RO125335A2 - Heating system with geothermal heat pump - Google Patents
Heating system with geothermal heat pump Download PDFInfo
- Publication number
- RO125335A2 RO125335A2 ROA200800157A RO200800157A RO125335A2 RO 125335 A2 RO125335 A2 RO 125335A2 RO A200800157 A ROA200800157 A RO A200800157A RO 200800157 A RO200800157 A RO 200800157A RO 125335 A2 RO125335 A2 RO 125335A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- pipes
- collector
- heat pump
- heat
- heating system
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
Description
*’ | Cerere de brevet de invenț kj< ^ol 2eo^ θ° 15 Ίτ* ’| Patent application kj <^ ol 2eo ^ θ ° 15 Ίτ
7 FEB. 2008 JFEBRUARY 7 2008 J
SISTEM DE ÎNCĂLZIRE CU POMPĂ DE CĂLDURĂ GEOTERMALĂGEOTHERMAL HEAT PUMP HEATING SYSTEM
Invenția se referă la un sistem cu pompă de căldură geotermală care extrage energia termică din sol sau subsol, cu ajutorul unor colectori de căldură compacți, alcătuiți din niște structuri spațiale, prefabricate sau realizate din elemente modulare, care susțin unul sau mai multe circuite preformate de conducte colectoare de căldură, amplasate într-o excavație sau, după caz, într-un foraj vertical.The invention relates to a geothermal heat pump system which extracts thermal energy from the ground or subsoil, by means of compact heat collectors, consisting of space structures, prefabricated or made of modular elements, which support one or more preformed circuits of heat collection pipes, located in an excavation or, as the case may be, in a vertical borehole.
Este cunoscut sistemul cu pompă de căldură geotermală care utilizează colectori de căldură realizați la fața locului din conducte metalice sau de material plastic, îngropate în sol, sub forma unor serpentine orizontale. Dezavantajul acestui sistem constă în faptul că necesită o suprafață relativ mare de teren însorit. Ca o variantă de sistem cu colector orizontal, se mai cunosc sistemele echipate cu colectori de căldură realizați din conducte extinse în spirală pe fundul unor șanțuri înguste. Deși acest sistem de colectare reprezintă o îmbunătățire a sistemului prezentat anterior, totuși suprafața de teren necesară este încă destul de mare.The geothermal heat pump system is known, which uses heat collectors made on site from metal or plastic pipes, buried in the ground in the form of horizontal coils. The disadvantage of this system is that it requires a relatively large area of sunny land. As a variant of a system with a horizontal collector, there are also systems equipped with heat collectors made of extended spiral pipes on the bottom of narrow ditches. Although this collection system is an improvement on the system presented above, the required land area is still quite large.
Se cunoaște un sistem geotermal ai cărui colectori de căldură sunt realizați din conducte metalice amplasate, sub formă de fascicule, pe pereții verticali sau ușor înclinați ai unor șanțuri înguste (brevet US5224357). Pentru îmbunătățirea transferului termic, solul de deasupra colectorilor este umezit cu ajutorul unor furtunuri perforate, cuplate la o sursă de apă. în raport cu sistemele prezentate anterior, această soluție necesită lucrări de șantier mai complexe și mai costisitoare. Un alt dezavantaj constă în faptul că umezirea solului nu se face uniform pe întreaga lungime și adâncime a conductelor colectorilor.A geothermal system is known whose heat collectors are made of metal pipes placed, in the form of beams, on the vertical or slightly inclined walls of narrow ditches (patent US5224357). To improve heat transfer, the soil above the collectors is moistened with perforated hoses, connected to a water source. Compared to the systems presented above, this solution requires more complex and expensive site work. Another disadvantage is that the soil is not evenly moistened along the entire length and depth of the manifold pipes.
