SONDE PENTRU SOL

1. Domeniul de utilizare.

Informatiile tehnice sunt valabile pentru proiectarea, pozarea si imbinarea sistemelor de tevi, inclusiv a elementelor de imbinare, accesorii si scule reprezentate in cadrul domeniilor de utilizare, normelor si directivelor descrise in continuare.

Sistemul de conducte serveste la transportul apei sau saramurii ca agent termic pentru utilizarea geotermiei in scopul racirii, incalzirii sau acumularii de caldura.

In principiu se pot utiliza urmatoarele aplicatii :

incalzirea incaperilor (cu ajutorul radiatoarelor, incalzirii prin pardoseala sau pereti si temperatura miezului de beton ;

racirea incaperilor (cu ajutorul sistemelor de racire prin pardoseala / tavan sau temperatura miezului de beton) ;

prepararea apei calde menajere ;

incalzirea suprafetelor libere.

Fig 1. Sonda geotermica.

De regula sistemele de racire si incalzire folosesc o pompa de caldura, respectiv un chiller frigorific pentru a atinge temperaturile de exploatare necesare.

In cazul suprafetelor radiante, in general temperatura miezului de beton, este posibila, cel putin in faza de tranzitie, si o racire directa fara o pompa de caldura / chiller intercalate.

2. Avantajele folosirii geotermiei.

Utilizarea geotermica oferea :

o sursa de energie gratuita si independenta in mare masura de anotimp si conditiile vremii, care se regenereza permanent din interiorul pamantului si prin radiatia solara ;

diminuarea considerabila a emisiilor de CO2 ;

economie la energie la incalzire si racire cu pana la 75% ;

in combinatie cu o suprafata radianta, posibilitatea realizarii incalzirii si racirii cu aceeasi tehnica de instalatie ;

in combinatie cu o instalatie de energie solara posibilitatea de a depozita in pamant surplusul de caldura ;

3. Proprietatile tubulaturii utilizate PE-Xa si PE 100.

Producatorul ofera tuburi din polipropilena reticulata de inalta presiune (PE-Xa) si polietilena nereticulata (PE100).

Cele mai importante avantaje ale PE-Xa fata de PE100 sunt :

fara propagarea taieturilor si crestaturilor ;

raze de curbare mici posibile chiar si la temperaturi joase ;

nu este necesar pat de nisip ;

utilizarea si la temperaturi de peste 40⁰C, prin aceasta utile in scopul acumularii de caldura ;

tehnica de imbinare robusta, rapida si independenta de vreme, utilizand manson alunecator ;

Diferentele sunt prezentate in tabelul 1 :

Tabel 1. Proprietatile tevilor PE-Xa si PE100.

4 Descrierea programului.

A. Imagine de ansamblu.

B. Sonda PE-Xa.

B.1. Descriere.

Sonda PE-Xa este o sonda U dubla ce consta din doua sonde U simple care se imbina in cruce.

Particularitatea acestei sonde este renuntarea la sudare, tevile PE-Xa sunt curbate din productie la talpa sondei si formeaza astfel o conducta unitara in sol fara vreo imbinare prin sudare. Talpa curbata a sondei este protejata suplimentar de catre o rasina poliesterica speciala intarita cu fibre de sticla.

Tuburile au conform DIN 16892 /93 o durata de viata de 100 de ani la 20⁰C si max. 15 bar presiune de regim.

C. Caracteristici.

Prin caracteristicile excelente ale materialului din PE-Xa rezulta urmatoarele avantaje tehnice in practica :

extrem de sigur in exploatare deoarece nu exista pericolul de neetanseitati la punctele de sudare sau alte imbinari la talpa sondei ;

siguranta optima la introducerea in gaura forata deoarece tevile PE-Xa sunt rezistente impotriva taieturilor si crestaturilor si nu prezinta nicio propagare a fisurilor ;

talpa sondei protejata de catre rasina speciala extrem de stabila ;

racordarea sondelor cu ajutorul mufelor electrosudabile (cu elctrofuziune) sau a imbinarii cu manson alunecator utilizabila in toate conditiile atmosferice.

