PL229827B1 - Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji, stosowany z wykorzystaniem ciepła wewnętrznego ziemi do ogrzewania powietrza nawiewanego do pomieszczeń obiektu.

Stosowane powszechnie urządzenia do wentylacji i klimatyzacji, wymagają dużego zapotrzebowania energii elektrycznej. Generatory elektryczne w większości napędzane są energią uzyskiwaną ze spalania paliw z efektem emisji do atmosfery znacznych ilości dwutlenku węgla - co powoduje zmiany klimatyczne efektu cieplarnianego. Poniżej strefy napowietrzania gruntu nie występuje bezpośrednim wpływ czynników atmosferycznych, co stanowi, że temperatura jest zasadniczo stała, niezależna od pory roku i średnio wynosi od 7 do 12°C. Nośnikiem ciepła ziemi w tej strefie jest woda gruntowa. Znane są układy urządzeń wykorzystujące ciepło wewnętrzne ziemi do ogrzewania, chłodzenia lub klimatyzacji pomieszczeń budynków. Działanie takich układów w ujęciu podstawowym przedstawione jest w niemieckim opisie wynalazku DE19606727. Układ zawiera posadowiony w ziemi na odpowiedniej głębokości zamknięty zbiornik wody oraz wymiennik ciepła ciecz-powietrze, zabudowany w pomieszczeniu budynku. Zespoły te połączone są instalacją rur zasilania i powrotu w obieg zamknięty, z przepływem wymuszonym przez pompę cyrkulacyjną zabudowaną na rurze zasilania. Praca wymiennika ciepła wspomagana jest wentylatorem nawiewnym. Wymiana ciepła wód gruntowych drogą przewodzenia przez ściany zbiornika do wody obiegowej układu nie pokrywa temperaturowych potrzeb chłodniczych, grzewczych lub klimatyzacyjnych obiektu. Znane jest również rozwiązanie układu przedstawionego w europejskim opisie wynalazku EP0041651, w którym w obieg zamknięty nośnika ciepła - oprócz zbiornika wody bezpośrednio pobierającego ciepło ziemi - włączony jest izolowany zbiornik akumulujący ciepło, zabudowany w obiekcie lub w jego podpiwniczeniu. W rurową instalację gałęzi zasilania i powrotu nośnika włączone są zainstalowane w obiekcie wymienniki z wentylatorami nawiewnymi oraz typowy osprzęt hydrauliczny: zawory odcinające, pompa cyrkulacyjna, zawory regulacyjne.

Celem rozwiązania według niniejszego wynalazku jest zwiększenie skuteczności wykorzystania energii cieplnej wody gruntowej do ogrzewania powietrza zewnętrznego w urządzeniach klimatyzacji i wentylacji, z efektem ograniczenia zużycia energii elektrycznej.

Układ do pozyskiwania ciepła z wody gruntowej dla urządzeń wentylacji i klimatyzacji według wynalazku, w którym do przewodów zasilania i przewodów powrotnych usytuowanych w odwiertach przyłączone są głowice perforowane posiadające w przewodach zasilania zamocowane poprzeczne rurki w układzie przemiennym przez, które przepływa woda gruntowa i których osie są usytuowane względem siebie pod kątem 45° nadając wirowy przepływ wody i zwiększając powierzchnię wymiany energii cieplnej poprzez perforacje.

Rurki wykonane są ze stali kwasoodpornej posiadającej podwyższony współczynnik przenikania ciepła i chłodu.

Układ urządzeń posiada zespół szeregowo połączonych w układzie kaskadowym przeciwprądowych, gruntowych wymienników ciepła, zanurzonych w wodzie gruntowej odwiertów, oraz połączonych z nagrzewnicą I stopnia w centrali wentylacyjnej nawiewno - wywiewnej obiegiem zamkniętym, przez rurę zasilania i rurę powrotną. Na rurze zasilania, doprowadzającej ciepłą wodę do nagrzewnicy, są kolejno w przepływie zamontowane: zawór odcinający, filtr siatkowy, zawór odcinający i zawór regulacyjny trójdrogowy, natomiast na rurze powrotnej, którą odprowadzana jest schłodzona woda z nagrzewnicy, zainstalowane są kolejno: zawór równoważący, pompa cyrkulacyjna, zawór zwrotny i zawór odcinający.

Korzystnym jest, gdy nośnikiem ciepła w układzie jest 30% do 40% wodny roztwór glikolu, a odwierty mają głębokość od 30 do 40 m przy poziomie wód gruntowych minimum 10 m pod powierzchnią terenu. Napełnienie układu wodnym roztworem glikolu zabezpiecza układ przed zamarzaniem w zimie, w temperaturach powietrza zasysanego do czerpni w zakresie do -20°C.

Pozyskane w gruntowych wymiennikach ciepło pozwala w układzie według wynalazku uzyskać do 40% oszczędności w zużyciu energii elektrycznej dotychczasowego zapotrzebowania centrali wentylacyjnej nawiewno - wywiewnej klimatyzacji i wentylacji obiektu.

Układ urządzeń według wynalazku jest wyjaśniony opisem przykładowego wykonania, przedstawionego schematem połączeń na rysunku, na którym fig. 1 stanowi schemat układu urządzeń, fig. 2 powtarzalny fragment przewodu głowicy w przekroju pionowym, fig. 3 przekrój poziomy przewodu głowicy przez zainstalowane rurki poprzeczne.

