksom inte se att frysningen skulle ske i luften i foderröret.

Nja, inte i luften, men om det är vatten en bit upp i foderröret ovanför berget så kan detta klämma ihop slangen om vattnet fryser.

[MrAnvändare]

Nja, inte i luften, men om det är vatten en bit upp i foderröret ovanför berget så kan detta klämma ihop slangen om vattnet fryser.

Har en borra på 160m och 20m foderrör.
Vattenytan i borran ligger ca 2 m från markytan -> 18m vatten i foderröret.
Vattnet som finns i foderröret fryser vid extrem kyla (-25...-35 grader), från vattenytan och neråt (7-8 meter förra vintern), när pumpen går längre tider utan paus.
Detta har vi kollat förra sommaren...

En Thermia Diplomat har en DeltaT på 4 grader köldbärarsidan (det har min iaf), CP alltid på max hastighet (lite klent, tycker jag).
Man vet att det blir problem, när det börjar bli 0 in -4, ibland -5 ut i Januari och februari och pumpen går längre tider (vattentemperaturen nere i borrhålan är då ca +2 grader).
Då bildas isen, från vattenytan och neråt, slangarna kläms, och spriten kommer ut ur exp kärlet.

Tror ni att det skulle bli bättre med en "större" CP och bättre circulation på köldbärarsidan?

[Carl N]

Jag skulle lösa problemet genom att ta en vanlig mjuk trädgårdsslang, proppa ena änden, sätta i en tyngd och hänga ner den så långt foderröret räcker. Då kommer denna klämmas ihop i första hand då det fryser i foderröret.

[Rickard]

Den skulle nog tryckas ihop av vattentrycket redan på några meters djup.
Däremot kanske en pem-slang skulle hålla för trycket?
Perforera den, och lägg med värmekabel som man kan starta om/när man ser att nivån börjar stiga i kärlet, förmodligen behöver man bara värma på några gånger/säsong för att släppa på trycket.

[MrAnvändare]

Tack, Carl N och Richard!
Ska prova innan våren kommer...

[Rickard]

Eller kanske en vanlig vattenslang som du proppar i båda ändar, och fyller med glykol, så att den kan ta upp expansionen?
Då skulle du även kunna komplettera med en värmekabel om det skulle krävas.

[Carl N]

Eller kanske en vanlig vattenslang som du proppar i båda ändar, och fyller med glykol, så att den kan ta upp expansionen?
Då skulle du även kunna komplettera med en värmekabel om det skulle krävas.

Nja, en glykolfylld slang tar väl inte upp så mycket expansion, men idén med en värmekabel är inte så tokig. Möjligt att en trädgårsdsslang är för mjuk och pressas ihop för lätt, men en luftfylld PEM borde kunna klara vattentrycket.
Svårigheten är förstås att få ner den i hålet, det krävs mycket tyngd under och press ovanifrån för att få ner den 18 meter, troligen går det inte utan man få pressa ner slangen så långt det går.

[Rickard]

Jag tänkte att glykolen skulle kunna expandera upp i ett kärl trycksatt med ett lite lägre tryck än brineledningen.

[Roland]

Skulle det inte räcka med enbart en värmekabel med rätt hög effekt? Värmen smälter en kanal runt värmekabeln som tryckavlastar borrhålet. Kabeln bör ha rätt hög effekt så att inte så mycket värme försvinner ut i isen.

[Smurfen.]

Jag tänkte att glykolen skulle kunna expandera upp i ett kärl trycksatt med ett lite lägre tryck än brineledningen.

Det borde väl funka om man inte fyller hela slangen med glykol låt sista 4 metrarna vara torra så kan expansion ske där och slangen går lättare att få ner ev får man kasta i lite järnskrot i pem slangen så den sjunker.

[Rickard]

Skulle det inte räcka med enbart en värmekabel med rätt hög effekt? Värmen smälter en kanal runt värmekabeln som tryckavlastar borrhålet. Kabeln bör ha rätt hög effekt så att inte så mycket värme försvinner ut i isen.

