PL195036B1 - Instalacja dolnego źródła ciepła do zasilania pomp cieplnych - Google Patents

Abstract

Instalacja dolnego źródła ciepła ma pionowe gruntowe wymienniki ciepła połączone ze sobą szeregowo po kilka sztuk i podłączone z jednej strony do rozdzielacza zasilania (4), a z drugiej strony do rozdzielacza powrotu (6), tworząc przynajmniej dwie zamknięte pętle. Wymienniki są wykonane w kształcie litery U z rur małośrednicowych i zagłębione w otworach głębokich odwiertów nawierconych symetrycznie w kilku rzędach w układzie szachownicowym. Rozdzielacze (4, 6) zaopatrzone w zawory odcinające (15) i regulacyjne (16) podłączone są poprzez pomocnicze kolektory (10, 11) do pomp ciepła (12, 13, 14).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest instalacja dolnego źródła ciepła do zasilania pomp cieplnych, stosowanych zwłaszcza do ogrzewania budynków mieszkalnych, w której jako źródło ciepła o niskiej temperaturze zastosowane zostały gruntowe wymienniki ciepła, wykorzystujące ciepło ziemi, zawarte w górotworze skalnym.

W znanych instalacjach dolnego źródła ciepła, stosowane są gruntowe wymienniki ciepła o obiegach zamkniętych, zarówno poziome jak i pionowe. Instalacje zawierające wymienniki poziome, wykonane jako kolektory jedno lub wielorurowe, ułożone zostały poziomo i płytko w ziemi i połączone bezpośrednio z pompami ciepła. Natomiast instalacje, w których stosuje się wymienniki pionowe, uformowane w kształcie litery U, mają źródło ciepła umieszczone w niezbyt głębokich pionowych otworach. Instalacje z małą ilością wymienników połączonych ze sobą szeregowo, podłączone są bezpośrednio do pompy ciepła. Zaś w większych instalacjach wymienniki łączone są równoległe z pomocniczymi kolektorami, zagłębionymi w studzienkach wydrążonych przed ogrzewanym budynkiem, a dopiero pomocnicze kolektory podłączane zostają do pomp ciepła.

Wadą opisanych instalacji dolnego źródła ciepła jest ich ograniczona możliwość zasilania tylko do pomp ciepła o małych wydajnościach, ponieważ pobierana przez nie energia cieplna z ziemi jest akumulowana tylko w około dwudziestometrowej warstwie górotworu skalnego.

Instalacja dolnego źródła ciepła, do zasilania pomp cieplnych, według wynalazku, zawierająca pionowe gruntowe wymienniki ciepła, wykonane z rur małośrednicowych w kształcie litery U, umieszczone w płytkich pionowych otworach charakteryzuje się tym, że wymienniki zostały zagłębione w licznych głębokich odwiertach, rozmieszczonych symetrycznie w kilku rzędach, przesuniętych względem siebie w układzie szachownicowym, wierconych częściowo w górotworze o stałej i o rosnącej temperaturze, są połączone ze sobą, najlepiej po kilka sztuk przewodowymi łącznikami, tworząc środek przynajmniej dwóch pętli, podłączonych z jednej strony przewodami doprowadzającymi do pojedynczych wejść rozdzielacza zasilania a z drugiej strony przewodami odprowadzającymi do pojedynczych wyjść rozdzielacza powrotu, przy czym oba rozdzielacze połączone zostały równolegle przynajmniej z jedną pompą ciepła.

Instalacja według wynalazku odznacza się prostą konstrukcją, ma niewielką liczbę elementów składowych, a jednocześnie posiada odpowiednio wysoką sprawność energetyczną pozwalającą na pracę w górotworze skalnym o różnej przewodności temperaturowej. Zaś zwiększona głębokość zanurzenia wymienników zwiększa efektywność pracy pomp ciepła na skutek wyższej i bardziej stabilnej temperatury źródła ciepła. Ponadto instalacja posiada możliwość łatwej regeneracji najbardziej wychłodzonych wymienników poprzez prostą zamianę podłączenia przewodów doprowadzających z odprowadzającymi i na odwrót.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schemat instalacji dolnego źródła ciepła do zasilania pomp cieplnych, a fig. 2 - schematycznie konstrukcję otworu wiertniczego z zanurzonym pionowym gruntowym wymiennikiem ciepła.

