Boringer
I Danmark kan der gives tilladelse til at etablere lodrette boringer til jordvarmeanlæg. En af forudsætningerne er mindst 300m sikkerhedsafstand til almene drikkevandsboringer, 2m til skel og 5m til bygning/sokkel.
Jordvarmeboringer benævnes også energiboringer, energibrønde, varmesonder mm. Fælles for dem er at de er netto optagere af energi fra jorden i modsætning til borehulslagre eller energilagre, som oftest modtager mere energi fra køling om sommeren, end der pumpes op til varme om vinteren. Eksempler på borehulslagre er Vestas' nye hovedkvarter samt DR Byen.
Fordelen ved boringer er selvsagt, at der ikke kræves så meget plads som ved nedlægning af traditionelle Jordslanger. Desuden påvirkes temperaturerne i en boring ikke af vinteren, så der kan være mere varme at hente i fyrringssæsonen.
Konstant temperatur
Allerede 5-10m nede er temperaturen upåvirket af årstiden og holder sig på ca 8°C i Danmark, ca 9°C i Tyskland og ca 7°C i Sverige, som netop er gennemsnits-temperaturen på jordoverfladen. Denne ligevægtstemperatur har indfundet sig efter mange, mange år, fordi det tager flere år for solvarmen ved jordoverfladen at nå disse dybder. Tilførslen af Geotermisk Varme er lille i forhold til de øvrige kilder, idet temperaturen kun stiger 25-30°C pr km dybde. Denne temperaturgradient på 0,025 - 0,03 °C pr meter giver en forsvindende lille varmetilførsel af geotermisk varme nedefra.
Når et jordvarmeanlæg trækker varme ud af de dybere jordlag, vil temperaturen omkring boringen uundgåeligt falde.
Grundvand
Boringer udnytter i Danmark primært varme tilført med grundvandsstrømning. Da grundvandets strømningshastighed varierer meget afhængigt af geologiske og hydrogeologiske forhold, er mængden af tilført varme meget varierende. Dimensioneringen af boringen afhænger derfor af de geologiske forhold, som skal vurderes af en geolog.
Det er optimalt, hvis der er grundvandsstrømninger omkring boringen, så der konstant tilføres ny varme. Hvis pladsen tillader det, kan det være fordelagtigt at udføre flere mindre boringer end færre dybere. Meromkostningen til at flytte boreriggen kan opvejes af, at den første del af en boring går lettere end den sidste. Fordelene er mulighed for bedre varmeoptag ved at gennembore de mest vandledende lag to gange samt mindre tryktab - og dermed pumpeenergi - i de to korte parallelle jordslanger frem for een lang.
Borehulstemperatur
Borehulstemperaturen vil gradvist falde med årene afhængig af jordens varmeledningevne og vandstrømninger og den energi, varmepumpen bortleder. Dette viser sig efter nogle år, eller hvis man udfører en såkaldt Thermal Response Test - en slags termisk stress test - noget der normalt ikke er inkluderet i en almindelig entreprise, fordi det er for dyrt.
Omkring boringen opbygges en temperaturgradient, indtil der opstår ligevægt mellem den energi, slangerne fører op til varmepumpen og den energi, som jorden tilfører. Ligevægtstemperaturen, som er lavere end jordens stilstandstemperatur, er afgørende for varmepumpens virkningsgrad og afhænger af bl.a. varmebehovet, jordens beskaffenhed og fugtindhold samt af boredybden. Temperaturgradienten kan efter mange års brug spores helt op til 10m fra boringen, hvorfor man anbefaler mindst 20m afstand mellem boringer. Det hænder at det tager op til 20 år eller mere at opbygge temperaturgradienten. Først når der er balance mellem tilført og bortledet energi, falder temperaturen ikke længere.
Solvarme og Geotermisk Energi
Den energi, der erstatter varmen, som varmepumpen fjerner fra boringen, kommer primært fra solen og i langt mindre grad (under ½ promille i Danmark) fra Geotermisk Varme. Da solvarmen er flere år om at nå de dybere jordlag, kan man med rette sige at boringen optager gammel solvarme i modsætning til den traditionelle jordslange, som typisk optager solvarme fra sidste sommer. I tilfælde med grundvands-strømning tilføres boringen til stadighed ny gammel solvarme og bevarer en høj ligevægtstemperatur, så varmepumpen kører med høj effektivitet. Temperaturgradienten bliver excentrisk, og der findes fortilfælde, hvor boringer længere væk i strømingsretningen bliver afkølet. I tilfælde med flere boringer kan risikoen for denne "skyggeeffekt" reduceres ved at udføre boringerne på en række frem for i en matrix. Grundvandsforekomster findes i Danmark ofte i flere forskellige og helt adskilte lag. Strømningshastigheden kan være alt fra få cm om året i ler til over 1m i døgnet i de øvre kridtlag.
Brøndboring
Energiboringer bliver foretaget på præcis samme måde som vandboringer i dag og kræver, at brøndboreren er A-certificeret. Det vil sige at efter sonden er installeret, bliver hullet genopfyldt med en varmeledende fyldning, som hedder bentonit. Denne fyldning, som pumpes i fra bunden og op, for at sikre optimal opfyldning, forsegler boringen og forhindrer kortslutning af de forskellige grundvandslag, så krydskontaminering (forurening ved sammenblanding) ikke kan finde sted.
Dimensionering
I dag findes så stor erfaring med Dimensionering, at der sjældent opstår problemer med under-dimensionerede boringer. Skulle man alligevel have problemer med en boring, er der følgende muligheder:
- foretage endnu en boring.
- lægge traditionel jordslange foran boringen (hvis tryktabet tillader det).
- reducere netto varmeoptaget fra boringen.
EnergyWise anbefaler at boringen forsøges dimensioneret, så den indkomne temperatur til varmepumpen på intet tidspunkt kommer under -2°C. Hvis ikke varmeoptageren er indstøbt i bentonit som beskrevet ovenfor, kræver bekendtgørelsen at temperaturen skal holdes over +2°C, hvilket stiller endnu større krav.
Solvarme kan sikre at boringen ikke bliver kold
Solvarme udgør en mærkbar driftsforbedring for varmepumpen hele året ifbm boringer.
Der er gode erfaringer i Sverige med at "genoplive" kolde boringer med Evi Heat Solvarmepumpen.
Den fulde integration med solvarme kan både reducere varmeoptaget og genoplade hullet med solvarme, hvorved ligevægtstemperaturen øges så meget, at der igen kan opnås effektiv varmepumpedrift.
Den danske geologi er på mange måder mere kompleks end den svenske, og EnergyWise anbefaler derfor at jordvarmeboringer fortrinsvis anlægges med solvarme. Integreret solvarme giver bedre drift og højere sikkerhed for at boringen forbliver effektiv.
Sonden trækker varme ud af boringen
Der findes forskellige former og materialer til sonder og slanger til jordvarmeboringer og de har forskellig varmeledningsevne. Hvis jordens varmeledningsevne er den begrænsende faktor, er selve sondens varmeledningsevne mindre vigtig og giver derfor ikke anledning til, at man kan reducere boringernes dybde eller antal. Mindre boring vil give lavere ligevægtstemperatur og virkningsgrad på varmepumpen. Når visse producenter anvender to slanger i samme boring, er det således ikke for at øge energioptagelsen, men snarere for at sikre at boringen ikke går tabt i tilfælde af brud på en slange. Som sidegevinst falder tryktabet og pumpeenergien.
EnergyWise arbejder sammen med bl.a. GeoDrilling og Franck Geoteknik om jordvarmeboringer.
