FI13249Y1 - Geoterminen lämpöjärjestely - Google Patents

Description

GEOTERMINEN LÄMMÖNVAIHDIN JA GEOTERMINEN LÄMPÖJÄRJESTELY

KEKSINNÖN ALA Keksinnön kohteena on geoterminen lämpöjärjestely ja tarkemmin suojavaatimuksen 1 johdannon mukainen geoterminen lämpöjärjestely.

— KEKSINNÖN TAUSTA Maaperäiset tai geotermiset lämmönvaihtimet ovat yleisesti tunnettuja lämpöenergian talteenottamiseksi maaperästä. Tämä tehdään hyödyntämällä lämpötilaeroa maaperässä ja maaperän yläpuolella. Maaperän lämpötila yleensä kohoaa, kun mennään syvemmälle maaperään.

Maaperäiset lämmönvaihtimet käsittävät putkijärjestelyn ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi. Putkijärjestely käsittää normaalisti suljetun silmukan putkiston, jossa on laskuputki ja nousuputki, jotka on järjestetty porausreikään tai maareikään tai onteloon maaperässä. Putkijärjestely on lisäksi yhdistetty maassa olevaan lämpöpumppuun lämpöenergian vapauttamiseksi — ensisijaisesta käyttöfluidista. Kun ensisijainen käyttöfluidi virtaa alaspäin porausreikään laskuputkessa, lämpöenergiaa poistetaan maaperästä ensisijaiseen käyttöfluidiin ja ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila nousee. Ensisijaisen käyttöfluidin kierrätys tuo otetun lämpöenergian porausreiästä maan pinnalle nousuputkessa ja sitten ensisijainen käyttöfluidi luovuttaa lämpöenergiaa lämpöpumpussa toissijaiseen käyttöfluidiin.

Eräs tekniikan tasoon liittyvistä haitoista on, että ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila nousee asteittain, kun ensisijainen käyttöfluidi virtaa laskuputkessa porausreiän pohjaa kohti ja vastaavasti ensisijaisen käyttöfluidin N lämpötila laskee, kun ensisijainen käyttöfluidi virtaa kohti maanpintaa S 25 —nousuputkessa. Lisäksi ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila ajautuu kohti <Q keskimääräistä lämpötilaa, kun tapahtuu tahallista lämmönvaihtoa nousuputkessa © virtaavan lämmenneen ensisijaisen käyttöfluidin ja laskuputkessa virtaavan 7 jäähdytetyn ensisijaisen käyttöfluidin välillä. Vastaavasti lämmitetty ensisijainen & käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa laskuputkessa alaspäin virtaavaan 5 30 — ensisijaiseen käyttöfluidiin ja myös porausreikää ympäröivään maahan, jolloin 3 lämmitetyn käyttöfluidin lämpötila laskee yleensä maanpinnan yläpuolelle N sijoitettua lämpöpumppua kohti. Tämä heikentää maaperäisen lämmönvaihtimen S tehokkuutta.

Lisäksi on havaittu, että maareikää ympäröivän maaperän lämpötila, — erityisesti maareiän alapään läheisyydessä, laskee, kun maaperästä otetaan lämpöenergiaa. Maareikää ympäröivän maaperän lämpötilan lasku alentaa edelleen lämmöntalteenottonopeutta ja maaperäisen lämmönvaihtimen tehokkuutta ajan mittaan.

KEKSINNÖN YHTEENVETO Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely tekniikan tason haittojen ratkaisemiseksi tai ainakin lievittämiseksi.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan geotermisellä lämpöjärjestelyllä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisessä suojavaatimuksessa 1.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot on esitetty epäitsenäisissä suojavaatimuksissa.

Keksintö — perustuu — ajatukseen saada aikaan geoterminen lämmönvaihdin, joka käsittää putkijärjestelyn ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi. Putkijärjestely käsittää nousuputken, jossa on alapää ja —laskuputken, jossa on alapää. Nousuputken alapää ja laskuputken alapää voidaan järjestää = fluidiyhteyteen — toistensa kanssa ensisijaisen = käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä nousuputkea ja laskuputkea pitkin. Geoterminen lämmönvaihdin käsittää lisäksi ensimmäisen pumpun, joka on järjestetty putkijärjestelyyn.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti nousuputki voidaan varustaa ensimmäisellä lämpöeristeellä, joka ympäröi nousuputkea ainakin osalla nousuputken pituutta ja ensimmäinen pumppu on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia nousuputken alapäätä kohti. Tämä mahdollistaa ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämisen nousuputken alaosaan tai alapäähän ja N 25 —myös maareiän alaosaan tai alapäähän siten, että lämmönsiirto ensisijaisesta N käyttöfluidista vähenee tai minimoituu.

3 Nousuputki ja laskuputki voidaan järjestää etäisyyden päähän 2 toisistaan maareikään, tai vierekkäin toisiinsa nähden, ja liitettynä toisiinsa I liitosputkiosalla. Vaihtoehtoisesti nousuputki voidaan järjestää laskuputken sisään & 30 — maareiässä. Siten nousuputki ja laskuputki voidaan järjestää koaksiaalisesti siten, 5 että nousuputki on järjestetty laskuputken sisään. Ensimmäinen lämpöeriste s vähentää tai minimoi lämmönsiirtoa nousuputken ja laskuputken välillä sillä S pituudella, jolla ensimmäinen lämpöeriste ulottuu. Nousuputki voidaan järjestää 5 laskuputken sisään siten, että nousuputki ulottuu jatke-etäisyyden ulos —laskuputken alapäästä.

Ensimmäinen pumppu voi olla käännettävä pumppu, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa nousuputkessa alaspäin ja laskuputkessa ylöspäin, tai suunnassa laskuputkessa alaspäin ja nousuputkessa ylöspäin. Geoterminen lämmönvaihdin voi lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on — yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen pumpun toimintasuuntaa.

Vaihtoehtoisesti geoterminen lämmönvaihdin voi käsittää toisen pumpun = järjestettynä pumppaamaan toissijaista käyttöfluidia suunnassa laskuputkessa alaspäin ja nousuputkessa ylöspäin. Geoterminen lämmönvaihdin voi myös lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja toiseen pumppuun ja järjestetty ohjaamaan ensimmäisen pumpun ja toisen pumpun toimintaa ensisijaisen käyttöfluidin kiertosuunnan asettamiseksi.

Nousuputki on tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka ympäröi nousuputken virtauskanavaa. Tyhjiökerros on järjestetty muodostamaan — ensimmäisen lämpöeristeen. Tyhjiöputki aikaansaa tehokkaan lämpöeristeen, joka minimoi lämmönsiirron ensisijaisesta käyttöfluidista.

Vaihtoehtoisesti, tai lisäksi, nousuputki voi käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken ulkopinnalla. Eristemateriaalikerros voidaan järjestää muodostamaan ensimmäisen lämpöeristeen. Eristekerrosta voidaan muuttaa ensimmäisen putken pituussuunnassa = siten, että lämpöeristystehoa tai lämmönjohtavuutta ensimmäisestä putkesta voidaan muuttaa.

Ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua koko nousuputken pituudelle. Tämä vähentää lämmönvaihtoa koko nousuputken pituudella. Vaihtoehtoisesti — ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua nousuputken yläpäästä kohti nousuputken N alapäätä ainakin 50 % nousuputken pituutta pitkin tai vähintään 2/3 nousuputken N pituudesta. Edelleen vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua 3 ennalta määrätyltä etäisyydeltä nousuputken alapäästä ylöspäin nousuputkea 2 pitkin. Ennalta määrätty etäisyys nousuputken alapäästä voi olla vähintään 10 % E 30 —nousuputken pituudesta tai vähintään 20 % nousuputken pituudesta. > Vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi kuitenkin ulottua pitkin 15 nousuputkea nousuputken yläpään ja alapään välissä ja ennalta määrätyltä S etäisyydeltä nousuputken alapäästä kohti nousuputken yläpäätä nousuputkea S pitkin ja ennalta määrätyltä etäisyydeltä nousuputken yläpäästä kohti > 35 —nousuputken alapäätä. Siksi lämmönsiirto ensisijaisesta käyttöfluidista, jota kierrätetään alaspäin nousuputkessa, tapahtuu nousuputken alapäässä tai alaosassa ja siten maareiän alaosassa.

Ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voi olla tasainen suunnassa nousuputkea pitkin. Tämä voidaan saavuttaa tasaisella ensimmäisellä lämpöeristeellä suunnassa nousuputkea pitkin.

Vaihtoehtoisesti, ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voidaan =järjestää pienenemään suuntaan kohti nousuputken alapäätä. Ensimmäisen lämpöeristeen paksuus voi pienentyä suunnassa ja kohti nousuputken alapäätä siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti nousuputken alapäätä. Lämmönjohtavuuden — pieneneminen voidaan saavuttaa myös ensimmäisellä lämpöeristeellä, joka käsittää — vähintään kaksi = erilaista lämpöeristemateriaalia — sovitettuna nousuputkeen siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suuntaan kohti nousuputken alapäätä.

Esillä oleva keksintö liittyy lisäksi geotermiseenlämpöjärjestelyyn, joka — käsittää maaperään sovitetun maareiän, joka ulottuu maanpinnasta alaspäin, ja putkijärjestelyn. Putkijärjestely käsittää nousuputken, jolla on alapää ja joka on sovitettu maareikään, ja laskuputken, jolla alapää järjestettynä maareikään. Nousuputken alapää ja laskuputken alapää voidaan järjestää fluidiyhteyteen toistensa kanssa ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä —nousuputkea ja laskuputkea pitkin. Järjestely käsittää lisäksi ensimmäisen pumpun, joka on liitetty putkisto järjestelyyn ja joka on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia nousuputkessa ja laskuputkessa, sekä lämmönvaihtoliitännän putkijärjestelyn yhteydessä toissijaista lämmönvaihtoa varten ensisijaisen käyttöfluidin kanssa.

Lämmönvaihtoliitäntä voi olla mikä tahansa lämmönlähde, joka pystyy N vapauttamaan termistä energiaa tai lämpöenergiaa ensisijaiseen käyttöfluidiin N ja/tai pystyy vapauttamaan termistä energiaa ensisijaiseen käyttöfluidiin siten, 3 että ensisijaisen käyttöfluidin lämpötilaa voidaan nostaa. Lämmönvaihtoliitäntä on 2 järjestetty tai sovitettu putkijärjestelyyn tai sen yhteyteen maareiän ulkopuolelle. E 30 Tämä tarkoittaa, että lämmönvaihtoliitäntä on järjestetty putkijärjestelyyn > maareiän ulkopuolelle nousuputken ja laskuputken välille. Lämmönvaihtoliitäntä 15 voi käsittää lämpöpumpun, lämmönvaihtimen tai vastaavan laitteen, joka on S järjestetty tuottamaan lämmönvaihtoa putkijärjestelyssä virtaavan ensisijaisen S käyttöfluidin — kanssa. — Lämmönvaihtoliitäntä voi — olla — rakennuksen > 35 lämmönvaihtoliitäntä siten, että geoterminen lämmönvaihdin on järjestetty vastaanottamaan termistä energiaa rakennuksesta tai luovuttamaan energiaa siihen. Vaihtoehtoisesti lämmönvaihtoliitäntä voi olla lämmönlähteen lämmönvaihtoliitäntä. Lämmönlähde voi olla yli- tai hukkalämpöä luovuttava teollinen lämmönlähde, energialaitoksen lämpöliitäntä, kaukolämpöliitäntä tai jokin lämmönlähdeliitäntä, kuten konesalin hukkalämpöliitäntä.

5 Esillä olevan keksinnön mukaisesti nousuputki voidaan varustaa ensimmäisellä lämpöeristeellä, joka ympäröi nousuputkea ainakin osalla nousuputken pituutta ja ensimmäinen pumppu on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia suuntaan kohti maareiän alapäätä nousuputkessa ja kohti maan pintaa laskuputkessa. Sen mukaisesti ensisijainen käyttöfluidi ja ensisijaisen — käyttöfluidin terminen energia voidaan kuljettaa maareiän alapäähän ja -osaan.

Nousuputki voi olla tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka ympäröi | nousuputken — virtauskanavaa. Tyhjiökerros voidaan € järjestää muodostamaan ensimmäinen lämpöeriste. Tyhjiöputki tarjoaa erinomaisen lämpöeristyksen, joka estää tehokkaasti termisen energian karkaamisen — nousuputkessa olevasta ensisijaisesta käyttöfluidista. Vaihtoehtoisesti nousuputki voi käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken ulkopinnalla tai sisäpinnalla. Eristemateriaalikerros — voidaan — järjestää — muodostamaan — ensimmäinen lämpöeriste. Lämpöeristemateriaalikerrosta voidaan muuttaa pitkin nousuputken pituussuuntaa.

Ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua nousuputkea €pitkin maanpinnasta maareiän alapäätä kohti ja vähintään 50 %:iin maareiän syvyydestä tai vähintään 2/3:aan maareiän syvyydestä. Vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua ennalta määrätyltä etäisyydeltä maareiän alapäästä ylöspäin nousuputkea pitkin. Ennalta määrätty etäisyys maareiän alapäästä voi — olla vähintään 10 % maareiän syvyydestä tai vähintään 20 % maareiän syvyydestä.

N Ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voi olla tasainen N suunnassa maareikää pitkin. Tämä voidaan saavuttaa tyhjiöputkella tai tasaisella 3 eristemateriaalikerroksella suunnassa maareikää pitkin. Tämä mahdollistaa 2 tehokkaan lämpöenergian siirron maareiän alaosaan. E 30 Ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voi myös laskea > suunnassa kohti maareiän alapäätä. Tämä voidaan saavuttaa siten, että 15 ensimmäisen lämpöeristeen paksuus pienenee suunnassa kohti maareiän alapäätä S siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suunnassa S kohti maareiän alapäätä. Vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi käsittää > 35 — ainakin kaksi erilaista lämpöeristemateriaalia, jotka on sovitettu nousuputkeen siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti maareiän alapäätä. Tämä voi mahdollistaa pidemmän lämmönsiirtoajan ensisijaiselle käyttöfluidille maareiässä laajemmalla alueella ja säästöjä lämpöeristemateriaalissa.

