Testy reakcji termicznej (TRT) otworowych wymienników ciepła umożliwiają dobór odpowiedniej ich liczby i właściwego rozmieszczenia dla zadanych temperaturowych warunków pracy systemu (Gonet i Śliwa 2010). W przypadku założonej liczby wymienników otworowych możliwe jest dzięki TRT określenie parametrów temperaturowych funkcjonowania systemu i odpowiednie dobranie pomp ciepła. Otwory pilotażowe (badawcze) dla Centrum Jana Pawła II „Nie lękajcie się” w Krakowie-Łagiewnikach były wykonywane pełno hydrauliczną wiertnicą DSB 2/10 (fot. 1) w celu zainstalowania pojedynczej u-rurki w otworze P-1 i podwójnej u-rurki w otworze P-2. Przyjęty do realizacji system grzewczo-chłodniczy w Centrum JP II zakłada wykorzystanie pomp ciepła współpracujących z górotworem za pośrednictwem otworowych wymienników ciepła. Dodatkowo do zasilania sprężarkowych pomp ciepła będzie wykonany układ kogeneracyjny, wytwarzający energię elektryczną w generatorze zasilanym silnikiem na gaz ziemny.

 

Profilowanie temperatury

 

Integralną częścią badań było profilowanie temperatury w otworze, które może być realizowane najwcześniej 30 dni od zakończenia wcześniejszych prac w otworze. Czas ten jest potrzebny do zniwelowania zaburzeń termicznych naturalnego profilu powstałych w wyniku wiercenia. Profilowanie temperatury w otworze P-2 (podwójna u-rurka) wykonano 25 czerwca 2010 roku za pomocą szwajcarskiego przyrządu NIMO-T (fot. 2) o dokładności pomiaru temperatury i ciśnienia przedstawionej w tabeli. Pomiar ciśnienia ma na celu określenie głębokości pomiaru temperatury, z uwzględnieniem gęstości nośnika ciepła w wymienniku otworowym. Wyniki zaprezentowano w formie graficznej na rysunku 1. Rysunek 2 przedstawia charakterystyczny dla pory roku rozkład temperatury w przypowierzchniowej strefie górotworu. W interwale 10-40 m obserwuje się stałą wartość temperatury. Jest to najprawdopodobniej wynik infiltracji wód opadowych (duże opady w maju).

 

Wiertnica DSB  podczas wykonywania otworowych wymienników ciepła dla

 

Na rysunku 3 pokazano zmienność gradientu geotermicznego. Widoczna jest różnica w wartości gradientu od głębokości około 115 m. Powyżej tego poziomu wartość gradientu jest wyższa. Do głębokości około 115 m gradient geotermiczny wynosi 3,26 0C/m, a poniżej tylko 2,06 0C/m. Pomimo iż nie wiąże się to z wyraźną zmianą litologiczno-stratygraficzną, iłowce i iłołupki na większych głębokościach wykazują lepsze przewodnictwo cieplne. Okazuje się zatem, że do pracy w formie wymiennika otworowego bardziej odpowiednie są skały poniżej 115 m p.p.t. W związku z wartościami gradientu geotermicznego ciepło łatwiej rozchodzi się w górotworze poniżej 115 m, dając tym samym niższy gradient geotermiczny zgodnie z prawem Fouriera:

 

Temperatura średnia udostępnionego interwału

 

Zmierzony profil temperaturowy wymiennika otworowego

Pomiar średniej temperatury w otworze P-1 wykonano na podstawie długoczasowej cyrkulacji nośnika ciepła. Wyniki pomiarów dla otworu P-1 (pojedyncza u-rurka) przedstawiono na rysunku 4. Cyrkulacja trwała 17 godzin. Zmierzona średnia temperatura nośnika ciepła w ostatnich godzinach cyrkulacji wyniosła 12,88oC przy temperaturze zewnętrznej około 15,65oC.

 

Wykonanie TRT

 

Pomiary rozpoczęto 24 czerwca 2010 roku. Przedmiotem badań były dwa otworowe wymienniki ciepła, jeden z pojedynczą, drugi z podwójną u-rurką. Po przeprowadzeniu testu reakcji termicznej (rysunek 5) w otworze P-1 (pojedyncza u-rurka) i interpretacji wyników uzyskano następujące wartości wskaźników….

 

Tomasz Śliwa, Andrzej Gonet
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
w Krakowie,
Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu

Czytaj całość w GlobEnergia 5/2011

okładka-globenergia-5-2011Image21