Mai este cunoscut un sistem de colectare a căldurii geotermale cu ajutorul uneia sau mai multor sonde geotermale amplasate în foraje verticale. Sondele geotermale sunt realizate în principiu din două sau mai multe conducte colectoare de material plastic, cuplate prin joncțiuni în formă de U, prin care circulă o soluție antigel care extrage căldura subterană. Dezavantajul principal al acestei soluții constă în distanța mică dintre conductele colectoare de tur și cele de retur, care diminuează capacitatea de extracție a căldurii și provoacă interferențe termice între conductele de temperaturi diferite. în cazul sondelor geotermale de mare adâncime mănunchiul de conducte colectoare se introduce cu dificultate în foraje, iar în exploatare consumul de energie necesar pompării soluției antigel este ridicat.A geothermal heat collection system is also known by means of one or more geothermal probes located in vertical boreholes. Geothermal probes are basically made of two or more plastic collecting pipes, connected by U-shaped junctions, through which circulates an antifreeze solution that extracts the underground heat. The main disadvantage of this solution is the short distance between the flow and return collector pipes, which diminishes the heat extraction capacity and causes thermal interference between the pipes of different temperatures. in the case of deep geothermal wells, the bundle of collecting pipes is difficult to insert into the boreholes, and in operation the energy consumption required to pump the antifreeze solution is high.
Se mai cunoaște un sistem de colectare a energiei geotermale (brevet WO0221054) prin care căldura subterană este extrasă cu ajutorul unui puț de foraj a cărui parte superioară este ocupată de un bloc de ciment în care este înglobat un fascicul de conducte colectoare care alcătuiesc împreună vaporizatorul unei pompe de căldură. între partea inferioară a puțului și un rezervor exterior este recirculată apa obținută printr-un sistem complicat de drenare aA geothermal energy collection system (patent WO0221054) is also known, through which the underground heat is extracted by means of a drilling well, the upper part of which is occupied by a cement block in which a bundle of collector pipes that make up the evaporator is embedded. a heat pump. between the bottom of the well and an external tank, the water obtained through a complicated drainage system is recirculated.
Ο Ο 8 - Ο Ο 1 5¼ 27 -02- 2008 ii precipitațiilor. Metoda presupune lucrări de investiții complexe și costisitoare, precum și consumuri energetice importante.Ο Ο 8 - Ο Ο 1 5¼ 27 -02- 2008 ii precipitation. The method involves complex and expensive investment works, as well as significant energy consumption.
Brevetul JP2000329413 descrie un un sistem de extragere și de stocare a căldurii, care este format dintr-o conductă de polietilenă înfășurată în jurul unui tub de oțel introdus în subsol în poziție verticală și umplut cu o soluție antigel menținută la o temperatură constantă cu ajutorul unui încălzitor electric. Această soluție prezintă dezavantaje legate de complexitatea lucrărilor de construcții-montaj și de consumul ridicat de energie și de soluție antigel.Patent JP2000329413 describes a heat extraction and storage system, which consists of a polyethylene pipe wrapped around a steel tube inserted into the basement in an upright position and filled with an antifreeze solution maintained at a constant temperature by means of a electric heater. This solution has disadvantages related to the complexity of construction-assembly works and the high consumption of energy and antifreeze solution.
în brevetul CH687043 este prezentată o sondă geotermală de mare adâncime în care mai multe conducte colectoare de tur sunt amplasate în jurul unei singure conducte colectoare de retur, de dimensiuni mai mari. Soluția presupune sudarea cap la cap a conductelor de material plastic cu ajutorul unor mufe de electrofuziune, ceea ce necesită aducerea pe șantier a unor echipamente specializate, suplimentează costurile inițiale și reduce fiabilitatea sistemului.Patent CH687043 discloses a deep geothermal probe in which several flow manifolds are located around a single, larger return manifold. The solution involves welding the plastic pipes together with the help of electrofusion sockets, which requires specialized equipment to be brought to the site, supplementing the initial costs and reducing the reliability of the system.
în plus față de cele arătate, toate sistemele de încălzire cu pompă de căldură geotermală cunoscute prezintă două dezavantaje comune. Primul dezavantaj constă în faptul că circuitele de colectare a căldurii sunt realizate la fața locului, în condiții de șantier, ceea ce poate conduce la majorarea substanțială a costurilor și la apariția unor erori de execuție, cu efect direct asupra calității și fiabilității sistemelor. Al doilea dezavantaj este reprezentat de imposibilitatea compensării fenomenului de diminuare progresivă, de-a lungul circuitelor colectoare de căldură, a capacității de extracție a căldurii, din cauza reducerii diferenței de temperatură dintre sol și fluidul schimbător de căldură, ceea ce duce la supradimensionarea și scumpirea sistemelor.In addition to the above, all known geothermal heat pump heating systems have two common disadvantages. The first disadvantage is that the heat collection circuits are made on site, under site conditions, which can lead to a substantial increase in costs and the occurrence of execution errors, with a direct effect on the quality and reliability of the systems. The second disadvantage is the impossibility of compensating for the phenomenon of progressive diminution, along the heat collecting circuits, of the heat extraction capacity, due to the reduction of the temperature difference between the ground and the heat exchanger fluid, which leads to oversizing and price increase. systems.
