PL223705B1

PL223705B1 - Ground air heat exchanger system

Info

Publication number: PL223705B1
Application number: PL406869A
Authority: PL
Inventors: Zenon Mucha; Renata Nowak-Mucha
Original assignee: Zenon Mucha; Nowak Mucha Renata
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2016-10-31
Also published as: PL406869A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ gruntowego powietrznego wymiennika ciepła (GWC) służący do efektywnego odzysku ciepła lub chłodu z gruntu, pełniący jednocześnie funkcję systemu oczyszczającego powietrze, mający zastosowanie głównie w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Powietrze doprowadzane z układu wymiennika do danego obiektu jest w zależności od pory roku w okresie zimowym podgrzewane, a w okresie letnim chłodzone.The subject of the invention is a ground air heat exchanger (GHE) system for the effective recovery of heat or cold from the ground, simultaneously serving as an air purifying system, used mainly in ventilation and air conditioning installations. The air supplied from the exchanger system to a given facility is heated in winter, depending on the season, and cooled in summer.

Technologie związane z odzyskiem ciepła lub chłodu z gruntu, na potrzeby ogrzewania lub chłodzenia obiektów, zwłaszcza mieszkalnych, znane są od wielu lat. W ostatnim czasie można zaobserwować nasilenie zainteresowania stosowaniem tego typu technologii, zwłaszcza technologii wykorzystujących podgrzewany lub chłodzony w gruncie strumień nośnika energii, zwłaszcza powietrza, glikolu lub solanki, co związane jest z ogólnym trendem światowym ukierunkowanym na stosowanie odnawialnych źródeł energii. Ponadto tego typu rozwiązania dają użytkownikowi duże oszczędności w zakresie zużywania energii, a co za tym idzie oszczędności ekonomiczne.Technologies related to the recovery of heat or cold from the ground for heating or cooling buildings, especially residential buildings, have been known for many years. Recently, there has been a growing interest in the use of this type of technology, especially technologies that use a stream of energy carrier heated or cooled in the ground, especially air, glycol or brine, which is related to the general global trend focused on the use of renewable energy sources. In addition, such solutions give the user large savings in energy consumption, and thus economic savings.

Znane są sposoby odzysku ciepła lub chłodu z gruntu za pomocą gruntowych, powietrznych, rurowych wymienników ciepła, w których strumień powietrza płynie pod ziemią poprzez system rurowych kanałów wentylacyjnych, gdzie - poprzez ściankę rury - następuje wymiana termodynamiczna (cieplna) powietrza płynącego w rurze z gruntem. Strumień powietrza atmosferycznego o temperaturze ujemnej, zwłaszcza w okresie zimowym lub dodatniej, zwłaszcza w okresie letnim płynąc w rurze pod ziemią na niewielkiej głębokości około 2 m napotyka grunt o w przybliżeniu stałej temperaturze niezależnej od zewnętrznych warunków atmosferycznych, pozwalającej na podgrzanie tego powietrza zimą lub schłodzenie latem.There are known methods of recovering heat or cold from the ground using ground, air, tubular heat exchangers, in which the air stream flows underground through a system of tubular ventilation ducts, where - through the pipe wall - thermodynamic (thermal) exchange of air flowing in the pipe with the ground takes place. . The air stream with a negative temperature, especially in winter or positive, especially in summer, flowing in a pipe underground at a shallow depth of about 2 m, meets the ground with an approximately constant temperature, independent of external weather conditions, allowing this air to be heated in winter or cooled in summer .

Do najbardziej znanych i powszechnie stosowanych powietrznych gruntowych wymienników ciepła należą:The best known and commonly used ground source air heat exchangers are:

- powietrzne rurowe gruntowe wymienniki ciepła;- air tubular ground heat exchangers;

- żwirowe gruntowe wymienniki ciepła;- gravel ground heat exchangers;

- płytowe gruntowe wymienniki ciepła.- plate ground heat exchangers.

We wszystkich tych rozwiązaniach jako medium, poprzez które odzyskuje się ciepło lub chłód z gruntu stosuje się powietrze.In all these solutions, air is used as the medium through which heat or cold is recovered from the ground.

Dzięki zastosowaniu gruntowego wymiennika ciepła współpracującego z centralą wentylacyjną z odzyskiem ciepła można uzyskać oszczędność ponad 60% kosztów przeznaczonych na chłodzenie lub ogrzewanie. Obowiązujące obecnie przepisy prawne włącznie z najnowszym Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. nakazują stosowanie systemów ograniczających koszty ogrzewania i chłodzenia w obiektach o kubaturze powyżej 500 m . Rozwiązania te powinny zgodnie z wymienionym Rozporządzeniem posiadać sprawność temperaturową minimum 50%. Rozwiązaniem, które umożliwia osiągnięcie parametrów spełniających wymogi przepisów prawa jest zastosowanie gruntowych wymienników ciepła, których popularność i ilość inst alacji zarówno w budownictwie domów jednorodzinnych jak i w budownictwie przemysłowym w ostatnich latach systematycznie wzrasta.Thanks to the use of a ground heat exchanger cooperating with an air handling unit with heat recovery, it is possible to save over 60% of costs for cooling or heating. The current legal regulations, including the latest Regulation of the Minister of Transport, Construction and Maritime Economy of 5 July 2013, require the use of systems limiting heating and cooling costs in facilities with a cubature of more than 500 m. These solutions should, in accordance with the said Regulation, have a temperature efficiency of at least 50%. The solution that allows to achieve the parameters that meet the legal requirements is the use of ground heat exchangers, the popularity and number of installations of which both in the construction of single-family houses and in industrial construction has been systematically increasing in recent years.

