II Sığ jeotermal sistemlerin boyutlandırılması

Member of Consortium

II Sığ jeotermal sistemlerin boyutlandırılması

İçindekiler

• Teknik kılavuzlar• Bölge değerlendirmesi• Jeotermal sistemlere dayalı ısı pompası tasarımı• Sığ jeotermal sistemlerin boyutlandırılması

- kuyu ısı değiştiricilerinin boyutlandırılması- yer ısı değiştiricileri- zemine dokunan beton parçalar- yer altı su kuyuları

• Jeotermal potansiyel çalışmalar


This project is co-financed bythe European Union and the Republic of Turkey

• Genel olarak – Alman kılavuz VDI 4640 “Yer altının termal kullanımı -

kısım 1 – 4“– İsviçre teknik kural SIA 384/6 “yer ısı değiştiricileri“

• Enerji– Alman tenik kural

DIN V 18599: binaların enerji verimliliği• Sondaj

– Alman kılavuzDVGW W 120 (2005): Sondaj ve iyi binalandırma için kalite gereksinimleri

• Teknik kılavuzlar

II Boyutlandırma - Teknik kılavuzlar



Kılavuz VDI 4640, planlama ve inşaat firmaları, komponent üreticileri, kamu otoriteleri, enerji danışmanları ve teknik eğitim kuruluşları için ele alınmaktadır

Kılavuzun amacı: • En gelişmiş teknolojiye dayalı uygun tasarım olduğundan emin olmak• Uygun malzeme seçimi• Sondajın doğru uygulanması• yeraltı termal kullanım için olan sistemlere teknik cihazların entegrasyonu ve kurulumu

Bu şekilde, ekonomik ve teknik açıdan tatmin edici işletmelerin olumsuz çevre etkileri ve bozulma olmadan uzun süre çalışması garanti edilebilir

Kılavuz serisi VDI 4640 dört kısım içerir: • Kısım 1: Gereklilikler, onaylar, çevresel yönler• Kısım 2: Yer kaynaklı ısı pompaları• Kısım 3: Yeraltı termal enerji depolama• Kısım 4: Direk kullanım

VDI 4640 Yer altı’nın termal kullanımı

3




• VDI 4640 yaklaşık 400m derinliğe kadar olan yeraltı termal kullanımını ele alır.• Kapsam

– Yer kaynaklı ısı pompası sistemleri(kısım 2)• Isıtma için ısı pompaları• Isıtma ve soğutma için ısı pompa sistemleri• Soğutma için soğutma makineleri

– Yeraltı termal enerji depolama(kısım 3)• Isıtma için depolama sistemleri• Soğutma için depolama sistemleri (kaynak: çevresel soğukluk)• Isıtma ve soğutma için depolama sistemleri(ısıtma pompalı yada pompasız)

– Direk kullanımlar (ısıtma pompası yada soğutucu makineler olmadan) (kısım 4)• Yer altı suyunu kullanarak soğutma• Yer altı suyunu kullanarak ısıtma• Yeraltındaki hava ısıtması/soğutması

4


VDI 4640 - Yer altı’nın termal kullanımı



• Kısım 1: Gereklilikler, onaylar, çevresel yönler (2010)

1. Kapsam

2. Terimler ve tanımlar

3. Semboller ve kısaltmalar

4. İlkeler

5. Gerekli onaylar

• Su kanunu

• Maden kanunu

6. Isı pompalarının güvenlik yönleri

7. Bölge değerlendirmesi

8. Çevresel yönler

9. Yeraltı teçhizatları için çevre ile uyumlu malzeme seçimi

5





• Kısım 2: Yer kaynaklı ısı pompa sistemleri (2001)

1. Kapsam

2. Kısaltmalar

3. Kuyu sistemeleri ile birlikte yer altı sularının kullanımı

4. Yatay yer ısı değiştiricileri kullanarak sığ yeraltının kullanımı

5. Kuyu içi ısı değiştiricileri ile yer altı’nın kullanımı

6. Doğrudan buharlaşma ile sistemlerin özel özellikleri

7. Diğer ısı kaynaklarının karakterleri

8. Sistemin birleşmesi

9. Yer kaynaklı ısı pompası sistemleri Sökülümü

6





Yeraltı termal kullanmak için sitelerin seçimi planlama kadar önemlidir ve düzenleme düşünülmelidir. Yer altındaki ve üstündeki koşullar çok önemli rol oynar:– Yerüstü saha koşulları

– Mülkiyet boyutu, araç erişimi, binalar gibi engeller, bitki örtüsü ve benzeri gibi konuların dikkate alınması gerekir

– Yer altı saha koşulları– Yer altı değerlendirmesi:

• Hidrolik ve jeolojik riskler( karstik boşluklar, yer altı suyuyla sınırlı artezyen)• Site(yeraltı dahil) kontaminasyonu• (eski) maden alanları• Önemli kuyulardan uzak ve yer altı su kullanımına duyarlı• Yer altı su katları

– Farklı jeotermal kuyuları arasındaki etkileşim nedeniyle kuyu ısı değiştiricisi ile komşu mülkiyet arasında , en az 10 m uzaklık bulunmalıdır.