Problema pe care o rezolvă invenția este realizarea, printr-o investiție relativ redusă, a unui sistem de încălzire cu pompă de căldură geotermală, fiabil și de mare randament, care utilizează niște colectori de căldură compacți, cu mare capacitate de extracție a căldurii, alcătuiți din niște structuri spațiale, prefabricate sau realizate din elemente modulare, care susțin unul sau mai multe circuite preformate de conducte colectoare de căldură, amplasate într-o excavație executată pe o suprafață de teren mai mică sau, după caz, într-un foraj de adâncime mai redusă.The problem solved by the invention is the realization, through a relatively small investment, of a heating system with geothermal heat pump, reliable and high efficiency, which uses compact heat collectors, with high heat extraction capacity, composed of space structures, prefabricated or made of modular elements, supporting one or more preformed circuits of heat collection pipes, located in an excavation carried out on a smaller surface area or, as the case may be, in a deep borehole lower.
Sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că este alcătuit dintr-o pompă de căldură, un dispozitiv de control, un acumulator de căldură și unul sau mai mulți colectori de căldură realizați sub forma unor circuite preformate de conducte colectoare amplasate pe niște structuri de susținere spațiale, prefabricate sau constituite la fața locului din elemente modulare, structurile de susținere fiind concepute astfel încât să poată fi înglobate în sol, în poziție orizontală sau verticală și să poată fi utilizate la irigarea solului din jurul conductelor colectoare, cu apă <Κ-2 Ο Ο 8 - Ο Ο 1 5|--The geothermal heat pump heating system according to the invention eliminates the above disadvantages in that it consists of a heat pump, a control device, a heat accumulator and one or more heat collectors made in the form of preformed manifold circuits located on space support structures, prefabricated or made up in situ of modular elements, the support structures being designed so that they can be embedded in the ground, in a horizontal or vertical position and can be used for irrigation of the soil around the collecting pipes with water <Κ-2 Ο Ο 8 - Ο Ο 1 5 | -
7 -02- 2008 provenită din precipitații, cu apă menajeră epurată, cu apă extrasă dintr-un puț sau cu apă furnizată de o rețea de distribuție ori să poată fi introduse în foraje verticale de medie sau mare adâncime și înglobate într-un amestec termoconductiv de tipul ciment cu bentonită.7 -02- 2008 from precipitation, with treated domestic water, with water extracted from a well or with water supplied by a distribution network or can be introduced into vertical drilling of medium or deep depth and embedded in a thermally conductive mixture bentonite cement type.
Prin aplicarea invenției se obțin reducerea substanțială a costului inițial al unui sistem de încălzire cu pompă de căldură geotermală, îmbunătățirea coeficientului de performanță al acestuia, ameliorarea calității și fiabilității lucrărilor de construcții-montaj și diminuarea suprafeței de teren sau, după caz, a adâncimii de foraj necesare pentru instalarea colectorilor de căldură.The application of the invention achieves a substantial reduction in the initial cost of a geothermal heat pump heating system, an improvement in its coefficient of performance, an improvement in the quality and reliability of construction-assembly works and a reduction in the surface area or, as the case may be, the depth of drilling required for the installation of heat collectors.
Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură și cu fig. 1 ...22, care reprezintă:An embodiment of the invention is given below in connection with FIG. 1 ... 22, which represents:
- fig. 1, schema unui sistem de încălzire cu pompă de căldură geotermală;- fig. 1, diagram of a geothermal heat pump heating system;
- fig. 2, colector de căldură cilindric, vertical- secțiune longitudinală;- fig. 2, cylindrical, vertical heat collector - longitudinal section;
- fig. 3, colector de căldură cilindric, vertical- secțiune transversală;- fig. 3, cylindrical heat collector, vertical-cross section;
- fig. 4, detaliu de fixare a conductelor colectoare pe structura de susținere;- fig. 4, detail of fixing the collecting pipes on the support structure;
- fig. 5, detalii de asamblare cu bride metalice a structurii de susținere;- fig. 5, metal clamp assembly details of the support structure;
- fig. 6, suprafața desfășurată a unui colector de căldură cilindric, orizontal;- fig. 6, the unfolded surface of a cylindrical, horizontal heat collector;
- fig. 7, colector de căldură cilindric, orizontal- vedere de sus;- fig. 7, cylindrical, horizontal heat collector - top view;
- fig. 8, colector de căldură cilindric, orizontal- secțiune transversală;- fig. 8, cylindrical, horizontal heat collector - cross section;
- fig. 9, colectori de căldură cilindrici, orizontali amplasați pe două straturi;- fig. 9, cylindrical, horizontal heat collectors placed on two layers;
- fig. 10, schemă de amplasare a colectorilor de căldură cilindrici, verticali;- fig. 10, layout of cylindrical, vertical heat collectors;
- fig. 11, schemă de amplasare a colectorilor de căldură cilindrici, orizontali;- fig. 11, location diagram of cylindrical, horizontal heat collectors;
- fig. 12, sondă geotermală de mediu diametru- secțiune longitudinală;- fig. 12, medium diameter geothermal probe - longitudinal section;
- fig. 13, sondă geotermală de mediu diametru- secțiune transversală;- fig. 13, medium diameter geothermal probe - cross section;
- fig. 14, sondă geotermală de mic diametru- secțiune transversală;- fig. 14, small diameter geothermal probe - cross section;
- fig. 15, colector compact monocircuit cu 4 bucle preformate;- fig. 15, compact single-circuit collector with 4 preformed loops;
- fig. 16, detaliu de asamblare a separatorilor pe tubulatura centrală;- fig. 16, detail of assembling the separators on the central piping;
- fig. 17, detaliu de intoducere a conductei colectoare în separator;- fig. 17, detail of the introduction of the collector pipe in the separator;
- fig. 18, colector compact monocircuit cu 4 bucle, pregătit pentru livrare;- fig. 18, compact single-circuit collector with 4 loops, ready for delivery;
- fig. 19, colector compact monocircuit cu 4 bucle, pregătit pentru instalare;- fig. 19, compact single-circuit collector with 4 loops, ready for installation;
- fig. 20, colector compact monocircuit, instalat pe o structură modulară;- fig. 20, compact single-circuit collector, installed on a modular structure;
- fig. 21, detaliu de asamblare a structurii modulare;- fig. 21, modular structure assembly detail;
- fig. 22, colector compact multicircuit.- fig. 22, compact multi-circuit collector.
Sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală, într-o primă variantă de realizare conform invenței, este alcătuit dintr-o pompă de căldură 1, unui sau mai mulți colectori de căldură 2, un dispozitiv de control 3, un acumulator de căldură 4, două conducte de distribuție ^-20 0 8 - 0 0 1 5^-2-7.“02- 2008 tur- retur 5 și 6, un sistem de drenare 7, prin care se trimite către colectorii de căldură 2 apă provenită din precipitații, adunată cu un sistem de colectare 8 și apă menajeră epurată. în caz de deficit temporar, sistemul este alimentat cu apă extrasă, cu o pompă 9, dintr-un puț 10, sau cu apă furnizată de o rețea de distribuție 11. Colectorii de căldură 2 sunt realizați din mai multe conducte colectoare 12, de mic diametru, care formează niște înfășurări elicoidale cu pas variabil, fixate cu ajutorul unor bride 13, pe suprafața exterioară a unei structuri de susținere 14, realizate, sub formă de cilindru, din plasă metalică sudată sau dintr-un material similar. Conductele colectoare 12 sunt interconectate prin niște inele colectoare de tur 15a și de retur 15b, fixate, de asemenea, cu bride, pe structura de susținere 14. Forma cilindrică a structurii de susținere 14 este realizată prin sudarea pe generatoare a plasei metalice și prin întărirea ei cu niște tiranți radiali 16, prevăzuți cu niște inele 17, care susțin una sau mai multe conducte de irigare 18, realizate din tuburi perforate, prin care se poate trimite în zonele din jurul conductelor colectoare 12, apă rezultată din precipitații sau, după caz, apă menajeră epurată, apă extrasă dintr-un puț sau apă furnizată de o rețea de distribuție. Din rațiuni privind reducerea volumului la transport, forma cilindrică a structurii de susținere 14 mai poate fi realizată la fața