Powietrzne, gruntowe wymienniki ciepła w systemie rurowym montuje się przede wszystkim tam gdzie występuje zagrożenie kontaktu z wodami gruntowymi, które mogą być źródłem zanieczyszczeń, bakterii, grzybów oraz różnego rodzaju zarazków. Bardzo często wody gruntowe emitują również nieprzyjemne zapachy. Istnieje zatem ryzyko, że te niebezpieczne dla zdrowia lub co najmniej nieprz yjemne dla człowieka czynniki przedostaną się wraz z medium, poprzez system wentylacyjny do wentylowanego pomieszczenia. Producenci gruntowych, rurowych wymienników ciepła dużą uwagę przykładają do szczelności całego układu wymiennika. Rury łączone są zwykle na mufy z uszczelkami lub poprzez zgrzewanie, elektrooporowo lub doczołowo. Wymienniki te wykonywane są przeważnie z rur polietylenowych lub polipropylenowych z wewnętrzną powłoką antybakteryjną. Dotychczasowe systemy połączeń i uszczelnień rur nadal jednak nie gwarantują pełnego zabezpieczenia przed infiltracją wód gruntowych, o czym informują niektórzy producenci w swoich materiałach technicznych. Ponadto stosowane wewnętrzne powłoki antybakteryjne również nie zabezpieczają w pełni przed przedostawaniem się niepożądanych czynników (bakterii, grzybów itp.) do wentylowanych pomieszczeń, co spowodowane jest choćby faktem, że nie wszystkie odcinki i moduły, przez które przepływa powietrze są w taką powłokę antybakteryjną wyposażone.Air, ground heat exchangers in a pipe system are installed primarily where there is a risk of contact with groundwater, which can be a source of contamination, bacteria, fungi and various types of germs. Very often, groundwater also emits unpleasant odors. Therefore, there is a risk that these factors, which are hazardous to health or at least unpleasant for humans, will get through with the medium through the ventilation system to the ventilated room. Producers of tubular ground heat exchangers pay great attention to the tightness of the entire heat exchanger system. Pipes are usually joined by means of couplings with gaskets or by welding, electrofusion or butt welding. These exchangers are usually made of polyethylene or polypropylene pipes with an internal antibacterial coating. The existing systems of connections and pipe seals still do not guarantee full protection against groundwater infiltration, as some producers inform about in their technical materials. In addition, the internal antibacterial coatings also do not fully protect against the penetration of undesirable factors (bacteria, fungi, etc.) into the ventilated rooms, which is caused, for example, by the fact that not all sections and modules through which the air flows are equipped with such an antibacterial coating.

Obecnie na rynku znane są trzy systemy rurowych gruntowych wymienników ciepła (GWC), których producenci określają, że wykonane są w wersji antybakteryjnej.Currently, there are three systems of tubular ground heat exchangers (GHE) known on the market, the manufacturers of which specify that they are made in an antibacterial version.

PL 223 705 B1PL 223 705 B1

W systemie rurowego gruntowego wymiennika ciepła znanego pod nazwą handlową „AWADUKT Thermo” firmy REHAU, opisanego między innymi na stronie internetowej http://www.rehau.pl oraz w katalogach tej firmy zastosowane są rury o średnicy do 630 mm z powłoką antybakteryjną. Jednak wszystkie pozostałe elementy wymiennika, w tym kształtki, rury o średnicy powyżej 630 mm, z których wykonane są kolektory zbiorcze i rozdzielające oraz elementy instalacji doprowadzającej powietrze do miejsca przeznaczenia lub centrali wentylacyjnej nie posiadają powłoki antybakteryjnej. Powoduje to, że duża część wewnętrznej powierzchni wymienników nie jest zabezpieczona antybakteryjnie i istnieje ryzyko, że powietrze doprowadzane do miejsca docelowego będzie zanieczyszczone. W przypadku wykonania instalacji GWC z kolektorami powyżej dn 630 i rurami transportowymi o tej samej średnicy, około 20% instalacji wykonane jest bez zabezpieczenia w postaci powłoki antybakteryjnej. Najmniejsza średnica stosowanych antybakteryjnych rur wymiany termodynamicznej w systemie „AWADUKT Thermo” wynosi 200 mm.The pipe system of the ground heat exchanger known under the trade name "AWADUKT Thermo" by REHAU, described on the website http://www.rehau.pl and in its catalogs, pipes with a diameter of up to 630 mm with an antibacterial coating are used. However, all other elements of the exchanger, including fittings, pipes with a diameter of more than 630 mm, which are used to make collective and separating collectors, and elements of the installation supplying air to the destination or the air handling unit, do not have an antibacterial coating. As a result, a large part of the internal surface of the exchangers is not protected against bacteria and there is a risk that the air supplied to the destination will be contaminated. In the case of a GHE installation with collectors above DN 630 and transport pipes of the same diameter, about 20% of the installation is made without protection in the form of an antibacterial coating. The smallest diameter of the antibacterial thermodynamic exchange pipes used in the "AWADUKT Thermo" system is 200 mm.

W systemie rurowego gruntowego wymiennika ciepła znanego pod nazwą handlową „GEOHEAT” firmy Ecoplastol sp. z o.o., opisanego między innymi na stronie internetowej http://www.ecoplastol.com.pl oraz w katalogach tej firmy, oraz w systemie rurowego gruntowego wymiennika ciepła znanego pod nazwą handlową „Ground-Therm” firmy Ground-Therm sp. z o.o., opisanego między innymi na stronie internetowej http://www.ground-therm.com oraz w katalogach tej firmy, jedynie w rurach do średnicy dn 400 mm stosuje się powłokę antybakteryjną. Kolektory zbiorcze i rozdzielające o średnicach rur powyżej 400 mm, a więc ponad 30% powierzchni całego wymiennika, wykonywane są z rur standard bez powłoki antybakteryjnej. Najmniejsza średnica stosowanych rur antybakteryjnych w systemach „GEOHEAT” i „Ground-Therm” wynosi 110 mm.In the system of a tubular ground heat exchanger known under the trade name "GEOHEAT" by Ecoplastol sp. Z oo, described, inter alia, on the website http://www.ecoplastol.com.pl and in its catalogs, and in the system of a tubular ground heat exchanger known under the trade name "Ground-Therm" of the company Ground-Therm sp. z oo, described, among others, on the website http://www.ground-therm.com and in its catalogs, only in pipes with a diameter of dn 400 mm is used an antibacterial coating. Collecting and separating collectors with pipe diameters above 400 mm, i.e. more than 30% of the entire exchanger surface, are made of standard pipes without antibacterial coating. The smallest diameter of the antibacterial pipes used in the "GEOHEAT" and "Ground-Therm" systems is 110 mm.