D. Dimensiuni, mod de livrare.

Diametrul talpii de sonda depinde de diametrul tevii :

Tub sonda (d) Diametrul talpii de sonda (D)

32mm x 2,9mm 110mm

40mm x 3,7mm 134mm

Mod de livrare o sonda U dubla ( = 2 sonde duble U simple) pe un palet de unica folosinta, infasurat in folie, incl. suruburi de imbinare.

Fig. 2. Introducerea unei sonde PE-Xa.

Fig. 3. Sectiunea sondei PE-Xa.

Fig. 4. Talpa sondei PE-Xa.

E. Montajul talpii de sonda.

Celel doua sonde U simple se combina in cruce inainte de introducerea in gaura forata si se imbina cu stifturi filetate care dispun de un locas hexagonal.

Optional in canelura din jumatatea inferioara a sondei se fixeaza o greutate de asemenea cu stifturi filetate. Stifturile filetate se livreaza impreuna cu greutatile pentru sonde.

5. Accesorii ale sistemului.

A. Greutati de sonda PE-Xa.

Ca ajutor in montarea sondelor cu material de fixare pentru imbinarea stabilita la talpa sondei .

Material : otel

Diametru : 80cm

Greutate : 12,5 kg cca. 330mm

Greutate : 25 kg cca. 650mm.

Setul cuprinde :

greutatea ;

suruburi filetate cucap inecat hexagonal M10.

Greutate PE-Xa.

B. Tub ''pantalon'' (bifurcatie de tub).

Ca imbinarea a tururilor si retururilor unei sonde geotermice la capatul gaurii forate. Economisirea a jumatate din conductele d eracordare.

Costuri mai mic de distributie, precum si loc mai putin pentru distributie. Imbinarea posibila cu mufe sudate sau dupa indepartarea mufelor prin sudarea mufelor cu sudura prin element incalzitor si electrofuziune, este posibila si sudarea cap la cal.

Material : PE 100

Dimensiuni : 32-32-40

40-40-50

Tub ''pantalon'' (bifurcatie de tub).

C. Distantor.

Pentru asigurarea unei anumite distante intre tuburile de sonda in gaura forata cu spatiu liber pentru conducta de umplere . Fixarea se face la fiecare 1,5m - 2m.

Material : PE 100

Marimi pentru teava : 32 x 2,9 si 40 x 3,7.

Distantor.

D. Distribuitor de apa sarata din alama.

Distribuitor si colector din teava de alama cu robinet KFE si ventil de aerisire automat.

Posibilitatea de inchidere a fiecarui circuit de apa sarata (saramura) se asigura prin cate un robinet sferic pe tur si retur.

Console robuste, fonoizolante si zincate.

Material : Alama MS63

Conducta principala : 1 1/2'' si 2''

Racord : G 1 1/2'' sau G 2''

Distribuitor de apa sarata din alama.

E. Conducte de umplere, de distributie si colectoare.

Pentru umplerea respectiv presarea gaurii forate a sondelor si drept cnducta colectoare intre distribuitor si pompa de caldura.

Dimensiuni AD :

- PE-Xa  de 20 - 160mm

Tuburile sunt oferite in varianta SDR 11 (SDR = Standard Dimension Ratio = raportul diametrului exterior (d) la grosimea (S) peretelui tubului.)

Conducte de umplere, de distributie si de racordare

Date tehnice tuburi SDR

F . Regulator de debit.

Regulatorul de debit din alama pentru reglarea circuitelor de apa sarata cu robinet cu bila. Debitmetrul este montat din fabricatie pe distribuitorul din alama.

Material : alama MS63 ;

Conducta principala : 3/4'' ;

Debit : 8 - 30 l/m

Regulator de debit

G. Banda de avertizare.

Banda de avertizare consta din folie de PE cu inscriptie neagra « Atentie conducte cu saramura » pentru marcarea conductelor de saramura (de apa sarata) in sol. Banda de avertizare se pozeaza la 30 cm deasupra conductei de saramura.

