NO810292L - Utnyttelse av markjord som befinner seg under bygningsanlegg, for lagring og/eller uttak av varmeenergi - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse går ut på utnyttelse av markjord som befinner seg under bygningsanlegg, for lagring og/eller uttak av varmeenergi. . Det er kjent å utnytte jorden for uttak og eventuell lagring av varmeenergi ved å legge ned på grunne dybder i jorden, vesentlig horisontale ledninger for væsker, over et område som vanligvis er betydelig større enn den bygning som skal oppvarmes ved hjelp av den uttatte varme, som tas ut ved hjelp av i disse ledninger sirkulerende væske og tilføres en varmepumpe. Jordlaget med ledningene oppvarmes direkte av solenergi under varme perioder i året. Ved at et jordsjikt med enda grunnere dybder benyttes, er denne metoden begrenset når det gjelder lagring av store varmemengder. En annen ulempe ved denne kjente metoden er at anvendelsesmuligheten for andre formål av det av ledningene opptatte jordareal er sterkt begrenset. En ytterligere ulempe er at det av ledningene opptatte jordområdet på grunn av at ledningene er lagt ned forholdsvis grunt, ikke effektivt kan anvendes for lagring av varme som er tilført gjennom nevnte ledninger og som kommer f.eks. fra solfangere, ettersom den største delen av den der-ved tilførte varmeenergi i løpet av kort tid ville stråle ut og ledes bort av vinden fra nevnte område.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er at for lagring og uttak av varme, særlig billig langtemperaturvarme som fortrinnsvis kommer fra solfangere, å kunne utnytte jordlag under bygningsanlegg som hviler på fundamentpåler.

Dette oppnås ved at pålene utføres som rørprofiler av metall-materiale og at energi ved hjelp av minst én ledning som utgjør eller opptar en del av pålens tverrseksjon, føres til eller bortledes fra pålens innervegg under varmeveksling mellom denne og jorden som omgir pålen.

For formålet ifølge oppfinnelsen er god varmeoverføring mellom det i pålen nedførte mediet og den omgivende jorden av største betydning. For å oppnå dette utføres pålen hoved-sakelig helt av metall-materiale, f.eks. stål, som har meget, gode varmeledningsegenskaper sammenlignet med annet påle-materiale, f.eks. betong. Hvis pålen har rørprofil, kan man også utnytte dens indre rom direkte for ledning til eller fra av det varmebærende mediet, hvorved varmeoverføringen blir vesentlig lettere. Metallpåler kan dessuten utføres med mindre veggtykkelse enn påler av annet alminnelig materiale, som er fordelaktig, sett fra et varmeoverføringssynspunkt.. Iletallpåler kan vanligvis drives ned i jorden med lettere slag-redskap enn hva som er nødvendig for andre påler. Til slutt skal påpekes at metallpåler lett kan forsynes med profiler, f.eks. frlenser eller lignende, bl.a. gjennom påsveising.

Andre fordeler og kjennetegn ved oppfinnelsen fremgår av nedenstående beskrivelse og vedlagte tegning over et utførelses-eksempel, samt patentkravene.

På tegningen vises skjematisk en bygning 3 med underlig-gende jordlag 1 og 2, i hvilke rørformede påler 4 med tett vegg. er drevet ned. Pålene er ved sine øvre ender 5 forbundet med bygningens bunnflate 7, og deres nedre spiss 6 er tett for å forhindre inn- og utstrømning' av væske og flytende gass. Pålene er av stål og er rustbeskyttet gjennom anbringelse av et sjikt av seigt plastmateriale på yttersiden. Rørdiameteren kan være forskjellig, avhengig av omstendighetene, hensiktsmessig 50-200 mm, f.eks. ca. 75 mm. Pålene anbringes i et rutemønster på i og for seg kjent måte. De kan slås ned til fjellgrunnen, eller kan danne såkalte friksjonspåler.

I pålene er nedført et indre rør eller en slange 8 for gass eller væske, hvilket rør fra sin øvre ende 9, som er til-sluttet en sirkulasjonspumpe 11, strekker seg ned til i nærheten av pålens spiss 6, hvor rørets 8 ende 10 er åpen. Ved hjelp av røret 8 nedføres oppvarmet væske eller kald væske til pålens nedre ende, beroende på om pålen skal benyttes for varmelagring i eller varmeuttak fra de omgivende jordlag 1 og 2.

