PL406309A1

PL406309A1 - System of devices for acquiring hot water from the underground water system intended for the air conditioning and ventilation equipment

Info

Publication number: PL406309A1
Application number: PL406309A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Struzik
Original assignee: Wojciech Struzik
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-08
Also published as: PL222484B1

Abstract

Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń wentylacji i klimatyzacji, ma wymienniki przeciwprądowe (K1, K2, K3) w układzie kaskadowym zainstalowane w odwiertach gruntu, połączone przewodami rurowymi (26) i (28) z nagrzewnicą wstępną (7) centrali nawiewno-wywiewnej. Na przewodzie rurowym (28) doprowadzającym ciepłą wodę zamontowane są zawory (16, 17, 19, 20). Na przewodzie rurowym (26) odprowadzającym zimną wodę zainstalowana jest pompa cyrkulacyjna (23), oraz zawory (15), (24). Układ wyposażony jest w regulator pogodowy BMS.The system of devices for obtaining hot water from the groundwater installation for ventilation and air conditioning devices, has counter-current heat exchangers (K1, K2, K3) in a cascade system installed in ground wells, connected by pipes (26) and (28) with a pre-heater (7) supply and exhaust control panel. The valves (16, 17, 19, 20) are installed on the hot water pipe (28). A circulation pump (23) and valves (15), (24) are installed on the pipe (26) draining cold water. The system is equipped with a BMS weather compensator.

Description

Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacjiSystem of devices for obtaining hot water from groundwater installations for air conditioning and ventilation devices

Przedmiotem wynalazku jest układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji.The present invention relates to a system of devices for obtaining hot water from a groundwater installation for air conditioning and ventilation devices.

Stosowane powszechnie urządzenia do wentylacji i klimatyzacji, wymagają dużego zużycia energii elektrycznej. Urządzenia te powodują znaczną emisję gazów do atmosfery, co wpływa niekorzystnie na zmiany klimatyczne i efekt cieplarniany. Dotyczy to instalacji wytwarzanej z gazu, węgla, energii elektrycznej.Commonly used ventilation and air-conditioning devices require high electricity consumption. These devices cause significant emissions of gases into the atmosphere, which has a negative impact on climate change and the greenhouse effect. This applies to installations made of gas, coal and electricity.

Znane są sposoby i układy urządzeń wykorzystywanych technologiczne parametry wód gruntowych, przykładowo z patentu niemieckiego DE19606727 (A1), z patentu europejskiego EP0041658 (A2), z patentu amerykańskiego US005495721 A, które w odmienny sposób z zastosowaniem różnych urządzeń rozwiązuje zagadnienie techniczne do celów klimatyzacji, chłodzenia obiektów użytkowych.There are known methods and systems of devices used for technological parameters of groundwater, for example from the German patent DE19606727 (A1), from the European patent EP0041658 (A2), from the US patent US005495721 A, which solves the technical problem for air conditioning in a different way with the use of different devices, cooling of utility objects.

Celem rozwiązania według wynalazku jest intensyfikacja wykorzystania źródeł energii cieplnej wody gruntowej do ogrzewania powietrza zewnętrznego w urządzeniach klimatyzacji i wentylacji z ograniczeniem zużycia energii elektrycznej i cieplnej.The aim of the solution according to the invention is to intensify the use of thermal energy sources of groundwater for heating outdoor air in air-conditioning and ventilation devices, while limiting the consumption of electricity and heat.

Układ urządzeń według wynalazku posiada wymienniki przeciwprą-dowe HDPE/K kwasowe w układzie kaskadowym napełniane Glikolem 30% do 40% usytuowane w odwiertach na głębokości od 30 do 40 m o poziomie wody gruntowej minimum 10 m ppt, które są połączone z centralą wentylacyjną i klimatyzacją przewodami rurowymi HPDE w obiegu zamkniętym.The system of devices according to the invention has cascade HDPE / K acid heat exchangers in a cascade system filled with 30% to 40% Glycol, located in wells at a depth of 30 to 40 m below the groundwater level at least 10 m below the groundwater level, which are connected to the ventilation unit and air conditioning with ducts closed-circuit HPDE pipes.