PL 229 827 B1

Centrala wentylacji i klimatyzacji 1 posiada obrotowy wymiennik ciepła 2, wentylator wywiewny 3, wentylator nawiewny 4, filtr wywiewny 5, filtr nawiewny 6, nagrzewnicę I stopnia 7, nagrzewnicę II stopnia 8, chłodnicę 9, czerpnię świeżego powietrza 10, nawiew powietrza 11, wyrzutnię powietrza 12, wyciąg z pomieszczenia 13, odpowietrznik 14, przepustnicę czerpni 32, przepustnicę wyrzutni 33 i przepustnicę cyrkulacji 34. Powietrze zewnętrzne po przejściu przez przepustnicę 32 jest podgrzewane w nagrzewnicy I stopnia 7 ciepłem ciekłego nośnika dostarczonego z rozdzielacza 25. Do przewodów zasilania 28 i przewodów powrotnych 26 usytuowanych w odwiertach K1, K2, K3 przyłączone są głowice perforowane 30 posiadające w przewodach 28 zamocowane poprzeczne rurki 35 w układzie przemiennym, których osie są usytuowane względem siebie pod kątem 45° nadając wirowy przepływ wody i zwiększając powierzchnię wymiany energii cieplnej poprzez perforacje.

Rurki wykonane są ze stali kwasoodpornej przez które przepływa woda gruntowa, posiadającej podwyższony współczynnik przenikania ciepła i chłodu. Wymienniki gruntowe są zanurzone w wodzie gruntowej odwiertów K1, K2, K3, mających głębokość 30 m i średnicę 200 mm. W strefie zanurzenia w wodzie gruntowej na długości około 22 m wymienniki wykonane są z rur stali kwasoodpornej, natomiast w pozostałej części układu przewody zasilania 28 i przewody powrotnej 26 wykonane są z rur polietylenowych o dużej gęstości HDPE.

Między rozdzielaczem 25 a nagrzewnicą I stopnia 7, na przewodzie doprowadzającym ciepły nośnik, kolejno w przepływie zamontowane są: zawór odcinający 20, filtr siatkowy 21, naczynie wzbiorcze 18, zawór bezpieczeństwa 19, zawór odcinający 16 i zawór regulacyjny trójdrogowy 17, służący do regulacji temperatury i przepływu w zależności od temperatury zewnętrznej powietrza. Po obu stronach filtra siatkowego 21 wbudowane są zawory odcinające 20 oraz manometry 22 określające stopień czystości. Na rurze powrotnej 26 z nagrzewnicy I stopnia 7, którą odprowadzany jest schłodzony nośnik, zainstalowane są kolejno: zawór równoważący 15, pompa cyrkulacyjna 23, zawór zwrotny 24 i zawór odcinający 20. Nośnikiem ciepła w układzie jest 35% roztwór wodny glikolu.

W celu wyeliminowania oddziaływań cieplnych między odwiertami K1, K2, K3 wykonane są one w ostępach od siebie nie mniejszych niż 3 m. Przy ograniczeniu głębokości odwiertów K1, K2, K3 połączenie kaskadowe wymienników gruntowych na względnie małej powierzchni terenu pozwala uzyskać dużą powierzchnię wymiany i ilości pozyskanego ciepła ziemi. Dokonane w okresie zimowym, przy temperaturze powietrza - 15°C, pomiary zmian temperatury nośnika w prototypowym układzie wykonanym według wynalazku wykazały następujące przebiegi:

- w rurze powrotnej 26 na wypływie z nagrzewnicy I stopnia 7 temperatura wodnego roztworu glikolu +4°C,

- kolejno na wylotach z kaskadowo łączonych wymienników gruntowych: odwiert K1 temperatura +7°C, odwiert K2 + 9°C i odwiert K3 +12°C, i wynikowo

- temperatura powietrza zewnętrznego za nagrzewnicą I stopnia 7-2°C, następnie podniesiona w nagrzewnicy II stopnia do temperatury 20°C powietrza nawiewanego do pomieszczeń obiektu.

Claims (2)

1. Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń wentylacji i klimatyzacji, który zawiera zespół szeregowo połączonych w układzie kaskadowym przeciwprądowych wymienników ciepła, zanurzonych w wodzie gruntowej odwiertów oraz połączonych z nagrzewnicą I stopnia centrali wentylacyjnej nawiewno - wywiewnej obiegiem zamkniętym przez rurę zasilania i rurę powrotną, przy czym na rurze zasilania doprowadzającej ciepłą wodę do nagrzewnicy są kolejno w przepływie zamontowane: zawór odcinający, filtr siatkowy, zawór odcinający i zawór regulacyjny trójdrogowy, a na rurze powrotnej, którą odprowadzana jest schłodzona woda z nagrzewnicy zainstalowane są kolejno: zawór równoważący, pompa cyrkulacyjna, zawór zwrotny i zawór odcinający, znamienny tym, że do rurowych przewodów zasilania (28) i rurowych przewodów powrotnych (26) usytuowanych w odwiertach (K1, K2, K3) przyłączone są głowice perforowane (30) posiadające w przewodach (28) zamocowane poprzeczne rurki (35) w układzie przemiennym, przez które przepływa woda gruntowa, i których osie są usytuowane względem siebie pod kątem 45° nadając wirowy przepływ wody i zwiększając powierzchnię wymiany energii cieplnej poprzez perforacje.

2. Układ urządzeń według zastrz. 1, znamienny tym, że rurki (35) wykonane są ze stali kwasoodpornej posiadającej podwyższony współczynnik przenikania ciepła i chłodu.