FI13306Y1

FI13306Y1 - Geothermal heat arrangement

Info

Publication number: FI13306Y1
Application number: FIU20224122U
Authority: FI
Inventors: Jouni Helppolainen
Original assignee: Ecopal Oy
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2022-12-22

Abstract

1. Ett jordvärmearrangemang (1), som omfattar en värmepump (2), en jordkrets (3) och en jordvärmeväxlare (4), som är en del av jordkretsen, vilken jordkrets har en jordkretslösning, kännetecknat av att arrangemanget omfattar en värmeväxlare (5), som är kopplad till värmepumpens (2) värmeuppsamlingssida (2A) och jordkretsen (3), och åtminstone en avloppsvattenvärmeväxlare (6), som är kopplad till jordkretsen efter jordvärmeväxlaren (4) i jordkretslösningens circulationsriktning i värmeväxlaren (5), och vilken jordkretslösning är vatten. Därtill skyddskraven 2-6.1. A ground heating arrangement (1), comprising a heat pump (2), a ground circuit (3) and a ground heat exchanger (4), which is part of the ground circuit, which ground circuit has a ground circuit solution, characterized in that the arrangement includes a heat exchanger (5 ), which is connected to the heat collection side (2A) of the heat pump (2) and the earth circuit (3), and at least one waste water heat exchanger (6), which is connected to the earth circuit after the earth heat exchanger (4) in the circulation direction of the earth circuit solution in the heat exchanger (5), and which earth circuit solution is water. In addition, the protection requirements 2-6.

Description

Maalämpöjärjestely Tekniikan ala Keksinnön kohteena on maalämpöjärjestely. Maalämpöjärjestely käsittää lämpö- pumpun ja maapiirin. Maapiirissä on maalämmönsiirrin, jolla kerätään lämpöä maasta. Tekniikan taso On tunnettua käyttää maassa olevaa lämpöä kiinteistön lämmitykseen. Maalämpö sopii sekä omakotitaloihin että suurempiin kohteisiin kuten rivitalot, kerrostalot, erilaiset laitokset, varastot, liikekiinteistöt ja teollisuusrakennukset. Maassa oleva lämpö kerä- tään maassa tai vesistössä (kuten järvi, lampi tai meri) olevalla maalämmönsiirtimellä, joka on tavallisesti putkea, jossa kiertää ns. maapiiriliuos. Maalämmönsiirrin on osa ns. maapiiriä, jossa maapiiriliuos virtaa. Maapiiri on yhdistetty lämpöpumppuun, tarkemmin sanottuna lämpöpumpun hoyrystinpuolelle.Geothermal arrangement Field of technology The object of the invention is a geothermal arrangement. The geothermal system includes a heat pump and a ground circuit. There is a ground heat exchanger in the ground circuit, which collects heat from the ground. State of the art It is known to use the heat in the ground to heat a property. Geothermal heat is suitable for both detached houses and larger properties such as townhouses, apartment buildings, various facilities, warehouses, commercial properties and industrial buildings. The heat in the ground is collected by a ground heat exchanger in the ground or in a body of water (such as a lake, pond or sea), which is usually a pipe in which the so-called geographic solution. The ground heat exchanger is a part of the so-called earth circuit where the earth circuit solution flows. The ground circuit is connected to the heat pump, more precisely to the heat pump's heat pump side.

Lämpöpumpussa kiertää kylmäainetta, jota käytetään lämmön vastaanottamiseen ja luovuttamiseen. Höyrystinpuolella, tarkemmin sanottuna höyrystimessä, kylmäaine kaasuuntuu ottaen vastaan maapiiriliuoksessa olevaa lämpöä. Höyrystimessä jäähty- nyt maapiirilluos ohjataan takaisin maapiiriin ja maalämmönsiirtimeen. Höyrystinpuoli on siis maalämpöpumpun lämmönkeruupuoli.Refrigerant circulates in the heat pump, which is used to receive and release heat. On the evaporator side, more precisely in the evaporator, the refrigerant is gasified by receiving the heat in the ground solution. The ground water cooled in the evaporator is directed back to the ground water and the ground heat exchanger. The evaporator side is therefore the heat collection side of the geothermal heat pump.