Na przewodzie rurowym doprowadzającym ciepłą wodę do centrali nawiewnej zamontowany jest zawór regulacyjny trójdrogowy z siłownikiem oraz dwa zawory odcinające , filtr siatkowy z dwoma zaworami odcinającymi. Na przewodzie rurowym odprowadzającym schłodzoną wodę z centrali nawiewnej zainstalowany jest zawór równoważący, pompa obiegowa, zawór zwrotny i dwa zawory odcinające, Układ urządzeń według wynalazku posiada regulator pogodowy sterownik BMS, który podłączony jest przewodami instalacyjnymi do przewodów rur doprowadzających i odprowadzających ciepłą albo chłodną wodę z centrali nawiewnej oraz bezpośrednio reguluje pracą centrali wentylacyjnej i klimatyzacji.A three-way control valve with an actuator, two cut-off valves, a strainer with two cut-off valves are installed on the pipe supplying hot water to the air supply unit. A balancing valve, a circulation pump, a check valve and two shut-off valves are installed on the chilled water discharge pipe from the air supply unit. The device system according to the invention has a weather-compensated BMS controller, which is connected with installation pipes to the pipes supplying and draining hot or cold water from air supply unit and directly regulates the operation of the air handling unit and air conditioning.

Układ urządzeń według wynalazku w znacznym stopniu zmniejsza zużycie energii elektrycznej i cieplnej. Ograniczenie jego wartości zależy w dużym stopniu od warunków atmosferycznych. Przy założeniu zgodnie z PN i pomiarami wynikającymi z badań maksymalnej temperatury zimy -20°C i temperatury za nagrzewnicą I stopnia + 2°C uzyskuje się przyrost temperatury nawiewanego powietrza większy niż 20°C, co przekłada się na oszczędności rzędu minimum 40%.The arrangement of the devices according to the invention significantly reduces the consumption of electricity and heat. The limitation of its value depends largely on the weather conditions. Assuming in accordance with the Polish Standard and the measurements resulting from the tests of the maximum winter temperature of -20 ° C and the temperature after the 1st degree heater + 2 ° C, the temperature of the supplied air increases by more than 20 ° C, which translates into savings of at least 40%.

Woda gruntowa z głębokości średnio od 30-40m o temperaturze +10°C stanowi naturalne źródło ciepła i stosowanie jej w celach grzewczych w znaczny sposób przyczynia się do wykorzystania energii odnawialnej, przyjaznej dla naturalnego środowiska, nie inwazyjnej i nie ingerującą w środowisko naturalne.Groundwater from an average depth of 30-40m with a temperature of + 10 ° C is a natural source of heat and its use for heating purposes significantly contributes to the use of renewable energy, environmentally friendly, non-invasive and not interfering with the natural environment.

Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji w przykładzie wykonania pokazany jest na rysunku w układzie schematycznym.The arrangement of devices for obtaining hot water from a groundwater installation for air conditioning and ventilation devices in the embodiment is shown in the diagram in the drawing.