Banda de avetizare

6. Montarea sondelor.

Instalatiile de sonda necesita de regula autorizatie conform legislatiei in domeniul apelor.

Trebuie respectata o distanta minima fata de cladire de 2m.

Structura de rezistenta a cladirilor nu trebuyie afectata. In cazul mai multor sonde geotermice distanta la lungimi de sonda mai mici de 50m trebuie sa fie 5m, iar la lungimi de sonda mai mari de 50m trebuie sa fie de minim 6m.

La sondele geotermice care se utilizeaza pentru necesarul de frig dispunerea trebuie efectuata cat se poate de exact pentru a evita influentarea reciproca.

Distanta de pozare fata de alte conducte de aductiune este de 70 cm.

Daca se coboara sub aceasta distanta, conductele trebuie protejate cu izolare suficienta.

Pentru a facilita introducerea sondei se recomanda la gauri forate umede (umplute cu apa) sa se umple sndele cu apa. Cu greutatea pentru sonde sau alternativ cu dispozitivul de introducere se faciliteaza in plus introducerea sondei. La gauri forate uscate, sonda se va umple cu apa cel tarziu inainte de presarea gaurii toate pentru a impiedica o plutire.

Tubul de umplere se impinge impreuna cu sonda in gaura forata. La adancimi mai mari poate fi necesar inca un tub de umplere pentru a asigura o umplere uniforma.

De regula sonda este impinsa printr-undispozitiv de derulare care este fixat la apratul de forare. Sonda poate fi derulata inainte de introducere si poate fi impinsa in gaura forata printro bucla care este fixata la aparatul de forare. Prin derulare se obtine o reducere curburii remanente a tuburilor de sonda.

Nota : Procedeul de introducere tuburi derulate in gaura forata nu este recomandat pentru sondele PE100, deoarece prin taieturi, crapaturi , etc. care pot rezulta la tragerea prin pamant se reduce semnificativ durata de viata a tuburilor.

Dupa ce sonda a fost introdusa se recomanda o verificare a debitului si presiunii.

Nota : Presarea sondelor se va efectua conform VDI 4640 partea 2 astfel incat sa se asigure o coeziune de durata a sondei la roca, stabila fizic si chimic, si in zona presata sa nu se gaseasca nicio incluziune de aer sau cavitati / spatii goale. Numai la aceasta presare a spatiului inelar al gaurii forate, realizata regulamentar conform VDI 4640, poate fi asigurata functionalitatea in special a sondelor adanci.

Dupa umplerea gaurii forate se efectueaza verificari finale :

verificarea functionarii la sonda umpluta cu apa si proba de presiune la cel putin 6 bar;

sarcina preliminara : 30 minute ;

durata de verificare : 60 minute ;

caderea de presiune totala : 0,2 bar ;

In cazul in care exista pericolul de inghet sonda se va goli pana sub 2m de la marginea superioara a terenului. Acest lucru se poate realiza si prin racord de aer comprimat racordat la una din parti si aplicarea unei presiuni reduse. Pe cealalta parte se evacueaza astfel apa.

Cand presiune de aer este inlaturata, coloana de apa oscileaza in sonda. Tuburile de sonda trebuie inchise etans pana la racord.

Pentru umplerea completa a spatiului inelar se vor utiliza in functie de conditiile geologice materiale care trebuie determinate conform regimurilor de functionare respective.

Tuburile sondelor geotermice trebuie directionate la distribuitor in circuite legate in paralel. Distribuitorul trebuie legat la locul cel mai inalt. Se va prevedea un dispozitiv de aerisire la locul potrivit.

Distribuitorul poate fi echipat cu debitmetre pentru reglarea ddebitelor circuitelor.

Inainte de punerea in functiune a intregului sistem se va efectua o proba de presiune la 1,5 ori presiune de regim. S e va verifica umplerea uniforma a tuturor sondelor.