Lämpöpumpun kylmäaine johdetaan kompressorille, jossa sen paine nousee ja sa- malla kaasumainen kylmäaine kuumenee kuumaksi. Kuuma kylmaaine johdetaan N lauhdutinpuolelle, tarkemmin sanottuna lauhduttimelle, jossa kuuma kylmäaine luovut- N taa lämpöä lämmityspiiriin. Lämmityspiirin lämpöä käytetään esimerkiksi lämpimän N käyttöveden lämmittämiseen ja kiinteistön lämmitykseen. Kylmäaine viilenee lauhdut-The refrigerant of the heat pump is led to the compressor, where its pressure increases and at the same time the gaseous refrigerant heats up. The hot refrigerant is led to the N condenser side, more precisely to the condenser, where the hot refrigerant N gives off heat to the heating circuit. The heat of the heating circuit is used, for example, to heat the warm N domestic water and to heat the property. Refrigerant cools by condensing

LO N timessa, josta se ohjataan paisuntaventtiilin, joka laskee edelleen kylmäaineen lämpö-in the LO N time, from where it is controlled by the expansion valve, which further lowers the temperature of the refrigerant

I = tilaa. Kylmäaine ohjataan paisuntaventtiilin kautta takaisin höyrystimelle.I = space. The refrigerant is directed back to the evaporator via the expansion valve.

N N Maapiiriliuos on veden ja teollisuusalkoholin (kuten glykoli, etanoli, metanoli) liuos. + N Liuossuhde on esimerkiksi 30 - 45 % teollisuusalkoholia ja loppuosa vettä. Tällä var-N N Ground solution is a solution of water and industrial alcohol (such as glycol, ethanol, methanol). + N The solution ratio is, for example, 30 - 45% industrial alcohol and the rest water. With this var-

O S mistetaan, että maapiiriliuos ei jäädy lämpöpumpun höyrystimessä. Lämpöpumpussa kiertävä kylmäaine on tavallisesti kylmää, esimerkiksi noin -10 Celsiusta, kun se kiertää höyrystimelle. Höyrystimeltä maapiiriin virtaava maapiiriliuos on usein siis alle O Cel- siusta.It is ensured that the soil solution does not freeze in the evaporator of the heat pump. The refrigerant circulating in the heat pump is usually cold, for example around -10 Celsius, when it circulates to the evaporator. The soil solution flowing from the evaporator to the soil is often below 0 Celsius.

Maalämpöjärjestely on energiatehokas tapa lämmittää kiinteistöjä ja käyttövettä. Sen ansioita esimerkiksi fossiilisia polttoaineita tai sähköä ei tarvitse käyttää niin paljon kiinteistöjen/käyttöveden lämmitykseen. Viime aikoina on kuitenkin noussut esille huo- lia maaperän saastumisesta. Maalämpöjärjestelyissä tämä tarkoittaisi mahdollisia maapiirin ja sen maalämmönsiirtimien rikkoutumisia, kuten vuotoja. Tällöin maaperään siirtyisi teollisuusalkoholia.A geothermal system is an energy-efficient way to heat buildings and domestic water. Thanks to it, for example, fossil fuels or electricity do not have to be used so much for heating buildings/domestic water. Recently, however, concerns about soil contamination have been raised. In geothermal systems, this would mean possible breakdowns of the ground circuit and its ground heat exchangers, such as leaks. In this case, industrial alcohol would be transferred to the soil.

Keksinnön lyhyt kuvaus Keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan haittoja. Tähän päästään it- senäisessä suojavaatimuksessa esitetyllä tavalla. Epäitsenäiset suojavaatimukset ku- vaavat keksinnön erilaisia. Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa sen, että maa- piirilluoksena voidaan käyttää vettä ilman että maapiiriliuos jäätyisi.Brief description of the invention The purpose of the invention is to eliminate the disadvantages of the known technology. This is achieved in the manner presented in the independent protection requirement. The independent protection requirements describe different aspects of the invention. The solution according to the invention makes it possible to use water as the soil solution without the soil solution freezing.

Keksinnön mukainen maalämpöjärjestely 1 käsittää lämpöpumpun 2, maapiirin 3 ja maalämmönsiirtimen 4, joka on osa maapiiriä. Maapiirissä on maapiiriliuos. Lisäksi järjestely käsittää lämmönsiirtimen 5, joka on yhdistetty lämpöpumpun 2 lämmönke- ruupuolelle 2A ja maapiiriin 3, sekä vähintään yhden jätevesilämmönsiirtimen 6, joka on yhdistetty maapiiriin maalämmönsiirtimen 4 jälkeen maapiirilluoksen kiertosuun- nassa ja lämmönsiirtimeen 5. Maapiiriliuos on vettä.The geothermal arrangement 1 according to the invention comprises a heat pump 2, a ground circuit 3 and a ground heat exchanger 4, which is part of the ground circuit. The ground circle has a ground circle solution. In addition, the arrangement comprises a heat exchanger 5, which is connected to the heat collection side 2A of the heat pump 2 and to the ground circuit 3, and at least one wastewater heat exchanger 6, which is connected to the ground circuit after the ground heat exchanger 4 in the direction of circulation of the ground circuit solution and to the heat exchanger 5. The ground circuit solution is water.

