Ämne: Dimensionera jordvärme

[putte82]

Hej!

Fortsätter räkna på att konvertera en fjärrvärmevärmd fastighet till jordvärme.

Jag har några funderingar. Enligt uppgift skall det vara sandmark, torr sådan skulle jag tro. Detta ger ju sämre effekt men hur mycket kan man plocka ur om det är som sämst?

Sedan funderar jag hur mycket effekttäckningsgraden spelar roll när det är jordvärme. Den återladdas eller urladdas väl inte lika fort som ett borrhål? Jag tänker mig att om man tex har 100% effekttäckning så är det väldigt få dygn som pumpen kommer gå konstant. Även antalet gångtimmar på året ökar inte heller proportionellt med effekttäckningen, man brukar väl grovt räkna att 50% effekttäckningsgrad täcker 90% av årsförbrukningen. I det fallet är det enbart 10% fler gångtimmar per år att gå från 50 till 100% effekttäckningsgrad. Vilket då borde kräva mindre antal meter slang per kW pump ju högre effekttäckning man har. Men hur mycket skulle jag kunna räkna på?

Sedan funderar jag på om den stora mängd energi som är i fasomvandlingen till is har en stor betydelse. Jag tänker då att om man vill ha som lägst +3 grader in så krävs det oproportionerligt mycket extra slang än om man nöjer sig med -1. Är ni med hur jag tänker? Att det krävs betydligt mer energi för att kyla slingan från 0 till några minus än från +5 till 0. Är det så? Är det därför man föredrar blöt mark framför torr? Eller är det att blöt leder värmen bättre?

Jag funderar på att dimensionera för 100% av olika anledningar. Har jag tur kan jag säkra upp elmatningen tillräckligt mycket för 100% täckning med värmepump, men om inte så kommer jag behöva någon annan spets än el. Vilket då blir antingen investera i pelletspanna eller att ha kvar en dyr fjärrvärme, som då kan bli riktigt dyr per kWh pga effekttaxan som betalas varje månad oavsett om jag bara använder fjärrvärmen en dag per år. Alternativt bekosta en ny servisledning, då kan jag välja effekttäckningsgrad och sedan använda elspets, vilket känns helt klart smidigast tillsammans med vp.

[Rickard]

För att kunna räkna på det lite ungefärligt behöver vi ju veta årsbehovet av energi för värme och tappvarmvatten.

[Carl N]

Normalt så dimensoneras jordvärme med tanke på att fukten närmast slangen ska frysa till is.
Man kan ta upp ca 10 W/m om det är normal jord, skulle nog dimensionera för åtminstone 7 W/m i torr sand.
Då blir det för t ex en 8 kW värmepump ca 5500 W från jordvärmen => 800 m jordvärmeslang i torr sand.

[putte82]

Tittar på en 60kW pump. Den skulle då behöva 5400 meter om man räknar på 7w/m.

Den skulle ha nära 100% effekttäckning. Hur många meter skulle man tänkas kunna gå ner och få samma köldbärartemperaturer som om den bara hade haft 50% effekttäckning?

[tipo874]

Jag har 2x375m till min F1245-12 i sand. Det blir ca -0,9 in som kallast.

Dock bor vi inte där stadigt och håller 15 grader inne när vi inte är där.

[putte82]

Jag har 2x375m till min F1245-12 i sand. Det blir ca -0,9 in som kallast.

Dock bor vi inte där stadigt och håller 15 grader inne när vi inte är där.

Intressant. Det skulle då göra 3750 meter för 60kW. Hur många gångtimmar har ni per år, 3000?

[putte82]

Jag skulle iof kunna göra som jag brukar - testa I detta fall skulle det vara att tex lägga 4000 meter men förbereda för flera slingor så ingen ytterligare grävning behövs, bara plöjning på det nya området. Känns ändå intressant att räkna och få input innan.

Jag har också lite idéer på godis, såsom en köldbärartank/acktank ala 20m3 oljetank

Är mitt antagande att det är årets totala uttag som spelar roll för slanglängden, snarare än maxeffekt?

[tipo874]

Intressant. Det skulle då göra 3750 meter för 60kW. Hur många gångtimmar har ni per år, 3000?

2252h blev det mars 17- mars 18, och den hade då producerat 22570kWh värme (har två energimätare) plus 102h varmvatten.
april 17 - april 18 blev 2389h, men jag ser att jag missat att läsa av energimätarna för april 17. Får göra det nästa gång vi kommer upp.