Adancime de pozare intre 1,2 si 1,5m (ferit de inghet)

Tuburi la sonda PE100 se pozeaza in nisip !

Tur

Retur

Sonda PE-Xa

Material de umplere

Gaura forata

Montare sonda

Toate golurile dintre tuburi si sol se vor umple cu un bun material termoconductor (betonit).

A.    Monatrea sondelor geotermice.

Etapa de montare 1 :

colacii legati se controleaza in privinta defectelor inainte de proiectare ;

sonda se deruleaza de pe dispozitivul de derulare ;

la nevoie greutatea de sonda sau dispozitivul de introducere se fixeaza la talpa sondei.

Controlul si pregatirea sondei

Etapa de montare 2 :

umplerea sondei cu apa pentru ca aceasta sa nu pluteasca ;

sonda se introduce imreuna cu tubul de umplere in gaura forata ;

sonda si tubul de umplere se lasa sa cada complet in gaura forata .

Introducerea sondei

Etapa de montare 3 :

verificarea presiunii si a debitului sondei umplute cu apa ;

umplerea completa a spatiului inelar al gaurii forate ;

verificarea finala a functionarii sondei umplute cu apa cu minimum 6 bar .

Presarea gaurii forate

Etapa de montare 4:

imbinarea sondelor cu conducte de racord ;

racordul conducctelor la distribuitor la cel mai inalt punct al instalatiei ;

umplerea instalatiei cu agent termic gata amestecat ;

vehicularea agentului termic din conducte printr-un vas deschis pana ce acestea sunt lipsite de aer ;

proba finala de presiune a intregului sistem 1,5 ori presiunea de regim.

Imbinarea cu conducte de racord

7. Montare distribuitor.

A. Pozitionarea distribuitorului.

Distribuitorul trebuie pozitionat in zona conductelor la locul cel mai inalt. Conducta trebuie pozata cu panta / inclinatie usoara spre distribuitor.

B. Amplasamentul distribuitorului.

La conductele de saramura (apa sarata) se formeaza usor condens, de aceea acestea trebuie izolate in cladiri. Deoarece un distribuitor poate fi izolat numai cu cost ridicat se recomanda sa-l instalati inafara cladirii.

C . Racordarea distribuitorului.

Racordarea distribuitorului se realizeaza prin fitinguri cu filet exterior G 1 1/2'' respectiv G 2'' .

Din cauza pericolului de formare a bulelor de vapori exista pentru distribuitor limitari de utilizare. Debitul pentru conducta principala 2'' este limitat la 8000 l/h la utilizarea de saramura cu 34% cantitate antigel. In cazul unei cantitati de antigel mai mici sau a unei functionari exclusiv cu apa poate fi obtinut un debit mai mare. Daca este necesar un debit mai mare de 8000 l/h pot fi unite in centru 2 tuburi de distributie cu un teu. Astfel poate fi obtinut un debit volumetric de 16000 l/h.

Distribuitor de apa sarata din alama.

Nota : Distribuitorii din alama trebuie sa functioneze numai cu apa sau amestec apa/glicol. Daca se foloseste un mediu / agent ce favorizeaza coroziunea trebuie sa se utilizeze distribuitori din material plastic. Pentru instalatiile, la care locul pentru distribuitorul standard nu este suficient, se vor utiliza de asemenea distribuitori din material plastic.

8. Agentul termic.

A. Generalitati.

Pentru instalatiile de pompe de caldura la apa se adauga un anumit procent de glicol, impiedicandu-se astfel inghetarea agentului termic. La instalatiile care nu sunt exploatate in zone de inghet nu trebuie utilizat glicol atunci cand tuburile sunt pozate fara pericol de inghet.

Inainte de umplerea instalatiei trebuie sa fie cunoscuta valoarea temperaturii la care trebuie sa fie reglat agentul termic. Ala instalatiile de pompe de caldura temperatura se regaseste de regula intre 10 ⁰C si 20 ⁰C. Agentul contra inghetului este livrat in forma concentrata si poate fi combinat cu apa conform tabelului de mai jos.