Ensimmäinen pumppu voi olla käännettävä pumppu, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia nousuputkessa suuntaan kohti maareiän alapäätä ja ylöspäin kohti maanpintaa laskuputkessa, tai kohti maareiän alapäätä laskuputkessa ja ylöspäin kohti maanpintaa nousuputkessa. Geoterminen lämpöjärjestely voi lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen — pumpun toimintasuuntaa. Tämä tarjoaa yksinkertaisen rakenteen, jossa voidaan käyttää yhtä pumppua.

Vaihtoehtoisesti geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää toisen pumpun, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa kohti maareiän alapäätä laskuputkessa ja ylöspäin kohti maanpintaa —nousuputkessa. Geoterminen lämpöjärjestely voi lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja toiseen pumppuun, joka on järjestetty ohjaamaan ensimmäisen pumpun toimintaa ja toisen pumpun toimintaa säätämään ensisijaisen käyttöfluidin kiertosuunnan. Näin ollen ensimmäistä ja toista pumppua voidaan käyttää eri aikaisesti ensisijaisen käyttöfluidin halutun — kiertosuunnan asettamiseksi.

Ohjausyksikkö voidaan kytkeä lämmönvaihtoliitäntään ja sovittaa käyttämään ensimmäistä pumppua tai ensimmäistä ja toista pumppua vasteena lämmönvaihtoliitännän toimintatilaan. Vaihtoehtoisesti geoterminen lämpöjärjestely käsittää ajastimen, joka on kytketty ohjausyksikköön, ja —ohjausyksikkö voidaan järjestää ohjaamaan ensimmäistä pumppua tai N ensimmäistä ja toista pumppua vasteena ajastimesta tulevaan ajastimen N syötteeseen. Edelleen geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää ainakin yhden 3 lämpötila-anturin, joka on liitetty ohjausyksikköön ja ohjausyksikkö voidaan 2 järjestää käyttämään ensimmäistä pumppua tai ensimmäistä ja toista pumppua E 30 — vasteena lämpötila-anturista tulevalle lämpötilasyötteelle. Edelleen > vaihtoehtoisesti ohjausyksikkö voidaan liittää tiedonsiirtoyhteydellä ulkoiseen 15 datapalveluun ja ohjausyksikkö voidaan järjestää ohjaamaan ensimmäistä S pumppua tai ensimmäistä ja toista pumppua vasteena tietosyötteelle ulkoisesta S datapalvelusta. Vastaavasti ensimmäisen tai ensimmäisen ja toisen pumpun ja > 35 — geotermisen lämpöjärjestelyn toimintaa voidaan ohjata vasteena ennalta määrättyihin lämpöolosuhteisiin, ennalta määrättyyn toiminta-aikatauluun tai vasteena tietosyötteeseen ulkoisesta datapalvelusta.

Nousuputki ja laskuputki voidaan sijoittaa vierekkäin maareikään ja liittää toisiinsa liitosputkiosalla. Vaihtoehtoisesti pystysuora nousuputki voidaan järjestää laskuputken sisään maareiässä. Lisäksi maareikä voi muodostaa laskuputken ja nousuputki on järjestetty maareiän sisään. Kun nousuputki järjestetään laskuputken sisään, maareiän poikkipinta-ala hyödynnetään tehokkaasti ja geoterminen lämmönsiirto voidaan hyödyntää tehokkaasti. Tämä on erityisen edullista maarei'issä, joiden syvyys on yhtä suuri tai suurempi kuin 300 m.

Edelleen nousuputki voidaan järjestää laskuputken sisälle maareikään siten, että nousuputki ulottuu jatke-etäisyyden ulos poistoputken alapäästä kohti maareiän alapäätä. Vaihtoehtoisesti poistoputki voi ulottua maanpinnasta maareikään vapaalle etäisyydelle maareiän alapäästä siten, että maareikä voi muodostaa maareiän alapäästä pitkin vapaata etäisyyttä poistoputken alapään.

— Näin ollen maareikä voi muodostaa ainakin osan poistoputkesta ja nousuputki on järjestetty maareiän sisään. Tällä tavalla maareikä muodostaa poistoputken maareiän alapäässä siten, että lämmönsiirto ensisijaisen käyttöfluidin ja maareiän alapäätä ympäröivän maan välillä maksimoidaan, kun ne ovat suorassa kosketuksessa.

Maareiän syvyys voi olla vähintään 300 m, tai vähintään 500 m, tai 300 - 3000 m, tai 300 - 5000 m Esillä olevassa keksinnössä geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely soveltuvat erityisen hyvin käytettäväksi syvien maareikien yhteydessä.

Keksinnön etuna on, että se mahdollistaa lämpöenergian siirtämisen — ensisijaisen käyttöfluidin kanssa maareiän alapäähän tai alaosaan vähentäen N lämmönvaihtoa tai lämpöhäviötä ensisijaisen käyttöfluidin virtauksen aikana N ainakin osittain lämpöeristetyssä nousuputkessa. Siksi lämpöenergiaa voidaan S varata maareikää ympäröivään maahan maareiän alapäässä. Siten esillä oleva 2 keksintö mahdollistaa lämpöenergian varastoinnin maaperään ja maareiän I 30 — alapäähän myöhempää talteenottoa varten.

a 5 KUVALUETTELO s Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla S oheisiin piirustuksiin, joissa 5 Kuva 1 esittää kaaviokuvan tunnetun tekniikan maaperäisestä lämmönvaihtimesta;

Kuva 2 esittää kaaviokuvan tunnetun tekniikan maaperäisestä lämmönvaihtimesta; Kuva 3 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn toisesta suoritusmuodosta; Kuva 4 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn vielä toisesta suoritusmuodosta; Kuva 5 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn vielä toisesta suoritusmuodosta; Kuva 6 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen — maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn vielä toisesta suoritusmuodosta; Kuva 7 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihtimen yhdestä suoritusmuodosta; Kuva 8 esittää kaaviokuvan ja yksityiskohtaisen kuvan esillä olevan keksinnön mukaisesta maaperäisestä lämmönvaihtimesta; ja Kuva 9 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn yhdestä suoritusmuodosta.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS Kuvassa 1 on esitetty perinteinen tunnetun tekniikan geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely. Geoterminen lämpöjärjestely — käsittää maaperään sijoitetun maareiän 2 tai porausreiän, joka ulottuu maanpinnasta 1 alaspäin maaperään. Maareikä 2 muodostetaan poraamalla. Esillä olevan hakemuksen yhteydessä maareiän 2 syvyys voi olla vähintään 200 m, tai vähintään 300 m, tai 300 m - 3000 m, tai 500 - 2500 m. Maareikä voi ulottua syvälle pohjaveden alle maaperässä eli N 25 —pohjavedenläpi. Vaihtoehtoisesti maareikä voi ulottua maaperässä syvyyteen, joka N on pohjaveden yläpuvolella. 3 On huomioitava, että kuvissa samanlaisia rakenneosia ja rakenteita on 2 merkitty samoilla viitenumeroilla eikä niiden kuvausta toisteta jokaisen kuvan I yhteydessä. & 30 Lisäksi tässä hakemuksessa maareikä 2 voi olla mikä tahansa 5 maaperään ulottuva reikä, se voi olla pystysuora reikä, suora pystysuora tai s muuten suora reikä, joka ulottuu maaperään kulmassa maanpintaan nähden tai S pystysuuntaan. Lisäksi maareiässä 2 voi olla yksi tai useampi mutka ja maareiän 5 suunta voi muuttua yhden tai useamman kerran maaperää pitkin matkalla kohti —maareiän alapäätä tai pohjaa. Lisäksi on huomioitava, että nousuputken ja laskuputken muodon voi mukauttaa maareiän muotoon ainakin olennaisesti, jotta nousuputken ja laskuputken asennus maareikään saadaan oikein. Edullisesti maareikä ulottuu edellä mainitusti syvyyteen, mutta sillä voi olla yksi tai useampia taivutuksia pitkin pituutta tai se voi olla suora. Maareiän alapäässä 4 oleva maamateriaali on yleensä kiviainesta.

