Odwierty geotermalne pod pionowe kolektory (Geothermal Drilling for Vertical Heat Pump Collectors)

W jaki sposób w firmie PGW PAWLAK wykonuje się odwierty geotermalne pod pionowe kolektory do pompy ciepła?

Jeżeli chodzi o wykonywanie pionowych kolektorów do pomp ciepła. Wykonujemy je techniką wiertniczą. Wyrobisko, które powstaje to pionowy otwór o średnicy około 140 mm. W zależności od lokalizacji, w jakiej znajduje się wymiennik, czy jest to Wyżyna Krakowsko-Częstochowska, czy może Góry Świętokrzyskie, czy też Niż Polski stosujemy różne techniki wiertnicze dla wykonywania otworu. Jedne z nich wykonywane są technologią młotka dolnego, inne metodą z użyciem świdrów gryzowych czy świdrów trójpiórowych, z użyciem płynu wiertniczego (tak zwanej płuczki). W niektórych przypadkach wymagane jest zabezpieczenie dodatkowo otworu, (poza samym płynem wiertniczym) rurami osłonowymi, ze względu na warunki gruntowe. Maszyny, których używamy pozwalają na zabezpieczanie takiego otworu rurami osłonowymi w średnicach 219 mm lub 178 mm. Technologia, którą używamy, nasze doświadczenie i wiedza oraz posiadane zaplecze sprzętowe pozwala na osiąganie głębokości nawet 200-metrowej bez większego problemu.

Po wykonaniu otworu i usunięciu z niego przewodu wiertniczego, należy przystąpić do montażu sondy wymiennika. Zazwyczaj jest to rurka z polietylenu. Rurka o średnicy- każdej z rurek 40 mm. Sam montaż niesie wiele zagrożeń. Głównym z nich jest oczywiście zagniecenie kolektora ograniczające przepływ lub też rozszczelnienie jego w trakcie zapuszczania. Oczywiście kolektor przed opuszczeniem należy sprawdzić ciśnieniowo, co też czynimy wypełniając go czynnikiem czyli glikolem lub wodą, i sprawdzamy ciśnieniowo jego szczelność. Następnie kolektor opuszczany jest do otworu z wykorzystaniem obciążnika lub też przewodu żerdziowego, którym jest obciążany dla osiągnięcia końcowej głębokości.

Opuszczenie kolektora nie kończy wykonanie poprawne wymiennika, żeby to nastąpiło należy otwór wypełnić termocementem. Po co to robimy? Są co najmniej trzy powody, dla których należy wykonać cementację otworu:

Po pierwsze, jest to element pozwalający na lepszy kontakt samego kolektora z gruntem. W niektórych przypadkach, szczególnie na południu Polski, mogłoby się okazać, że nasz kolektor wisi w powietrzu, a powietrze, jak wiemy jest izolatorem, więc nie uzyskalibyśmy odpowiedniego efektu cieplnego.
Drugim czynnikiem, dla którego należy cementować otwory wymienników pomp ciepła jest ochrona mechaniczna samego wymiennika. Ze względu na fakt, że przy dużych głębokościach parcie gruntu wywiera olbrzymie siły na nasz kolektor, cement, który zwiąże w otworze zabezpiecza nasz kolektor przed uszkodzeniem kolektora przez parcie gruntu. Gdyby ktoś wpadł na pomysł opróżnienia go na przykład z płynu mogłoby się okazać, że już ten kolektor nie będzie w stanie funkcjonować, gdyż zostanie zagnieciony przez siły występujące w górotworze. Natomiast cement z dużym prawdopodobieństwem uchroni nas przed tego typu zdarzeniem.
Trzecim i w sumie jednym z takich no bardzo ważnych powodów, dla którego cementujemy otwory, jest to czynnik środowiskowy. Polega na tym, że w gruncie bardzo często występuje kilka poziomów wodonośnych, aby chronić się przed zanieczyszczeniami powierzchniowymi, często wytwarzanymi przez człowieka, typu jakieś awarie, rozlanie oleju, paliwa, aby uniknąć przenikania tych zanieczyszczeń do niższych poziomów wodonośnych- cementujemy utwory, które wykonujemy dla potrzeb kolektorów pomp ciepła. Będąc w zgodzie z prawem wykonując roboty geologiczne nie powinniśmy łączyć poziomów wodonośnych tj. doprowadzać do mieszania wód z różnych poziomów wodonośnych. Cementacja w 100% zapobiega tym zjawiskom.

Potrzeba też świadomości w jaki sposób ta cementacja powinna zostać wykonana. Spotkałem się z firmami, które wprowadzą kawałek wężyka do otworu na głębokość 2 lub 3 metrów, wleją trochę cementu czy tam mleczka cementowego i sprzedają to klientowi jako otwór poddany cementacji. Prawidłowo wykonana cementacja jest wykonywana od dołu otworu. Dlatego przy każdej z sond montujemy dodatkową rurę iniekcyjną, którą podajemy zaczyn cementowy dla prawidłowego wykonania cementacji.

Po czym poznać, że możemy zakończyć proces cementacji otworu? Jeżeli przez rurkę, która ma wylot na samym dnie otworu zaczynamy podawać zaczyn cementowy i zaobserwujemy, że ten zaczyn pojawia się na górze otworu. Oznacza to, że nasz otwór został w pełni wypełniony cementem i możemy zakończyć proces cementacji.