Atentie : apa daugata trebuie conform DIN 200 sa nu contina mai mult de 100 mg/kg clor.

Glicolii contin inhibitori de coroziune pentru a proteja piesele de otel ale instalatiei. Pentru ca in glicol sa existe sficienti inhibitori ai coroziunii antigelului tip etilenglicol nu trebuie sa fie sub 20%.

Insa procentul de glicol trebuie mentinut pe cat posibil scazut - pentru a economisi puterea pompei.

Raporturile de amestecare

Atentie : Inainte de umplerea instalatiei glicolul trebuie amestecat cu apa intr-un recipient. In cazul umplerii separate a instalatiei nu se obtine o amestecare buna si se pot produce deterioarari din cauza inghetului.

Atentie : pentru glicolii pe baza de etilena trebuie utilizat aparat de masura adecvat.

Cu o pompa autoaspiranta obisnuita din comert trebuie indepartat aerul din fiecare circuit.

B.    Umplerea sondelor geotermice.

Sondele geotermice sunt de obicei umplute cu apa inainte de a fi montate. De aceea la

umplerea amestecului cu apa si glicol se va avea in vedere ca inainte de umplerea cu saramura apa sa fie complet evacuata. In cazul in care acest lucru nu este posibil atunci saramura va avea in mod corespunzator o concentratie mai mare.

Pentru aceasta volumul care se gaseste in circuitul sondelor va fi calculat conform tabelului de mai jos .

Indicatii :

Amestecul de apa si glicol va fi anual verificat in privinta protectiei suficiente contra inghetului si a valorii pH. Valoarea pH trebuie sa se gaseasca in domeniul neutru.

Volum interior al tubului.

C.    Umplerea gropii de fundatie respectiv a santului conductei.

In masura in care datorita radiatiei solare directe, temperatura conductei este semnificativ mai mare decat temperatura gropii de fundatie, conducta va fi usor acoperita inainte de umplerea definitiva a gropii fundatiei pentru a obtine o pozare cu tensiuni reduse.

La o exceptie de la DIN EN 1610 pentru zona conductelor si umperea restului de sant in cazul tuburilor PE-Xa poate fi folosit un nou material excavat, daca:

materialul excavat poate fi bine excavat;

marimea maxima a granulelor nu depaseste 63 mm;

pe tub nu vor ajunge pietre, care ar putea sa produca strivirea tubului.

In zona de pozare a tuburilor pot fi astfel folosite criblura, moloz reciclat, zgura sparta.

In zona drumurilor restul umplerii gropii de fundatie va fi umplut conform ZTV A SIB 97 "Conditii contractuale suplimentare si directive pentru sapaturi in zona suprafetelor de circulatie".

Distanta de pozare cu pozitia benzii avertizoare.

Compensarea de potential.

Tuburile nu pot fi utilizate ca si conducte de legatura la pamant pentru instalatiile elctrice conform DIN VDI 0100.

D.    Intrari in cladire.

Izolarea.

Deoarece agentul termic este mai rece decat temperatura din spatiul de amplasare al pompei de caldura, tuburile care se gasesc aici trebuie izolate impotriva formarii de condens conform DIN 4140.

Bratarile de tevi trebuie sa fie dotate cu suporturi tubulare ca si suporturi izolante. Astfel se impiedica formarea puntii termice intre bratara de prindere a tevii si izolatie.

Suport tubular

Intrarea in casa.

Si introducerea in casa se va executa conform DIN 4140. Conform acesteia tubul care trece prin perete trebuie sa fie izolat impotriva condensului.

Trecera prin zid este constituita dintr-un inel de etansare in perete, care poate fi utilizat impotriva actiunii apei. Izolarea tuburilor se face imediat langa peretele exterior (vezi figura de mai jos). Tubul care este condus prin conducta de protectie / gaura forata centrala este izolat etans la vapori cu material izolant.