locului și prin asamblarea cu ajutorul unor bride metalice 19, 20 și 21, independente sau, după caz, sudate la capetele tiranților radiali 16. Inelul colector de retur 15b se cuplează la pompa de căldură 1 prin intermediul unei conducte de retur 22 care trece prin centrul structurii de susținere 14, iar conductele de irigare 18 sunt închise la capătul inferior și interconectate la capătul superior. Dimensiunile D și H ale colectorului de căldură 2 se stabilesc asfel încât să fie posibilă amplasarea acestuia într-un foraj vertical 23, executat, eventual, cu o foreză atașată unui excavator, pe fundul unei excavații 24, cu adâncimea mai mare decât limita de îngheț. Colectorul de căldură 2 astfel realizat și amplasat se cuplează la pompa de căldură 1, precum și la sistemul de drenare 7, și, în final, se înglobează în nisip umed 25. Alimentarea cu apă din puțul 10 sau cu apă de la rețeaua de distribuție 11 se face ca urmare a comenzilor transmise de dispozitivul de control 3, pompei 9 și unui robinet 26 sau, după caz, numai unui robinet 27, pe baza informațiilor referitoare la umiditatea solului, temperatura exterioară și temperaturile fluidului colector de căldură, primite de la niște senzori 28, 29 și 30.The geothermal heat pump heating system, in a first embodiment according to the invention, consists of a heat pump 1, one or more heat collectors 2, a control device 3, a heat accumulator 4, two distribution pipes ^ -20 0 8 - 0 0 1 5 ^ -2-7. , collected with a collection system 8 and treated domestic water. in case of temporary shortage, the system is supplied with water extracted, with a pump 9, from a well 10, or with water supplied by a distribution network 11. The heat collectors 2 are made of several collecting pipes 12, of small diameter, which form helical windings with variable pitch, fixed by means of flanges 13, on the outer surface of a support structure 14, made, in the form of a cylinder, of welded wire mesh or a similar material. The collector pipes 12 are interconnected by flow collector rings 15a and return 15b, also fixed with flanges, on the support structure 14. The cylindrical shape of the support structure 14 is achieved by welding the wire mesh on generators and by hardening they with radial tie rods 16, provided with rings 17, which support one or more irrigation pipes 18, made of perforated tubes, through which water resulting from precipitation or, as the case may be, can be sent to the areas around the collecting pipes 12 , treated domestic water, water extracted from a well or water supplied by a distribution network. For reasons of reduced transport volume, the cylindrical shape of the support structure 14 may also be made on site and by assembly using metal flanges 19, 20 and 21, independent or, where appropriate, welded to the ends of the radial tie rods. return manifold 15b is connected to the heat pump 1 by means of a return pipe 22 passing through the center of the support structure 14, and the irrigation pipes 18 are closed at the lower end and interconnected at the upper end. The dimensions D and H of the heat collector 2 are set so that it is possible to place it in a vertical borehole 23, possibly made with a drill attached to an excavator, at the bottom of an excavation 24, with a depth greater than the freezing limit. . The heat collector 2 thus made and placed is connected to the heat pump 1 as well as to the drainage system 7, and finally is embedded in wet sand 25. Water supply from well 10 or water from the distribution network 11 is made as a result of commands sent by the control device 3, the pump 9 and a valve 26 or, as the case may be, only to a valve 27, based on information on soil moisture, outside temperature and heat collector fluid temperatures received from some 28, 29 and 30 sensors.
Sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală, într-o a doua variantă de realizare, conform invenției, este similar sistemului prezentat anterior. Deosebirea esențială constă în faptul că dimensiunile D și L ale colectorului 2 sunt stabilite astfel încât să fie posibilă amplasarea acestuia în poziție orizontală, pe unul sau mai multe straturi decalate, într-un șanț 31, executat la o adâncime mai mare decât limita de îngheț. Conectarea la pompa de căldură 1 se realizează prin intermediul unor armături 32a și 32b aflate în exteriorul structurii de susținere 14, conductele de irigare 18 fiind interconectate la ambele capete.The geothermal heat pump heating system, in a second embodiment according to the invention, is similar to the system presented above. The essential difference is that the dimensions D and L of the collector 2 are set so that it is possible to place it in a horizontal position, on one or more offset layers, in a ditch 31, executed at a depth greater than the freezing limit. . The connection to the heat pump 1 is made by means of fittings 32a and 32b located outside the support structure 14, the irrigation pipes 18 being interconnected at both ends.