Centrala wentylacji i klimatyzacji posiada centralkę wentylacyjną 1, wymiennik obrotowy 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 o temperaturze -20°C po przejściu przez prze- pustnicę 32 jest podgrzewane w nagrzewnicy 7 z układu odzysku ciepła z rozdzielacza 25 wymiennika gruntowego. Nagrzewnica 7 podgrzewa powietrze do temperatury + 4,2°C. Nagrzewnica 7 jest zasilana rurami HDPE fi 50-110 zasilającymi przewodem rurowym 28 i powrotnym przewodem rurowym 29, które są zalane glikolem 35%, co eliminuje zamarzanie instalacji. Na zasileniu 28 zainstalowany jest zawór trójdrogowy 17 do regulacji temperatury i przepływu w zależności od temperatur zewnętrznych i zapotrzebowania instalacji oraz zawór odcinający 16, naczynie wzbiorcze 18, zawór bezpieczeństwa 19, filtr siatkowy 21 z manometrami 22 i zaworami odcinającymi 20 i taki układ włączony jest do rozdzielacza 25.The ventilation and air conditioning unit has a ventilation unit 1, rotary exchanger 2, exhaust fan 3, supply fan 4, exhaust filter 5, supply filter 6, 1st stage heater 7, 2nd stage heater 8, cooler 9, fresh air intake 10, air supply 11 , air exhaust 12, exhaust from room 13, air vent 14, intake throttle 32, exhaust throttle 33 and circulation throttle 34. After passing through the throttle 32, the outside air is heated in the heater 7 from the heat recovery system from manifold 25 of the ground exchanger. Heater 7 heats the air to a temperature of + 4.2 ° C. The heater 7 is supplied with HDPE pipes fi 50-110, supplying with the pipe 28 and the return pipe 29, which are flooded with 35% glycol, which eliminates freezing of the installation. On the supply 28, a three-way valve 17 is installed to regulate the temperature and flow depending on the outside temperatures and system demand, as well as a shut-off valve 16, expansion vessel 18, safety valve 19, strainer 21 with pressure gauges 22 and shut-off valves 20, and such a system is included in manifold 25.

Przewód rurowy 26 jest wyposażony w zawór równoważący 15 oraz pompę cyrkulacyjną 23 z manometrami, zaworami odcinającymi i zaworem zwrotnym 24.The pipe 26 is provided with a balancing valve 15 and a circulation pump 23 with pressure gauges, shut-off valves and a check valve 24.

Wymiennik przeciwprądowy kaskadowy HDPE/K z zainstalowanymi w 3 odwiertach o średnicy 200 mm na głębokości 30 m rurami fi 50 zasilenia przewodem rurowym 28 oraz powrotnym przewodem rurowym 26 z wykorzystaniem rury odpowietrzenia 27.The HDPE / K cascade counter-flow heat exchanger with fi 50 pipes installed in 3 boreholes with a diameter of 200 mm at a depth of 30 m, supplied with a pipe 28 and a return pipe 26 with the use of a vent pipe 27.

Rura powrotna 26 na długości 20 m jest w strefie wody gruntowej w 2/3 długości, po tej długości poprzez redukcję HDPE/K jest połączona z rurą stalową kwasoodporną o dł. min 6m 29 i dalej połączona jest z głowicą 30 ze stali kwasoodpornej. Od głowicy 30 woda zostaje doprowadzona do rozdzielacza 25 rurą 28 HDPE fi 50. Z uwagi na duże koszty instalacji jak i ograniczenia terenu pod realizację instalacji zastosowano w oparciu o badania i pomiary układ kaskadowy instalacji. Wynalazek ten polega na uzyskaniu dużej ilości powierzchni wymiany ciepła - chłodu przy ograniczonej głębokości odwiertów i przy ograniczeniu powierzchni terenu. Minimalna odległość odwiertów wynosi 3m. Ta odległość gwarantuje brak wzajemnego oddziaływania instalacji. W układzie instalacji kaskadowej obieg wody do ogrzewania jest następujący. Woda z glikolem powraca z instalacji z nagrzewnicy 7 rurami 26 o temperaturze. 4°C przez rozdzielacz 25. Po rozdzielaczu 25 woda powraca do odwiertu i w pierwszym układzie kaskadowym K-1 zostaje podgrzana do temperatury 7°C. Po wyjściu wody z układu pierwszej kaskady woda zostaje wprowadzona do drugiej kaskady K-2, gdzie nastąpi kolejne podgrzanie wody do temperatury 9°C i dalej wprowadzona jest do trzeciej kaskady K-3 i tu jest dogrzana do temperatury 12°C i jest to wystarczający parametr do zastosowania opisanego wynalazku do ogrzewania powietrza zewnętrznego w centralach wentylacyjnych.The return pipe 26, 20 m long, is 2/3 of its length in the groundwater zone, along this length, by HDPE / K reduction, it is connected with an acid-resistant steel pipe, min 6 m long, 29 and further connected to the head 30 made of acid-resistant steel. From the head 30, the water is supplied to the manifold 25 through the HDPE pipe 28 fi 50. Due to the high costs of the installation and the limitations of the area for the installation, a cascade system was used based on tests and measurements. This invention is based on obtaining a large amount of heat exchange surface - cold with a limited depth of boreholes and with the limitation of the land area. The minimum distance of the boreholes is 3m. This distance guarantees that there is no interaction between the installations. In the cascade system layout, the circulation of water for heating is as follows. Water with glycol returns from the installation from the heater through 7 pipes 26 of temperature. 4 ° C through the manifold 25. After the manifold 25, the water returns to the wellbore and in the first K-1 cascade system is heated to 7 ° C. After the water leaves the system of the first cascade, the water is introduced to the second cascade of K-2, where the water is heated up to 9 ° C, and then it is introduced to the third cascade of K-3, where it is heated to a temperature of 12 ° C, which is sufficient parameter for applying the described invention to heating outdoor air in air handling units.