Bölge değerlendirmesi

7

II boyutlandırma- bölge değerlendirilmesi



Yer altı alan koşullarının analizinin kapsamı jeotermal sistemin büyüklüğüne göre belirlenir.:– Jeotermal sistemler -30 kW ısı çıkışına kadar:

– Mevcut verilere dayalı planlama• Jeolojik haritalar (1:25.000)• Jeoloji mühendisliği belgeleri ve hidrojeolojik haritalar• Kuyu profilleri• Yeraltı katmanları, akış yönü ve kompozisyon hakkında bilgiler• Özgül ısı çekme değerlerini kullanarak tesis tasarımı

– Daha büyük jeolojik sistemler 30 kW ve daha fazla ısı çıkışı :– Daha fazla analiz ile (yerinde) daha ayrıntılı arama

• jeolojik: Haritalar, Literatür, kuyuları komşulama, kuyu, yer açma, sondajlama• Hidrolik parametre: Pompa testi, debi- metre- testleme• Termal ve hidrolik parametre: sondaj karotları• Efektif ısı iletkenliği: Termal-Tepki-Test i(VDI 4640 kısım 2) • Yer altı koşullarının jeofizik, jeoelektrik, elektromanyetik ölçümleri• Anaitik çözümlere dayanarak tesis tasarımı (“ısı transfer modeli“)

8

Bölge değerlendirmesi

II boyutlandırma- bölge değerlendirilmesi



• Temel prensip– Isıtma devresi için mümkün olan en düşük akış sıcaklığı– Bina için mümkün olan en iyi yalıtım– Mümkün olduğunca en düşük ısı pompası gücü= tercihen ölçülendirilenin altında– Yılda çalışma saati sayısının yüksekliği– Mümkün olduğunca büyük ısı değiştirici= tercihen ölçülendirilenin üstünde– Mümkün olan en az sayıda kuyu ile = ek kuyu yerine tercihen daha derin kuyular– Optimizasyonu yapılmış hidrolik tesis tasarımı (basınç kaybı, boru çapı, jeodezik

yükseklikleri); tesis yapımı ve ayarları için denetleme

• Isı kaynağının boyutlandırılması– Isı ihtiyacının hesaplanması (kWh/m²*a)– Uygun ısı pompası seçimi– Isı pompasının buharlaştırma kapasitesinin hesaplanması– Bölge koşullarına göre ısı kaynağının seçimi– Yeraltından özgül ısı çıkarımının belirlenmesi– Yüzey alanı/ ısı değiştiricisinin uzunluğu= buharlaştırma kapasitesi/ özgül ısı çıkarımı

Jeotermal sistemlere dayalı ısı pompa tasarımı

II Boyutlandırma – ısı pompa sistemleri

9



• Isı, düşük sıcaklıktaki evaporatör ile ısı kaynağından çekilir. İçeride ısı, çalışma sıvısına aktarılır ve çalışma sıvısı gaz haline gelir. (4→1).

• Bir kompresor gaz basıncını arttır, buda sıcaklığın yükselmesine sebep olur(1→2).

• Sıcak gaz kondensatör’e doğru akar, burada çalışma sıvısı, ısısı alınarak tekrar sıvı faza geçer. (2→3).

• Hala yüksek basınçtaki çalışma sıvısı, basınç düşümünü sağlayan genleşme vanasından geçer(3→4).

• Bunu yaparken, akışkan soğur ve tekrar evaporatöre girmeden önce sıvı faza geçer.

• Soğutma ve iklimlendirme uygulamalarında işlem tam tersidir, kullanışlı bir soğutucu temin ederek

Isı pompası döngüsü

10


1

3

4

2



• Bir ısı pompasından sağlanan ısı teorik olarak ısı kaynağından alınan ısı ve döngünün çalışmasını sağlayacak enerjinin toplamıdır. Bir elektrikli sıkıştırma ısı pompasının belirli sıcaklık koşullarındaki denge durumu performansı, performans katsayısı olarak adlandırılır.(COP) ısı pompası tarafından verilen ısının kompresöre sağlanan elektriğe oranı olarak tanımlanır.

