Køling med grund- vand sparer energi

Af Stig Niemi Sørensen Energiforbruget er stadig svagt stigende i Danmark på trods af en energipolitisk målsætning om en reduktion på 15 procent i energiforbruget frem til år 2005. Derfor bliver det nødvendigt at tage utraditionelle metoder i brug. Køling er et af de områder, hvor der på basis af gode erfaringer i udlandet vil være mulighed for at introducere en ny teknologi; en teknologi som samtidigt giver store elbesparelser, reduceret vandforbrug og mindsker brugen af CFC og andre kølemidler.

Ideen tager udgangspunkt i at mange industrivirksomheder og store bygningskomplekser har behov for køling i temperaturområdet 10-20 grader C. Den nødvendige kølevandstemperatur opnås i dag ved brug af traditionelle køleanlæg, som bortleder kølevarmen til udeluften ved hjælp af køletårne eller tørkølere, men et interessant alternativ er at anvende grundvand som et indirekte kølemedium.

Grundvandstemperaturen i Danmark er ca. 8,5-9 grader C og konstant hele året rundt. Det kan give en række kombinerede miljømæssige og økonomiske fordele i relation til køling: - elbesparelse på 50-80 procent i sammenligning med traditionelle køleanlæg.

Elbesparelsespotentialet er betydeligt, idet grundvandskøling kun kræver el til drift af pumper for cirkulation af grundvand. Elbesparelsen giver en økonomisk gevinst og samtidig en miljøgevinst: Udledningen af CO2, SO2 og NOx stammende fra kraftproduktionen reduceres som følge af elbesparelsen. Hvor stor besparelsen kan blive, vil afhænge af lokale kølebehov og hydrogeologiske forhold. Elbesparelsen vil for industrivirksomheder kunne betyde tilbagebetalingstider på 2-4 år.

  • vandbesparelser til køletårne.

Køletårne anvender ledningsvand, som fordamper til udeluften. På grund af opkoncentration af salte i køletårnsvandet spædes med ledningsvand.

Et grundvandsanlæg for køling i temperaturområdet 10-20 grader C kan helt erstatte brugen af køletårne.

  • reduktion i udledningen af CFC-gasser (freon).

Da køling med grundvand i temperaturområdet 10-20 grader C kan erstatte brugen af kølemaskiner reduceres udledningen af de ozonnedbrydende CFC-gasser. Grundvandskøling betyder samtidigt, at vanskelighederne ved overgang til anden køling i forbindelse med udfasningen af CFC-kølemidler kan undgås.

  • installationsomkostninger på niveau med freon-køleanlæg.

Installationsomkostningerne for et grundvandsbaseret køleanlæg vil naturligvis være afhængig af de lokale hydrogeologiske forhold. Det drejer sig om afstanden til de vandførende jordlag, vandførende egenskaber (antallet af boringer), det vandførende lags termiske egenskaber og det til rådighed værende areal. For større anlæg vil der være tale om specifikke installationsomkostninger på 1500-2500 kr/kW køleeffekt.
MILJØKONSEKVENSER?

Grundvandskøling stiller en række spørgsmål om konsekvenserne for miljøet: - temisk påvirkning af nærliggende vandindvindinger.

Brug af grundvand til køleformål vil betyde en temperaturmæssig påvirkning af de vandførende jordlag. Grundvandet vil typisk blive opvarmet 5-10 grader C, inden det tilbageledes i jorden.

Tilbageledningen vil betyde udbredelsen af en fane i det grundvandsførende jordlag med en forhøjet temperatur i forhold til den naturlige temperatur. Udbredelsen af fanen vil i en vis afstand fra pumpebrøndene være styret den naturlige grundvandsstrømning. Fra denne udbredelseszone bortledes varmen, idet jordoverfladen vil virke som en kæmpemæssig, naturlig varmeveksler. Hvor stort et område, der påvirkes, afhænger af kølebehovet og af de hydrogeologiske forhold. Det er naturligvis afgørende for placeringen af et grundvandskøleanlæg, at nærliggende vandindvindinger ikke generes termisk. Viser dette sig at være tilfældet i forbindelse med forundersøgelserne, kan anlægget for eksempel suppleres med udeluftkøling i den kolde årstid, hvorved der yderligere vil være mulighed for at opnå en termisk balancesituation med omgivelserne set som et gennemsnit over året.

  • termisk påvirkning af egne boringer.

Placeres indvindings- og tilbageledningsboringer tæt på hinanden er der fare for overstømning. Det betyder, at en del af det afledte vand når frem til indvindingsboringen og pumpes op igen. I overstrømningstilfældet vil der også ske en termisk kortslutning mellem indvindings- og afledningsboring, hvilket beyder en gradvis stigning i temperaturen af det oppumpede grundvand. Boringerne må naturligvis placeres hensigtsmæssigt i forhold til hinanden, så denne situation ikke opstår.

  • mikrobiologiske forhold.

Ved at tilbagelede let opvarmet grundvand er der mulighed for at at få en vækst af visse naturligt forekommende mikroorganismer i reservoiret.

Mikroorganismer er altid til stede i de grundvandsførende jordlag, men antallet er afhængig af temperaturen og tilførsel af føde. Gøres livsbetingelserne optimale skabes mulighed for vækst.

I relation til grundvandskøling tilføres grundvandet ikke stoffer, som kan tjene som føde for mikroorganismer, idet rør- og brøndsystemerne holdes lufttætte og udføres af materialer, som ikke går i forbindelse med grundvandet. Efter nedpumpningen kan de naturligt forekommende mikroorganismer kun leve af den fødemængde, som i forvejen er tilstede i grundvandszonen. Derfor vil der kun være mulighed for vækst i den opvarmede zone omkring tilbageledningsboringen. På grund af den begrænsede, naturlige fødemængde vil en eventuel vækst blive behersket og lokal i udbredelse. Dette forstærkes af det forhold, at temperaturen aftager nedstrøms for afledningsstedet, hvorefter livsbetingelserne ændrer sig i afhængighed af afstanden fra afledningsboringen.

Mobiliteten af de i denne sammenhæng vigtigste mikroorganismer vurderes ikke at være af betydning for en spredning, da grundvandet har en lav, naturlig strømningshastighed, som ofte er mindre end 100 m/år.

  • placeringsmuligheder.

Det vil ikke være overalt i landet, hvor det er muligt at etablere et grundvandskøleanlæg. Afstandskrav til nuværende og fremtidige vandindvindiger for drikkevand skal kunne opfyldes, de grundvandsførende lag i jorden kan ligge for dybt, indvindingsforholdene og vandkvaliteten kan være for ringe og afstanden mellem egne boringer kan være utilstrækkelig til at undgå termisk kortslutning.
UDENLANDSKE ERFARINGER

Adskillige grundvandsbaserede køleanlæg er allerede i drift i udlandet.

Foregangslande i den vestlige verden er Holland, Sverige, Canada og USA.

Det er dog primært anlæg for kombineret bygningskøling og -opvarmning, som er etableret, men interessen for industrikøling er stærkt stigende p.g.a. de miljømæssige aspekter. I Folkerepublikken Kina har man kølet bomuldsfabrikker med vinterafkølet grundvand siden begyndelsen af 1960 érne.

Potentialet for at anvende grundvandskøling i Danmark er endnu ikke vurderet, men ud fra nogle meget foreløbige undersøgelser på udvalgte virksomheder, bl.a. Nordisk Wavin i Hammel, synes mulighederne at være lovende.