Projekt APVV-14-0174

Evidenčné číslo projektu: APVV-14-0174

Názov projektu: Nové metódy prieskumu pre tepelné čerpadlá typu voda-voda

Akronym projektu: HEATPUMP

Anotácia

Obnoviteľné zdroje energie sú vysoko aktuálnou témou vo svete a aj u nás. Zhruba od začiatku 21 storočia sa začala vyvíjať technológia tepelných čerpadiel. V našich klimatických podmienkach sa dostal do popredia systém voda - voda, kedy je využívaná na prenos tepla priamo prúdiaca podzemná voda. Problémom pri dimenzovaní celého systému sú parametre prostredia, najmä jeho teplotná vodivosť a teplotná kapacita. Projekt spojí poznatky šírenia sa tepla v zvodnenom prostredí s používanou metodikou modelovania spolu s posúdením dát pomocou citlivostnej analýzy a optimalizáciou čerpaného množstva a polohy vrtov a vytvorí nový metodický postup, aký nebol pre danú problematiku ešte aplikovaný. Konečným výsledkom projektu bude vypracovanie databázy s výsledkami monitoringu, vytvorenie nového modelovacieho programu, návrh metodického postupu, ktorý bude vypracovaný tak, aby bol použiteľný v praxi pre tepelné čerpadlá typu voda-voda, ktoré budú inštalované vo vysoko zvodnenom prostredí (alúviá riek a podobne) a návrh legislatívy na stanovenie ochranných pásiem okolo vrtov pre tepelné čerpadlá. Nový metodický postup spolu s novým programom bude taktiež vyskúšaný v praxi v spolupráci s odberateľom projektu.

Ciele projektu

Navrhovaný projekt je zameraný na spôsob vykonávania monitoringu potrebného na zistenie hydrogeologických a fyzikálno-chemických parametrov prostredia. Monitoring je nevyhnutný na zistenie parametrov prostredia. Je dôležité vyzdvihnúť fakt, že tieto parametre sa nedajú odmerať priamo, ale treba ich stanoviť nepriamo pomocou dát z monitoringu, pomocou analytických výpočtov alebo numerickým modelovaním. Monitoring by sa vykonával v Bratislave, kde v poslednej dobe vzniká množstvo nových inštalácií tepelných čerpadiel typu voda-voda, pretože sú tu pre to priaznivé geologické a hydrogeologické podmienky. Aluviálne sedimenty Dunaja sú tvorené vysokopriepustnými štrkopieskami s priemernou hrúbkou 10 metrov a s voľnou hladinou podzemnej vody. Vzhľadom na uvedené skutočnosti je reálne nájsť dostatočný počet lokalít na vykonávanie monitoringu, ktorý je nevyhnutnou súčasťou celého projektu. Vďaka dátam bude možné vytvoriť spomínanú metodiku a ukázať jej použitie na vzorovom príklade. Hlavné ciele projektu sú nasledovné:

  1. Návrh spôsobu a realizácia monitorovania teploty na zistenie toku tepla v čase a priestore.
  2. Návrh alternatívneho spôsobu vykonávania TRT testu vo zvodnenom prostredí s realizáciou na vybranej lokalite.
  3. Návrh analytického a numerického riešenia šírenia sa tepla na základe analýzy jestvujúcich analytických riešení a dostupných modelovacích programov, zostavenie nového modelovacieho programu.
  4. Použitie inverzného modelovania na zistenie fyzikálnych parametrov prostredia pomocou dát z monitoringu.
  5. Overenie reálnosti získaných parametrov pomocou citlivostnej analýzy.
  6. Návrh systému tepelného čerpadla pomocou optimalizácie vybraných parametrov použitím optimalizačných programov.
  7. Vytvorenie novej metodiky na vykonávanie hydrogeologického prieskumu, monitoringu, vyhodnocovania výsledkov monitoringu a návrh postupu pri optimalizácii umiestnenia čerpacích a vsakovacích studní a čerpaného množstva vody, ktorá by bola celosvetovo použiteľná pre podobné hydrogeologické podmienky.
  8. Návrh metodiky stanovenia ochranných pásiem tepelných čerpadiel spolu s praktickou aplikáciou na vybranej lokalite.
  9. Návrh metodiky (legislatívneho rámca) na zabezpečenie optimálneho využívania tepelnej energie.
  10. Návrh monitoringu chemického zloženia podzemných vôd zvodneného prostredia.
  11. Analýza chemického zloženia podzemných vôd, výpočet chemických rovnováh vo vzťahu voda-hornina, výpočet saturačných indexov a indexov nerovnovážnosti pomocou hydrogeochemického modelovania, zhodnotenie agresívnych vlastností podzemnej vody.
  12. Vyhodnotenie zmien chemického zloženia podzemnej vody a jej vlastností pri zmene teploty vody v odbernom systéme a v horninovom prostredí.

