Construction risks of drill wells for heat pumps
OHGS s.r.o., 17. listopadu 1020,
562 01 Ústí nad Orlicí, seda@ohgs.cz, tel. 465 526 075
Předneseno
na XII. národním hydrogeologickém kongresu v Českých Budějovicích
19. - 22. září 2005.
Abstrakt:
Vrty pro tepelná čerpadla systému země x voda i voda jsou vodními díly,
zasahující zpravidla hluboko pod terén. V lokalitách vícekolektorového
zvodnělého systému hrozí při provádění zmíněných vrtů riziko
propojování zvodní a ovlivňování jejich hydraulických nebo hydrochemických
vlastností s potenciálním negativním vlivem na jímací objekty
zahloubených do provrtávaných zvodní. Existují však i rizika spojená s ovlivněním
vlastností základové půdy či rizika negativního ovlivnění na vodu vázaných
ekosystémů.
Klíčová
slova:
tepelné čerpadlo, vrt, riziko
Vrty
pro tepelná čerpadla systém země x voda i voda x voda jsou dle výkladu Výkladové
komice MZe čj. 18996/2002-6020 ze dne 8.10.2002, aktualizovaného v září
2004, vodními díly ve smyslu § 55 zákona
č. 254/2001 Sb. ve znění pozdějších předpisů a vyžadují tedy
povolení ve smyslu § 15 stejného zákona. Nutnou součástí stavebního
povolení v případě objektů typu země x voda je i povolení k nakládání
s vodami ve smyslu § 8,
odstavec 1, písmeno b, bod 5 (jiné nakládání s podzemními vodami) zákona
č. 254/2001 Sb. ve znění pozdějších předpisů – viz zmíněný výklad
MZe ze dne 8.10.2002. Nutnou součástí stavebního povolení v případě
objektů typu voda x voda je povolení k nakládání s vodami ve
smyslu § 8, odstavec 1, písmeno d (čerpání povrchových nebo podzemních
vod a jejich následné vypouštění do těchto vod za účelem získání
tepelné energie) stejného zákona. V obou případech se tedy jedná o
nakládání s vodami a k žádosti o vydání povolení k nakládání
s nimi, jedná-li se o vody podzemní,
je zapotřebí doložit ve
smyslu § 9, odstavec 1 zákona 254/2001 Sb., vyjádření osoby s odbornou
způsobilostí, tedy hydrogeologa, nerozhodne-li ve výjimečných případech
vodoprávní úřad jinak. Kdo může tato díla projektovat specifikuje
stanovisko Výkladové komise MZe čj. 25714/02-6010 ze dne 4.3.2003. Je to vždy
osoba, která získala oprávnění podle zákona č. 360/1992 Sb. ve znění
pozdějších předpisů, tedy osoba s autorizací pro obor vodohospodářské
stavby.
Jestliže
proces správního řízení proběhne uvedeným způsobem, měla by osoba oprávněná,
tedy hydrogeolog, být dostatečnou
zárukou pro nekolizní průběh vrtných prací, neboť svým vyjádřením má
možnost ovlivnit situování vrtů, jejich hloubku, konstrukci, technologii
hloubení a vystrojení a v neposlední řadě rozsah monitoringu v průběhu
vrtných prací, pokud se ukáže být s ohledem na místní geologické a
hydrogeologické podmínky nezbytný. Bohužel ne vždy si hydrogeolog svou roli
v procesu projekční přípravy vrtů pro tepelná čerpadla uvědomuje a
tak se stává, že jeho vyjádření je pouze formální, blíže nezkoumá
rizika která může provedení vrtů znamenat pro místní vodní a na vodu vázaný
ekosystém a nevyužívá ani možnosti, kterou mu dávají právní předpisy,
konkrétně vyhláška č. 369/2004 Sb., tj. nejen provést podrobný
hydrogeologický průzkum v případě, že nemá pro své vyjádření potřebné
podklady, ale i doplňující hydrogeologický průzkum v případech, kdy
si chce pouze ověřit správnost svého vyjádření. Opačným případem je
extrém, kdy hydrogeolog navrhne v krystaliniku na jedné loučce ve vzdálenosti
7 m od sebe 20 průzkumných vrtů o hloubce 100 m, protože nerozumí procesu
správního řízení ve věci budování vrtů
pro tepelná čerpadla. A tak zkoumá.