[tipo874]

Ser nu att det är 2x350 jag har. Har snart gått 8 år.

[Carl N]

60 kW var en annan grej, då tror jag man kan dimensionera lite annorlunda.
Jag tror du kan köra på med 4 km jordvärmeslang i så fall. 

[Ewald]

Hur djupt ska slangen egentligen ligga?

I Uppsala t.ex. kan ju tjälenedträngningen bli 1,7 m enl. min bok .... men sen isolerar kanske snön ...

Men hur djupt brukar ni gräva ner slangen??

[putte82]

1m är standarddjup.

Skulle man kunna säga att det är årets totala energiuttag som avgör slanglängden till stor del?

Om man tex ser till tipo så har ju han relativt liten slanglängd i förhållande till pumpstorlek utan att få kallt, men också relativt få gångtimmar per år. I mitt fall skulle det gå att minska energiuttaget ganska mycket med relativt enkla medel. Tex ett luft/vatten batteri som laddar så fort det är tex 5 grader varmare ute än i marken. Eller göra pem slang solfångare, vilket det finns gott om plats och bra solläge både på tak, fasad och mark. Även använda frånluften.

[Ewald]

Ja, men ett luft/ vatten batteri kostar ju extra antar jag.

Att köra ner solvärme i marken och hämta upp via värmepump är ett komplext ämne. I Sverige finns det numera inget stöd för solvärme och därför blir det väl svårt att få lönsamhet med ett sådant System i Sverige.

I Tyskland och delar av Österrike t.ex. finns det fortfarande ekonomiskt stöd för de som installerar solfångare.

PEM slang .... men det är tänkt som tillfällig lösning?

[kWhalp]

Sedan funderar jag på om den stora mängd energi som är i fasomvandlingen till is har en stor betydelse. Jag tänker då att om man vill ha som lägst +3 grader in så krävs det oproportionerligt mycket extra slang än om man nöjer sig med -1. Är ni med hur jag tänker? Att det krävs betydligt mer energi för att kyla slingan från 0 till några minus än från +5 till 0. Är det så? Är det därför man föredrar blöt mark framför torr? Eller är det att blöt leder värmen bättre?

Mmm..

Wikipedia:
"Is har en värmekapacitet på 2,1 kJ/kg°C medan flytande vatten har 4,2 kJ/kg°C. Den flytande formen behöver alltså dubbelt så mycket energi för att bli en grad varmare. Vid själva fasövergången krävs det 334 kJ för att få 1 kg 0-gradig is att smälta till 0-gradigt vatten."

Alltså:
334 kJ/kg / 4.2 kJ/kg°C ~ 80°C


Att gå från 0°C vatten till -0°C is motsvarar alltså som att gå från 80°C till 0°C i flytande tillstånd.


Alltså många gånger (5-8ggr) mer energi att plocka ut i fasövergången än de 10-15°C (till 0°C flytande) som marken är ursprungligen vid full återladdning i augusti-september.

Sålänge solen klarar att återladda ner till 1.5m djup så är det ju safe

Solinstrålning ca 1000 kWh/m2 och år.
Hur mycket tar systemet del av detta? Knappt 10%!?!?

Vi kollar olika referenser:


Tabell energiuttag per m2 dike

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/1322219/file/1322220.pdf&ved=2ahUKEwj9v9eMx-HaAhWCJ5oKHci7APwQFjAGegQIBBAB&usg=AOvVaw24hx6JY9RvT4lx4dyuTIPI

Se sidan 65,  51, 26 för referensvärden i kWh/m2×år


Sidan 16:
"När porositeten i jorden sjunker ökar dess volymsandel med mineralpartiklar. Med
konstant Sr ökar därför λ med sjunkande porositet. Is har λ = 2,0 W/mK vilket är högre
än λ för vatten. Därför har frusen jord högre λ jämfört med ofrusen jord. När det
naturliga tjäldjupet ökar minskar mängden tillängligt vatten i närheten av slangen. Det
är därför önskvärt att slangarna läggs på tjälfritt djup under markytan. En
markvärmeväxlare dimensioneras normalt så att en islins bildas runt slangarna. Detta är
mycket fördelaktigt för värmeutbytet i systemet eftersom vattnets stora
smältbildningsvärme (333 MJ/m3
) då kan utvinnas. Dessutom blir λ större och säkrare i
kontaktytan mellan slang och jord. För nordliga områden med mycket låga tjäldjup, t.ex.
i omättade tjäljordar, kan detta önskemål vara svårt att realisera och motverkas delvis av
att möjligheten till passiv återladdning under sommaren minskar med djupet."