Do podstawowych zalet powietrznych, rurowych gruntowych wymienników ciepła należą:The main advantages of air tubular geothermal heat exchangers are:

- praca ciągła - brak przerw na regenerację gruntu;- continuous operation - no breaks for soil regeneration;

- możliwość montażu w różnorodnych miejscach, np. pod drogami i parkingami.- possibility of installation in various places, e.g. under roads and parking lots.

Podstawową niedogodnością dotychczas stosowanych wymienników jest oddzielenie medium w postaci powietrza płynącego rurami - od gruntu zbyt grubą ścianką rury, co pogarsza wymianę termodynamiczną. Ponadto dotychczasowe systemy GWC z rurami w wersji antybakteryjnej, jak wyk azano powyżej nie są jednak w pełni antybakteryjne, przez co mogą dalej stwarzać zagrożenie bakteriologiczne. Duża część całkowitej powierzchni czynnej opisywanych powyżej systemów wykonana jest z rur standardowych bez powłoki antybakteryjnej. Powodem tego są wyjątkowo duże koszty pr odukcji rur i kształtek o średnicach powyżej 400 mm z warstwą antybakteryjną. Wysoki koszt produkcji przekłada się na wysoką cenę sprzedaży, niewspółmierną do oczekiwanych zysków z tytułu odzysku ciepła i chłodu, a w efekcie koszt wykonania GWC mija się z uzasadnieniem ekonomicznym.The main disadvantage of the exchangers used so far is the separation of the medium in the form of air flowing through the pipes - from the ground with a too thick pipe wall, which worsens the thermodynamic exchange. Moreover, the existing GHE systems with pipes in an antibacterial version, as shown above, are not, however, fully antibacterial, and therefore may still pose a bacteriological threat. A large part of the total active surface of the systems described above is made of standard pipes without an antibacterial coating. The reason for this is the exceptionally high production costs of pipes and fittings with diameters above 400 mm with an antibacterial layer. The high cost of production translates into a high selling price, disproportionate to the expected profits from heat and cold recovery, and as a result, the cost of the GHE implementation is not economically justified.

Zainteresowanie instalacją gruntowych, rurowych wymienników ciepła wciąż rośnie, nie tylko z powodu konieczności wynikającej z przepisów prawa dotyczących ochrony środowiska, ale przede wszystkim z chęci oszczędzania w zakresie ogrzewania i chłodzenia obiektów mieszkalnych lub przemysłowych. Jednakże, biorąc pod uwagę opisane wyżej koszty produkcji wymienników w pełni antybakteryjnych, ich instalacja przestaje być ekonomicznie opłacalna, ze względu na zbyt długi okres zwrotu poniesionych nakładów, przez co tracą zarówno konsumenci jak i całe społeczeństwo, gdyż znaczne ograniczenie kosztów ogrzewania i chłodzenia, oprócz zmniejszenia wydatków wpływałoby też na zmniejszenie emisji zanieczyszczeń środowiska naturalnego.The interest in the installation of geothermal tubular heat exchangers is still growing, not only due to the necessity resulting from environmental protection regulations, but mainly due to the desire to save on heating and cooling residential or industrial facilities. However, taking into account the above-described production costs of fully antibacterial exchangers, their installation ceases to be economically viable due to the excessively long payback period, which results in losses for both consumers and the whole society, as a significant reduction in heating and cooling costs, in addition to reducing expenses would also reduce the emission of environmental pollutants.

W związku z powyższym zaistniała potrzeba poszukiwania nowych, bardziej efektywnych ro związań zapewniających skuteczną wymianę termodynamiczną (cieplną) transportowanego powietrza z gruntem, a jednocześnie zapewniających skuteczną eliminację zanieczyszczeń, w tym bakterii i grzybów z transportowanego powietrza. Podstawowym uzasadnieniem dla praktycznego wdrożenia takich rozwiązań jest zwiększenie skuteczności w zakresie wymiany cieplnej oraz eliminacji zanieczyszczeń, przy jednoczesnym znaczącym obniżeniu ceny w stosunku do rozwiązań znanych ze stanu techniki.Therefore, there was a need to search for new, more effective solutions ensuring effective thermodynamic (thermal) exchange of the transported air with the ground, and at the same time ensuring effective elimination of pollutants, including bacteria and fungi from the transported air. The basic justification for the practical implementation of such solutions is to increase the efficiency in the field of heat exchange and elimination of pollutants, while at the same time significantly reducing the price compared to the solutions known from the prior art.

Potrzebę tą udało się zaspokoić poprzez opracowanie rozwiązania według niniejszego wynalazku. Istotę rozwiązania stanowi układ gruntowego powietrznego wymiennika ciepła instalowany w gruncie rodzimym z naniesioną na nim warstwą gruntu rodzimego o grubości niezbędnej do wyrównania terenu w przypadku montażu na terenie otwartym lub do wyrównania przestrzeni pod wylewkami w przypadku montażu w obrysie fundamentów, zawierający kanały powietrzne w postaci rur, w których następuje wymiana termodynamiczna transportowanego powietrza z gruntem. Rury wymiany termodynamicznej są szczelnie połączone z jednej strony z kolektorem rozdzielającym a z drugiej strony z kolektorem zbierającym, przy czym kolektor rozdzielający połączony jest za pomocą kanałuThis need has been met by developing the solution according to the present invention. The essence of the solution is a ground air heat exchanger system installed in the native soil with a layer of native soil applied on it, with a thickness necessary for leveling the ground in the case of outdoor installation or for leveling the space under the screeds in the case of installation in the contours of foundations, containing air ducts in the form of pipes in which thermodynamic exchange of transported air with soil occurs. The thermodynamic exchange tubes are tightly connected on the one hand to the separating manifold and on the other hand to the collecting manifold, the separating manifold being connected by a channel

