PL214956B1 - Gruntowy wymiennik ciepła - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest gruntowy wymiennik ciepła, przeznaczony do wykorzystywania temperatury gruntu w systemach klimatyzacyjnych budynków.

Dotychczas z amerykańskiego opisu patentowego US 6,810,945 znana jest konstrukcja systemu klimatyzacyjnego, posiadającego złoże żwiru pod płytą budynku, przy czym żwir styka się z gruntem poniżej płyty, przy czym przez warstwę żwiru przepompowuje się strumień powietrza.

Również z amerykańskiego opisu patentowego US 6,293,120 znany jest układ klimatyzacyjny budynku, obejmujący podziemną rurę wkopaną w podłoże w celu przekazywania energii geotermalnej z gruntu do powietrza oraz do regulacji wilgotności oraz oczyszczania tego powietrza, warstwę kostki brukowej umieszczonej pod podłogą budynku w celu umożliwienia dostępu powietrza do rury oraz urządzenie do zasilania powietrzem wspomnianej warstwy kostki brukowej.

W konstrukcjach tych zimne lub ciepły powietrze zasysane było bezpośrednio do gruntu i miało kontakt z gruntem, co sprzyjało rozwojowi drobnoustrojów, pleśni i grzybów; powietrze nie przepływało swobodnie przez złoże żwirowe i opór musiał być kompensowany poprzez działanie wentylatorów o wyższej mocy, służących do uzyskania ciepłego lub zimnego powietrza po opuszczeniu złoża żwirowego.

Z kolei z amerykańskiego opisu patentowego US 4,546,826 znana jest konstrukcja wymiennika ciepła, która obejmuje zbiornik zawierający koncentrycznie zwinięte spiralnie arkusze metalu, określające dwa kanały przepływu cieczy pomiędzy którymi zachodzi wymiana ciepła. Zbiornik jest zamknięty z obu stron płaskimi dennicami posiadającymi otwory przelotowe i posiada wewnętrzną osłonę otaczającą spiralę. Jedna z dennic posiada promieniowo zewnętrzną obwodową krawędź otoczoną przez pierwszy otwór osiowy a druga dennica posiada promieniowo wewnętrzną obwodową krawędź otaczającą drugi osiowy otwór, przy czym pierwszy otwór łączy się z zewnętrzna częścią, a drugi osiowy otwór łączy się z wewnętrzna częścią pierwszego kanału przepływowego.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym US 20070137236 opisana jest konstrukcja gruntowego wymiennika ciepła wykorzystującego energię geotermalną, który stanowią przewody rurowe i kanały zamontowane na konstrukcji podporowej. W gruncie ułożona jest poziomo lub z niewielkim spadkiem warstwa materiału przepuszczającego powietrze, stanowiąca kanał cyrkulacyjny wymiennika. Kanał ten ograniczony jest konstrukcją płytową z rozporami, związanymi z siatką konstrukcyjną ułożoną na siatce stabilizującej. Wymiennik ten wyposażony jest w kolektor powietrza.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 5,937,934 znana jest konstrukcja gruntowego wymiennika ciepła, który stanowi izolowany cieplnie przewód osadzony w otworze utworzonym w gruncie i zaopatrzony na końcu w pompę z rurą osłonową, oraz zespół powrotny wody osadzony promieniowo zewnętrznie wokół rury osłonowej, zawierający rury powrotne i porowate wypełnienie.

Powyższe rozwiązanie, pomimo tego, że eliminowało kontakt powietrza z gruntem, jednak obniżało sprawność systemu powodując przegrzanie złoża (gruntu) ochładzającego lub ogrzewającego powietrze, co stwarzało konieczność instalowania większej ilości rur na większej głębokości przy jednoczesnym ryzyku rozwoju pleśni lub grzybów wewnątrz rur.

Gruntowy wymiennik ciepła według wynalazku posiada postać blaszanej skrzyni z wewnętrznymi, metalowymi radiatorami w formie płyt, korzystnie o rozwiniętej powierzchni, zaopatrzonej w otwór wlotowy i otwór wylotowy, przy czym skrzynia otoczona jest płaszczem betonowym w którym zabudowane są perforowane przewody nawilżające. W dnie skrzyni wykonany jest nieco nachylony osiowo kanał drenażowy połączony z rurą odwadniającą zakończoną syfonem. Ponad kanałem drenażowym, pomiędzy metalowymi radiatorami umieszczona jest przynajmniej jedna płyta ceramiczna, z obu stron której umieszczone są rurki zraszające. Zależnie od przykładu wykonania płyta ceramiczna może być lita lub może stanowić płytę metalową pokrytą dwustronnie płytkami ceramicznymi. Z uwagi na korzystnie wysokie przewodnictwo cieplne skrzynia i radiatory wykonane są z blachy aluminiowej. Płaszcz betonowy gruntowego wymiennika ciepła według wynalazku połączony jest z betonowymi palami, osadzonymi, korzystnie na płycie fundamentowej, na takiej głębokości, że ich dolna cześć znajduje się poniżej poziomu wód gruntowych.