• Bir ısı pompasının performans katsayısı sıcaklık farkıyla alakalıdır, diğer bir deyişle ısı kaynağı sıcaklığı ve ısı pompası çıkış sıcaklığı arasındaki fark ile. İdeal ısı pompasının performans katsayısı sadece yoğunlaşma sıcaklığı ve sıcaklık farkı ile belirlenir (buharlaşma-yoğunlaşma sıcaklığı)

Isı pompası performansı

11

temperature lift (condensation - evaporation temperature) in K




• Isı pompasının gerçek performans katsayısın ideal performans katsayısına oranı Carnot-verimliliği olarak tanımlanır.

• Tüm sezon boyunca bir elektrikli ısı pompasının işletme performansına mevsimlik performans faktörü (MPF) denir. Bu tüm sezon boyunca alınan ısı ve verilen toplam enerji nin oranı olarak tanımlanır. Değişken ısıtma ve / veya soğutma talepleri, değişken ısı kaynağı ve yıl içinde sıcaklık düşüşlerini dikkate alır ve enerji taleplerini içerir

• MPF birincil enerji tasarrufu ve düşük CO2 emisyonu açısından, ısı pompalarını geleneksel ısı kaynakları ile karşılaştırmak için kullanılabilir.

Isı pompası performansı

12




– Örnek : COP (performans katsayısı) ε = 4,3 – 10 kW ısı evaporatörde absorbe edilir (yeraltının ısıtma yada soğutma gücü)– 3 kW elektrik ısı pompası makinasına verilir– 13 kW ısı gücü kondansöre verilir

Isı pompalarının performans verileri

13



This project is co-financed bythe European Union and the Republic of Turkey Isı pompalarının performans verileri



Amacı, kuyu içi ısı değiştiricinin giriş ve çıkışı arasında ısı transfer ortamının kullanılabilir bir sıcaklık farkını yaratmaktır. Bu sıcaklık farkı ısı pompası tarafından yer ısıtmasına yetecek kadar yüksek olan sıcaklık üretimi için kullanılabilir.Isı transfer ortamının giriş sıcaklığının yeryüzünü çevreleyen sıcaklıktan daha düşük olması sağlanarak, ortam, kuyu içi ısı değiştirici geçişi sırasında ısınır. Soğutma durumunda, bu başka bir yoldur.

Standart sistemlerde Bir metre kuyu ısı değiştiricisi ile 25 Wden 100 W a kadar termal güç elde edilebilir. Bir kapalı sisteme bağlı olan geniş kuyu ısı değiştiricileri sahaları birkaç yüz kilowatta kadar ısıtma gücünü büyük binalar ve hatta küçük altyapılar için temin edebilirler.

Kuyu ısı değiştiricilerinin boyutlandırılması

15

II boyutlandırma- kuyu ısı değiştiricileri



Bir kuyu ısı değiştiricisinin ısı çıkarımı şunlara bağlıdır:– Borunun materyaline (HDPE / çelik vs)– Boru çeşidine (U-, koaksiyal-, oluklu boru vs.)– Kuyu ısı değiştiricisinin geometrisine (çap, uzunluk)– Türbülanslı yada laminer akışa– Isı taşıyıcı akışkana– Sondaj çapına– Yeraltı İletişimine (optimize edilmiş termal harç

malzemesi)– Kuyu ısı değiştircileri arasındaki uzaklığa (negatif

etki)– Yeraltının termal ve hidrolik özelliklerine (ısı

iletkenliği, yeraltı sıcaklığı, yeraltı suyu akışı)

16

(Source: HakaGerodur AG)


II boyutlandırma – kuyu ısı değiştiricileri



Kuyu ısı değiştiricisinin kurulumu• Dikey sondaj• Boruların dikkatli indirilmesi (örn. tekli yada çiftli U

borular vinç ile)• kuyu içi eşanjör ve çevresi arasındaki boşluğu

katılaşan kalıcı sızdırmazlık süspansiyon ile harçlamak. ( Almanya için zorunlu)

• Farklı yer su seviyeler arasında hidrolik kısa devrelerin önlenmesi

• Yere daha iyi bir bağlantı için yüksek ısı iletkenliği olan termal optimize derz dolgu malzemesi

• Merkez ısıtma sistemlerine yatay borular• Basınç ve yoğunluk kontrolü (bütün sistem ve her bir