Maareiän 2 yhteyteen on järjestetty geoterminen lämmönvaihdin. Geoterminen lämmönvaihdin käsittää putkijärjestelyn, jossa kierrätetään ensisijaista käyttöfluidia. Putkijärjestely käsittää tavallisesti suljetun silmukan putkiston, joka on järjestetty aikaansaamaan ensisijaisen käyttöfluidin suljetun — kierron. Ensisijainen käyttöfluidi on yleensä nestettä, kuten vesi- tai metanoli- tai etanolipohjaista käyttöfluidia. Putkijärjestely käsittää nousuputken 10 ja laskuputken 20, jotka on sovitettu maareikään 2 siten, että ne ulottuvat maanpinnasta kohti maareiän 2 pohjaa 4. Nousuputki ja laskuputki on yhdistetty toisiinsa liitosputkiosalla 18 tai mutkalla siten, että ne ovat fluidiyhteydessä — toistensa kanssa nousuputken 10 ja laskuputken 20 alapäissä ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä 2 nousuputken 10 ja laskuputken 20 välillä. Kuten kuvassa 1 on esitetty, nousuputki 10 ja laskuputki 20 muodostavat U:n muotoisen putkirakenteen. Yksi tai useampi U-muotoinen putkirakenne tai yksi tai useampi nousuputki 10 ja laskuputki 20 voi olla järjestettynä samaan tai — eri maareikään 2.

Geoterminen lämmönvaihdin käsittää lisäksi ensimmäisen pumpun 8, joka on sovitettu putkijärjestelyyn 10, 20 ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi putkijärjestelyssä. Ensimmäinen pumppu 8 voi olla mikä tahansa tunnettu pumppu, joka pystyy kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia.

Geoterminen lämmönvaihdin on lisäksi yhdistetty lämpöpumppuun 30, N jossalämmönvaihto tapahtuu ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin N välillä. Lämpöpumpussa 30 ensisijainen käyttöfluidi virtaa ensiöpiirissä 32 ja 3 toissijainen käyttöfluidi toisiopiirissä 34 ja lämmönvaihto tapahtuu ensiöpiirin 32 2 ja toisiopiirin 34 välillä. Lämpöpumppu 30 voi olla mikä tahansa tekniikan tason I 30 — mukainen yleisesti tunnettu lämpöpumppu. > Kuvassa 1 geoterminen lämmönvaihdin ja lämpöpumppu 30 on 15 sijoitettu rakennuksen 50 yhteyteen. Geotermistä lämmönvaihdinta käytetään S rakennuksen ilmanvaihtoilman lämmittämiseen tai viilentämiseen ja siten S ilmanvaihtoilma muodostaa = toissijaisen = käyttöfluidin, joka = syötetään > 35 —lämpöpumppuun 30. Ensisijainen käyttöfluidi pumpataan nousuputkea 10 pitkin kylmänä ensiövirtauksena 12 alaspäin maareiän 2 alapäätä 4 kohti. Maaperän lämpötila nousee syvyyssuunnassa ja kohti maareiän 2 alapäätä 4. Tämän mukaisesti ensisijainen käyttöfluidi ottaa maaperästä lämpöenergiaa H maareiässä 2 ja virtaa ylöspäin kohti maan pintaa 1 laskuputkea 20 pitkin lämmitettynä ensiövirtauksena 22. Lämmitetty ensiövirtaus 22 tulee lämpöpumppuun 30 ja — vapauttaa lämpöenergiaa kylmään toisiovirtaukseen 54 rakennuksesta 50. Siten ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila laskee ja ensisijainen käyttöfluidi poistuu lämpöpumpusta 30 kylmänä ensiövirtauksena 12 uutta kiertoa varten.

Vastaavasti toissijaisen käyttöfluidin lämpötila nousee lämpöpumpussa 30 ja toissijainen käyttöfluidi poistuu lämpöpumpusta lämmitettynä toisiovirtauksena 52. Ensiö- ja toisiovirtausten prosessi ja kierto voidaan vaihtaa lämmitystilasta, kuten edellä on kuvattu, jäähdytystilaan, jossa ensiö- ja toisiovirtaukset sekä lämmönsiirrot käännetään päinvastaiseksi rakennuksen 50 ilmanvaihtoilman jäähdyttämiseksi.

Kuva 2 esittää tunnetun tekniikan suoritusmuotoa.

Geoterminen lämmönvaihdin on järjestetty varaamaan lämpöenergiaa maareikää 2 ympäröivään maaperään, erityisesti maareiän 2 alapäähän 4. Geotermisen lämmönvaihtimen rakenne ja geoterminen lämpöjärjestely vastaavat kuvan 1 suoritusmuotoa.

Vastaavasti kuuma toisiovirtaus 52 on järjestetty vapauttamaan lämpöenergiaa ensisijaiseen käyttöfluidiin lämpöpumpussa 30 siten, että kylmä toisiovirtaus 54 lähtee lämpöpumpusta 30 ja toissijaisen käyttöfluidin lämpötila laskee lämpöpumpussa 30. Ensimmäinen pumppu 8 on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia suunnassa nousuputkea 10 alaspäin lämmitettynä ensiövirtauksena 22 ja ylöspäin laskuputkea 20 kylmänä ensiövirtauksena, kun — ensisijainen — käyttöfluidi — vapauttaa — lämpöenergiaa € lämmitetystä N ensiövirtauksesta maaperään.

N Kuten kuvista näkyy, lämpöpumppu tai lämmönvaihtoliitäntä on 3 järjestetty = putkijärjestelyyn tai putkijärjestelyn yhteyteen maareiän 2 2 ulkopuolella.

Putkijärjestelyssä voi olla suljettu kiertoputkisto ensisijaiselle E 30 — käyttöfluidille ja siten maareiän 2 ulkopuolella on liitäntäputkisto, joka yhdistää > nousuputken 10 ja laskuputken 20 suljetun kiertoputkiston muodostamiseksi. 15 Lämpöpumppu 30 voi olla myös mikä tahansa muu S lämmönvaihtoliitäntä, kuten toissijainen lämmönvaihdin.

Lämpöliitäntä 30 saa S aikaan lämmönvaihdon ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin > 35 — kanssa.

Lisäksi on huomioitava, että putkijärjestelyn yhteydessä voi olla useampi kuin yksi lämmönvaihtoliitäntä.

Eräässä suoritusmuodossa lämmönvaihtoliitäntä 30 voi olla lämmönlähdeliitäntä lämpöenergian vapauttamiseksi ensisijaiseen käyttöfluidiin ja edelleen maahan.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti nousuputki 10 on varustettu ensimmäisellä lämpöeristeellä 25, joka ympäröi nousuputkea 10 ainakin osalla nousuputken 10 pituutta.

Ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu maanpinnasta 1 nousuputkea 10 pitkin alaspäin maareiän 2 alapäätä 4 kohti.

Ensimmäinen lämpöeriste vähentää lämmönsiirtoa ensisijaisen käyttöfluidin lämmitetystä ensiövirrasta 22 nousuputkea 10 pitkin maareiän 2 ympärillä olevaan maaperään —jalaskuputkeen 20 ja kylmään ensiövirtaukseen 12 laskuputkessa 20. On huomioitava, että ensimmäinen lämpöeriste 25 voi myös ulottua maanpinnan yläpuolelta 1, nousuputken 10 yläpäästä 7 tai lämpöpumpusta 30 kohti maareiän 2 alapäätä 4. Nousuputki 10 voi käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken 10 — ulkopinnalla tai nousuputken 10 sisäpinnalla.

Eristemateriaalikerros on järjestetty muodostamaan ensimmäinen lämpöeriste 25. Eristemateriaalikerros voidaan muodostaa mistä tahansa tunnetusta eristemateriaalista, eikä esillä oleva keksintö rajoitu mihinkään tiettyyn eristemateriaaliin.

Lisäksi on huomioitava, että lämpöpumppu 30 voi olla mikä tahansa — tunnetun tyyppinen lämpöpumppu tai mikä tahansa lämmönvaihtoliitäntä, jossa ensisijainen käyttöfluidi voi vastaanottaa lämpöenergiaa maareiän 2 ulkopuolella ja johon geoterminen lämmönvaihdin tai sen putkijärjestelyt voidaan liittää.

Kuvan 2 suoritusmuodossa nousuputki 10 ja laskuputki 20 on järjestetty etäälle toisistaan ja yhdistetty toisiinsa liitosputkiosalla 18 tai mutkalla —nousuputken 10 ja laskuputken 20 alapäissä.

Toisin sanoen nousuputki 10 ja N laskuputki 20 muodostavat U:n muotoisen putkirakenteen.

On kuitenkin N huomattava, että esillä oleva keksintö ei rajoitu mihinkään tiettyyn nousuputken 3 10 ja laskuputken 20 putkirakenteeseen tai mihin tahansa määrään nousuputkia 2 10 ja laskuputkia 20. E 30 Kuvan 2 suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste ulottuu > nousuputkea 10 pitkin etäisyydelle nousuputken 10 alapäästä tai liitosputkiosasta 15 18 tai mutkasta.

S Lämpöeriste 25 yhdessä lämmitetyn ensiövirtauksen 22 kanssa, joka on S varustettu ensimmäisen pumpun 8 kanssa nousuputkessa 10, vähentää tai > 35 — minimoi lämmönsiirtoa lämmitetystä ensiövirrasta 22 nousuputkessa 10 siten, että ensisijainen käyttöfluidi voidaan kuljettaa lämmitetyssä muodossa tai korotetussa lämpötilassa ensimmäisen putken 10 alapäähän ja maareiän 2 alapäähän 4. Näin ollen ensisijainen käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa C korotetussa lämpötilassa maaperään, joka ympäröi maareikää 2 alapäässä ja lataa siten lämpöenergiaa maaperään myöhempää käyttöä varten.

Ensimmäinen pumppu 8 voi olla käännettävä pumppu, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa nousuputkessa 10 alaspäin ja laskuputkessa 20 ylöspäin tai vaihtoehtoisesti laskuputkessa 20 alaspäin ja nousuputkessa 10 ylöspäin. Ensimmäinen on lataustila, jossa lämpöenergiaa varataan maaperään, ja toinen on käänteinen tila, eli ottotila, jossa — ladattu lämpöenergia poistetaan maaperästä. Geoterminen lämmönvaihdin tai geoterminen lämpöjärjestely voi lisäksi käsittää ohjausyksikön 60, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun 8 pumppuliitännällä 61 ja joka on järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen pumpun 8 toimintasuuntaa lataustilan ja ottotilan välillä.

Ohjausyksikkö 60 voidaan myös liittää lämmönvaihtoliitäntään 30 tietoliitännällä 62 ja sovittaa käyttämään ensimmäistä pumppua 8 vasteena lämmönvaihtoliitännän 30 toimintaolosuhteisiin, esimerkiksi ensiö- ja/tai toisiofluidin lämpötiloihin lämmönvaihtoliitännässä 30.

Kuvassa 3 on toinen suoritusmuoto, jossa nousuputki 11 on järjestetty laskuputken 21 sisään. Muuten kuvan 3 suoritusmuoto vastaa kuvan 2 suoritusmuotoa. Tässä suoritusmuodossa nousuputki 11 ja laskuputki 21 on sijoitettu sisäkkäin toistensa sisään tai ne voidaan järjestää koaksiaalisesti toistensa sisään siten, että nousuputki 11 on poistoputken 21 sisällä. Lämmitetty ensiövirtaus 22 virtaa alaspäin nousuputkessa 11, jossa on ensimmäinen —lämpöeriste 25, ja virtaa ulos nousuputkesta 11 nousuputken 11 avoimesta N alapäästä 17 nousuputkea 11 ympäröivään laskuputkeen 21. Ensisijainen N käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa € maaperään laskuputken 21 alapäässä 13 3 tai maareiän 2 alapäässä 4 ja virtaa sitten kylmänä ensiövirtauksena 12 ylöspäin 2 laskuputkea 21 pitkin. Ensimmäinen eriste 25 vähentää tai minimoi lämmönsiirtoa E 30 —nousuputken 11 ja laskuputken 21 sekä lämmitetyn virtauksen 22 ja kylmän > virtauksen 12 välillä. 15 Kuten kuvassa 3 näkyy, lämpöeriste 25 ulottuu etäisyydelle S nousuputken 17 alapäästä 17. S Kuvan 3 suoritusmuodossa laskuputki 21 on putki, jossa on suljettu > 35 — alapää 13 ja joka ulottuu maareiän 2 sisällä maareiän alapään 4 läheisyyteen. Näin ollen nousuputki 11 on kokonaan laskuputken 21 sisällä maareiässä 2, eikä ensisijainen käyttöfluidi ole suorassa kosketuksessa maaperän kanssa.

Kuvassa 4 on esitetty suoritusmuoto, joka vastaa kuvan 3 suoritusmuotoa. Tässä suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu maanpinnasta 1 nousuputken 11 alapäähän 17. Näin ollen ensimmäinen lämpöeriste 25 voi ulottua pitkin koko nousuputken 11 pituutta, ainakin maareiän 2 tai laskuputken 21 sisällä. Ensimmäinen lämpöeriste 25 voi myös ulottua koko nousuputken 11 pituudella.

Tässä suoritusmuodossa nousuputki 11 voi olla tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka ympäröi nousuputken 11 virtauskanavaa. Siten — tyhjiökerros on järjestetty muodostamaan ensimmäinen lämpöeriste 25. Se voidaan myös varustaa millä tahansa muulla eristävällä materiaalilla.

Tässä — suoritusmuodossa — ensimmäinen — lämpöeriste — ulottuu nousuputkea 11 pitkin nousuputken 11 alapäähän 17.

