Bergvarme. Energibrønn i fjell med lukket kollektor Energibrønner benyttes for å hente lagret varme fra fjellet. En energibrønn er et borehull på ca 14 centimeter i diameter, og boredybde fra 80-200 m. En kollektorslange av plast monteres i borehullet og fylles med frostsikker væske. Kollektorvæsken sirkulerer rundt i borehullet og henter opp energi som tas ut i varmepumpen.
Det er tre geologiske forhold som påvirker investeringskostnaden for denne type anlegg. Dette er:
- Tykkelsen på løsmassedekket over fjelloverflaten
- Temperaturen i grunnen
- Berggrunnens varmeledende egenskaper
(1) Dyp til fjell
Dette er det aller vanligste grunnvarmerelaterte spørsmålet NGU får. For store og små bergvarmeanlegg er det ofte tykkelsen på løsmassene over fjelloverflaten som er avgjørende for om løsningen med bergvarme og energibrønn blir valgt. Ved boring i løsmasser må det settes ned fôringsrør i stål for å stabilisere løsmassene. Dette er omlag fire ganger så dyrt som boring i fast fjell. I Norge er generelt tykkelsen av løsmasser lav, men i dalfører og deler av Østlandet, Trøndelag, Jæren og Finnmark kan tykkelsen av løsmassene være betydelig. Mange tettsteder er lokalisert i områder med løsmasseavsetninger.
Bortsett fra i områder med fjell i dagen, kan det ofte være vanskelig å vite tykkelsen av løsmassne. I så tilfelle, vil det beste rådet være å undersøke i NGUs kart og databaser:
- Database for løsmassegeologi gir i utgangspunktet en oversikt over jordartstyper, men har også et temakart der jordartene er delt inn i tykt og tynt løsmassedekke.
- Brønndatabasen inneholder detaljopplysninger om borebrønner til energi- og vannforsyningsformål, blant annet dyp til fjell.
Andre naturlige steder å søke informasjon om dyp til fjell kan være hos kommunen, Statens Vegvesen, firma som driver med geotekniske boringer, lokale brønnborere etc. Enkelte utleiefirma kan ha utstyr (f.eks. Pionjär håndboremaskin) for å gjøre enkle sonderboringer selv.
NGU jobber kontinuerlig med å samle inn relevante data og tilrettelegge webløsninger for bedre informasjon om denne type grunnforhold. Ved etablering av større grunnvarmeanlegg, der det kan være behov for mer detaljert kartlegging, anbefales bruk av geofysiske metoder og gjerne en prøveboring. Ellers er det bare å ta sjansen. Bore i vei, og håpe at det ikke er altfor langt ned til fjelloverflaten!
(2 og 3) Temperatur og berggrunnens varmeledningsevne
Dette er to naturgitte og viktige faktorer ved dimensjonering av bergvarmeanlegg der kravet til nøyaktighet øker med økende anleggsstørrelse.
Som en tommelfingerregel kan man si at temperaturen i grunnen er 1-2 grader C høyere enn årsmiddeltemperaturen på stedet. Variasjonen er blant annet avhengig av antall dager med snødekke. Berggrunnens varmeledningsevne varierer gjerne mellom 2-4,5 W/m K (watt per meter Kelvin) og er et mål på hvor godt berget leder varme (varmetransport) inn til borehullet.
De varmeledende egenskapene til berggrunnen er i hovedsak knyttet til innholdet av mineralet kvarts. Ren kvarts kan ha en varmeledningsevne på over 6 W/m K. Videre er det slik at lagdelte bergarter leder varmen best langs lagdelingen, og dårligst på tvers av lagdelingen. I berggrunn med høy varmeledningsevne hentes varmen fra større avstander enn om berget har lavere varmeledningsevne, og man får høyere varmeuttak per boremeter. NGU har utstyr for måling av bergartenes varmeledningsevne, og har gjort en rekke målinger på forskjellige typer bergarter, hovedsakelig fra Oslo-regionen.
For varmedrift vil typiske tall for effektoverføring, som da avhenger av temperatur og berggrunnens varmeledningsevne, være 30-40 W/m aktivt borehull der variasjonsområdet er fra 20-80 W/m. For kjøledrift er effektoverføringen høyere, typisk 90 W/m aktivt borehull. Med aktivt borehull menes den vannfylte delen av borehullet.
Grunnvannsnivået varier med terrenget, men befinner seg som regel 1-10 meter under terrengoverflaten. På en bakketopp kan det være lenger ned til grunnvannsnivået. I tilegg til temperatur og berggrunnens varmeledningsevne, kan områdets grunnvannsbevegelse i spesielle tilfeller ha betydning for energiuttaket fra energibrønnen. Dette kan forekomme for brønner i hellende terreng hvor berggrunnen er oppsprukket og permeabel.
Termisk responstest
Ved dimensjonering av større bergvarmeanlegg, gjerne kombinasjonsanlegg med både oppvarming og kjøling, kan det være nyttig å utføre en såkalt termisk responstest. Testen bør utføres tidlig i prosjektperioden og gir informasjon om berggrunnens virkelige varmeledningsevne og termiske motstand. To faktorer som er viktige å ta hensyn til for å oppnå optimal dimensjonering av anlegget. NGUs utstyr for termisk responstest er utviklet i Luleå i Sverige, og kan leies ut for innsamling av data til forskningsformål og kompetanseoppbygging.