PL 223 705 B1 transportowego z czerpnią powietrza, natomiast kolektor zbierający połączony jest za pomocą kanału transportowego wyjściowego z centralą wentylacyjną lub innym odbiornikiem powietrza. Ponadto układ zawiera studzienkę odpływu kondensatu wyposażoną w pompkę odpływu kondensatu. Układ wykonany może być jako układ jednorurowy, dwururowy, pierścieniowy, meandrowy lub jako układ Tichelmanna i charakteryzuje się tym, że wyposażony jest w rynkowo dostępny moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, zabudowany pomiędzy kolektorem zbierającym a centralą wentylacyjną bądź innym odbiornikiem powietrza z układu lub też na kanale nawiewnym za centralą wentylacyjną bądź innym odbiornikiem powietrza z układu.The collecting collector is connected to the air handling unit or other air receiver via the exit transport channel. Furthermore, the system includes a condensate drain pit equipped with a condensate drain pump. The system can be made as a single-pipe, two-pipe, ring, meandering system or as a Tichelmann system and is characterized by the fact that it is equipped with a commercially available module for air purification in closed rooms, built between the collecting collector and the air handling unit or another air receiver from the system or also on the supply duct behind the air handling unit or other air receiver from the system.

Korzystnie, jako moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych stosuje się system wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną, zwłaszcza firmy ACTIVTEK sp. z o.o.Preferably, a system that uses radial catalytic ionization, especially from ACTIVTEK sp.z o.o., is used as a module for air purification in closed rooms.

Rury wymiany termodynamicznej wykonane są z materiału dopuszczonego w budownictwie do transportu powietrza, korzystnie z polietylenu lub polipropylenu.The thermodynamic exchange tubes are made of a material approved for air transport in the building industry, preferably polyethylene or polypropylene.

Rury wymiany termodynamicznej połączone są z kolektorami tradycyjnie mufami z uszczelkami lub elektrooporowo lub doczołowo lub ekstruzyjnie lub korzystnie zgrzane poprzez polifuzję, która posiada cechy łączenia rur doczołowego i elektrooporowego. W zgrzewaniu polifuzyjnym wykorzystuje się tzw. kopyta o wielkości dopasowanej do przekrojów łączonych rur, podgrzewane prądem, które powodują topienie dwóch elementów łączonych tworząc w ten sposób bardzo trwałe połączenie.The thermodynamic exchange tubes are connected to the manifolds traditionally by means of gaskets with gaskets or by electrofusion or butt or extrusion or preferably by polyfusion, which has the features of joining the butt and electrofusion tubes. In polyfusion welding, the so-called hooves sized to match the cross-sections of the pipes to be joined, heated by current, which melt the two joined elements, thus creating a very durable connection.

Rury wymiany termodynamicznej ułożone są ze spadkiem powyżej 1% w kierunku studzienki odpływu kondensatu.The thermodynamic exchange pipes are laid with a slope of more than 1% towards the condensate drain.

Korzystnie, kanały powietrzne wymiany termodynamicznej mają postać rur o małych średnicach w zakresie od 20 do 105 mm, co wpływa na polepszenie ich parametrów wymiany cieplnej. Ilość rur wymiany termodynamicznej, ich średnica oraz długość są indywidualnie dobierane do zakładanego przepływu powietrza gwarantującego prawidłową wymianę cieplną, który nie powinien przekroczyć prędkości 3m/s w pojedynczej rurze, przy czym w wariancie z rurami o średnicy od 20 do 105 mm ułożone są one w układzie Tichelmanna.Preferably, the thermodynamic air channels are in the form of pipes with small diameters ranging from 20 to 105 mm, which improves their heat exchange parameters. The number of thermodynamic exchange pipes, their diameter and length are individually selected for the assumed air flow that guarantees proper thermal exchange, which should not exceed the speed of 3m / s in a single pipe, while in the variant with pipes with a diameter of 20 to 105 mm they are arranged in a system Tichelmann.

Standardowe, dostępne na rynku rury o małych średnicach od 20 do 105 mm nie były dotychczas nigdy stosowane w znanych systemach powietrznych gruntowych wymienników ciepła. Zastosowanie w rozwiązaniu według wynalazku rur o małych średnicach w zakresie od 20 do 105 mm zdec ydowanie poprawia wymianę termodynamiczną (cieplną) transportowanego powietrza z gruntem. W ymogiem jest taki dobór średnicy rur wymiany termodynamicznej do odpowiedniej prędkości powietrza aby nie uzyskać dużych, niekorzystnych oporów całego systemu. Doboru odpowiednich średnic w stosunku do wielkości przepływu powietrza dokonuje się poprzez korzystanie z opracowanych wcześniej diagramów, programów doboru lub indywidualnych projektowych obliczeń. Zastosowanie rur o małych średnicach (20-105 mm) do wymiany termodynamicznej jest zasadne z wielu powodów. Rury o mniejszych średnicach posiadają cieńsze ścianki, co skutkuje mniejszym oporem cieplnym i w efekcie o wiele lepszą wymianą cieplną. Opór cieplny jest to stosunek grubości ścianki do współczynnika przewodzenia. Dla przykładu standardowa rura dn 200 mm posiada ściankę o grubości 7,7 mm, a rura dn 32 mm ma ściankę o grubości 2 mm, czyli blisko cztery razy mniejszą, to znaczy że opór cieplny również będzie proporcjonalnie mniejszy. W efekcie uzyskuje się lepszą wymianę cieplną transportowanego rurą powietrza z gruntem, w którym rura jest zainstalowana. Ponadto w przewodach okrągłych powietrze w największej ilości z dużą prędkością płynie środkiem rury, a przy ściankach rury, czyli w tym miejscu gdzie następuje wymiana cieplna, prędkość powietrza jest dużo mniejsza, przez co stosowanie rur o dużych średnicach znane z dotychczasowych rozwiązań obarczone jest małą efektywnością wymiany cieplnej. Zastosowanie do GWC rur o małych średnicach, czyli ro zdzielenie jednego strumienia powietrza na wiele mniejszych spowoduje zmniejszenie strat cieplnych i zwiększy efektywność wymiany termodynamicznej.Standard, commercially available tubes with small diameters from 20 to 105 mm have never been used in the known systems of air ground heat exchangers before. The use of pipes with small diameters in the range from 20 to 105 mm in the solution according to the invention significantly improves the thermodynamic (heat) exchange of the transported air with the soil. The requirement is to select the diameter of the thermodynamic exchange pipes to the appropriate air velocity so as not to obtain large, unfavorable resistances of the entire system. The selection of appropriate diameters in relation to the amount of air flow is made by using previously developed diagrams, selection programs or individual design calculations. The use of small diameter pipes (20-105 mm) for thermodynamic replacement is justified for many reasons. Pipes with smaller diameters have thinner walls, which results in lower thermal resistance and, as a result, much better heat exchange. Thermal resistance is the ratio of the wall thickness to the conductivity coefficient. For example, a standard pipe dn 200 mm has a wall thickness of 7.7 mm, and a pipe dn 32 mm has a wall thickness of 2 mm, which is nearly four times smaller, i.e. the thermal resistance will also be proportionally lower. As a result, a better thermal exchange of the air transported through the pipe with the ground in which the pipe is installed is obtained. In addition, in round ducts, the air in the greatest amount flows at high speed in the center of the pipe, and at the walls of the pipe, i.e. in the place where the thermal exchange takes place, the air velocity is much lower, therefore the use of large-diameter pipes, known from previous solutions, is burdened with low efficiency heat exchange. The use of small diameter pipes for the GHE, i.e. the division of one air stream into many smaller ones, will reduce heat losses and increase the efficiency of thermodynamic exchange.