ısı değiştiricisi için )• Isının sirkülasyonu sirkülasyon pompası tarafından• hidrolik optimize edilmiş boru çapları ve boruların

düzenlenmesiyle basınç düşümlerinden kaçınmak

17





– Küçük kuyu ısı değiştirici üniteleri için < 30 KW ısı çıkışı, VDI 4640 sayfa 2 göre farklı kayalar için özgül ısı çıkarımaları vardır. Bu veri, uzun süreli deneyim ve varolan kuyu ısı değiştiricilerinin istatiksel analizerine dayanır

– VDI 4640 sayfa 2 tablo değerleri nin uygulanması için, aşağıdaki koşullar bulunmalıdır. – Ünite boyutu < 30 KW– Sadece ısı çıkarımı( sıcak su içeren ısıtma)– bireysel kuyu ısı eşanjörleri uzunluğu 40 m ve 100 m arasında olmalıdır– İki kuyu ısı değiştiricisi arasındaki en düşük uzaklık :

• Kuyu ısı değiştirici uzunluğu 40 ila 50 m için en az 5 m• Kuyu ısı değiştirici uzunluğu > 50 m to 100 m olanlar için en az 6 m olmalıdır

– Kuyu ısı değiştiricileri DN 20 birlikte çiftli U borular olarakDN 25 ,DN32 yada koaksiyal sondajlarda min. 60mm çap ile kullanılır

– Sınırlanmış alanda küçük ünitelerin fazla miktarlarıyla kullanışlı değildir.

18





– Küçük ünitelerin boyutlandırılması< 30 KW VDI-Richtlinie 4640 sayfa 2 ye göre

19





– Kuyu ısı eşanjörleri için gerekli uzunluğu hesaplama örnekleri(VDI 4640 sayfa 2deki değerlere göre)

– Isı pompası ısıtma kapasitesi : 13 kW– Isıtma sisteminin giriş sıcaklığı: 35 °C– Elektrik Güç girişi : 3 kW– Yeraltından ısı emme kapasitesi : 10 kW– Yıllık ısıtma saati: 2.400 h/a – Yer altı materyali: limestone– Özgül ısı çekme: 50 W/m– Gerekli uzunluk : 10.000 W / 50 W/m = 200 m

20

Yıllık ısıtma saati [h/a]

Yer altı materyali[-] Özgül ısı çekişi[W/m]

Kuyu ısı değiştirici sistemi için gerekli uzunluk [m]

2.400 Kireç taşı 50 200 (2 x 100)1.800 Kum taşı 60 167 (2 x 84)2.400 Kum taşı 70 143 (2 x 72)1.800 Çakıl, kum, yüksek aküferli 90 111 (2 x 56)





– Mümkün olan diğer hesaplama– SIA 384-6 performans çizelgesi( diagram)– Formül

e. g. (Wenzel & Hübschmann; Freistaat Sachsen)

Büyük farklılıklar– Kuyu ısı değiştirici, hiçbir

özgül ısı emmeye sahip değildir– Yazılım kullanmadan küçük kuyu

ısı değiştiricilerinin boyutlandırılmasında Yardımcı kurulumlardır

– Sadece tanımlanan temel ve çalışma koşulları altında

mümkündür. 21

SIA 384-6

VDI 4640: 60 W/m

SIA 384-6: 35 W/m





Uniteler > 30 KW– daha büyük bina projeleri durumda, VDI 4640 göre söz konusu tablo değerinin

uygulanmasındaki talepler karşılanmazsa, genel olarak 30 KW ısıtma yükü önemli ölçüde aşılır

– Çoğu durumda bunlar jeotermal soğutmanın da kullanıldığı ofis binalarıdır– VDI kılavuz 4640, sayfa 2, çok sayıda tekli sistemler, yıllık çalışma saati 2400den fazla

olan sistemler, ek ısı kaynağı/soğutması olan sistemler, ısıtma gücü> 30 kW olan ısı pompa sistemleri için hesaplamaların kullanılarak doğru tasarım yapılmasının kanıtlanmasını ayarlar. Genellikle, planlanan kullanım süresinin üstünde (e.g. 25 a),her bir durum için bütün bir yıl boyunca verilen ısı yüklemesinden kaynaklanan sıcaklıkları hesaplamak için gereklidir.

– Kelvin hat kaynağı teorisi ve g fonksiyonları ile hesaplanması(farklı Kuyu geometrileri için çeşitli işlevleri olan ısı akışı için analitik çözüm).