Kuvan 4 geoterminen lämmönvaihdin käsittää toisen pumpun 9, joka — on sovitettu pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia laskuputkea 21 alaspäin ja nousuputkea 11 ylöspäin, kun geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely ovat lämmönottotilassa. Vastaavasti ensimmäinen pumppu 8 on järjestetty toimimaan lämmönlataustilassa ja toinen pumppu 9 lämmönottotilassa.

Ohjausyksikkö 60 voidaan liittää ensimmäiseen pumppuun 8 ja toiseen pumppuun 9 ja sovittaa ohjaamaan ensimmäisen 8 ja toisen 9 pumpun toimintaa ensisijaisen käyttöfluidin kiertosuunnan asettamiseksi lämmön lataus- tai ottotilaan, valinnaisesti.

Kuvassa 4 ei ole erillistä poistoputkea 21, mutta maareikä 9 on järjestetty muodostamaan poistoputki 21.

Kuva 5 esittää muunnelman kuvan 4 suoritusmuodosta. Tässä N suoritusmuodossa nousuputki 11 on järjestetty laskuputken 21 sisään maareikään N 2. Laskuputki 21 ulottuu maanpinnasta 1 maareikään 2 tunkeutumisetäisyydelle N 3 ja vapaalle etäisyydelle P maareiän 2 alapäästä 4 siten, että maareikä 2 muodostaa 2 laskuputken vapaalla etäisyydellä P maareiän 2 alapäästä.

E 30 Lisäksi nousuputki 11 ulottuu jatke-etäisyyden M ulos laskuputken 21 > alapäästä 13 kohti maareiän 2 alapäätä 4. Siten nousuputki 11 ulottuu vapaalle 15 etäisyydelle P.

S Ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu nousuputken 11 alapäähän 17. S Ensimmäinen lämpöeriste 25 voisi kuitenkin ulottua vain laskuputken 21 > 35 — alapäähän 13 tai sitten laskuputken 21 alapään 13 ja nousuputken 11 alapään 17 väliin.

Kuvassa 6 on esitetty suoritusmuoto, jossa myös laskuputki 21 on varustettu myös toisella lämpöeristeellä 15, joka ympäröi laskuputkea 21 ainakin osalla laskuputken 21 pituutta.

Toinen lämpöeriste 15 voi olla samankaltainen.

Näin ollen kaikki, mitä on kuvattu koskien ensimmäistä lämpöeristettä 25, koskee myös toista lämpöeristettä 15. Toinen lämpöeriste 15 voidaan järjestää laskuputken sisäpinnalle tai ulkopinnalle. 21. Toinen lämpöeriste 15 voi ulottua laskuputkea 21 pitkin laskuputken 21 alapäähän 13 tai etäisyydelle alapäästä 13. Siten ensisijainen käyttöfluidi voi vapauttaa lämpöenergiaa maaperään vain maareiän 2 alapäässä 4 tai sen läheisyydessä, ja lämmönvaihto kylmän ensiövirran 12 ja maaperän ja lämmitetyn ensiövirran 22 välillä vähenee.

Tämä saattaa estää kylmää ensiövirtausta 12 lämpenemästä yläosan laskuputkessa 21, jos maaperä on korkeammassa lämpötilassa kuin kylmä ensiövirtaus maareiän 2 yläosassa.

Kuvien 2 - 6 suoritusmuodossa ensimmäisen lämpöeristeen 25 lämmönjohtavuus on ollut tasainen nousuputkea 10, 11 pitkin olevassa suunnassa.

Kuvassa 7 on esitetty suoritusmuoto, jossa ensimmäisen lämpöeristeen 25 lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti nousuputken 11 alapäätä 17. Tässä suoritusmuodossa ensimmäisen lämpöeristeen 25 paksuus on sovitettu pienenemään suuntaan kohti nousuputken 11 alapäätä 17 siten, että ensimmäisen lämpöeristeen 25 lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti nousuputken 11 — alapäätä 17. Tämä mahdollistaa sen, että lämmitetty ensiövirtaus 22 voi vähitellen lisätä lämmönsiirtoa kylmään ensiövirtaukseen 12 ja maahan, kun se virtaa kohti nousuputken 11 alapäätä 17 ja maareiän 2 alapäätä 4. Kuvassa 8 on kaaviomaisesti esitetty ensimmäisen lämpöeristeen 25 mahdolliset mitat.

Nousuputkessa 11 on yläpää 7 ja alapää 17. Laskuputkessa 21 — on yläpää 27 ja alapää 13. Maareikä 2 ulottuu maanpinnasta 1 maareiän 2 N alapäähän 4. N Eräässä suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 voi ulottua 3 nousuputken 11 yläpäästä 7 kohti nousuputken 11 alapäätä 17 ainakin 50 % 2 nousuputken 11 pituudesta L tai ainakin 2/ 3 nousuputken 11 pituudesta L, kuten I 30 — on merkitty kirjaimella J kuvassa 8. > Eräässä toisessa suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 voi 15 ulottua ennalta määrätyltä etäisyydeltä O nousuputken 11 alapäästä 17 ylöspäin S nousuputkea 11 pitkin.

Ennalta määrätty etäisyys O nousuputken 11 alapäästä 17 S voi olla vähintään 10 % nousuputken 11 pituudesta L tai vähintään 20 % > 35 —nousuputken 11 pituudesta L.

Vielä eräässä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu nousuputkea 11 pitkin maanpinnasta 1 kohti maareiän 2 alapäätä 4 tai laskuputken 21 alapäätä 13 ja vähintään 50 %:iin maareiän 2 syvyyteen D tai vähintään 2/3 maareiän 2 syvyydestä D, kuten kuvassa 8 on merkitty J:llä.

Edelleen vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste 25 voi ulottua ennalta määrätyltä etäisyydeltä E maareiän 2 alapäästä 4 tai laskuputken 21 alapäästä 13 ylöspäin nousuputkea 11 pitkin. Ennalta määrätty etäisyys E maareiän 2 alapäästä 4 tai laskuputken 21 alapäästä 13 voi olla vähintään 10 % maareiän 2 syvyydestä D tai vähintään 20 % maareiän 2 syvyydestä D, tai —laskuputken pituudesta 21.

Kuva 9 esittää kaavamaisesti ohjausyksikön 60 toimintaa geotermisen lämpöjärjestelyn käyttämiseksi. Geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää yhden tai useamman lämpötila-anturin 71 lämpötilan mittaamiseksi esimerkiksi rakennuksen 50 sisällä, rakennusta 50 ympäröivässä ilmakehässä, rakennuksen 50 —ilmanvaihtojärjestelmässä tai missä tahansa muussa ulkoisessa paikassa. Ainakin yksi lämpötila-anturi 71 voidaan liittää ohjausyksikköön 60 ja ohjausyksikkö 60 voidaan järjestää ohjaamaan ensimmäistä pumppua 8 tai ensimmäistä ja toista pumppua 8, 9 vasteena lämpötilan syötteeseen ainakin yhden anturin 71 lämpötilasta.

