Energibrønner henter varme fra grunnen. Dette er i hovedsak solenergi lagret i grunnen som hentes ut ved lave temperaturer og oppgraderes til høyere temperatur ved hjelp av en varmepumpe.
Grunnvarme er utnyttelse av lavtemperatur energi (mellom 5 - 30°C) i grunnen, i øvre jordlag, i grunnvannsreservoarer eller i borehull i fjell. I de øverste 10 - 20 meterne av jordskorpen varierer temperaturen med overflatetemperaturen og årstiden. Dypere er temperaturen stabil gjennom året og bestemmes av den geotermiske gradienten og den midlere årstemperaturen ved overflaten. Uthenting av varmen i lukkede systemer skjer ved hjelp av en frostvæske som sirkulerer i en lukket krets mellom varmekilden og varmepumpens fordamper.
Når det gjelder grunnvarme ligger forholdene vel til rette i Norge, spesielt for såkalte lukkede systemer.
Grunnvarme fra lukkede systemer
Lukkede systemer er energibrønner som henter opp grunnvarme gjennom sirkulering av en frostsikker veske i en kollektorslange av plast i borehullet. Ved hjelp av en varmepumpe brukes grunnvarme til oppvarming av hus og vann og dette er den vanligste type energibrønn i Norge.
Grunnvarme handler om å utnytte varme lagret i berg, jord eller grunnvann og er et kortreist og miljøvennlig energialternativ. Lukkede systemer brukes mest i brønner i fjell, og er derfor også kalt bergvarmeanlegg. En energibrønn er typisk et borehull med cirka 14-16 centimeters diameter og dybde fra 80 til 200 m. En frostsikker væske sirkulerer i en kollektorslange av plast i borehullet og henter opp energi som tas ut i varmepumpen. Det er flere geologiske forhold som kan påvirke investeringskostnaden for denne type anlegg:
- Tykkelsen på løsmassedekket over fjelloverflaten
- Temperaturen i grunnen
- Berggrunnens varmeledende egenskaper
- Grunnvannsnivået
Dyp til fjell
Dyp til fjell, eller tykkelsen på løsmassene over fjellet, er det vanligste grunnvarmerelaterte spørsmålet NGU får. Ved boring i løsmasser må det settes ned fôringsrør i stål for å stabilisere løsmassene. Dette er omtrent fire ganger så dyrt som boring i fast fjell og kan være avgjørende for om energibrønner i fjell blir valgt. I Norge er tykkelsen av løsmasser generelt 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. Det kan ofte være vanskelig å vite tykkelsen av løsmassene.
NGU forvalter flere databaser som kan gi nyttig informasjon om dyp til fjell og løsmassetype og tykkelse. Den nasjonale løsmassedatabasen gir i utgangspunktet en oversikt over jordartstyper, men har også et temakart der jordartene er delt inn i tykt og tynt løsmassedekke. Nasjonal grunnvannsdatabase GRANADA inneholder detaljopplysninger om borebrønner til energi- og vannforsyningsformål, blant annet dyp til fjell. Den nasjonale database for grunnundersøkelser NADAG viser hvor geotekniske grunnundersøkelser er utført og inneholder informasjon fra mange borehull.
Temperatur
Temperaturen i grunnen er vanligvis 1-2 °C høyere enn årsmiddel lufttemperatur på stedet, noe avhengig av antall dager med snødekke. Berggrunnens varmeledningsevne varierer gjerne mellom 2 og 4,5 watt per meter Kelvin (W/m K) og er et mål på hvor godt berget leder varme inn til borehullet. Ved høy varmeledningsevne hentes varmen fra større områder og varmeuttak per boremeter er større. Berggrunnens varmeledende egenskaper er i hovedsak knyttet til innholdet av mineralet kvarts. Ren kvarts kan ha en varmeledningsevne på mer enn 6 W/m K. Dessuten leder lagdelte bergarter varmen best langs lagdelingen, og dårligst på tvers av lagdelingen. NGU har målt varmeledningsevne på en lang rekke bergarter fra hele landet.
Varmeledende egenskaper
Effektoverføringen er avhengig av temperaturen og berggrunnens varmeledningsevne. For varmedrift er typiske tall 30-40 Watt per meter aktivt borehull (variasjonsområde 20-80 W/m). For kjøledrift er effektoverføringen høyere, typisk 90 Watt per meter aktivt borehull. Med aktivt borehull menes den delen av borehullet som er under grunnvannsspeilet.
Grunnvannsnivå
Grunnvannsnivået varier med terrenget, og er i snitt 1-10 meter under terrengoverflaten, men kan lokalt være dypere. Grunnvannets bevegelse kan ha betydning for energiuttaket fra energibrønnen.
Jordvarme
Ved stort dyp til fjell, kan jordvarme være et alternativt lukket system dersom en har nok areal tilgjengelig. Vanlige jordvarmeanlegg henter varme fra kollektorslanger (Ø 40 mm) som er gravd ned i 80-150 cm dype grøfter med minimum 1-2 meters innbyrdes avstand. Varmeuttaket avhenger av jordartstype og er 15-30 Watt per meter kollektorslange. Det meste av varmen hentes ut ved utfrysing av vann (faseovergang fra væske til is). Høyt fuktinnhold i jorda er gunstig og favoriserer jordtyper som myr, matjord, leire osv. Tørr sandjord er mindre egnet. Vær oppmerksom på at setninger (innsynkning av terrenget) kan forekomme. Kollektorslangen må derfor ikke legges slik at det oppstår setningsskader på hus, veg eller mur.
Større anlegg
NGU jobber kontinuerlig med å samle inn relevante data og tilrettelegge webløsninger for bedre informasjon om grunnforholdene. Ved etablering av større grunnvarmeanlegg er det behov for mer detaljert kartlegging og bruk av geofysiske metoder og prøveboring anbefales.
Utførte hydrogeologiske forundersøkelser og energiboringer er oppgavepliktig til NGU.