Det var så jag tänkte med pem-slangen, en pem-slang med liten diameter, som med lite marginal rymmer värmekabeln, perforera slangen med jämna mellanrum typ var 20 cm.
Slangen isolerar värmen, och gör att man inte behöver lika hög effekt på själva värmekabeln.

[KOB (anbj)]

Lyfter denna tråd för att sammanfatta vinterns erfarenheter.
I inlägg högre upp kan läsas hur min kb-slang successivt samlat på sig frysklämning och först efter 14 år visat symptom.

Trycksättningen av kb-kretsen blev lyckad. Har fungerat fullt ut som tänkt. Deltat har denna vinter snällt hållit sig på ca 2,5-2,7K. Tillskottselen har hela tiden varit bortkopplad. Vi (gumman och jag) är lite frusna av oss och vill ha lite varmare än vad folk i allmänhet har. (23,5-24º). Vp-n är definitivt inte underdimensionerad, eftersom den aldrig sviktat i sin förmåga att hälla varmt och gott trots bortvaron av el-tillskott.

Borran har nu varit permanent frusen i närapå 5 månader. Men den lär snart börja tina.
Utgår man från de synpunkter som brukarspeglas i forumet så borde min borra vara närmast en katastrof. Det egendomliga är att jag får så god ekonomi på anläggningen, trots den kalla borran. Räknar jag fr.o.m. nu och bakåt ett år ligger husets årliga elbehov på 10 300 kwh, inkl hushållsel. Ingen kompletteringsvärme på annat sätt.

Huset är gammalt, mer än 100 år. Dåligt isolerade ytterväggar men bättre i takbjälklag, eftersom jag själv lagt på ca 50cm spån, utöver det som redan fanns där. Boyta ca 110m2. Norrb. Län. Piteå kommun.

Plats för lite spekulationer:

Gissningsvis så skulle driftsekonomi och funktionalitet försämras ganska rejält om jag tillät el-tillskott. Jag har golvvärme och slingberedare, så jag kan köra med förhållandevis låga vb-temperaturer. Kör tex tappvarmvattnet på 40º. Slipper helt legionellakörningar pga slingberedaren.

Frånvaron av el-tillskott minskar sannolikt frysklämningen rätt ordentligt. Borran fryser snabbt till en ispinne och förblir så genom hela vintern. Skulle el-tillskottet tillåtas gå in och orsaka att borran pendlade mellan frusen och tinad, så skulle antagligen kb-slangen manglas ihop betydligt kraftigare. (Se Xxargs synpunkter längst upp i tråden)

Synpunkter, frågor!

KOB.

[Roland]

Frånvaron av el-tillskott minskar sannolikt frysklämningen rätt ordentligt. Borran fryser snabbt till en ispinne och förblir så genom hela vintern. Skulle el-tillskottet tillåtas gå in och orsaka att borran pendlade mellan frusen och tinad, så skulle antagligen kb-slangen manglas ihop betydligt kraftigare. (Se Xxargs synpunkter längst upp i tråden)

Jag har lite svårt att följa resonemanget här. Om eltillskottet går skall inte spela någon roll, pumpen skall gå hela tiden eltillskottet är inkopplat. Tillåter man inte eltillskottet betyder det bara att det blir svalt inne, situationen i borrhålet förändras inte eftersom kompressorn går hela tiden.

I det här fallet är behövs inget eltillskott eftersom pumpen är dimensionerad för 100 % effektbehov. Det betyder att pumpen ytterst sällan kommer att gå  alla dygnets timmar. Det är ju då risken finns att borrhålet tinar och fryser, inte när man har en klent dimensionerad pump som går dygnet runt och behöver kompletteringsvärme från elpatronen. 

[KOB (anbj)]

Jag har lite svårt att följa resonemanget här. Om eltillskottet går skall inte spela någon roll, pumpen skall gå hela tiden eltillskottet är inkopplat. Tillåter man inte eltillskottet betyder det bara att det blir svalt inne, situationen i borrhålet förändras inte eftersom kompressorn går hela tiden.