W gruntowych wymiennikach ciepła w wariancie z rurami cienkimi montuje się je w układzie Tichelmanna, co wpływa na korzystną zamianę przepływu laminarnego zachodzącego w pojedynczej rurze na przepływ turbulentny spowodowany zawirowaniami w kolektorach, co polepsza wymianę cieplną.In ground heat exchangers in the variant with thin tubes, they are mounted in the Tichelmann system, which has a beneficial effect on the conversion of laminar flow occurring in a single tube into turbulent flow caused by turbulence in the collectors, which improves heat exchange.

Zastosowany w rozwiązaniu według wynalazku moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych spełnia rolę pełnego i skutecznego zabezpieczenia przed drobnoustrojami, bakteriami, grzybami, wirusami, alergenami, roztoczami, uciążliwymi zapachami oraz przed szeregiem innych szkodliwych dla zdrowia lub nieprzyjemnych zanieczyszczeń. Dzięki temu do budowy gruntowego wymiennika ciepła można stosować standardowe, stosunkowo tanie i ogólnodostępne rury, bezThe indoor air purification module used in the solution according to the invention fulfills the role of a complete and effective protection against microorganisms, bacteria, fungi, viruses, allergens, mites, unpleasant odors and against a number of other harmful or unpleasant pollutants. As a result, standard, relatively cheap and generally available pipes can be used for the construction of a ground heat exchanger, without

PL 223 705 B1 konieczności stosowania rur wzbogaconych specjalną wewnętrzną warstwą antybakteryjną i to zarówno rur do wymiany termodynamicznej jak i rur na kolektory.It is necessary to use pipes enriched with a special internal antibacterial layer, both pipes for thermodynamic exchange and pipes for collectors.

Moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych może być zabudowany na kanale nawiewnym za centralą wentylacyjną lub korzystnie przed centralą wentylacyjną bądź innym odbiornikiem powietrza z układu. Montaż modułu przed centralą wentylacyjną ochrania antybakteryjnie całą centralę, włącznie z filtrami, w których występuje największe zagrożenie bakteriologiczne, bowiem to w filtrach zbierane są zanieczyszczenia z transportowanego powietrza, zarówno na nawiewie jak i na wyciągu. Montaż modułu za centralą ochrania wyłącznie kanały nawiewne.The module for air purification in closed rooms can be installed on the supply duct behind the air handling unit or preferably in front of the air handling unit or another air receiver from the system. Installing the module in front of the air handling unit protects the entire unit antibacterially, including the filters with the greatest bacteriological risk, because the filters collect contaminants from the transported air, both in the supply air and in the exhaust air outlet. Installation of the module behind the control panel protects only the supply ducts.

Dla dezynfekcji gruntowego wymiennika ciepła będącego przedmiotem wynalazku korzystne jest okresowe, korzystnie raz na kwartał zalanie go wodą pitną z detergentami łatwo dostępnymi na rynku i przeznaczonymi do dezynfekcji na przykład wanien z hydromasażem. Po przepłukaniu wodę usuwa się za pomocą pompki skroplin, w którą każdy wymiennik jest wyposażony.For the disinfection of the ground heat exchanger according to the invention, it is advantageous to periodically, preferably quarterly, flood it with drinking water with detergents readily available on the market and intended for disinfecting, for example, whirlpool tubs. After rinsing, the water is removed using the drain pump with which each exchanger is equipped.

Do podstawowych zalet układu według wynalazku należą:The main advantages of the system according to the invention are:

- uzdatnianie powietrza transportowanego do wentylowanego obiektu, polegające na eliminacji bakterii, wirusów, alergenów, roztoczy, zapachów oraz innych szkodliwych dla zdrowia lub nieprzyjemnych zanieczyszczeń poprzez instalację modułu do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, zwłaszcza systemu wykorzystującego promieniową jonizację katalityczną firmy ACTIVTEK sp. z o.o.;- treatment of air transported to the ventilated facility, consisting in the elimination of bacteria, viruses, allergens, mites, odors and other harmful or unpleasant pollutants by installing a module for air purification in closed rooms, especially a system using radial catalytic ionization by ACTIVTEK sp. z oo ;

- zabezpieczenie całego układu wentylacyjnego łącznie z centralą wentylacyjną, filtrami i kanałami nawiewnymi, a nie tylko rur wymiany termodynamicznej, jak to było w dotychczas stosowanych wymiennikach z wewnętrzną warstwą antybakteryjną;- protection of the entire ventilation system, including the ventilation unit, filters and supply ducts, and not only the thermodynamic exchange pipes, as was the case in the heat exchangers with an internal antibacterial layer used so far;

- zastosowanie po raz pierwszy w GWC małych średnic rur wymiany termodynamicznej, pow odujące zdecydowanie lepszy odzysk ciepła i chłodu niż do tej pory.- the first use of small diameters of thermodynamic exchange pipes in the GHE, resulting in much better heat and cold recovery than before.