Til venstre på figuren vises hvordan sirkulasjonspumpen er tilknyttet det varme væskeutløpet hos en solfanger 12 ved hjelp av en ledning 14, ved at solfangerens kalde væskeinnløp er tilknyttet den rørformede pålens 4 øvre ende 5 som for øvrig

er tett. Så snart solfangerens væsketemperatur ved utløpet overstiger temperaturen i jordlagene 1 og 2, hvilket kan stad-festes ved at et organ som er innrettet for automatisk å styre drivmotoren for sirkulasjonspumpen, starter denne, og oppvarmet

væske strømmer ned i pålen. Ved tilbakestrømning av væsken

i kontakt med pålens inervegg går varmen i væsken over til de

omgivende jordlag 1 og 2. Denne varmelagring kan skje med døgn- eller sesongvariasjoner. Så snart temperaturen hos solfangerens varmeutløp har sunket under en forutbestemt verdi, ved hvilken varme ikke går over i jorden, stopper sirkulasjonspumpen automatisk.

I visse tilfeller kan det lønne seg ved hjelp av en varmepumpe å "løfte opp" væsketemperaturen innen den føres ned i pålen for- lagring av varmeenergien. Istedenfor solfangere kan annen billig varmekilde anvendes, f.eks. varmt spillvann eller lignende, og også billig natt-el-strøm, hvorved elektriske ledninger og oppvarmingselement anbringes i pålene.

Røret 8 kan bestå av stål, og kan eventuelt være varme-isolerende, særskilt ved sitt øvre parti, for å motvirke varmeveksling mellom væsken i røret 8 og væsken i pålen 4.

Til høyre på figuren vises pålen og det indre røret 8 tilknyttet en varmepumpe 15 hvis varme side er tilknyttet en varmeradiator 16. Varmepumpen innbefatter en sirkulasjonspumpe for en væske, f.eks. en vann-glykol-blanding eller olje, som bringes til å strømme ned gjennom røret 8 og strømme tilbake gjennom pålen 4 under opptakelse av varme fra jorden 1 og 2 som omgir pålen.

De påler ved hjelp av hvilke varme tas ut fra jorden kan være andre enn de påler ved hjelp av hvilke varme lagres i jorden, i hvilket tilfelle de førstnevnte pålene kan være fortrinnsvis jevnt fordelte mellom de sistnevnte pålene. Men det er også mulig å benytte samme påle for såvel varmelagring som varmeuttak, hvorved hensiktsmessige, f.eks. automatisk styrte ventiler finnes for omkobling av pålen 4 og dét indre røret 8 mellom en varmeleverende ledning, f.eks. en solfanger, og en varmeforbruker, f.eks. en varmepumpes kalde side.

I visse tilfeller kan pålene utnyttes utelukkende for opptakelse av jordvarme som tilføres jordlagene 1 og 2 på annet vis enn ved hjelp av pålene, f.eks. gjennom grunnvann som er i bevegelse.

Ved lagring av varme ved hjelp av pålene som beskrevet, kan riktignok varmelekkasje oppstå. Den største delen derav går dog automatisk tilbake til bygningen 3 gjennom grunnflaten 7 og blir således nyttiggjort. Andre tap fra varmelageret kan

minskes gjennom en jordisolering 20 rundt bygningen.

Ved å fylle pålens nedre, varmeoverførende del med et høyt-gjennomtrengelig materiale som danner en turbulent strømning av væsken, øker varmeutbyttet ved den omgivende jorden, da grensesjikt-strømning unngås på denne måten.

I de tilfeller hvor grunnvann strømmer inn i friksjons-jorden 2 og pålene skal anvendes for varmelagring, støpes den nedre delen av pålene igjen med betong 17 for å unngå borttransportering av varme gjennom det strømmende grunn-vannet. Pålen 4 kan være en skjøtepåle, f.eks. i og for seg kjente såkalte stål-plast-påler , sammenskjøtet ved hjelp av varme galvaniserte stålhylser som smeltes fast i skjøten til en momentstiv, strekkfast forbindelse. Lignende påler av ca. 75 mm stålrør kan ta last opp til ca. 14 tonn.