Wykaz oznaczeń 1. Centralka wentylacyjna 2. Wymiennik obrotowy 3. Wentylator wywiewny 4. Wentylator nawiewny 5. Filtr wywiewny 6. Filtr nawiewny 7. Nagrzewnica I stopnia 8. Nagrzewnica II stopnia 9. Chłodnica 10. Czerpnia świeżego powietrza 11. Nawiew powietrza 12. Wyrzutnia powietrza 13. Wyciąg z pomieszczenia 14. Odpowietrzniki 15. Zawór równoważący 16. Zawór odcinający 17. Zawór trójdrogowy 18. Naczynie wzbiorcze 19. Zawór bezpieczeństwa 20. Zawór odcinający 21. Filtr siatkowy 22. Manometry 23. Pompa cyrkulacyjna 24. Zawór zwrotny 25. Rozdzielacz 26. Rura powrotna 27. Rura odpowietrzenie 28. Rura zasilenie 29. Rura powrotna Kwasówka 30. Głowica 31. Zawór spustowy 32. Przepustnica czerpni 33. Przepustnica wyrzutni 34. Przepustnica cyrkulacji K1 Odwiert nr 1 K2 Odwiert nr 2 K3 Odwiert nr 3List of markings 1. Air handling unit 2. Rotary heat exchanger 3. Extract fan 4. Supply fan 5. Extract filter 6. Supply filter 7. 1st stage heater 8. 2nd stage heater 9. Cooler 10. Fresh air intake 11. Air supply 12. Air outlet 13. Room exhaust 14. Air vents 15. Balancing valve 16. Shut-off valve 17. Three-way valve 18. Expansion vessel 19. Safety valve 20. Shut-off valve 21. Strainer 22. Manometers 23. Circulation pump 24. Non-return valve 25 Manifold 26. Return pipe 27. Venting pipe 28. Supply pipe 29. Kwasówka return pipe 30. Head 31. Drain valve 32. Inlet throttle 33. Ejector throttle 34. Circulation damper K1 Bore No. 1 K2 Bore No. 2 K3 Bore No. 3

Claims

Patent claims

1. System of devices for obtaining hot water from the groundwater installation for heating the outside air of ventilation and air conditioning devices, characterized by a cascade system of counter-flow heat exchangers (K1, K2, K3) located in boreholes in the ground, which is connected with the preliminary heater ( 7) of the supply and exhaust air handling unit through the pipes No. (26) and (28) in a closed circuit, while a three-way control valve (17) with an actuator and a valve is mounted on the pipe (28) supplying hot water to the AHU heater (7) shut-off valve (16) and a circulation pump (23) is installed in the return pipe (26) discharging the cool water. Check valve (24), strainer (21), shut-off valves and balancing valve (15).

Device system according to claim 1, characterized in that the cascade counter-current acid exchangers (K1, K2, K3) are filled with 30% to 40% glycol and are located in wells 30-40 m deep in the ground with the water level minimum 10 m below ground level

Device system according to claim 1, characterized in that it has a weather-compensated BMS controller, which is connected with installation pipes to the pipes of the supply pipe (28) and the discharge pipe (26).