Geologiske forutsetninger for uttak av grunnvarme i Trondheimsområdet - varmeledningsevne og varmeproduksjon
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3005946Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Det er viktig å ha kjennskap til de termiske egenskapene til berggrunnen for å oppnå riktig dimensjonering av grunnvarmesystemer i fjell. God varmeledningsevne i berggrunnen er nødvendig for å kunne hente ut varme fra bakken. Formålet med denne oppgaven var å få bedre kunnskap om varmeledningsevnen og varmeproduksjonen til bergartene i Trondheimsområdet, og hvordan det påvirker dimensjonering av energibrønner i fjell.
Det ble samlet inn 75 bergartsprøver fra Trondheimsområdet. Varmeledningsevnen til alle prøvene ble målt med C-Therm MTPS, og varierte fra 2,4 til 6,0 W/(m·K). For 45 av de 75 prøvene ble varmeproduksjonen beregnet ut ifra XRF- og LA-ICP-MS-analyser, verdiene varierte fra 0,01 til 3,43 µW/m3. Varmeledningsevnen alene tilsier at det er gode forutsetninger for uttak av grunnvarme i Trondheimsområdet. Varmeproduksjonen er vist til å være av mindre betydning.
Det ble fremstilt to kart basert på målingene av varmeledningsevne og varmeproduksjon, som kan brukes til å vurdere plassering av grunnvarmeanlegg. Det er riktignok ikke anbefalt å bruke de som eneste kilde i dimensjonering av grunnvarmeanlegg, men de kan gi en indikasjon på hva som kan forventes før grundigere undersøkelser gjennomføres.
For å se hvilken påvirkning varmeledningsevnen og varmeproduksjonen har for dimensjonering av ulike systemer ble programvaren EED benyttet. Målte verdier fra Trondheimsområdet ble brukt for å gi en realistisk variasjon. Resultatet viste at en endring i varmeledningsevnen fra 2,9 til 4,1 W/(m·K) reduserte nødvendig brønnlengde med 22 meter i én brønn for en enebolig. For en boligblokk ble den nødvendige brønnlengden redusert med 26 meter hver for 38 brønner, totalt 988 meter.
Studiet har vist at det er vanskelig å forutse varmeledningsevnen og varmeproduksjon i berggrunnen. Det er derfor anbefalt å gjøre tilsvarende studie andre steder, for å kartlegge potensialet for grunnvarme. Det er også store usikkerheter tilknyttet kartene, og de kan med fordel utbedres med flere prøver og målinger. It is important to have previous knowledge of the thermal properties of the bedrock to achieve correct dimensioning of ground source heating systems in the bedrock. Good thermal conductivity in the bedrock is required for heat extraction from the ground. The purpose of this thesis was to gain better knowledge regarding the thermal conductivity and heat production of the rocks in the Trondheim area. Specifically, this thesis investigates how these factors affect the dimensioning of energy wells in bedrock.
75 rock samples were collected from the Trondheim area. The thermal conductivity of all the samples was measured with C-Therm MTPS and varied from 2,4 to 6,0 W/(m·K). For 45 of the 75 samples, the heat production was calculated based on XRF and LA-ICP-MS analyses, the values varied from 0,01 to 3,43 µW/m3. The thermal conductivity alone, indicates that there are good conditions for ground heating in the Trondheim area. Heat production is shown to be of less importance.
Two maps were produced based on the measurements of thermal conductivity and heat production, which can be used to locate ideal areas for ground source heating systems. Although it is not recommended to use these maps as the only source when dimensioning ground source heating systems, they can give an indication of expected values before more thorough investigations.
To see what effect the thermal conductivity and heat production have on the dimensioning of different systems, the EED software was used. Measured values from the Trondheim area were included to provide a realistic variation. The results showed that a change in thermal conductivity from 2,9 to 4,1 W/(m·K) reduced the required well length by 22 meters in one well for a single house. For an apartment complex, the required well length was reduced by 26 meters each in 38 wells, for a total of 988 meters.
This study has shown that it is difficult to predict thermal conductivity and heat production in the bedrock. It is therefore recommended to do a similar study elsewhere in order to map the potential for ground heat. There are also large uncertainties associated with the maps, and they can be improved with more samples and measurements.