Jaká rizika spojená s prováděním vrtů pro tepelná čerpadla systému země x voda a voda x voda by měl hydrogeolog ve svém vyjádření k nakládání s podzemními vodami zvažovat se pokusím specifikovat. Předně by si měl uvědomit, že nakládání s podzemní vodou není jenom tuto vodu čerpat, zasakovat, ochlazovat, oteplovat, apod., ale i měnit podmínky jejího přirozeného výskytu. Tedy již pouhé propojení dvou či více vodních útvarů pod sebou vrty systému země x voda s uvážením toho, že vodní útvar je vymezené významné soustředění podzemních vod, charakterizované společnou formou jejich výskytu nebo společnými vlastnostmi a znaky hydrologického režimu, je nepřípustné nakládání s podzemní vodou. Natož stav, kdy v případě vrtů systému voda x voda dochází k trvalému ovlivňování hydraulických nebo hydrochemických parametrů jednoho vodního útvaru útvarem druhým, aniž bychom tento proces řídili, prognózovali či monitorovali. Nezastupitelnou roli při zkoumání vodních útvarů podzemí vody tak sehrává hydrogeolog, který musí na základě povrchové prospekce a lokálních objektů zasahujících pod zemský povrch definovat vodní útvar, případně vodní útvary v jejichž rámci mají být vrty pro tepelné čerpadlo prováděny, a to z hlediska jejich geometrie, rozuměj plošného a hloubkového rozsahu, z hlediska jejich vlastností, tj. stavu hladiny podzemní vody ve vodním útvaru, jejího sklonu, rychlosti proudění a jakosti, dále z hlediska dosavadního nakládání s vodami tohoto, případně těchto vodních útvarů, tj. kdo, kde a kolik vody z konkrétního vodního útvaru odebírá a v neposlední řadě z hlediska prognózního vlivu existence vrtů pro tepelné čerpadlo ať již na stav hladiny podzemní vody, nebo její množství či jakost. Při hloubkách vrtů pro tepelná čerpadla, tj. zpravidla 50 – 100 m je pravděpodobné, že ve vertikálním sledu může být pod sebou několik zvodní. Chceme-li v tomto prostředí navrhovat vrty pro tepelné čerpadlo, musíme vycházet ze základního geologického pravidla: v jednom vrtu hydraulicky nepropojovat jednotlivé vodní útvary, ať se již jedná o vrty systému země x voda nebo voda x voda. Druhé pravidlo pak zní: technologii vrtání a vystrojování vrtů přizpůsobit geologickému prostředí a stavům hladiny podzemní vody v jednotlivých vodních útvarech. Jaká je skutečnost? Trh je přesycen drobnými vrtnými firmami jejichž průměr vrtání je unifikovaný bez ohledu na konkrétní geologické a hydrogeologické poměry lokality, cena je jednotná a i větší firmy jsou pod tlakem trhu a nezbývá jim než minimalizovat průměry vrtů. A v tom může být kámen úrazu. Meziprostor mezi stěnou vrtu a potrubím s médiem je natolik malý a nepravidelný, že spoléhat se na funkčnost cementového nebo jílocementového těsnění v určitých podmínkách prostě nejde. Argumentace, že se provádějí zkoušky tohoto těsnění je nepravdivá, nelze zaměňovat prováděnou takovou zkoušku vloženého potrubí s oběžným médiem s prakticky nikdy neprováděnou zkouškou těsnosti zaplášťového těsnění. Východisko má v ruce hydrogeolog s právním nástrojem v podobě § 9, odstavec 1 zákona č. 254/2001 Sb. Bude to znamenat, že v určitých podmínkách bude navrhovat konstrukci vrtů jednoduchou a vrty budou levné, v určitých podmínkách budou vrty dražší, neboť bude např. nutno významně zvětšit průměr vrtů, vrtné stěny stabilizovat zárubnicemi s funkčním zaplášťovým těsněním a teprve do takto upraveného prostředí instalovat kolektor a budou jistě i lokality, kde nebude ekonomické vrty pro tepelná čerpadla systému země x voda z důvodu vysoké technické náročnosti provádět. V případě vrtů systému voda x voda to platí obdobně, jen hydrogeolog může určit odkud vodu brát a kam ji pouštět, aby přirozený režim podzemních vod byl ovlivňován pouze v mezích, které hydrogeolog ocení jako přijatelné. Obvykle mu však k tomu nestačí archivní údaje a v tomto případě by měl trvat na doplňujícím hydrogeologickém průzkumu, kdy formou hydrodynamické zkoušky je simulován budoucí stav jak odběru vody, tak jejího zasakování a stanoveny jsou přípustné limity hydraulických zásahů.
Vrty pro tepelná čerpadla obou systému však nepředstavují pouze rizika pro vodní útvary či vodní zdroje, do nichž jsou zahloubeny konkrétní jímací objekty. Nebezpečí negativního ovlivnění jiných druhů staveb a zařízení je dáno především možnou změnou vlastností základové půdy v jejich podloží. Příčin může být několik. První příčinou související se změnou vodního režimu je odvodnění základové půdy. K tomu dochází tak, že vrty přeruší mezilehlý izolátor mezi svrchní zvodní a zvodní níže ležící, hladina vody poklesne, svrchní zvodeň vyschne a kapilární voda původně sytící podzákladí se vytratí. Tím dojde k vyschnutí základové půdy, což může vyvolat pokles stavebního objektu a jeho destrukci. Dalším případem tohoto typu je stav, kdy v průběhu vrtných prací v důsledku nestability vrtné stěny, většinou v kombinaci s podzemní vodou, dochází k vytváření kaveren, což v určitých případech opět může vést k sedání stavebních objektů a poruchám jejich statiky. Posledním případem odchylným od předchozích je vlastní funkce vrtů systému země x voda, kdy dochází k promrzání základové půdy a související pohyby mohou ovlivnit statiku objektů. Všechny tyto případy jsou typické pro vrty situované v blízkosti stavebních objektů, což je bohužel jev dosti častý. Podrobná znalost především svrchní části horninového prostředí a jeho vodního režimu jsou proto nezbytným předpokladem pro předcházení poruch staveb a zařízení jak z hlediska situování vrtů, tak z hlediska technologie jejich hloubení a vystrojování. Vše toto spadá do kompetence vyjádření osoby s odbornou způsobilostí ve smyslu zmíněného § 9 zákona č. 254/2001 Sb.
Posledním případem jsou rizika, kterou představují vrty pro tepelná čerpadla pro ekosystémy vázané na vodu. Ty sice obecně představují okrajovou část problémů při provádění uvedených vrtů, v ojedinělých předem neodhalených rizikových případech však mohou být předmětem značných obtíží. Mechanismus jejich ovlivnění je dán především ztrátou nebo významným úbytkem vody vyvěrající na povrch nebo do blízkosti povrchu terénu nebo naopak zamokřením území při nevhodném návrhu zasakovacích prvků systému voda x voda. Preventivní ochranná opatření by v ideové rovině mělo opět řešit vyjádření osoby s odbornou způsobilosti ve smyslu § 9 zákona č. 254/2001 Sb., v technické rovině pak prováděcí technická dokumentace vrtů.