Geothermal foundations in soft clays

Research Project, 2014 – 2017

Som en del av utvecklingen för en hållbar stadsmiljö bör man beakta hela kostnaden för byggnadernas och infrastrukturanläggningarnas hela livslängd. Pålnings- och grundläggningslösningar som leder till lägre underhållskostnader både i form av acceptabla sättningar och energiförbrukning är naturligtvis av stort intresse. Detta projekt syftar till att beakta båda dessa frågor genom att öka förståelsen av hur lös lera och samverkan mellan påle och jord blir under upprepad uppvärmning och avkylning som en följd av geotermisk grundläggning. Energiproduktion från grundläggningar och i synnerhetpålar har fått ett ökat intresse de senaste tio åren. Idén att använda energipålar har funnits sedan slutet av 1970-talet när höga oljepriser har lett till intresse för alternativa energikällor. År 1980 patenterade det Österrikiska verkstadsföretaget Naegelebau ett miljövänligt sätt att värma och kyla byggnader med hjälp av betongelement för att ta ut energi från marken och grundvattnet. Mer nyligen har intresset för bergvärme drivits av allmänhetens medvetenhet om miljöpåverkan samt efterfrågan på "grön" energi och stigande energipriser. Användandet av geotermisk grundläggning ökar minskningen av koldioxidutsläppen med 40-60% under livslängden på en byggnad, beroende på slutanvändning. Initiella beräkningar av de potentiella energibesparingarna i Sverige visar att för en typisk kontorsbyggnad att en geotermisk grundläggning kan står för cirka 75% av uppvärmningsbehovet och 90% av kylbehovet, så det verkar vara ett mycket attraktivt alternativ. Detta innebär att de initiella investeringskostnaderna skulle kunna återbetalas inom 4-8 år, beroende på storleken av byggnaden. Efter omfattande litteraturgenomgång, industriella kontakter och geotermiska expertforum, verkar det som att inga vetenskapliga studier har utförts på geotermiska grundläggningar i jord som liknar de som finns i Sverige. Tillfällig användning av "gratis" markvärme och kyllösningar har dokumenterats vara låga. Termen "fri" betyder att det inte finns någon värmepump som driver systemet, och vätskan i rören cirkulerar fritt på grund av temperaturskillnader mellan jorden och konstruktionen. Denna metod har begränsad användning i Sverige, eftersom markförhållandena här endast tillåter en liten skillnad på värme och kyla. Detta kan vara tillräckligt för vissa slutanvändare, exempelvis underjordiska bilparkeringar, men inte för de flesta slutanvändare som skulle behöva komplettera majoriteten av uppvärmning och kylning med energi från andra källor. Det är av denna anledning som projektet fokuserar sig på användningen av geotermiska grundläggningar med markvärmepumpar. Svenska forskare undersökte användningen av lera för energilagring som ett alternativ för kärnenergi på 1980-talet och början av 1990-talet, så viss förståelse för lerans termiska beteende finns. Deras arbete avsåg främst till uppvärmning av lösa leror till höga temperaturer (40 -80 ° C) och inte uppvärmning och avkylning som är relevanta för geotermiska grundläggningar i Sverige (3-20 ° C), dvs det finns en lucka i vår kunskap. Dessutom har våra testmetoder för att förstå beteende på lös lera ökat betydligt sedan denna tid. Syftet med projektet är att ge en bättre förståelse för markens beteende vid låg uppvärmning och avkylning. Samt att undersöka effekterna på samspelet mellan jord och den geotermiska konstruktionen (påle, grund, etc.) och utifrån dessa besluta om nuvarande konstruktionsmetoder behöver ändras eller kompletteras. Dålig förståelse och felaktig användning av en geotermisk grundläggning kan lätt sluta i kollaps av systemet och leda till att metoden anses dålig. Att säkerställa att det geotermiska arvet kan leva på i generationer är det sista och viktigaste målet med projektet dvs ge de verktyg som behövs för branschen att utforma pålitliga hållbara geotermiska grundläggningar.