OF

N & Kuvioluettelo N Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin oheisten piirustusten kuvi-N & List of drawings N In the following, the invention is described in more detail with the accompanying drawings

LO N oiden avulla, joissaWith the help of LO Ns, in which

I a = Kuvio 1 kuvaa esimerkkiä keksinnön eräästä suoritusmuodosta, N Kuvio 2 kuvaa esimerkkiä eräästä toisesta keksinnön suoritusmuodosta, + N Kuvio 3 kuvaa esimerkkiä vielä eräästä keksinnön suoritusmuodosta,I a = Figure 1 depicts an example of one embodiment of the invention, N Figure 2 depicts an example of another embodiment of the invention, + N Figure 3 depicts an example of yet another embodiment of the invention,

O N Kuvio 4 kuvaa esimerkkiä vielä eräästä keksinnön suoritusmuodosta,O N Figure 4 depicts an example of yet another embodiment of the invention,

Kuvio 5 kuvaa esimerkkiä energiapaalusta, jotka käytetään maalämmönsiirti- messä, ja Kuvio 6 kuvaa esimerkkiä maapiirin putkesta. Keksinnön kuvaus Kuvio 1 kuvaa esimerkkiä keksinnön mukaisesta maalämpöpiiristä 1. Se käsittää lämpöpumpun 2, maapiirin 3 ja maalämmönsiirtimen 4, joka on osa maapiiriä. Maa- piirissä on maapiiriliuos. Lisäksi järjestely käsittää lämmönsiirtimen 5, joka on yhdistetty lämpöpumpun 2 lämmönkeruupuolelle 2A ja maapiiriin 3, sekä vähintään yhden jäte- vesilämmönsiirtimen 6, joka on yhdistetty maapiiriin maalämmönsiirtimen 4 jälkeen maapiiriliuoksen kiertosuunnassa ja lämmönsiirtimeen 5. Maapiiriliuos on vettä.Figure 5 depicts an example of an energy pile used in a ground heat exchanger, and Figure 6 depicts an example of a ground circuit pipe. Description of the invention Figure 1 shows an example of the ground heat circuit 1 according to the invention. It comprises a heat pump 2, ground circuit 3 and ground heat exchanger 4, which is part of the ground circuit. The ground circuit has a ground circuit solution. In addition, the arrangement comprises a heat exchanger 5, which is connected to the heat collection side 2A of the heat pump 2 and to the ground circuit 3, and at least one waste water heat exchanger 6, which is connected to the ground circuit after the ground heat exchanger 4 in the direction of circulation of the ground circuit solution and to the heat exchanger 5. The ground circuit solution is water.

Lämpöpumppu 2 ja sen toiminta ovat sinällänsä tunnettua. Maalämpöpumpun läm- mönjakopuoli 2B, eli lauhduttimen puoli on kytkettävissä käyttövedenlämmitykseen sekä kiinteistön lämmönjakojärjestelmään, joita ei esitettä kuviossa 1. Kuten kuviosta 1 voidaan havaita lämpöpumpun 2 ja maapiirin 3 välissä on välipiiri, joka koostuu läm- pöpumpun ja lämmönsiirtimen 5 välisestä nestekierrosta. Välipiiri muodostuu putkis- tosta 8, joka muodostaa silmukan lämpöpumpun 2 höyrystimen ja lämmönsiirtimen 5 ensimmäisen kanaviston välillä.Heat pump 2 and its operation are known per se. The heat distribution side 2B of the ground source heat pump, i.e. the condenser side, can be connected to domestic water heating and the property's heat distribution system, which are not shown in Figure 1. As can be seen in Figure 1, there is an intermediate circuit between the heat pump 2 and the ground circuit 3, which consists of the fluid circuit between the heat pump and the heat exchanger 5. The intermediate circuit consists of piping 8, which forms a loop between the evaporator of the heat pump 2 and the first ductwork of the heat exchanger 5.