Ponadto zaletą zastosowania w GWC według wynalazku modułu do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych w postaci systemu wykorzystującego promieniową jonizację katalityczną jest to, że w przeciwieństwie do produktów, które w walce z bakteriami i innymi drobnoustrojami oraz nieprzyjemnymi zapachami stosują pasywną technologię, na przykład filtry, które muszą przefiltrować powietrze przez siebie, system wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną używa aktywnej technologii wzorowanej na procesach naturalnie zachodzących w przyrodzie, które w pełni rozwiązują problem. Dostępne urządzenia mają właściwości zmniejszenia o 99,99% ilość drobnoustrojów, pleśni, grzybów, bakterii, w tym Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Streptococcus spp., Pseudonomas aeruginosa, Bacillus spp., Staphylococcus aureus, Candida albicans, S. chartarum i wirusów, w tym MRSA, oraz wirusa ptasiej grypy, co zostało udokumentowane przez wiele instytucji badawczych. System wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną instaluje się przede wszys tkim w istniejących już systemach wentylacyjno-klimatyzacyjnych. Zanieczyszczone powietrze dostaje się przez kanały wentylacyjne do systemu, a następnie zostaje wzbogacone w naturalne składniki, co pozwala uzyskać czyste i zdrowsze powietrze nadmuchiwane do pomieszczeń. Systemy te działają poprzez przekształcenie obecnej w powietrzu pary wodnej (H₂O) oraz tlenu (O₂) do wodorotlenków i jonów ponadtlenkowych. Wykorzystują katalityczne działanie promieniowania ultrafioletowego na procesy fotojonizacyjne metali rzadkich oraz szlachetnych, zawartych w matrycy, wspieranych przez hydrofilową powłokę komory RCI.Moreover, the advantage of using in the GHE according to the invention a module for air purification in closed rooms in the form of a system using radial catalytic ionization is that, unlike products that use passive technology in the fight against bacteria and other microorganisms and unpleasant odors, for example filters that need to filter the air through themselves, the system using radial catalytic ionization uses an active technology modeled on naturally occurring processes in nature that fully solves the problem. The available devices reduce the amount of microorganisms, molds, fungi, bacteria by 99.99%, including Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Streptococcus spp., Pseudonomas aeruginosa, Bacillus spp., Staphylococcus aureus, Candida albicans, S. chartarum and viruses, including MRSA, and the bird flu virus, which has been documented by many research institutions. The system that uses radial catalytic ionization is installed primarily in existing ventilation and air-conditioning systems. Contaminated air enters the system through the ventilation ducts and is then enriched with natural ingredients, resulting in clean and healthier air blown into the rooms. These systems work by converting the water vapor (H ₂ O) and oxygen (O ₂ ) present in the air into hydroxides and superoxide ions. They use the catalytic action of ultraviolet radiation on the photo-ionization processes of rare and precious metals contained in the matrix, supported by the hydrophilic coating of the RCI chamber.

Niepodważalną zaletą wymienników według wynalazku są też istotne oszczędności ekonomiczne w stosunku do rozwiązań znanych z dotychczasowego stanu techniki. Wpływa na to możliwość wykonania wymiennika z standardowych rur PE lub PP ogólnodostępnych na rynku i relatywnie tanich w stosunku do „różnokolorowych” drogich rur w obecnie stosowanych systemach. Rury w systemie „AWADUKT Thermo” i w systemie „Ground-Therm” produkowane są obecnie w kolorze niebieskim, natomiast w systemie „GEOHEAT” w kolorze zielonym, co nie wynika z powodów technicznych i nie ma żadnego wpływu na sprawność wymiany termodynamicznej, służy jedynie wyróżnieniu produktu na rynku. Produkcja rur w określonym kolorze zwiększa niepotrzebnie koszt produkcji i zakupu GWC przynajmniej o 10%. Zatem dodatkowym atutem układu według wynalazku jest stosowanie standardowych, dostępnych na rynku rur, bez konieczności uruchamiania specjalnej produkcji rur o konkretnych kolorach, co pozwala dodatkowo obniżyć koszt produktu końcowego bez wpływu na jego jakość.An unquestionable advantage of the exchangers according to the invention is also significant economic savings compared to solutions known from the prior art. This is due to the possibility of making the exchanger of standard PE or PP pipes available on the market and relatively cheap in relation to the "different colored" expensive pipes in currently used systems. Pipes in the "AWADUKT Thermo" system and in the "Ground-Therm" system are currently produced in blue, while in the "GEOHEAT" system in green, which is not due to technical reasons and has no influence on the thermodynamic exchange efficiency, it only serves to distinguish product on the market. Producing pipes in a specific color unnecessarily increases the cost of production and purchase of GHE by at least 10%. Therefore, an additional advantage of the system according to the invention is the use of standard, commercially available pipes, without the need to launch a special production of pipes with specific colors, which allows to further reduce the cost of the final product without affecting its quality.

Zastosowanie rozwiązania według wynalazku z rurami wymiany termodynamicznej o średnicach od 20 do 105 mm pozwala zmniejszyć, nawet o połowę koszty zakupu GWC w stosunku do istniejących i stosowanych obecnie na rynku wymienników o takim samym przepływie, co wynika z oszczęd6The use of the solution according to the invention with thermodynamic exchange pipes with diameters from 20 to 105 mm allows to reduce, even by a half, the purchase costs of GHE as compared to the existing and currently used on the market exchangers with the same flow, which results from savings.

PL 223 705 B1 ności na materiałach i zostało wykazane w obliczeniach wykonanych dla przykładowego GWC przedstawionych w przykładzie 2.Material properties and was demonstrated in the calculations made for the exemplary GHE presented in Example 2.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione w przykładzie wykonania na fig. 1 rysunku, w widoku z góry.The solution according to the invention is shown in the embodiment in Fig. 1 in the top view.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Wymiennik dobrany dla przepływu 300 m /h.The exchanger is selected for the flow of 300 m3 / h.