Pentru aceasta tubul manson este pozat prin coloana de protectie / gaura forata centrala. Inelul de etansare in zid se va strange conform momentului de strangere. Apoi materialul izolant va fi impins din interior peste tub in directia inelului de etansare in zid. Capatul materialului izolant din partea inelului de etansare inzid va fi uns cu adeziv pentru a realiza o priza.

Intrare in casa

9. APROBARI NECESARE.

Legislatia privind subsolul.

Conform Alin. 3, nr.2 litera b, Legea privind subsolul, geotermia este considerata o bogatie a

subsolului ce poate fi liber exploatata.

Legislatia privind apele.

A.    Generalitati.

La planificarea, construirea si exploatarea instalatiilor de producere a energiei pentru utilizarea

termica a subsolului vor fi respectate reglementarile legale privind apele si obiectivele planului de dezvoltare regionala. Se aplica reglementarile Legii privind regimul hidrologic impreuna cu legile apelor ale landurilor si prevederilor administrative care reies.

B.    Proceduri conform legii apelor, executarea.

Lucrarile care patrund in sol nu necesita de regula nicio aprobare sau acord din punct de

vedere al legislatiei apelor. Daca insa se presupune ca prin aceasta se va descoperi sau influenta panza de apa freatica atunci lucrarile voi fi cel putin anuntate autoritatii apelor conform &35 WHG impreuna cu reglementarile legale ale landurilor .

C.    Instalatiile de pompe de caldura cu sonde geotermice.

Efectuarea unei simple forari nu necesita de regula o aprobare din punct de vedere al

legislatiei apelor. Totusi avizarea unui foraj poate fi necesara; conform &35 WHG impreuna cu legislatia landului acest lucru este necesar in cazul in care se preconizeaza o influentare a panzei de apa freatica.

D.    Norme, directive, prescriptii asociate.

Norme germane

DIN 4021

Deschiderea subsolului prin sapaturi si forari precum si prelevareaq de probe.

DIN 4022

Subsol si panza de apa freatica - denumirea si descrierea solului si stancilor.

Partea 1 : Specificatia straturilor pentru forari in sol si stanca fara obtinerea continua de probe granulate.

Partea 2 : Specificatia straturilor pentru forari in stanca (roca consolidata).

Partea 3 : Specificatia straturilor pentru forari cu obtinerea continua de probe granulare (roca slab consolidata).

DIN 4023

Subsol si panza de apa freatica - reprezentare grafica a rezultatelor.

DIN 4030

Evaluarea apelor, solului si gazelor care ataca betonul.

Partea 1 : baza si valori limita.

Partea 2 : prelevarea si analiza probelor de apa si sol.

DIN 4049

Hidrologie.

Partea 1: Notiuni de baza.

Partea 2: Notiuni despre caracteristicile apelor.

Norme europene.

DIN EN 255

Sisteme de aer conditionat, de racire a lichidelor si pompe de caldura cu compresoare - incalzire cu actionare electrica.

Partea 1: Nume, definitii si denumiri.

Partea 2: Verificari si cerinte privindmarcarea aparatelor pentru incalzirea incaperilor.

Partea 3: Cerinte pentru aparatele de incalzire a incaperilor si pentru incalzirea apei menajere.

DIN EN 378

Instalatii de racire si pompe de caldura - cerinte de siguranta tehnica si relevante pentru protejarea mediului.

Partea 1: Cerinte de baza.

Partea 2: Definitii generale.

Partea 3: Clasificarea instalatiilor de racire, agentilor de racire si zonelor de amplasare.

Partea 4: Selectionarea agentilor de racire.

Partea 5: Construirea, producerea si materiile prime.

DIN EN 1861.

Instalatii d eracire si pompe de caldura - Diagrame de flux ale sistemului si diagrame de flux ale conductelor si instrumentelor - forma si simboluri.

RICHTLINIEN.

VDI 4640 utilizarea termica a solului.

Intocmit,