Lämmönsiirrin 5 voidaan toteuttaa monella eri tavoin, kuten esimerkiksi levyläm- mönsiirtimenä tai putkilämmönsiirtimenä. Lämmönsiirtimessä on ensimmäinen kana- visto ensimmäiselle nesteliuokselle ja toinen kanavisto toiselle nesteliuokselle. Mihin N suuntaa lämpö kulkeutuu, riippuu ensimmäisen ja toisen nesteliuoksen lämpötila- O eroista. Lämmönsiirtimen erilaiset rakenteet ovat sinällänsä tunnettuja. Tässä esimer- = kissä ensimmäinen kanavisto on siis yhdistetty lämpöpumpun höyrystinpuolelle ja toi- 0 nen kanavisto maapiiriin. Lämmönsiirrin 5 on järjestetty siittämään lämpöä maapiiristä z välipiirin kautta lämpöpumpun höyry stimelle. Riippuen toteutusmuodosta valipiirin put- a kisto 8 voi olla pitkä tai hyvinkin lyhyt, jolloin lämmönsiirrin voi olla jopa koteloituna saa- = maa tilaan kuin lämpöpumpun osat.The heat exchanger 5 can be implemented in many different ways, such as for example as a plate heat exchanger or a pipe heat exchanger. The heat exchanger has a first channel for the first liquid solution and a second channel for the second liquid solution. In which N direction the heat travels depends on the temperature O differences of the first and second liquid solutions. The different structures of the heat exchanger are known in their own right. In this example, the first ductwork is therefore connected to the evaporator side of the heat pump and the second ductwork is connected to the earth circuit. The heat exchanger 5 is arranged to transmit heat from the ground circuit z through the intermediate circuit to the heat pump steam. Depending on the form of implementation, the pipe 8 of the selection circuit can be long or very short, in which case the heat exchanger can even be enclosed in a space like the parts of a heat pump.

Näin ollen lämpöpumpun höyrystimeltä lähtevä ensimmäinen nesteliuos (eli välipii- rissä kiertävä nesteliuos) on alle O Celsiusta (esim. -2 astetta), kun se saapuu lämmön- siirtimelle 5. Maapiiristä 3 lämmönsiirtimeen 5 tuleva toinen nesteliuos, eli tässä ta- pauksessa maapiiriliuos on esimerkiksi +6 Celsiusta. Maapiiriliuos lämmittää ensim- mäistä nesteliuosta esimerkiksi +3 Celsiukseen, jolloin maapiiriliuos viilenee esimer- kiksi +1 Celsiukseen. Kun maapiirinliuos ei viilene nollaan asteeseen, maapiiriliuos voi olla pelkästään vettä, eikä siihen tarvitse sekoittaa teollisuusalkoholia tai muuta jääty- mispistettä alentavaa nestettä.Therefore, the first liquid solution leaving the evaporator of the heat pump (i.e. the liquid solution circulating in the intermediate circuit) is below O Celsius (e.g. -2 degrees) when it arrives at the heat exchanger 5. The second liquid solution coming from the ground circuit 3 to the heat exchanger 5, i.e. the ground circuit solution in this case, is for example +6 Celsius. The geosphere solution heats the first liquid solution to, for example, +3 Celsius, whereupon the geosphere solution cools down to, for example, +1 Celsius. When the earthing solution does not cool down to zero degrees, the earthing solution can be only water, and there is no need to mix industrial alcohol or other liquid that lowers the freezing point.

Maalämpöpiirin 3 maalämmönsiirtimestä 4 keräämä lämpö voidaan siis siirtää läm- mönsiirtimen 5 välityksellä lämpöpumpulle, siten että maalämpösiirtimelle 4 kiertävän maapiiriliuoksen lämpötilaa pysyy O Celsiuksen yläpuolella. Jotta tämä olisi varmaa, niin maapiiri 3 käsittää myös ainakin yhden jätevesilämmönsiirtimen 6.The heat collected by the geothermal circuit 3 from the ground heat exchanger 4 can therefore be transferred via the heat exchanger 5 to the heat pump, so that the temperature of the ground circuit solution circulating to the ground heat exchanger 4 remains above 0 Celsius. To ensure this, the ground circuit 3 also includes at least one waste water heat exchanger 6.

