Menu

Geotermia tunelowa

Przy konstruowaniu nowych podziemnych linii metra możliwe jest zintegrowanie ściany tunelu z elektrownią geotermalną. Tunele przebiegają na dość dużych głębokościach, często są efektem wierceń w skałach, co zapewnia wysoką i stabilna w ciągu całego roku temperaturę ścian tunelu. Jednocześnie dostępna dla wymiennika gruntowego powierzchnia ścian tunelu jest na tyle duża, że projektem geotermii tunelowej zaczęto się interesować na poważnie. Pierwsza pilotażowa instalacja powstała na stacji metra Fasanenhof w Stuttgarcie. naukowcy z Uniwersytetu w Stuttgarcie badają na niej wpływ doprowadzenia dużych ilości chłodu z instalacji geotermalnej na ruchy górotworu.

Duże zainteresowanie inwestycją jest związane ze specyfiką tuneli metra, budowanych niejednokrotnie w gęsto zaludnionych centrach miejskich, co dodatkowo pozwala na pełne zagospodarowanie nawet bardzo dużych ilości energii. Ze wstępnych analiz kosztów instalacji wynika, że wykonanie dodatkowej powłoki z rurami wymiennika na ścianie tunelu podnosi koszty inwestycji o tylko 2%.

Rys. Wygląd wymiennika meandrowego na stacji metra.

  Wymiennik został wykonany jako dwusekcyjny z rur polietylenowych o długości całkowitej 2x200m i powierzchni wymiany ciepła około 90m2. Długość tunelu w którym zamocowano wymiennik wynosi 10m. Rury zostały przymocowane do ścian na specjalnych uchwytach a następnie zasłonięte betonem metodą natryskową. Tunel w tym miejscu przechodzi przez warstwy geologiczne piaskowca i łupków. Oba 200m obwody połączone są z pompą ciepła w sali operacyjnej na stacji metra Europaplatz. Poniżej rysunek poglądowy instalacji.

Obecnie całość instalacji jest testowana pod kątem zmian temperatury w profilu ściennym, dzięki zamocowaniu szeregu czujników temperatury. Przez wymiennik meandrowy pompowany jest glikol etylenowy odbierający ciepło zarówno z okolicznych skał jak i z powietrza w tunelu. Zmiana temperatury w przekroju skalnym mierzona jest kilkoma sekcjami czujników (Rys. poniżej) o różnej długości sond, 5 i 10m. W sondach umieszczone są co 0,5-1,5m czujniki temperatury

.

Rys. Rozmieszczenie sond pomiarowych.

Przy okazji pomiarów badana jest pojemność termiczna skał i ich przewodnictwo cieplne, prędkość przepływu powietrza w tunelu, szybkość wychłodzenia skał w zależności od ilości doprowadzanej mocy chłodniczej pompy ciepła. Przeprowadzone pomiary wykazały, że wpływ pompy ciepła występuje tylko na głębokości do 8m. W głębszych warstwach górotworu nie zaobserwowano żadnych zmian termicznych. Temperatura skał na badanym odcinku w naturalnych warunkach wynosi około 12 stopni. W wyniku obciążenia cieplnego lub chłodniczego pompy ciepła temperatura ta wahała się od 2-18 stopni. Zgodnie z wymogami Instytutu, temperatura betonu nie może przekraczać dopuszczalnych temperatur 0 stopni w przypadku chłodzenia i 25 stopni w przypadku ogrzewania. Obie skrajne wartości nie zostały nigdy przekroczone. Badania modelowe wykazały ponadto, że w zależności od pory roku wydajność skał wynosi od 5-37 W/m2.

Zaletą geotermii tunelowej jest bardzo duży wpływ powietrza w tunelu na wydajność pompy ciepła. W przypadku sond gruntowych, czas regeneracji gruntu otaczającego sondę jest długi. W tunelu duża część ciepła pochodzi od powietrza, które może być dodatkowo ogrzane ciepłem poruszających się pociągów. Wpływ ciepła z powietrza na całkowitą wydajność geotermii tunelowej jest szczególnie odczuwalny na wiosnę, gdzie podłoże ogrzewa się bardzo powoli, a powietrze szybciej.

W Austrii geotermię tunelową zastosowano już praktycznie do podgrzewania budynku Municipal Building należącego do wspólnoty Jenbach. W ciągu pierwszego roku pracy pilotażowa instalacja dostarczyła 100% ogrzewania dla budynku zapewniając moc rzędu 40kW. Średnia moc uzyskiwana w tym czasie z jednego metra kwadratowego instalacji wynosiła od 10-30W.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});