Vaihtoehtoisesti tai lisäksi geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää yhden tai useamman anturin 75, 77, jotka on järjestetty nousuputkeen 11 ja/tai laskuputkeen 21. Nämä anturit voivat olla lämpötila-antureita, virtausantureita tai joitain muita antureita, jotka mittaavat lämmitettyä ensiövirtausta 22 ja kylmää ensiövirtausta 12. Yksi tai useampi anturi 75, 77 voidaan liittää ohjausyksikköön 60 ja ohjausyksikkö 60 voidaan järjestää käyttämään ensimmäistä pumppua 8 tai N ensimmäistä ja toista pumppua 8, 9, vasteena mittausvasteelle yhdeltä tai N useammalta anturilta 75, 77 nousuputkessa 11 ja/tai laskuputkessa 21. 3 Geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää myös ajastimen 73 tai 2 ohjausyksikköön 60 kytketyn manuaalisen käyttölaitteen. Ohjausyksikkö 60 voi E 30 olla järjestetty käyttämään ensimmäistä pumppua 8 tai ensimmäistä ja/tai toista > pumppua 3, 9 vasteena ajastimesta 73 saatavalle ajastinvasteelle tai manuaaliselle 15 käyttövastelle manuaalisesta käyttölaitteesta. S Ohjausyksikkö 60 voidaan myös liittää tiedonsiirtoyhteydellä 100 S ulkoiseen datapalveluun 102 siten, että ohjausyksikkö 60 voidaan järjestää > 35 — ohjaamaan ensimmäistä pumppua 8 tai ensimmäistä ja/tai toista pumppua 8, 9 vasteena = ulkoisesta datapalvelusta 102 saatavalle datavasteelle.

Tiedonsiirtoyhteys 100 voi olla mikä tahansa tunnettu langaton tai langallinen tiedonsiirtoyhteys, esimerkiksi Internet-yhteys, lähiverkko, matkaviestinverkko tai vastaava. Ulkoinen palvelu 102 tai ulkoinen tietokanta voi olla mikä tahansa sopiva palvelu tai tietokanta, josta ohjausyksikkö voi saada käyttötiedot, jotka —ohjaavatensimmäisen pumpun 8 tai ensimmäisen ja toisen pumpun 8,9 toimintaa. Geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely mahdollistavat — tehokkaan — menetelmän — hyödyntämisen — lämpöenergian lataamiseksi maahan ja varatun lämpöenergian edelleen hyödyntämisen myöhempään tarkoitukseen.

Vastaavasti — menetelmä — käsittää — ensisijaisen = käyttöfluidin kierrättämisen — geotermisessä — lämmönvaihtimessa ja lämmönvaihdon aikaansaamisen geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välillä siten, että ensisijainen käyttöfluidi saa lämpöenergiaa toissijaisesta käyttöfluidista ja ensisijaisen käyttöfluidin — lämpötila nousee. Geoterminen lämpöjärjestely toimii siten lataustilassa, jossa ensisijainen käyttöfluidi saa lämpöenergiaa sekundäärisestä käyttöfluidista geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välisessä lämmönvaihdossa. Ensisijaista käyttöfluidia kierrätetään edelleen lataustilassa alaspäin nousuputkessa 10, 11 ja ylöspäin laskuputkessa 20, 21 lämpöenergian, eli ensisijaisen käyttöfluidin tai kuumennetun ensiövirtauksen 22 kuljettamiseksi kohotetussa lämpötilassa, maareiän 4 alapäähän 4 ja lämpöenergian vapauttamiseksi ensisijaisesta käyttöfluidista maaperään maareiän 2 alapäässä. Siksi lämpöenergiaa varataan maaperään maareiän 2 alapäässä 4.

Menetelmä voi käsittää geotermisen lämpöjärjestelyn käyttämisen N ottotilassa, jossa ensisijainen = käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa N sekundaariseen käyttöfluidiin geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän 3 ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välisessä lämmönvaihdossa. 2 Ottotilassa ensisijaista käyttöfluidia voidaan kierrättää alaspäin suuntaan E 30 —laskuputkessa 20, 21 ja ylöspäin suuntaan nousuputkessa 10, 11 lämpöenergian > kuljettamiseksi, eli ensisijaista käyttöfluidia tai lämmennyttä ensiövirtausta 15 korotetussa lämpötilassa, maareiästä 2 ja lämpöenergian vapauttamiseksi S ensisijaisesta käyttöfluidista sekundaariseen käyttöfluidiin geotermisessä S lämmönvaihtimessa = kiertävän = ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen > 35 — käyttöfluidin välisessä lämmönvaihdossa.

Lämmönvaihdon järjestäminen geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välillä voi käsittää minkä tahansa lämmönlähteen tai lisälämmönlähteen käyttämisen lämpöenergian aikaansaamiseksi toissijaiselle käyttöfluidille. Lisälämmönlähde voi olla sellainen, että se ei liity menetelmään ja järjestelyyn ottotilan aikana, jossa lämpöenergiaa — otetaan talteen maareiästä 2. Menetelmä voi siten käsittää rakennuksen 50 ilmanvaihtojärjestelmän hukkalämmön hyödyntämisen, teollisuuslaitoksen, voimalaitoksen tai tehtaan lämpöenergian tai datapalvelinlaitoksen tai kaupunkilämpölähteen ylimääräisen lämpöenergian toissijaisen käyttöfluidin lämmittämiseen. Vaihtoehtoisesti menetelmä voi käsittää lämpöenergian — tuottamisen — käyttämällä — tuulivoimaa, vesivoimaa tai aurinkoenergiaa sekundaarisen käyttöfluidin lämmittämiseen.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä esimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä suojavaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

N N O

N ©

G 00

O

I a a

K 0

O +

N N O

N >

Claims (8)

SUOJAVAATIMUKSET

1. Geoterminen lämpöjärjestely, joka käsittää: - maaperään sovitetun maareiän (2), joka ulottuu maanpinnasta (1) maaperään; - putkijärjestelyn (10, 11, 20, 21), joka käsittää nousuputken (10, 11), jolla on alapää (17) ja joka on sovitettu maareikään (2), ja laskuputken (20, 21), jolla on alapää (13, 4) järjestettynä maareikään (2), nousuputken (10, 11) alapää (17) ja laskuputken (20, 21) alapää on järjestetty fluidiyhteyteen toistensa kanssa ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä (2) nousuputkea (10, 11) ja —laskuputkea (20,21) pitkin, ja nousuputki (10, 11) on järjestetty laskuputken (20, 21) sisään maareiässä (2); - nousuputki (10, 11) on varustettu ensimmäisellä lämpöeristeellä (25), joka ympäröi nousuputkea (10, 11) ainakin osalla nousuputken (10, 11) pituutta; -ensimmäisen pumpun (8), joka on yhdistetty putkijärjestelyyn (10, 11, 20,21) ja järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia nousuputkessa (10, 11) ja laskuputkessa (20, 21); ja - lämmönvaihtoliitännän (30) putkijärjestelyn (10, 11, 20, 21) yhteydessä toissijaista lämmönvaihtoa varten ensisijaisen käyttöfluidin kanssa, tunnettu siitä, että - maareiän (2) syvyys on vähintään 300 m; ja - ensimmäinen pumppu (8) on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia maareiän (2) alapäätä (4) kohti nousuputkessa (10, 11) ja maanpintaa (1) kohti laskuputkessa (20, 21) termisen energian siirtämiseksi maareiän (2) alapäähän (4) ja termisen energian vapauttamiseksi ensisijaisesta «N 25 — käyttöfluidista maaperään maareiän (2) alapäässä.