Maapiiriliuos lämpenee maalämmönsiirtimessä 4 Celsiukseen esimerkiksi. Tämä maapiirilluoksen lämpötila ei välttämättä ole riittävä, kun se kiertää lämmönsiirtimelleThe ground solution heats up to 4 Celsius in the ground heat exchanger, for example. This temperature of the ground layer may not be sufficient when it circulates to the heat exchanger

5. Tällöin lämmönsiirtimessä viilenevä maapiiriliuos voi viilentyä O Celsiukseen tai sen alle. Tämän takia maapiiriin on lisätty jätevesilämmönsiirrin, joka nostaa maapiiriliuok- sen lämpötilaa ennen kuin se kiertää lämmönsiirtimelle 5. Tällöin lämmönsiirtimelle 5 tuleva lämpötila on esimerkiksi +6 Celsiusta, joka taas on riittävä, jotta lämmönsiirti- mestä 5 lähtevä maapiiriliuos ei laske O Celsiukseen.5. In this case, the earth's solution cooling in the heat exchanger can cool down to O Celsius or below. For this reason, a waste water heat exchanger has been added to the ground circuit, which raises the temperature of the ground circuit solution before it circulates to the heat exchanger 5. In this case, the temperature entering the heat exchanger 5 is, for example, +6 Celsius, which is sufficient so that the ground circuit solution leaving the heat exchanger 5 does not drop to 0 Celsius.

Jätevesilämmönsiirtimen 6 käyttö on erityisen tehokasta, koska sen käyttö ei välttä- mättä vaadi erillistä pumppua. Jätevesi voi virrata painovoimaisesti jätevesilämmön- siirtimen kautta. Toki erillisen pumpun käyttäminenkään ei huononna lämmönsiirty- N mistä jätevedestä maapiiriliuokseen. Kiinteistöissä syntyy yleensä riittävästi jätevettä, O jotta sitä voidaan hyödyntää keksinnön mukaisella tavalla.The use of the waste water heat exchanger 6 is particularly efficient because its use does not necessarily require a separate pump. Wastewater can flow by gravity through the waste water heat exchanger. Of course, even using a separate pump does not worsen the heat transfer from the waste water to the groundwater solution. Buildings usually generate enough waste water, O, so that it can be utilized in the manner according to the invention.

= Kuvion 1 suoritusmuodosta sekä myös kuvioiden 2 - 4 suoritusmuodoista nähdään, N että keksinnön mukaisessa maapiirissä on lämmönsiirrin 5, maalämmönsiirrin 4, jäte- E vesilämmönsiirrin 6 sekä putket 21, jotka yhdistävät näitä osia. Maapiiri muodostaa siis N silmukan, jossa maapiiriliuos kiertää. Kuvioissa näkyy myös muita osia, joita on käy- 3 tännön toteutuksissa, kuten sulkuventtiileitä 18, pumppuja 15, 15A, 15B, mittauslait-= It can be seen from the embodiment of Figure 1 and also from the embodiments of Figures 2 to 4, N that the ground circuit according to the invention has a heat exchanger 5, a ground heat exchanger 4, a waste E water heat exchanger 6 and pipes 21 that connect these parts. The earth circle therefore forms N loops in which the earth circle solution circulates. The figures also show other parts that are in 3 practical implementations, such as shut-off valves 18, pumps 15, 15A, 15B, measuring devices

N 8 teita 19 (lämpömittareita, virtausmittareita jne.) ja poistoventtiilejä 20. Kuvioissa ei kek- sinnön kuvauksen selvyyden vuoksi esitetä kaikkia komponentteja, mitä voidaan käyt- tää käytännön toteutuksissa.N 8 roads 19 (thermometers, flow meters, etc.) and discharge valves 20. For the sake of clarity of the description of the invention, the figures do not show all components that can be used in practical implementations.

Kuvio 2 esittää toista keksinnön suoritusmuotoa, joka käsittää vähintään kaksi jäte- vesilämmönsiirrintä 6 sarjaan kytkettynä. Sarjaankytkennällä jäteveden lämpötilaa voi- daan siirtää vielä tehokkaammin maapiirissä 3 kiertävään maapiiriliuokseen. Sarjaan- kytkennällä tarkoitetaan sitä, että viemärin tulo 9A, on kytketty jätevesilämmönsiirtimen 6 viemärituloliitäntää, ja saman siirtimen viemäripoistoliitäntä on kytketty toisen jäteve- silämmönsiirtimen 6A viemärituloliitäntää jne. Viimeisen siirtimen jälkeen viemäripois- toliitäntä 9B yhdistetään poistoviemäriin. Vastaavasti maapiiri 3 on kytketty sarjaan, siten että maapiirin 3 maalämpösiirtimestä 4 tuleva putki on yhdistetty toisen jätevesi- lämmönsiirtimen 6A maapiiriliuostuloliitäntään (tai useampaan tuloliitäntään) ja saman siirtimen maapiiriliuospoistoliitäntä toisen siirtimen 6 maapiiriliuostuloliitäntään jne. ja lopulta viimeisin maapiiriliuospoistoliitäntä on yhdistetty maapiirin 3 paluuputkeen, joka siirtää maapiiriliuosta lämmönsiirtimelle 5.Figure 2 shows another embodiment of the invention, which comprises at least two waste water heat exchangers 6 connected in series. With series connection, the temperature of the waste water can be transferred even more efficiently to the earth circuit solution circulating in the earth circuit 3. Series connection means that the sewer inlet 9A is connected to the sewer inlet connection of the waste water heat exchanger 6, and the drain outlet connection of the same transfer is connected to the drain inlet connection of the second wastewater heat exchanger 6A, etc. After the last transfer, the drain outlet connection 9B is connected to the outlet drain. Correspondingly, the ground circuit 3 is connected in series, so that the pipe coming from the ground heat exchanger 4 of the ground circuit 3 is connected to the ground circuit solution input connection (or several input connections) of the second waste water heat exchanger 6A and the ground solution discharge connection of the same transfer to the ground solution input connection of the second transfer 6, etc. and finally the last ground solution discharge connection is connected to the return pipe of the ground circuit 3, which transfers earth circuit solution for heat exchanger 5.