Výstupy projektu

EADC Vedecké práce v zahraničných karentovaných časopisoch

Marschalko, M., Krcmar, D., Yilmaz, I., Flakova, R., Zenisova, Z., 2018: Heat contamination in groundwater sourced from heat pump for heating in Bratislava (Slovakia)'s historic centre. Environmental Earth Sciences.
https://doi.org/10.1007/s12665-018-7284-y


ADF Vedecké práce v ostatných domácich časopisoch

Krčmář, D., Rusnáková, D., Tóthová, E., Fľaková, R., Ženišová, Z., 2017: Analýza teploty podzemnej vody v Bratislave. Podzemná voda, roč. 23, č. 2, s. 113-123.
http://sah-podzemnavoda.sk/cms/e107_plugins/content/content.php?content.672

Krčmář, D., Kovács, T., Hodasová, K., Fľaková, R., Ženišová, Z., 2017: Modelovanie teplotného ovplyvnenia podzemnej vody prevádzkou technológie tepelných čerpadiel pomocou programu TOUGH2. Podzemná voda, roč. 23, č. 2, s. 124-136.
http://sah-podzemnavoda.sk/cms/e107_plugins/content/content.php?content.673

Krčmář, D., Fľaková, R., Ženišová, Z., Brestenský, J., 2016: Stanovenie základných tepelných parametrov horninového prostredia pomocou parametrov transformácie harmonickej okrajovej podmienky. Podzemná voda, roč. 22, č. 1, s. 63-72.
http://sah-podzemnavoda.sk/cms/e107_plugins/content/content.php?content.650

Seman, M., Fľaková R., Vrbická E., Gavuliaková B., Klarisová, K., 2015: Kvalita povrchovej vody akvatického ekosystému Gidra. Podzemná voda, roč. 21, č. 2, s. 101-118.
http://sah-podzemnavoda.sk/cms/e107_plugins/content/content.php?content.642


AFD Publikované príspevky na domácich vedeckých konferenciách

Rusnáková, D., Buša, J., Krčmář, D., 2017: Energetický potenciál Bratislavy na využívanie tepelných čerpadiel. In: Študentská vedecká konferencia PriF UK 2017, Bratislava, 26. 4. 2017, s. 1317-1322.
https://fns.uniba.sk/fileadmin/prif/svk/zborniky/zbornik2017.pdf


AFG Abstrakty príspevkov zo zahraničných vedeckých konferencií

Krcmar, D., Benz, S., Bayer, P., Blum, P., Stanková, H., 2017: Long-term trends and spatial variability of shallow groundwater temperatures beneath Bratislava. In: European Geosciences Union General Assembly 2017 Vienna 23 - 28. 4. 2017.

Krcmar, D., Benz, S., Bayer, P., Blum, P., Flakova, R., Zenisova. Z., 2017: Development of the subsurface heat island beneath Bratislava city. In: 44th Annual Congress of the International Association of Hydrogeologists (IAH). Dubrovnik, Croatia, 25. - 29. 9. 2017, Code of abstract: T1.1.9, p. 9.

Krčmář, D., Fľaková, R., Ženišová, Z., 2017: Analýza antropogénneho ovplyvnenie teploty podzemnej vody pod Bratislavou. In: XV. hydrogeologický kongres: Podzemní voda a společnost, Brno, 4. - 7. 9. 2017, s. 151-153.


Prednášky na konferenciách a seminároch

Krcmar, D., Benz, S., Bayer, P., Blum, P., Stanková, H.: Long-term trends and spatial variability of shallow groundwater temperatures beneath Bratislava. In: European Geosciences Union General Assembly 2017 Vienna | Austria | 23. - 28. 4. 2017.

Krcmar, D., Benz, S., Bayer, P., Blum, P., Flakova, R., Zenisova, Z.: Development of the subsurface heat island beneath Bratislava city. In: 44th Annual Congress of the International Association of Hydrogeologists (IAH). Dubrovnik, Croatia, 25. - 29. 9. 2017.

Krčmář, D., Fľaková, R., Ženišová, Z.: Analýza antropogénneho ovplyvnenie teploty podzemnej vody pod Bratislavou. In: XV. hydrogeologický kongres: Podzemní voda a společnost, Brno, 4. - 7. 9. 2017.

Krčmář, D.: Analýza tepelného znečistenia podzemnej vody v Bratislave. In: 6. ročník odborného seminára "Problémy ochrany podzemných vôd", Bratislava, 5. 12. 2017.

Krčmář, D.: Analýza teploty podzemnej vody v Bratislave. In: odborný seminár "Prínos 40­ročnej činnosti Katedry hydrogeológie PriF UK k rozvoju hydrogeológie", Bratislava, 14. 12. 2017.

Krčmář, D.: Stanovenie základných tepelných parametrov horninového prostredia pomocou parametrov transformácie harmonickej okrajovej podmienky. In: 18. slovenská hydrogeologická konferencia, Demänovská dolina, 18. - 21. 10. 2016.