Tyckte nog att jag formulerat mig så pass klart, att mina spekulationer inte bör uppfattas som generellt gällande för alla vp-anläggningar. Självklart har du rätt i att för små pumpar behöver hjälp. Med el-tillskott eller på annat sätt. Mina spekulationer grundar sig alltså specifikt på min anläggning. Men eftersom min anläggning de fakto existerar, är jag inte främmande för tanken att det finns fler som sitter med samma eller närliggande problembild.

Jag har sett rätt många diskussioner där konklusionen mynnat i att allt annat än att hålla borran ofrusen är oönskat, eller tom förkastligt. Glädjande nog ser jag att det har börjat att svänga. Har även noterat att du hjälpt till att hyfsa bilden.

KOB.

[cougar]

Vp-n går på R22 och den är nu så pass gammal att den dag den ska bytas mot en modernare variant är kanske inte alltför avlägsen.

En fråga, de köldmedier som används i dag, blir det någon skillnad mot den gamla i förmågan att hantera låga kb-temperaturer?

KOB.

Om värmepumpen är hel i övrigt är det ingen stor peng att byta köldmedie till det som Terrawatt använder idag (R290-propan) bara att justera expansionsventilen , vacuumsuga och byta torkfilter, det nya köldmediet är helt kompatibelt med systemet i övrigt.

Du får en något mindre effekt jämfört med R22, men obetydligt.

[KOB (anbj)]

Om värmepumpen är hel i övrigt är det ingen stor peng att byta köldmedie till det som Terrawatt använder idag (R290-propan) bara att justera expansionsventilen , vacuumsuga och byta torkfilter, det nya köldmediet är helt kompatibelt med systemet i övrigt.

Du får en något mindre effekt jämfört med R22, men obetydligt.

Ditt förslag känns faktiskt riktigt lockande att prova den dag något havererar. Skulle va riktigt intressant att se hur länge det vore möjligt att hålla liv i den gamle ”härken”. Den har ju trots usla omständigheter varit ett under av lojalitet och sparat pengar långt över mina förväntningar.

Efter en massa år av undelåtenhetssynder satte jag på loggning. Utöver ett katastrofalt  kb-delta upptäckte jag då även att den primitiva styrutrustningen ställts in så att antalet starter rimligen redan borde dödat min vp. Nu har jag mhja de inställningsmöjligheter som finns fått ner antalet starter/dygn till som värst 17-20.

Mycket talar för att denna hårt ärrade veteran snart bör gå till sista vilan. Men det känns på något vis som att den är värd en andra chans. Får se hur det blir.

KOB.

[cougar]

Mycket talar för att denna hårt ärrade veteran snart bör gå till sista vilan. Men det känns på något vis som att den är värd en andra chans. Får se hur det blir.

Ja, dom är lite bullriga och inte så vackra men dom effektiva och slitstarka 

Ett bra sätt att få ner antalet start och stopp är att montera en acktank som värmepumpen får  jobba mot, och byta reglering till en med lite mer inställningsmöjligheter

[Smurfen.]

Vilken typ av kompressor använde terrawatt sig av.

[cougar]

Vilken typ av kompressor använde terrawatt sig av.

Maneurop i de flesta modeller, vissa äldre modeller har Mitsubischi kompresorer och nu för tiden finns Bristol benchmark att välja

[Smurfen.]

Tänkte främst på om det är kolv eller scroll.

[cougar]

Tänkte främst på om det är kolv eller scroll.

Ah... Kolv..

[Smurfen.]

Har dom kolv i dag med eller har dom gått över till scroll som de flesta verkar göra i dag.

[cougar]

Dom har kolv idag med, dom provade ett tag med scroll men det lirar inte så bra med R290 och det blev mycket kompressorhaverier.
Stiebel-eltron hade samma problem med sina scroll kompressorer med R290 men dom bytte köldmedie til R407 istället