Jätevesilämmönsiirrin/jätevesilämmön siirtimet 6 voi olla hybridilämmönsiirrin. Täl- löin siinä voidaan mahdollisesti käyttää vielä toista lämmönsiirronputkistoa/lämmönsiir- rintä esimerkiksi aurinkolämmön keräämiseen tai jäähdytinlaitteiston lauhdelämmön hyödyntämiseen. Käytettävä jätevesi on yleisesti kiinteistön jätevettä, mutta se voi olla myös prosessin jätevettä teollisuuskiinteistöissä.Waste water heat exchanger/waste water heat exchangers 6 can be a hybrid heat exchanger. In this case, it is possible to use yet another heat transfer pipeline/heat exchanger, for example to collect solar heat or to utilize the condensate heat of the cooler equipment. The wastewater used is generally wastewater from the property, but it can also be process wastewater in industrial properties.

Kuviot 1 ja 2 esittävät suoritusmuotoja, joissa maalämpösiirrin 4 on ns. energiapaa- lujärjestelmä. Tämä järjestelmä koostuu perustusten teräspaaluista, joissa kulkee N maapiirin putkistoa. Kuvio 5 esittää esimerkinomaisesti energiapaalua 10. Se käsittää O perustuspaaluna käytettävän teräsputken 11, jonka sisäpuolella kulkee keruuputki 12. = Keruuputkessa kiertää maapiirin 3 maapiiriliuos. Teräsputki on lisäksi täytetty betonilla, 0 kivituhkalla tai muulla aineella 13. Energiapaalujärjestelmässä on useita energiapaa- z luja, joissa maapiiriliuos kiertää rinnakkain. Maapiiriliuos saadaan kiertämään joko yh- a dellä pumpulla tai useammalla pumpulla. Kuviot 1 ja 2 esittävät useamman pumpun = suoritusmuotoa, jossa on pumppu kunkin energiapaaluryhmän yhteydessä. Myös N muita pumppujärjestelyjä voidaan käyttää.Figures 1 and 2 show embodiments in which the ground heat exchanger 4 is so-called energy pole system. This system consists of steel piles for the foundation, where N earth circuit pipelines run. Figure 5 shows an example of an energy pile 10. It comprises a steel pipe 11 used as a foundation pile O, inside which a collection pipe 12 runs. = The earth circuit solution of the earth circuit 3 circulates in the collection pipe. The steel pipe is also filled with concrete, 0 stone ash or another substance 13. The energy pile system has several energy piles in which the earth's solution circulates in parallel. The soil solution can be circulated either with one pump or with several pumps. Figures 1 and 2 show an embodiment of several pumps = with a pump in connection with each group of energy piles. N other pump arrangements can also be used.

N 5No. 5

Maalämmönsiirrin 4 voidaan toteuttaa myös muulla tavoin, kuten lämpökaivolla tai vaakakeruuputkistolla. Kuvio 3 havainnollistaa näitä tapoja 14. Lämpökaivolla tarkoite- taan porakaivoa, joka on porattu pystysuunnassa maahan, ja se yltää jopa yli 200 met- rin syvyyteen. Porakaivoon sijoitetaan lämmönkeruuputki tai -putkia. Toinen tapa on, että lämmönkeruuputki tai -putket laitetaan esimerkiksi peltoon tai lähellä olevaan ve- sistöön, jolloin muodostetaan vaakasuunnassa oleva maalämmönsiirrin. Kuvio 3 ha- vainnollistaa myös yhden pumpun 15 toteutusta.Ground heat exchanger 4 can also be implemented in other ways, such as a heat well or a horizontal collection pipeline. Figure 3 illustrates these methods 14. A thermal well is a borehole that is drilled vertically into the ground, and it reaches a depth of more than 200 meters. A heat collection pipe or pipes are placed in the borehole. Another way is that the heat collection pipe or pipes are placed, for example, in a field or in a nearby body of water, in which case a horizontal ground heat exchanger is formed. Figure 3 also illustrates the implementation of one pump 15.

