Återfyllning – Fyllnadsmaterialet avgör prestandan

Vid återfyllning av energibrunnar är val av material centralt. Viktigast är att det är tätt, men även att det tål frysning och har bra värmeledningsförmåga. Återfyllda hål i Sverige ger ändå nästan alltid lägre energiutbyte jämfört med motsvarande borrhål som fylls med grundvatten.

Geoenergisystem i Sverige skiljer sig från andra länder i Europa på flera sätt som har betydelse vid återfyllning. De geologiska förhållandena i Sverige skiljer sig vanligtvis från större delen av kontinentala Europa. Här har vi i huvudsak hård och tät kristallin berggrund till skillnad från de sedimentära berggrunder, ofta med akviferer i flera skikt, som dominerar på kontinenten. Det hårda berget och möjligheten att ha grundvattenfyllda borrhål gör att vi borrar djupare i Sverige. Vi tar huvudsakligen ut värme ur berget på grund av vårt dominerande behov av uppvärmning, och vi låter temperaturen i borrhålen nå lägre temperaturer än i kontinentala Europa. Ett återfyllt hål i Sverige behöver tåla att utsättas för minusgrader. Det gör att till exempel ren cement inte är lämpligt att fylla ett borrhål med.

– Det krävs att återfyllningsmaterialen består av en blandning av material som är tillräckligt tätt, har bra värmeledningsförmåga och går bra att pumpa ned i borrhålet. Dessutom bör det klara viss frysning, förklarar Signhild Gehlin på Svenskt Geoenergicentrum.

Svenskt Geoenergicentrum har nyligen tillsammans med Olof Andersson från Geostrata tagit fram rådgivande dokument om återfyllning av energibrunnar.

Vänster: principutförande för fullhålstätning i utlandet. Höger: Jämfört med en typisk nordisk energibrunn som är fylld med grundvatten.

Vatten i rörelse

Som regel fylls svenska energibrunnar med grundvatten. Trots att stillastående vatten inte är en särskilt bra värmeledare, är energiutbytet nästan alltid bättre jämfört med återfyllda borrhål. Skälet är att vatten i praktiken aldrig står stilla när det uppstår temperaturskillnader – något som alltid är fallet i en energibrunn. Temperaturskillnaderna uppstår mellan borrhålets övre och nedre del, mellan slangar och borrhålsväggen och mellan uppåtgående och nedåtgående slang. Det innebär att vattnet överför värme även genom sin rörelse, så kallad konvektion, inte bara genom ren värmeledning.

– Det betyder att värmeöverföringen i ett grundvattenfyllt borrhål varierar över tid och beror på temperaturskillnaderna i borrhålet, vilket i sin tur beror på flödet i slangarna, värmebärarens temperaturberoende viskositet, eller flödeströghet, och hur djupt borrhålet är. Ett grundvattenfyllt hål är dynamiskt, ett återfyllt är mer statiskt, säger Signhild Gehlin.

– När man har gjort termiska responstester i Sverige visar dock resultaten i stort sett alltid att värmeöverföringen är bättre i grundvattenfyllda borrhål jämfört med återfyllda borrhål. Grundvattenfyllda hål är kostnadseffektiva och ger en bra termisk kontakt mellan slangar och borrhålsvägg. Det är väldigt bra att vi kan göra det i Sverige, förklarar Signhild Gehlin.

Exempel på tätningsplacering i sedimentärt och kristallint berg.

Använd Hamburglistan

Men i vissa fall ställs krav på återfyllnad och då gäller det att välja rätt material. Här är det lämpligt att hålla sig till produkter på den så kallade Hamburglistan, understryker Signhild Gehlin. Det är en lista på fyllnadsmaterial som är testade av den tyska delstaten Hamburg och utgör en oberoende sammanställning av produkter testade enligt samma kriterier.

– Det är klokt att hålla oss till den när vi återfyller energibrunnar i Sverige, tills det finns en standard för test av återfyllningsmaterial som ger jämförbara resultat, säger Signhild Gehlin.

Några slutsatser

I en svensk studie från 2012 av olika fyllnadsmaterial som används utomlands, drogs några viktiga slutsatser:

• Bentonitbaserade material torkar lätt ut, vilket gör att materialet krymper och ger sämre värmeledning.
• Ren cement har bättre värmeledning men krymper när det härdar och kan spricka när det fryser.
• Cementbaserade blandningar med bentonit och ämnen som ökar värmeledningen är lämpliga för återfyllnad i Sverige.
• Även bentonitbaserade blandningar kan vara lämpliga, då de tätar bra, förutsatt att de tål frysning och saltvatten.

Högre tryckklass

Även kollektorerna påverkas av återfyllnad. De måste ha en högre tryckklass än i grundvattenfyllda borrhål eftersom tyngden och därmed trycket från återfyllningen är högre än från grundvatten. Det innebär att slangväggarna blir tjockare. Det medför också lägre energiutbyte vilket innebär att du måste borra djupare för att kompensera även av den anledningen.

– Man måste tänka på detta när man ska återfylla djupa borrhål i Sverige. För att inte kollektorn ska riskera att knycklas ihop kan man behöva fylla borrhålet i etapper. Det är också en komplicerande och fördyrande faktor, konstaterar Signhild Gehlin.

Exempel på förstärkt tätning för energibrunnar med risk för spridning av föroreningar från jordlager till bergets grundvatten.

Text: Lars Wirtén, Illustration: Svenskt Geoenergicentrum & Geostrata