Instalacja według wynalazku zawiera dwadzieścia cztery pionowe gruntowe wymienniki ciepła 1 stanowiące źródło ciepła, połączone ze sobą szeregowo przewodami łącznikowymi 2 po sześć sztuk i połączone z jednej strony przewodami doprowadzającymi 3 do pojedynczych wejść rozdzielacza zasilania 4, a z drugiej strony przewodami odprowadzającymi 5 do pojedynczych wyjść rozdzielacza powrotu 6, tworząc cztery zamknięte pętle, o różnych poziomach temperatury. Wymienniki 1 zostały wykonane w kształcie litery U z rur polietylenowych o średnicy 40 mm. Umieszczone są w odwiertach pionowych 7 o głębokości od 30 do 100 m, uzależnionych od wielkości terenu przeznaczonego na odwierty, rodzaju zalegających tam skał, ich głębokości, wilgotności i uwarstwienia. Odwierty 7 mają średnicę 150 mm i są rozmieszczone symetrycznie w czterech rzędach po 6 otworów przesuniętych naprzemian między sobą, tworząc układ szachownicowy. Odległość między odwiertami 7 w rzędach i pomiędzy rzędami wynosi od 4 do 5 m, a przesunięcie między nimi połowę tej odległości. Otwory odwiertów 7 po zagłębieniu w nich wymienników 1 wypełnione są gęstą płuczką iłową a poziomy wodonośne zostają izolowane. Każdy metr bieżący odwiertu daje około 50 W mocy grzewczej pompy ciepła. Przewody łącznikowe 2, łączące wystające końce wymienników 1, oraz przewody doprowadzające 3 i odprowadzające 5, stanowią odcinki rur w otulinie piankowej tworzącej izolację termiczną, ułożone w poziomym wykopie na głębokość poniżej poziomu zamarzania gruntu, korzystnie 1,2 m poniżej powierzchni terenu. Rozdzielacze zasilania 4 i powrotu 6, zabudowane są w kotłowni ogrzewanego budynku i połączone krótkimi pomocniczymi przewodami 8 i 9 z pomocniczymi kolektorami 10

PL 195 036 B1 i 11, do których równolegle podłączone zostały trzy pompy ciepła 12, 13 i 14. Przed rozdzielaczem zasilania 4, na każdym wejściu przewodu doprowadzającego 3, zainstalowane zostały zawory odcinające 15, umożliwiające odcinanie pojedynczych pętli instalacji, a na wyjściach przewodów odprowadzających 5 rozdzielacza powrotu 6 zamontowane są zawory regulacyjne przepływu 16, wpływające na równomierne obciążenie cieplne każdej z pętli, zaś na przewodach pomocniczych 8 i 9 zabudowane zostały zawory odcinające 17. Ponadto na rozdzielaczach zasilania 4 i powrotu 6 zabudowane są odpowietrzniki oraz manometry a na przewodach doprowadzających 3 i rozdzielaczu 4, zostały zainstalowane termometry mierzące temperaturę w rozdzielaczu 4 i w każdej ogrzanej pętli.

Dodatkowo instalacja ma podukład 18 z zbiornikiem glikolu, podłączony do przewodu pomocniczego 8.

Po ukończeniu montażu instalacji dolnego źródła ciepła, cała instalacja zostaje wypełniona niezamarzającym roztworem wodnym glikolu, będącego nośnikiem ciepła. Ochłodzony w pompach ciepła 12, 13 i 14 do temperatury 0°C glikol, przepływając przez kolejne wymienniki 1 pobiera ciepło z gruntu, z przestrzeni wokół wymienników ciepła 1, korzystnie powiększonej ich szachownicowym ułożeniem i głębokim zanurzeniem, a także w niższych warstwach skalnych, w których temperatura rośnie wraz z głębokością. Ciepło odebrane z górotworu za, pośrednictwem roztworu glikolu, zostaje przetransportowane przez pompy ciepła 12,13 i 14 do ich parowaczy, gdzie jest absorbowane i poprzez skraplacze oddawane do systemu ogrzewania. Najwięcej ciepła nośnik ciepła przejmuje w pierwszych wymiennikach 1 od strony przewodów odprowadzających 5, powodując ich zwiększone wychładzanie, niekorzystnie wpływające na efektywność działania pomp ciepła 12, 13 i 14. Dla zmniejszenia tej niedogodności okresowo regeneruje się najbardziej wychłodzone wymienniki 1. W tym celu odwraca się kierunek przepływu nośnika ciepła w pętlach i podłącza przewody doprowadzające 3 do wyjść rozdzielaczy powrotu 6, a przewody odprowadzające 5 do rozdzielacza zasilania 4.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Instalacja dolnego źródła ciepła do zasilania pomp cieplnych, zawierająca pionowe gruntowe wymienniki ciepła, wykonane z rur małośrednicowych w kształcie litery U, umieszczone w płytkich pionowych otworach, znamienna tym, że wymienniki (1) zostały zagłębione w licznych głębokich odwiertach (7), rozmieszczonych symetrycznie w kilku rzędach, przesuniętych względem siebie w układzie szachownicowym, wierconych częściowo w górotworze o stałej i o rosnącej temperaturze, są połączone ze sobą najlepiej po kilka sztuk przewodowymi łącznikami (2) tworząc środek przynajmniej dwóch pętli, podłączonych z jednej strony przewodami doprowadzającymi (3) do pojedynczych wejść rozdzielacza zasilania (4) a z drugiej strony przewodami odprowadzającymi (5) do pojedynczych wyjść rozdzielacza powrotu (6), przy czym oba rozdzielacze (4 i 6) podłączone zostały równolegle przynajmniej z jedną pompą ciepła (12).