Kuvio 6 esittää lämmönkeruuputkena ja sekä myös maapiirin silmukan putkina käy- tettävää putkea 16. Se on tavallisesti PE-putki, jonka sisällä virtaa maapiiriliuos 17, joka on vettä keksinnön mukaisessa järjestelmässä.Figure 6 shows a pipe 16 used as a heat collection pipe and also as a pipe for the earth circuit loop. It is usually a PE pipe, inside which the earth circuit solution 17 flows, which is water in the system according to the invention.

Kuvio 4 esittää toteutusmuotoa, jossa maapiiriin on yhdistetty kiinteistössä käytet- tävä viilennyslaitteiston lämmönsiirrin 7. Viilennyslaiteen/aitteiston (ei esitetty kuvi- oissa) tarkoituksena on viilentää kiinteistön sisäilmaa. Viilennyslaite voidaan toteuttaa eri tavoin. Viilennyslaitteessa kiertävä viilennysneste lämpenee, kun sitä käytetään si- säilman viilentämiseen. Toisin sanoen viilennysneste kerää itseensä lämpöä sisäil- masta. Lämminnyt sisäilma johdetaan lämmönsiirtimeen 7, jossa se taas luovuttaa lämpöä kylmempään maapiiriliuokseen. Samalla viilennysneste viilenee ja kierrätetään takaisin viilennyslaitteeseen. Lämmönsiirtimen 7 läpi virtaava maapiiriliuos taas läm- penee. Maapiiriä voidaan siis käyttää kesäaikaan kiinteistön viilennykseen, sillä maa- piiriliuos on tarpeeksi viileä tähän tarkoitukseen. Samalla maahan voidaan siirtää ke- säajan lämpöä, joka parantaa maalämpöjärjestelmän toimintaa talviaikana. Talviai- kana lämmönsiirrin voidaan sulkea pois maapiiristä 3. Kuvion 4 suoritusmuodossa vii- lennyslaitteen/laitteiston lämmönsiirrin on sijoitettu maalämmönsiirtimen 4 ja jätevesi- N lämmönsiirtimen 6 väliin, mutta se voidaan sijoittaa myös maalämmönsiirtimen 4 ja = lämmönsiirtimen 5 väliin. Lisäksi viilennyslaitteen/aitteiston lämmönsiirrin voi olla osa 0 hybridilämmönvaihdinta, jota voidaan käyttää jätevesilämmönsiirtimenä 6.Figure 4 shows an implementation in which the heat exchanger 7 of the cooling equipment used in the building is connected to the ground circuit. The purpose of the cooling device/equipment (not shown in the figures) is to cool the indoor air of the building. The cooling device can be implemented in different ways. The coolant circulating in the cooling device heats up when it is used to cool the interior. In other words, the coolant collects heat from the indoor air. The warmed indoor air is led to the heat exchanger 7, where it releases heat to the colder ground solution. At the same time, the coolant cools down and is recycled back to the cooling device. The soil solution flowing through the heat exchanger 7 warms up again. The ground circuit can therefore be used in the summer to cool the property, as the ground circuit solution is cool enough for this purpose. At the same time, summer heat can be transferred to the ground, which improves the operation of the geothermal system in winter. During the winter, the heat exchanger can be excluded from the ground circuit 3. In the embodiment of Figure 4, the heat exchanger of the cooling device/equipment is placed between the ground heat exchanger 4 and the waste water N heat exchanger 6, but it can also be placed between the ground heat exchanger 4 and = heat exchanger 5. In addition, the heat exchanger of the cooling device/cabinet system can be part 0 of a hybrid heat exchanger, which can be used as a waste water heat exchanger 6.

