Lämmönsiirtoaineet pohjavedessä : Case: Patamäki

Abstract

Tässä opinnäytetyössä on selvitetty maalämpöjärjestelmiin soveltuvia lämmönsiirtoaineseoksia sekä mahdollisuuksien mukaan tutkittu niiden vaikutuksia Kokkolan Patamäen pohjavesialueen vedenotolle. Työhön saatiin idea Kokkolan Santahaan urheilualueelle syksyllä 2011 rakennetusta lämmitettävästä tekonurmesta, joka sijaitsee Patamäen vedenottamon lähisuojavyöhykkeellä ja mihin oli ongelmana löytää käyttökelpoinen lämmönsiirtoaineseos. Opinnäytetyön teoriaosa sisältää tietoa pohjavedestä, lämmönsiirtoaineista, maalämmöstä sekä maalämpöä koskevasta lainsäädännöstä. Työn soveltava osio sisältää tietoa mm. Kokkolan Patamäen pohjavesialueesta ja työssä käytetyistä tutkimusmenetelmistä. Pääasiallisena tutkimusmenetelmänä työssä on käytetty pistemäisen lähteen mallia. Sen avulla on laskettu kemiallisten aineiden maksimipitoisuuksia Patamäen vedenottamolla, kun tietyssä määritellyssä tutkimuspisteessä tapahtuu lämmönsiirtoainevuoto ja vuotanut neste kulkeutuu pohjaveden mukana Patamäen vedenottamolle. Pistemäisen lähteen malli huomioi kemiallisten aineiden pitoisuudet, vuotomäärät sekä puoliintumis- ja kulkeutumisajat. Opinnäytetyön aikana selvisi, että valmiiden lämmönsiirtoaineseosten ominaisuuksia ei ole testattu. Tämä on puute, sillä lämmönsiirtoaineseokset käyttäytyvät maaperässä ja pohjavedessä hyvin todennäköisesti eri tavalla kuin puhtaat kemialliset aineet. Pistemäisen lähteen mallin tulokset osoittavat, että etyleeniglykolia ei voida käyttää pohjavesialueella. Etanoli ja kaliumformiaatti puolestaan soveltuvat tietyissä tapauksissa käytettäväksi pohjavesialueella.

The objective of this thesis was to discuss different heat transfer fluid mixtures used in geothermal power systems and to examine their effects on the ground water supply in Kokkola’s Patamäki region. In fall 2011 the construction of heated artificial turf in Santahaka sports area gave the idea for this thesis. The sports area is located in the primary protection zone of Patamäki water supply station and the problem was to find usable fluid mixtures for the turf’s heating system. The theory part of this thesis includes information regarding ground water, heat transfer fluids, geothermal power, and legislation related to it. The applied part of this thesis includes information about the Patamäki ground water area and the research methods. Main method of this work was a point source model. It was used to calculate the maximum concentration values for the chemical substances in the Patamäki water supply station after leaking had occurred in the heat transfer liquid at certain specific point, and the leaked liquid had mixed with the ground water flowing to the water supply station. Point source model considers chemical substance concentrations, amount of leakage, half-lives, and travel-time. It was found out that available heat transfer fluid mixtures and their attributes have not been properly tested. This is a deficiency, because it is very likely that these heat transfer fluid mixtures behave differently in soil and ground water than pure chemical substances. The results of the point source model show that ethylene glycol can not be used in the ground water areas. In certain cases, ethanol and potassium formate are suitable for use in ground water areas.