– “Earth Energy Designer“ (EED) “EWS“ gibi simülasyonlar jeoterma unitenin yönünü yerleştirmenin yanısıra kuyu ısı değiştirici sahasının boyutlandırılması için kullanılırlar. Bu programlar sayesinde ısı taşınmasının sıcaklık derecelendirilmesi hesaplanan yer altı parametlerine göre daha geniş periodlar için yapılabilir. (e. g. 25 years)

– Ağır yer suları akışı durumunda ısı hesaplaması ve yer suyu transportunu hesaplayan programlar kullanılabilir

22

SIA 384-6





• Genel bilgi :– Yatay ısı değiştiricileri aşırı yapılandırılmayabilir– Yüzey kapalı olmayabilir– İstisna gerekçeli istisnai durumlarda ve tasarım düzeltmesine tabidir

• Döngü derinlik ve uzaklık– 1,2 - 1,5 metre arası derinlik donmayı önlemek ve toprak yüzeyinin ısı akış miktarını sağlamak için– Kurulum uzaklığı genellikle 0.3 ve 08 m arasındadır

• Döngü alanı:– Isıtma pompasının evaporatör(soğutucu)

kapasitesinin QE hesaplanması : QE = QHP – PHP

with: QHP = heating output and PHP = input power

• Yer çalışmaları:– bireysel siperlerde döngülerin düzenlenmesi yada– döngüler için yeraltının yaygın soyulumu

23

Yer ısı değiştiricilerinin boyutlandırılması

II boyutlandırma – yer ısı toplayıcıları



• VDI 4640 sayfa2 ye göre ısı çıkarımı– Aşağıdaki koşullar bulunmalıdır:

• Sadece ısı çıkarımı(sıcak su içeren ısıtma)• DHW ile (evsel sıcak su) ısı pompasından, ortaya çıkan artmış tam yük

saatleri dikkate alınması gerekir• Yatay toprak ısı değiştiricisine dönen ısı taşıyıcı akışkanın sıcaklığı,

bozulmamış toprak sıcaklığı ile karşılaştırıldığında, baz yük operasyonda ± 12 K sıcaklık değişiminin sınırlarını geçmemelidir(tepe yükleme +/- 18 K)

24


II boyutlandırma – yer ısı değiştiricileri



• Örnek kurulum– Verilen koşullar:

• Isı kaynağı sıcaklığı. = 0 °C • Isıtma sisteminin giriş sıcaklığı: 35 °C• 13 kW ısıtma gücü ile ısı pompası

ve 3 kw elektrik giriş gücü• Özgül ısı çıkarımı qs = 25 W/m²

– Ölçülendirme :• Evaporator (soğutma) kapasitesi QE = 10 kW• Isı değiştirici döngüleri için gerekli yüzey alanı :

QE / qs = 10.000 W / 25 W/m² = 400 m² • Boru uzunluğu 0,6 m borular arasında bir boşluk bırakma ile boru uzunluğu :

400 m² / 0,6 m = 670 m boru; e. g. 100 m uzunluğa 7 çevre

25


II boyutlandırma – yer ısı değiştiricileri



26

Yer Isı Eşanjörlerinin Boyutlandırılması

NN + 32,50 m

127.50

120.00

112.50

105.00

97.50

90.00

82.50

75.00

67.50

60.00

52.50

45.00

37.50

30.00

Quartär(Q_ tr)

27.50

25.00

Sondenlänge Q80 m Q50 m

Tertiär (Festgestein)(80_Tert)

Pliozän(80_Plio)

Quartärgesättig t(OKL_wf)

NN + 57,00 m

NN + 96,00 m

NN + 115,00 m

NN + 117,50 m

39,00 m

19,00 m

2,50 m

19,50 m(Anteil)

Beispieldarstellung für Raster 1640:



27

Yer Isı Eşanjörlerinin Boyutlandırılması

NN + 32,50 m

127.50

120.00

112.50

105.00

97.50

90.00

82.50

75.00

67.50

60.00

52.50

45.00

37.50

30.00

Quartär(Q_ tr)

27.50

25.00

Sondenlänge Q80 m Q50 m

Tertiär (Festgestein)(80_Tert)

Pliozän(80_P lio)

Quartärgesättig t(OKL_wf)

NN + 57,00 m

NN + 96,00 m

NN + 115,00 m

NN + 117,50 m

39,00 m

19,00 m

2,50 m

19,50 m(Anteil)

Beispielberechnung für Raster 1640:

Quartär(Q80_Sed_t r)

Tertiär (80_Tert)

Pliozän(Q80_Plio)

Quartärgesättigt(Q80_OKL_wf)

Berechnung der anteiligen Entzugsleistung:

2,50 m

80 m20 W / m

80 W / m

40 W / m

50 W / m

X = 0,63 W / m

19,00 m

80 mX = 19,00 W / m

39,00 m

80 mX = 19,50 W / m40 W / m

39,00 m

80 mX = 19,50 W / m

19,50 m

80 mX = 12,19 W / m

80 mX =

51,32 W / m=Q80_Summe

CCalculation of partial thermal yields / geological layer



• Geniş jeotermal sistemler için uygulanabilir (ofis binaları / gökdelenler)• Kuyu ısı değiştiricilerinin boyutlandırılması metodu sadece zemine dokunan beton

parçaların boyutlandırılmasıdır. • Planlama , ölçümlendirme, yeryüzündeki beton kısımarın inşası ile ilgili detaylar İsviçre

Norm SIA D 0190’da bulunabilir “direk ve zemine dokunan beton parçaların kurulumu ile jeotermal enerjinin kullanımı“

• Genel olarak sayısal boyutlandırma(e. g. PILESIM)• Direk / kesik duvarlar miktarı yapı projesi tarafından belirlenir• Enerjik optimizasyon:

– yeraltı termal özellikleri ve yap parçalarının çapı dikkate alınarak, direk yada duvar paneli başına düşen boru döngülerinin miktarı (yüksek ısı iletkenliği ve yüksek yeraltı suyu akışı ile daha fazla döngü mümkündür)

– Borular arasındaki aralık dikkate alınarak aktif direk miktarı(„ alternatif termal etkiler“)

– Düşük derinliklerdeki duvar panellerinde ve iki veya daha fazla direğin seri bağlanması

28

Beton kısımlara dokunan yeryüzünün boyutlandırılması

II Dimensioning – beton kısımlara dokunan yeryüzü



• Su-su ısı pompalarının kullanımı• Hidrolik parametreler

– Kuyunun çıkış gücü:

her KW buharlaşma kapasitesine 0,25 m³/h akış debisi gereklidir

10 KW akış kapasitesi 2,5 m³/h gerekli bir deşarj akımı sonuçlandırır.

– Pompalama testleri ile yeraltı suyu horizont jeotermal kapasitesinin kontrol edilmesi

– Üretim kuyusu ve injeksiyoun kuyusu arasındaki yeterli mesafe (a minimum of 15 m küçük üniteler için) termal kısa devreleri önlemek için

– Büyük üniteler için, yeraltı taşıma modellerinin bir sayısal simülasyonu gereklidir.

Yer altı su kuyusu sistemlerinin boyutlandırılması

II Dimensioning – yeraltı su kuyusu sistemleri

29



• Hidrokimyasal parametreler– O2 düşük Su, düşük bir redoks potansiyeline sahiptir : Fe + Mn yüzünden kireç

bağlama riski(kabuklaşma)→ Hava temasının Önlenmesi→ kapalı sistem+aşırı basıç→ Mümkünse sudan demir ve mangan giderimi

– Analitikler aşağıdakilere göre:• DIN 50 930 T. 1-5: borulardaki metal yapı malzemelerinin korozyonu• DIN 4030: suyu etkileyen beton, yer ve gazların değerlendirilmesi

– Daha büyük sistemler için, aşağıdaki listeye uygun olarak tüm ana su bileşenleri ve genel parametreleri analizi yeraltı suyu kalitesini değerlendirmek için her zaman yapılmalıdır.

30



• sıcaklık • pH-değeri• O2 içeriği• İletkenlik• Redoks potansiyeli

• Kalsiyum• Magnezyum• Sodyum• Potasyum• DEmir

• Manganez• Nitrat• Fosfat• Sulfat• Klor

• Hidrojen Karbonat• Amonyum• uygun olan daha fazla parametreler



• Sondaj ve kuyu yapılandırılması– DIN 18 301 sondaj işleri– DIN 18 302 kuyu yapılandırılması işleri– Anlaşma :

kuyu sayısı, sondaj metodu, derinlik, çap, kuyuların pozisyonlandırılması

– Gerekli akış hacmi (WQA için gerekli su miktarı) ısı pompasının standartlarına göre

– Su yasasının zorunlu gerekliliklerinin alınması

– Servis boruları ile alakalı onay

31





• Kuyu pompasının ölçümlendirilmesi şunlara dayanır:

– Isı pompasının akış hacmi (ısıtma sistemi tarafından belirlenir)

– Isı pompası basınç farkı (ısıtma sistemi tarafından belirlenir)

– Üretim kuyusundan infiltrasyon kuyusuna olan borulardaki basınç kayıpları

– Teçhizatlardaki basınç kayıpları, e. g. Arka basınç vanası(→ hortum sisteminde hesaplanan basınç kaybına % 30 ekstra basınç kaybı ekleyerek kabul edilir)

– İnfiltrasyon kuyularındaki basınç kaybı (deneysel değer ≈ 200 hPa)

– Jeodezi konveyör yüksekliği Gerekli kuyu pompa gücü, sistemdeki basınç kayıpları toplamı ve ısı pompasının akış hacmi hesaplanabilir.