Sidan 17:
https://www.google.se/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.swedgeo.se/upload/publikationer/varia/pdf/sgi-v556.pdf&ved=2ahUKEwj06cGGxuHaAhXC6CwKHcz9DTEQFjAAegQIBhAB&usg=AOvVaw0NC3XRirYT25Ygta6wT9QN

"Permafrost
If the energy extraction from the ground heat exchanger becomes too high there is a risk that permafrost may
develop in the soil beneath the pipes. The natural passive regeneration from the ground surface during the
summer is then not enough to achieve a suitable energy balance. The sensitivity study indicates a limit on
annual extraction of about 70 kWh/m2 for the reference case in Norrköping. In Malmö and Luleå this limit is
set at about 85 kWh/m2 and 60 kWh/m2 respectively."


"Sidan 24
Förläggningsdjup
Svenska Värmepumpföreningen (SVEP, 1998) anger att förläggningsdjupet för enkelslang bör vara i inter-
vallet 0,6 – 1,5 m djup. Vanligt djup är 0,8 – 1,0 m, men djupet bör vara större längre norrut i Sverige. Simu-
leringarna visar att termiska prestanda till stor del styrs av slangnivåns placering i förhållande till grund-
vattenytans läge, jordens fältkapacitet och naturligt tjäldjup. Det är ur denna synvinkel lämpligt att förlägga
slangen strax under grundvattenytan.
I norra Sverige (klimatzon IV) bör slangen läggas djupare och man bör undvika områden där tjäldjupet kan
förväntas vara djupt. Förekomst av grundvattenflöde är gynnsamt, men kräver permeabel jordart såsom sand
eller morän."


Sidan 25
"Norrlandsförhållanden
Klimatet i Norrland (klimatzon IV) med långa kalla vintrar ger strängare krav på erforderlig längd och in-
stallation. Förutom att värmelasten är större än i södra Sverige är även ostörd marktemperatur lägre och tjäl-
nedträngningen större. Det är önskvärt att slangarna läggs under grundvattenytan på ett djup som normalt
inte nås av tjälningen."


Sidan 132

"Slinky-systemet är den mest kompakta och ger därför störst energiuttag per markyteenhet. När c/c-avståndet
är 100 cm är marken på förläggningsdjupet helt täckt av slangar. Jorden under slangnivå är då i stort sett helt
styrd av köldbärartemperaturen, vilket leder till låga temperaturer. Även med värmeuttaget reducerat till
50 % finns då risk för permafrost. Om vi väljer nivån för lägsta tillåtna marktemperatur till +3 ºC i septem-
ber, så krävs ett c/c-avstånd på ca 1,15 m, 1,6 m och 2,3 m för ett värmeuttag på 50, 75 resp. 100 %. Detta
motsvarar ett specifikt energiuttag på ca 60 kWh/m2/år för de tre olika värmeuttag. För tvåslangssystemet
blir minsta c/c-avstånd 1,2 m och 1,6 m för värmeuttaget 75 resp. 100 %. Det specifika energiuttaget är då ca
50 kWh/m2/år. Permafrost uppstår enligt simuleringar vid ca 70 kWh/m2/år."

[putte82]

Att lagra, eller snarare återladda solenergi skulle jag inte säga är speciellt komplext.

Batteri behöver inte heller kosta speciellt mycket. Själv använder jag ett som jag fick från ett jobb jag var på där ventilationen byggdes om för att driva värmepumpar med frånluften. Samt ett batteri från en luftvärmepump omlödd för högre flöde. Finns en uppsjö med gamla luftvärmepumpar billigt som är bra kandidater.

Ännu effektivare är kanske en slang på taket. Hade själv en 400m kollektorslang som gav 6kW till poolen när den låg i solen, ihoprullad. Gissar att man kan få ut många gånger mer effekt bara genom att rulla ut den på ett tak. Ännu mer om man vindskyddar den. Kan utan tvekan även ge bidrag genom direkt värme av tex varmvatten.