Wymiennik składa się z czerpni 1 wyposażonej w filtr powietrza, połączonej kanałem transportowym 2 z kolektorem rozdzielającym 3, który połączony jest szczelnie z siedmioma rurami wymiany termodynamicznej 4, wykonanymi z polietylenu, ułożonymi w układzie Tichelmanna i szczelnie połączonymi z drugiej strony z kolektorem zbierającym 5. Rury wymiany termodynamicznej 4 są zgrzane z kolektorami 3 i 5 poprzez polifuzję i ułożone są ze spadkiem 2% w kierunku studzienki odpływu kondensatu. Kolektor zbierający 5 połączony jest następnie kanałem transportowym wyjściowym 6 z m odułem 7 do oczyszczania i uzdatniania powietrza, który zabudowany jest bezpośrednio przed centralą wentylacyjną 8. Centrala wentylacyjna 8 połączona jest z kanałem nawiewnym 9 transportującym powietrze do miejsca docelowego. Zarówno kanał transportowy 2, kanał transportowy wyjściowy 6 jak i kolektory rozdzielający 3 i zbierający 5 mają średnicę 200 mm. Rury wymiany termodynamicznej 4 mają średnicę 90 mm i długość pojedynczej nitki 16.5 m. Razem długość rur wymiany termodynamicznej wynosi 115.5 mb. Powietrze zaciągane jest do czerpni powietrza 1 gdzie oczyszczane jest z pyłu i kurzu przechodząc przez filtr zamontowany w czerpni. Od czerpni 1 kanałem transportowym 2 powietrze płynie do kolektora rozdzielającego 3, a następnie do rur wymiany termodynamicznej 4, gdzie następuje wymiana termodynamiczna powietrza z gruntem. Następnie podgrzane lub schłodzone powietrze płynie do kolektora zbiorczego 5, a stamtąd kanałem transportowym wyjściowym 6 do modułu 7 do oczyszczania i uzdatniania powietrza, stamtąd dostaje się do centrali wentylacyjnej 8, a następnie kanałem nawiewnym 9 do miejsca przeznaczenia. Jako moduł 7 stosuje się system wyk orzystujący promieniową jonizację katalityczną firmy ACTIVTEK sp. z o.o.The exchanger consists of an inlet 1 equipped with an air filter, connected by a transport channel 2 with a separating collector 3, which is tightly connected with seven thermodynamic exchange pipes 4, made of polyethylene, arranged in the Tichelmann system and tightly connected on the other side with the collecting collector 5. The thermodynamic exchange tubes 4 are welded to the collectors 3 and 5 by polyfusion and are laid with a 2% slope towards the condensate drain well. The collecting collector 5 is then connected by an outlet transport conduit 6 to the exhaust pipe 7 for air purification and treatment, which is installed directly in front of the air handling unit 8. The air handling unit 8 is connected to an air supply duct 9 transporting the air to the destination. Both the transport channel 2, the exit transport channel 6 and the separation 3 and collection collectors 5 have a diameter of 200 mm. The thermodynamic exchange tubes 4 have a diameter of 90 mm and a single thread length of 16.5 m. The total length of the thermodynamic exchange tubes is 115.5 m. The air is drawn to the air intake 1, where it is cleaned of dust and dirt passing through a filter installed in the air intake. From the air intake 1 through the transport channel 2, the air flows to the separating collector 3, and then to the thermodynamic exchange pipes 4, where the thermodynamic exchange of air with soil takes place. Then the heated or cooled air flows to the collective collector 5, and from there through the output transport duct 6 to the air purification and treatment module 7, from there it enters the air handling unit 8, and then through the supply duct 9 to the destination. As module 7, a system that uses radial catalytic ionization from ACTIVTEK sp.z o.o. is used.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Przykład obliczeń uzasadniających celowość zamiany pojedynczej rury PE dn 200 mm projektowanego GWC na rury dn 90 mm w układzie Tichelmanna.An example of calculations justifying the advisability of replacing a single PE pipe dn 200 mm of the designed GHE with pipes dn 90 mm in the Tichelmann system.

Obliczenia wykonania GWC dla przepływu 300 m /h, w wariancie standardowym dotychczas stosowanym z rurami PE dn 200 mm oraz w wariancie według wynalazku z rurami PE dn 90 mm.Calculation of the GHE performance for the flow of 300 m3 / h, in the standard variant used so far with PE pipes dn 200 mm and in the variant according to the invention with PE pipes dn 90 mm.

Wariant standardowy do tej pory stosowany:The standard variant used so far:

Rury dn 200 mm.Pipes dn 200 mm.

₃₃

Dla przepływu 300 m /h potrzeba zastosować 52 mb rur dn 200 mm.For a flow of 300 m3 / h, 52 linear meters of pipes with a length of 200 mm are required.

Obwód rury dn 200 mm wynosi 0,628 m.The circumference of the pipe dn 200 mm is 0.628 m.

Pole powierzchni termodynamicznej wynosi 32,6 m (52 mb x 0,628 m).The thermodynamic surface area is 32.6 m (52 m x 0.628 m).

Wariant według wynalazku:Variant according to the invention:

Rury dn 90 mm w układzie Tichelmanna.Tubes dn 90 mm in the Tichelmann system.

Obwód jednej rury dn 90 mm wynosi 0,282 m.The circumference of one pipe dn 90 mm is 0.282 m.

₂₂

Obliczone powyżej pole wymiany termodynamicznej rur dn 200 mm wynosi 32,6 m .The field of thermodynamic exchange of pipes dn 200 mm calculated above is 32.6 m.

32,6 m² : 0,282 m = 115.6 mb32.6 m ² : 0.282 m = 115.6 m

Konieczna łączna długość rur dn 90 mm to 115,6 mb rur.The necessary total length of pipes dn 90 mm is 115.6 linear meters of pipes.

₃₃

Jedną rurą dn 90 mm można przetransportować 43 m³/h.Dn one tube 90 can be transported mm 43 m ³ / h.