32





Sığ jeotermal enerjinin kullanımı için potansiyel haritalar• En çok merkez Avrupa ülkeleri için• GIS online-uygulamaları olarak kısmen uygun• Farklı yaklaşımlarıyla Alman devleti özel diyagramları

– VDI 4640 sayfa 2’e göre 100m ye kadar olan kuyu ısı değiştiricileri için jeotermal verimlilik

– Jeolojik ve hidrojeolojik koşulların Isı iletkenliği– Varolan keşif sondajlarının Verisi (jeoloji, termal fizik) – Jeolojik katman yapıları ile sentetik sondaj profili– Sığ jeotermal kullanım için jeolojik ve hydrogelogical koşulların kullanılabilirliği

33

Jeotermal potansiyel haritalar

II Dimensioning – jeotermal potansiyel haritalar



• 100m ye kadar yüzeye yakın jeotermal enerji potansiyelinin eyalet çapındaki tanımı coğrafi bilgi sistemi yoluyla(NRW jeolojik devlet dairesi)

• CD-ROM temel ve profesyonel bir sürümü olarak düzenleme• Haritanın temel konsepti: 1:50.000 ölçekli dijital topografik harita• Hesaplama Esasları : VDI-Richtlinie 4640, sayfa 2 tablo değerleri

– Tekli birimlerde kullanım< 30 KW kuyu içi ısı eşanjörleri ile sınırlı termal çıkış• Yeraltı birikimi mevcut bilgilere dayalı siteye özgü jeotermal verim hesaplama

34

Jeotermal potansiyel araştırma North Rhine Westfalia

II boyutlandırma- jeotermal potansiyel haritalar



• Jeotermal potansiyeli değerlendirmenin doğruluğu detayların doğruluğuna ve bugüne kadar olan jeo bilimsel verilere bağlıdır.

• Aşağıdaki veriler, jeotermal potansiyeli araştırma için değerlendirilir:

35



– NRW jeolojik devlet dairesinin Yerbilimleri haritaları– NRW Çevre Ajansı'nın hidrolojik haritaları– Yaklaşık 220 000 sondajın toprak profilleri ile GD

NRW sondaj veritabanı – NRW Çevre Ajansı'nın su muhafaza haritaları– NRW jeolojik devlet ofisinin yayınlanmamış dataları

ve birçok sertifikaları• Sonuç olarak, alan hakkında edinilen geniş

bilgiler:– Tipi, kalınlık ve yeraltı kayaların difüzyonu– Yeraltı suyu dizin ve yeraltı su varlığı– Karst oluşumu– Metan çıkış alanı– Su muhafazaları– Eski depositler



– 40, 60, 80 and 100 m derinliklerinde kuyu ısı değiştiricileri için belirli yer altı jeoterma l kazancının geniş alan haritaları.

– 1.800 ve 2.400 işlem türlerinin her ikisinin saatleri için özel jeotermal verim düzenlemesi h / a (VDI-Richtlinie 4640, sayfa 2) beş bölümde yapılır:

Temel version• Kuyu değiştirici birimini göz önünde bulundurarak üreticinin karar vermesi için bütün

gerekli veriler temel versiyonda bulunur:– 40, 60, 80 ve 100 m derinlikteki yeraltı kuyu içi eşanjör için yer altı jeotermal

kazancının laminer açıklaması – Kuyu ısı değiştiricisinin 4 uzunluğunun jeotermal kazancının değerlendirilmesi kuyu

ısı değiştiricileri için optimize edilmiş derinlik aralıklarında sonuçlanmaya eğilimlidir.

36



sınıf renk Jeoterma kazanç 1800 h/a için , [kWh/ (m a)]

Jeotermal kazanç 2400 h/a iiçin, [kWh/ (m a)]

1 kırmızı >135 150

2 turuncu 109 – 134 120 – 149

3 sarı 82 – 108 90 – 119

4 yeşil 55 – 81 60 – 89

5 mavi < 55 < 60



NRWdeki jeotermal potansiyel:• Yüksek –oldukça yüksek (kısmen

>150 Kwh/(ma)): yüksek iletkenlik ve güçlü yeraltı suyu akışı gösteren kum ve çakıl ile Ren Vadisi'nde teras sedimanlar.