z Keksintö mahdollistaa energiatehokkaasti maalämmön hyödyntämisen maaläm- a pöjärjestelyn lämpöpumpussa, siten että maapiirissä 3 oleva maapiiriliuos on pelkäs- = tään vettä. Näin vältetään maaperän saastuminen maapiirin rikkoutumistilanteissa. Ve- N den jäätyminen estetään käyttämällä passiivisia lämmönsiirtimiä 5, 6 maapiirin 3 yh-z The invention enables the energy-efficient utilization of ground heat in the heat pump of the ground temperature system, so that the ground water solution in ground water 3 is only water. This avoids soil contamination in the event of a ground circuit failure. Water freezing is prevented by using passive heat exchangers 5, 6 ground circuit 3

N teydessä maalämmönsiirtimen 4 lisäksi. Jäätymisenesto on siis toteutettu hyvin ener- giatehokkaasti. Lisäksi maaperä ei jäädy viileän maaperäliuoksen johdosta, sillä kier- tävä vesi pystytään pitämään yli 0 Celsiusasteen.In N, in addition to ground heat exchanger 4. Anti-freeze has therefore been implemented very energy-efficiently. In addition, the soil does not freeze due to the cool soil solution, as the circulating water can be kept above 0 degrees Celsius.

Veden käyttö keksinnön mukaisesti on turvallista ympäristölle mahdollisissa vuoto- tapauksissa. Lisäksi puhtaalla vedellä on parempi ominaislämpökapasiteetti eli läm- mönvarauskyky kuin alkoholi-vesi seoksella. Kun keksinnön mukaisessa järjestel- mässä on jätevesi-/hybridivaihdin maapiiriin voidaan kerätä muita kiinteistön hukka- lämpöjä ja uusiutuvaa energiaa lämpöpumpulle. Keksinnöllä voidaan myös vähentää maalämpökaivojen tai energiapaalujen määrää ja tehdä järjestelmästä kilpailukykyi- sempi investoinnin kannalta. Lisäksi keksinnön mukaisen järjestelmän lämpöpumpun hyötysuhde COP on parempi perinteiseen maalämpöjärjestelmään verrattuna, koska maapiirin lämpötilataso on korkeampi.The use of water according to the invention is safe for the environment in case of possible leaks. In addition, pure water has a better specific heat capacity, i.e. heat storage capacity, than an alcohol-water mixture. When the system according to the invention has a waste water/hybrid exchanger, other waste heat from the property and renewable energy can be collected for the heat pump. The invention can also reduce the number of geothermal wells or energy piles and make the system more competitive in terms of investment. In addition, the efficiency COP of the heat pump of the system according to the invention is better compared to the traditional geothermal system, because the temperature level of the ground circuit is higher.

Edellä esitettyjen esimerkkien valossa on selvää, että keksinnön mukainen toteu- tusmuoto voidaan saada aikaa monin eri tavoin. Keksintö voidaan siis toteuttaa monilla erilaisilla toteutusmuodoilla itsenäisen suojavaatimuksen puitteissa.In the light of the examples presented above, it is clear that the embodiment according to the invention can obtain time in many different ways. The invention can therefore be implemented in many different implementation forms within the framework of an independent protection requirement.

OF OF O

N 0N0

OF

I a aI a a

OF OF OF OF O OF D

Claims

Protection requirements

1. A ground heating arrangement (1), which comprises a heat pump (2), a ground circuit (3) and a ground heat exchanger (4), which is part of the ground circuit, which ground circuit has a ground circuit solution, characterized in that the arrangement includes a heat exchanger (5), which is connected to the heat collection side (2A) of the heat pump (2) and the earth circuit (3), and at least one waste water heat exchanger (6), which is connected to the earth circuit after the earth heat exchanger (4) in the circulation direction of the earth circuit solution in the heat exchanger (5), and which earth circuit solution is water.

2. Geothermal arrangement according to protection requirement 1, characterized in that it comprises at least two waste water heat exchangers (6) connected in series.

3. Geothermal arrangement according to protection requirements 1 or 2, characterized in that the waste water heat exchanger(s) is (a) hybrid heat exchanger.

4. Geothermal arrangement according to protection requirements 1, 2 or 3, characterized in that the heat exchanger (5) is a plate heat exchanger or a tube heat exchanger.

5. Ground heating arrangement according to one of the protection requirements 1 — 4, characterized in that the ground heat exchanger (4) is a thermal well, a horizontal collection pipe system or an energy pile system.

6. Ground heating arrangement according to any of the protection requirements 3 — 5, characterized in that it comprises a cooling device/apparatus in the ground circuit of the heat exchanger (7) between the ground heat exchanger (4) and the waste water heat exchanger (6) or between the ground heat exchanger (4) and the heat exchanger (5).

N

O

N

No

O

In a a

N

O

N

D