Ilość rur dn 90 mm niezbędnych do osiągnięcia przepływu 300 m /h to 7 rur (300 m /h : 43 m /h = 6,97 rury - po zaokrągleniu 7 rur).The number of pipes dn 90 mm necessary to achieve a flow of 300 m3 / h is 7 pipes (300 m3 / h: 43 m3 / h = 6.97 pipes - after rounding 7 pipes).

Długość jednej nitki to 16,5 mb (115,6 mb : 7 = 16,5 mb).The length of one thread is 16.5 m (115.6 m: 7 = 16.5 m).

Porównanie wariantu standardowego z wariantem według wynalazku, w wersjach realizu₃ jących taki sam przepływ powietrza 300 m /h:Comparison with the standard variant embodiment of the invention, versions ₃ to co- realizu the same air flow of 300 m / h:

Zamiast 52 mb rur dn 200 mm stosuje się wymiennik siedmionitkowy w układzie Tichelmanna, o długości pojedynczej nitki 16,5 mb.Instead of 52 m of pipes with a length of 200 mm, a seven-pipe exchanger in the Tichelmann system is used, with a single thread length of 16.5 m.

Przy obecnych cenach zakupu średni koszt zakupu GWC z rur dn 200 mm wynosi około 3400 zł (52 mb rur 200 mm x 65,18 zł = 3389,36 zł). Natomiast średni koszt zakupu GWC z rur dn 90 mm wynosi około 1650 zł (115,6 mb rur dn 90 mm x 14,27 zł = 1649 zł).At the current purchase prices, the average purchase cost of GHE made of 200 mm pipes is approximately PLN 3,400 (52 linear meters of 200 mm pipes x PLN 65.18 = PLN 3389.36). On the other hand, the average purchase cost of GHE made of 90 mm pipes is approximately PLN 1,650 (115.6 linear meters of 90 mm pipes x 14.27 PLN = PLN 1,649).

Zaletą zastosowanego w omawianym przykładzie rozwiązania według wynalazku (rury dn 90 mm) jest istotna, bo około 50%-owa oszczędność przy jednoczesnych lepszych wynikach pracy wymiennika (3389,36 zł - 1649 zł = 1740,36 zł).The advantage of the solution according to the invention used in the discussed example (pipes dn 90 mm) is a significant, about 50% saving with simultaneous better performance of the exchanger (PLN 3389.36 - PLN 1649 = PLN 1740.36).

PL 223 705 B1PL 223 705 B1

Lepsze wyniki pracy wynikają z kilku czynników. Ścianka rury dn 90 jest ponad dwa razy cieńsza od dn 200, a więc występuje dwa razy mniejszy opór cieplny i zarazem lepsza wymiana cieplna. Wymiana cieplna powietrza z gruntem w rurach małych średnicach i w układzie Tichelmana jest wielokrotnie lepsza od wymiany cieplnej w jednej rurze o dużej średnicy. Na podobnej zasadzie działają na przykład chłodnica samochodowa lub kaloryfer w domu. W rozwiązaniach tych, dzięki rozdzieleniu kolektorami na wiele kanałów o małych średnicach następuje zaburzenie łagodnego przepływu lam inarnego na burzliwy przepływ turbulentny, co owocuje najlepszą wymianą cieplną.There are a number of reasons for better job performance. The wall of the dn 90 pipe is more than two times thinner than the dn 200, so there is twice as less thermal resistance and, at the same time, better heat exchange. Heat exchange of air with soil in pipes of small diameters and in the Tichelman system is many times better than heat exchange in one pipe of large diameter. A car radiator or a radiator at home, for example, work on a similar principle. In these solutions, thanks to the separation of collectors into many channels of small diameters, the gentle flow of lamellas to turbulent turbulent flow is disturbed, which results in the best heat exchange.

W jednej rurze o dużej średnicy powietrze płynie laminarnie środkiem rury wymiana cieplna jest znacznie ograniczona, gdyż medium nie ma dobrego kontaktu ze ścianką rury gdzie zachodzi najlepsza, bo bezpośrednia wymiana cieplna.In one large diameter pipe, the air flows laminarly through the center of the pipe, heat exchange is significantly limited, because the medium does not have good contact with the pipe wall where the best, because direct heat exchange takes place.

Claims

1.System of ground air heat exchanger, installed in the native soil with a layer of native soil applied on it, with a thickness necessary to level the ground in the case of outdoor installation or to level the space under the screeds in the case of installation in the contours of foundations, including air ducts in the form of pipes in which there is a thermodynamic exchange of the transported air with the ground, tightly connected on the one hand with the separating collector and on the other hand with the collecting collector, the separating collector is connected by means of a transport channel with the air intake, while the collecting collector is connected by an exit transport channel with an air handling unit or other air receiver, also including a condensate drain equipped with a condensate drain pump, made as a single-pipe, two-pipe, ring, meandering system or as a Tichelmann system, characterized by the fact that it is equipped with est in a module (7) for air purification in closed rooms, built between the collecting collector (5) and the air handling unit (8) or another air receiver from the system or on the supply duct (9) behind the air handling unit (8) or another air receiver from the layout.

2. The system according to claim A system according to claim 1, characterized in that a system using radial catalytic ionization is used as the indoor air purification module (7).

3. The system according to p. The method of claim 1, characterized in that the thermodynamic exchange tubes (4) are made of polyethylene or polypropylene.

4. The system according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that the thermodynamic exchange pipes (4) are connected to the manifolds (3) and (5) traditionally with gaskets or electrofusion or butt or weld joints or preferably by polyfusion.

5. The system according to p. The method of claim 1, characterized in that the thermodynamic exchange pipes (4) are arranged with a slope of more than 1% towards the condensate drainage sump.

6. The system according to p. The method of claim 1, characterized in that the thermodynamic exchange air channels are in the form of pipes (4) with small diameters ranging from 20 to 105 mm, and their number, diameter and length are individually matched to the assumed air flow guaranteeing proper heat exchange, which should not be exceed speeds of 3 m / s in a single pipe, but in the variant with pipes with diameters ranging from 20 to 105 mm, they are arranged in the Tichelmann system.