• yüksek (> 120 Kwh/(ma)): Karbonik ve Devoniyen kum, kiltaşı ile ortalama dağlarda ve Ruhr Bölgesi'nde Bedrock

• Orta (> 90 Kwh/(ma)): Münsterland Kretase Havzası'nda Kompakt marn

• Oldukça düşük (< 60 kWh/ma)):Rheinische kahverengi kömür madenciliği bölgesindeki(Aachen-Köln) Kuru kumlar

37





Profesyonel model• Alıcıları, tesis üreticileri, mimarlar,

mühendislik danışmanları, onaylama ve planlama yetkilileri.

• Temel versiyon verilerin yanı sıra aşağıdaki ek bilgiler mevcuttur :

– Belirlenmiş her alan için toprak profili jeolojik ve hidrojeolojik bilgiyle beraber kuyu ısı değiştiricisinin tasarımında gerekli olacaktır:

• Baskın kayaçlar hakkında bilgi• Bireysek kayaç tabakalarının

ortalama kalınlığı hakkında bilgi• Stratigrafi üzerine bilgi• Akifer ve akitardlardaki bireysel kaya

oluşumlarnın sınıflandırılması

• yeraltı su ortamı seviyesi hakkında bilgi (sadece konsolide olmayan malzeme ile)

38





Örnek: Düsseldorf

39

Eski çökelme

Su muhafazası

Pozisyon





Örnek: Düsseldorf

• Derinlik aralığı 0 – max. 30 m : Ren teras sedimanlarda (kum, çakıl) çok yüksek jeotermal enerji verimi ,yüksek hidrolik iletkenlik ve güçlü yeraltı suyu akışı ile

• Derinlik aralığı. 20 – 30 m : düşük geçirgenlikli ince kumlar nedeniyle düşük jeotermal verimi.

• Kuyu eşanjörinin açılış derinlikleri tercihen küçük birimler için küçük seçilmelidir

40





Örnek: Düsseldorf• Kuyu ısı değiştiricisinin derinliğinin hesaplanaması

– Isı pompası termal çıkışı : 12 kW– Cop- performans katsayısı: : 4,3– Evaporatör (soğutucu) kapasitesi : 9,2 kW– Yıllık çalışma saati : 1.800 h/a (ısıtma)– Yıllık ısı gerekliliği : 16.560 Kwh/a

– Case 1: Med. Jeotermal kazanç 40 m için : 137 KWh/(ma)

• Kuyu ısı değiştiricisinin toplam uzunluğu : 16.560 Kwh/a /137 KWh/(ma) = 120 m

• 40 m lik 3 kuyu ısı değiştiricisine pay edilebilir– Case 2: Med. Jeotermal kazanç 80 m için : 127 KWh/(ma)

• Kuyu ısı değiştiricisinin toplam uzunluğu : 16.560 Kwh/a /127 KWh/(ma) = 130 m

• 65 m lik 2 kuyu ısı değiştiricisine pay edilebilir

41





Example Bochum

42





Örnek: Bochum

• Derinlik aralığı 0 – max. 30 m: orta jeotermal kazanç: düşük geçirgenli,konsolide olmamış sedimanlarda ve chalk marllarda

• Derinlik aralığı. 20 – 30 m: yüksek jeotermal kazanç : karbonlu kumlarda ve kiltaşlarında

• Kuyu eşanjörinin açılış derinlikleri tercihen küçük birimler için büyük seçilmelidir.

43





Örnek: Bochum• Kuyu ısı değiştiricisinin derinliğinin hesaplanaması

– Isı pompası termal çıkışı : 11 kW– Cop-performans katsayısı: 4,3– Evaporatör (soğutucu) kapasitesi : 8,5 kW– Yıllık çalışma saati: 2.400 h/a (sıcak su içeren ısıtma)– Yıllık ısı gerekliliği: 20.400 Kwh/a

– Case 1: Med. Jeotermal kazanç 40 m için: 103 KWh/(ma)• Kuyu ısı değiştiricisinin toplam uzunluğu:

20.400 Kwh/a /103 KWh/(ma) = 200 m• 40 m lik 5 kuyu ısı değiştiricisine pay edilebilir.

– Case 2: Med. Jeotermal kazanç 80 m için : 119 KWh/(ma)• Kuyu ısı değiştiricisinin toplam uzunluğu : >

20.400 Kwh/a /119 KWh/(ma) = 170 m• 85 m lik 2 kuyu ısı değiştiricisine pay edilebilir.

44



Documents

II Sığ jeotermal sistemlerin boyutlandırılması