For å øke pålenes varmeoverføringskapasitet like overfor den omgivende jorden, kan de forsynes med langsgående stålflenser, eller også kan pålene forsynes med ikke-rundt, f.eks. kvadratisk, rektangulært, kryssformet eller stjerne-formet tverrsnitt.

Uttørkingseffekten hos jordmaterialet og dermed forringet varmeoverføring og varmelagring kan forhindres ved at dreneringsvann ledes frem til hver påle, slik som antydet ved 19.

Pålenes lengde beror på grunnleggingsforholdene og

bygningsanleggets størrelse. Vanligvis er pål-lengden ca. 5-10 m.

For å unngå korrosjon skjer væskesirkulasjonen gjennom pålen hensiktsmessig i et sluttet system.

Ved at varmelagringen .ifølge oppfinnelsen utnytter for bygningens grunnlegning allerede nødvendige eller hensiktsmessige påler for overføring av varme fra en billig varmekilde til jorden og uttak av varme fra denne, blir de utover dette nødvendige anleggsomkostningene for varmelagringen så lave at varmelagring av eksempelvis solenergi kan være et realistisk alternativ allerede til dagens prisforhold på energimarkedet.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for å utføre og/eller bortlede varme til, respektive fra, under en bygning eller annet anlegg værende jordgrunn hvori det er nedført fundamenteringspåler, karakterisert ved av pålene (4) utføres som rørprofiler av metallmateriale og at energi ved hjelp av minst én ledning (8) som utgjør eller opptar en del av pålens (4) tverrseksjon, tilføres til og/eller bortledes fra pålens innervegg under varmeveksling mellom denne og jorden som omgir pålen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at pålene (4) utgjøres av. enkeltprof iler og at nevnte ledning.utgjøres av en i pålen nedført ledning (8), f.eks. en elektrisk ledning eller en ledning for væske.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at pålene (4) utgjøres av plastmantle-de skjøtepåler av stål, bestående av flere ved hjelp av stålhylser tettende sammenskjøtede rørseksjoner.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at pålens nedre del fylles med høyt-gjennom-trengelig materiale, f.eks. singel for dannelse av turbulent strømning gjennom pålen.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at varmeenergi som under en valgfri tidsperiode lagres i den jorden som omgir pålene, uttas fra nevnte jord ved hjelp av en væske, eller gass-formet væske under en derpå følgende tidsperiode.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at varmeenergi som er oppnådd ved hjelp av solfangere tilføres den jord som omgir pålene ved hjelp av en energibærende væske og senere, ved hjelp av den samme eller annen væske, tas ut derfra.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at energi til-føres jorden ved hjelp av bestemte påler og uttas fra jorden ved hjelp av andre påler som er fordelt mellom de førstnevnte påler.

8. Fremgangsmåte som angitt i foranstående krav, karakterisert ved at dreneringsvann ledes frem til pålen for å sikre god varmeledning mellom påle og omgivende jordmateriale.

9. Anordning for utførelse av fremgangsmåten som angitt i hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved en jordpåle med rørprofil innbefattende en kanal for nedføring av væske til i nærheten av pålens spiss og en annen kanal for tilbakeføring av væsken til i nærheten av pålens øvre ende.

10. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at pålens spiss er tett,, at en av kanalene utgjøres av den rørformede <på> len og den andre kanalen av en i pålen nedført ledning for væske.

11. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at pålens nedre del fylles med betong for å unngå varmetap til jordlag med strø mmende grunnvann.

12. Anordning som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at den rørformede pålen er utformet med langsgående stålflenser for økning av pålens varmeoverførings-egenskaper like overfor den jorden som omgir pålen.

13. Anordning som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at den rørformede pålen har ikke-rundt tverrsnitt utformet for økning av pålens varmeoverførings-egenskaper like overfor jorden'som omgir pålen.

14. Anvendelse av under en bygning eller annet anlegg værende rørformede jordpåler, for tilførsel til og/eller bortledning av varmeenergi fra den jorden som omgir pålene.