S b 2. Suojavaatimuksen 1 mukainen geoterminen lämpöjärjestely, <Q tunnettusiiti, että: S - nousuputki (10, 11) on tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka E 30 — ympäröi nousuputken (10, 11) virtauskanavaa, tyhjiökerros on järjestetty N muodostamaan ensimmäisen lämpöeristeen (25); tai SE - nousuputki (10, 11) käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken S (10, 11) ulkopinnalla, eristemateriaalikerros on järjestetty muodostamaan S ensimmäisen lämpöeristeen (25); tai > 35 - nousuputki (10, 11) käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken (10, 11) sisäpinnalla, eristemateriaalikerros on järjestetty muodostamaan ensimmäisen lämpöeristeen (25).

3. Suojavaatimuksen 1 tai 2 mukainen geoterminen lämpöjärjestely, tunnettu siitä, että: - ensimmäinen lämpöeriste (25) ulottuu nousuputkea (10, 11) pitkin maanpinnasta (1) maareiän (2) alapäätä (4) kohti ja vähintään 50 % maareiän (2) syvyydestä (D) tai vähintään 2/3 maareiän (2) syvyydestä (D); tai - ensimmäinen lämpöeriste (25) ulottuu ennalta määrätyltä etäisyydeltä (E) maareiän (2) alapäästä (4) ylöspäin nousuputkea (10, 11) pitkin, — ennalta määrätty etäisyys (E) maareiän (2) alapäästä (4) on vähintään 10 % maareiän syvyydestä (D) tai vähintään 20 % maareiän (2) syvyydestä (D); tai - ensimmäinen lämpöeriste (25) ulottuu pitkin nousuputkea (10, 11) maanpinnan (1) ja maareiän (2) alapään (4) välissä ja ennalta määrätyltä etäisyydeltä (E) maareiän (2) alapäästä (4) pitkin nousuputkea (10, 11) kohti — maanpintaa (1) nousuputkea (10, 11) pitkin ja ennalta määrätyltä etäisyydeltä maanpinnasta (1) kohti maareiän (2) alapäätä (4).

4. Jonkin — suojavaatimuksen 1-3 mukainen = geoterminen lämpöjärjestely, tunnettu siitä, että: - ensimmäisen lämpöeristeen (25) lämmönjohtavuus on tasainen suunnassa maareikää (2) pitkin; tai - ensimmäisen lämpöeristeen (25) lämmönjohtavuus laskee suunnassa kohti maareiän (2) alapäätä (4); tai - ensimmäisen lämpöeristeen (25) paksuus vähenee suunnassa kohti —maareiän (2) alapäätä (4) siten, että ensimmäisen lämpöeristeen (25) N lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti maareiän (2) alapäätä (4); tai N - ensimmäinen lämpöeriste (25) käsittää vähintään kaksi erilaista 3 lämpöeristemateriaalia sovitettuna nousuputkeen (10, 11) siten, että ensimmäisen 2 lämpöeristeen (25) lämmönjohtavuus pienenee suuntaan kohti maareiän (2) E 30 — alapäätä (4). 15 5. Jonkin — suojavaatimuksen 1-4 mukainen = geoterminen S lämpöjärjestely, tunnettu siitä, että: S - ensimmäinen pumppu (8) on käännettävä pumppu, joka on järjestetty > 35 — pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa kohti maareiän (2) alapäätä (4) nousuputkessa (10, 11) ja ylöspäin kohti maanpintaa (1) laskuputkessa (20, 21),

tai kohti maareiän (2) alapäätä (4) laskuputkessa (20, 21) ja ylöspäin kohti maanpintaa (1) nousuputkessa (10, 11), ja että geoterminen lämpöjärjestely käsittää ohjausyksikön (60), joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun (8) ja järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen pumpun (8) toimintasuuntaa; tai - geoterminen lämpöjärjestely käsittää toisen pumpun (9), joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suuntaan kohti maareiän (2) alapäätä (4) laskuputkessa (20, 21) ja ylöspäin kohti maanpintaa (1) nousuputkessa (10, 11), ja että geoterminen lämpöjärjestely käsittää — ohjausyksikön (60), joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun (8) ja toiseen pumppuun (9) ja järjestetty ohjaamaan ensimmäisen pumpun (8) ja toisen pumpun (9) toimintaa ensisijaisen käyttöfluidin toimintasuunnan asettamiseksi.

6. Suojavaatimuksen 5 mukainen geoterminen lämpöjärjestely, tunnettusiitä, että: - ohjausyksikkö (60) on kytketty lämmönvaihtoliitäntään (30) ja järjestetty käyttämään ensimmäistä pumppua (8) tai ensimmäistä ja toista pumppua (8,9) vasteena lämmönvaihtoliitännän (30) toimintatilaan; tai - geoterminen lämpöjärjestely käsittää ajastimen (73), joka on kytketty — ohjausyksikköön (60) ja ohjausyksikkö (60) on järjestetty ohjaamaan ensimmäistä pumppua (8) tai ensimmäistä ja toista pumppua (8, 9) vasteena ajastimesta (73) tulevaan ajastimen syötteeseen, tai - geoterminen lämpöjärjestely käsittää ainakin yhden lämpötilaanturin (71, 75, 77), joka on liitetty ohjausyksikköön (60) ja ohjausyksikkö (60) on — järjestetty käyttämään ensimmäistä pumppua (8) tai ensimmäistä ja toista | pumppua (8, 9) vasteena lämpötila-anturista (71, 75, 77) tulevalle ! lämpötilasyötteelle; tai 3 - ohjausyksikkö (60) on liitetty tiedonsiirtoyhteydellä (100) ulkoiseen 2 datapalveluun (102) ja ohjausyksikkö (60) on järjestetty ohjaamaan ensimmäistä E 30 — pumppua (8) tai ensimmäistä ja toista pumppua (8, 9) vasteena tietosyötteelle > ulkoisesta datapalvelusta (102). 3 I

7. Jonkin — suojavaatimuksen 1-6 mukainen = geoterminen S lämpöjärjestely, tunnettu siitä, että: > 35 - nousuputki (10, 11) on järjestetty laskuputken (20, 21) sisään maareiässä (2), ja että nousuputki (10, 11) ulottuu jatke-etäisyyden (M) ulos laskuputken (20, 21) alapäästä (13) kohti maareiän (2) alapäätä (4); tai - maareikä (2) muodostaa ainakin osan laskuputkesta (20, 21) ja nousuputki on järjestetty maareiän (2, 20, 21) sisälle; tai - laskuputki (20, 21) ulottuu maanpinnasta (1) maareikään (2) vapaalle — etäisyydelle (P) maareiän (2) alapäästä (4) siten, että maareikä (2) muodostaa laskuputken vapaata etäisyyttä (P) pitkin maareiän (2) alapäästä; tai - maareikä (2) muodostaa laskuputken (20, 21) ja nousuputki on järjestetty maareiän (2, 20, 21) sisälle.

8. Jonkin — suojavaatimuksen 1-7 mukainen = geoterminen lämpöjärjestely, tun nettu siitä, että maareiän (2) syvyys on vähintään 500 m, tai 300 - 3000 m.

N

N

O

N ©

G 00

O

I &T

K 0

O +

N

N

O

N >