Wymiennik według wynalazku zabudowuje się zwykle na głębokości ok. 1,5 m. Konstrukcja wymiennika według wynalazku zapewnia wysoką sprawność wymiany ciepła. Przewody nawilżające, zabudowane w płaszczu betonowym wymiennika dają możliwość równomiernego i systematycznego nawilżania go i chłodzenia regulowaną ilością wody. Z kolei od dołu pale, których dolne części znajdują się poniżej poziomu wód grantowych systematycznie podciągają wodę i nawilżają płaszcz betonowy,

PL 214 956 B1 przez co zwiększają sprawność wymiennika. Woda, posiadająca duże ciepło właściwe i wysokie przewodnictwo cieplne, efektywnie przekazuje ciepło, nie dopuszczając do przegrzania wymiennika. Radiatory metalowe jak i płytki ceramiczne zwiększają powierzchnię styku wymiennika z przepływającym powietrzem i polepszają również efektywność wymiany ciepła. W przypadku gdy powietrze jest cieplejsze od temperatury gruntu (czyli powyżej 8°C) powoduje to jego ochłodzenie i odprowadzenie ciepła przez radiatory i płytki ceramiczne do płaszcza betonowego, i dalej, poprzez pale betonowe - do gruntu. Natomiast gdy temperatura powietrza jest niższa od temperatury gruntu - radiatory ogrzewają przepływające powietrze, oddając mu ciepło przenoszone z gruntu do skrzyni wymiennika poprzez pale, płaszcz betonowy, radiatory i płyty ceramiczne.

Płytki ceramiczne, dzięki swojemu przewodnictwu cieplnemu niższemu od przewodnictwa radiatorów metalowych sprzyjają kondensacji zawartej w powietrzu pary wodnej na ich powierzchni. Powstały kondensat spływa do kanału drenażowego, którym odprowadzany jest na zewnątrz przy pomocy rury odwadniającej zakończonej syfonem, który zabezpiecza wymiennik przed wnikaniem z zewnątrz powietrza do wnętrza wymiennika. W celu uzyskania pożądanej wilgotności powietrza opuszczającego wymiennik otworem wylotowym przez rurki zraszające doprowadzana jest do wnętrza wymiennika regulowana ilość wody, której nadmiar spływa po radiatorach i płytach ceramicznych i jest również odprowadzany kanałem drenażowym do rury odwadniającej. Konstrukcja gruntowego wymiennika ciepła według wynalazku umożliwia przeprowadzanie okresowego płukania i/lub dezynfekcji wymiennika poprzez zalanie instalacji i wnętrza wymiennika wodą i/lub roztworem środków dezynfekcyjnych.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, w którym

Fig. 1 pokazuje gruntowy wymiennik ciepła w przekroju podłużnym,

Fig. 2 ukazuje w przekroju poprzecznym gruntowy wymiennik ciepła w wersji posiadającej radiatory pionowe, a

Fig. 3 ukazuje w przekroju poprzecznym gruntowy wymiennik ciepła w wersji posiadającej radiatory ukośne.

Gruntowy wymiennik ciepła 1 według wynalazku posiada postać wykonanej z blachy aluminiowej, prostopadłościennej skrzyni 2 w której umieszczone są pionowe, aluminiowe radiatory 3 w formie płyt o pofałdowanej powierzchni. Wymiennik ciepła 1 zaopatrzony jest w otwór wlotowy 4 i otwór wylotowy 5, przy czym skrzynia 2 otoczona jest płaszczem betonowym 6, w którym zabudowane są od góry perforowane przewody nawilżające 7. W dnie skrzyni wykonany jest nieco nachylony osiowo kanał drenażowy 8, połączony z rurą odwadniającą 9 zakończoną syfonem 10. Ponad kanałem drenażowym 8, pomiędzy metalowymi radiatorami 3 umieszczona jest osiowo płyta ceramiczna 11. Z obu stron, u góry płyty ceramicznej biegną rurki zraszające 12. W tym przykładzie wykonania płytę ceramiczną 11 stanowi płyta metalowa pokryta dwustronnie płytkami ceramicznymi. Płaszcz betonowy 6 gruntowego wymiennika ciepła 1 według wynalazku połączony jest z betonowymi palami 13, osadzonymi na płycie fundamentowej na takiej głębokości, że ich dolna cześć znajduje się poniżej poziomu wód gruntowych.

Przykładowy system zawierający gruntowy wymiennik ciepła według wynalazku obejmuje gruntowy wymiennik ciepła 1, zbiornik wody zraszającej zasilany przykładowo z pobliskiej studni oraz zbiornik odprowadzanej wody.

Claims (4)

1. Gruntowy wymiennik ciepła, posiadający otwór wlotowy i otwór wylotowy, znamienny tym, że ma postać blaszanej skrzyni (2) z wewnętrznymi, metalowymi radiatorami (3) w formie płyt, korzystnie o rozwiniętej powierzchni, zaopatrzonej w otwór wlotowy (4) i otwór wylotowy (5), przy czym skrzynia (2) otoczona jest płaszczem betonowym (6) w którym zabudowane są perforowane przewody nawilżające (7), natomiast w dnie skrzyni (2) wykonany jest nieco nachylony osiowo kanał drenażowy (8), połączony korzystnie z rurą odwadniającą (9) zakończoną syfonem (10), a ponad kanałem drenażowym (8), pomiędzy metalowymi radiatorami (3) umieszczona jest przynajmniej jedna płyta ceramiczna (11), z obu stron której umieszczone są rurki zraszające (12).

2. Gruntowy wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że płyta ceramiczna (11) stanowi płytę metalową pokrytą dwustronnie płytkami ceramicznymi.

PL 214 956 B1

3. Gruntowy wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że skrzynia (2) i radiatory (3) wykonane są z blachy aluminiowej.

4. Gruntowy wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że płaszcz betonowy (6) połączony jest z betonowymi palami (13), osadzonymi, korzystnie na płycie fundamentowej, na takiej głębokości, że ich dolna część znajduje się poniżej poziomu wód gruntowych.