^-2 Ο 0 8 - Ο Ο 1 5Τ- - (ol/^ -2 Ο 0 8 - Ο Ο 1 5Τ- - (ol /
-02- 2000-02- 2000
In continuare se vor lua în considerare cazurile reprezentate în figurile 1-11, ale unor sisteme cu pompă de căldură echipate cu colectori de căldură elicoidali cu ax vertical sau orizontal. Luînd în considerare un caz concret de utilizare, temperaturile fluidului colector de căldură la extremitățile colectorului vor fi -2 °C, la intrare și +3 °C, la ieșire. Presupunând că temperatura medie a solului variază, pe durata sezonului rece, între +12 °C și +4 °C, se observă că diferența de temperatură dintre sol și fluidul colector de căldură se diminuează între cele două extremități ale colectorului de la 14 °C la 9 °C, la începutul sezonului rece, și de la 6 °C la 1 °C, către sfârșitul acestuia. întrucât coeficientul de transfer termic dintre sol și fluidul colector de căldură este un parametru aflat în corelație inversă cu diferența de temperatură, rezultă că, pe măsură ce se apropie de ieșirea din circuit, fluidul colector de căldură își reduce capacitatea de extracție a căldurii, fenomen mai accentuat, în termeni relativi, la sfârșitul sezonului rece. în scopul menținerii capacității de extracție a căldurii la o valoare aproximativ uniformă pe toată lungimea, pasul înfășurărilor elicoidale ale conductelor colectoare 12 se modifică progresiv, după o regulă care ține seama atât de caracteristicile colectorului, cât și de cele ale solului. în absența acestei măsuri, zona din apropierea intrării în colector ar fi fost expusă înghețului, în timp ce zona de ieșire ar fi fost subsolicitată din punct de vedere termic.In the following, the cases represented in Figures 1-11 will be considered, of some heat pump systems equipped with helical heat collectors with vertical or horizontal axis. Taking into account a specific case of use, the temperatures of the heat collector fluid at the ends of the collector will be -2 ° C, at the inlet and +3 ° C, at the outlet. Assuming that the average soil temperature varies during the cold season between +12 ° C and +4 ° C, it is observed that the temperature difference between the soil and the heat-collecting fluid decreases between the two ends of the collector at 14 ° C. at 9 ° C, at the beginning of the cold season, and from 6 ° C to 1 ° C, towards the end of it. Since the heat transfer coefficient between the ground and the heat-collecting fluid is a parameter inversely correlated with the temperature difference, it follows that as it approaches the outlet of the circuit, the heat-collecting fluid reduces its heat extraction capacity, a phenomenon more pronounced, in relative terms, at the end of the cold season. In order to maintain the heat extraction capacity at an approximately uniform value along its entire length, the pitch of the helical windings of the collecting pipes 12 is progressively modified, according to a rule that takes into account both the characteristics of the collector and those of the ground. in the absence of such a measure, the area near the entrance to the collector would have been exposed to frost, while the exit area would have been thermally under-stressed.
Forma cilindrică a structurii de susținere 14, pasul variabil al înfășurărilor elicoidale, precum și umezirea permanentă a nisipului din jurul conductelor colectoare 12 cu apă de temperatură relativ ridicată îmbunătățesc substanțial capacitatea de extracție a căldurii, reducând suprafața de teren necesară pentru amplasarea colectorilor. în fig. 10 este reprezentat un imobil 33 încălzit cu ajutorul a 12 colectori de căldură cu ax vertical 34 care, în condițiile unei bune irigări a solului, pot asigura extragerea unei puteri termice în jur de 12 kW de pe o suprafață de aproximativ 25 m2. Același imobil 33, reprezentat în fig. 11 echipat cu un număr de 8 colectori de căldură cu ax orizontal 35, beneficiază, în condiții similare de instalare și utilizare, de o putere termică de aproximativ 12,8 kW, extrasă de pe o suprafață de 40 m2.The cylindrical shape of the support structure 14, the variable pitch of the helical windings, as well as the permanent wetting of the sand around the collector pipes 12 with relatively high temperature water substantially improve the heat extraction capacity, reducing the land area required for collector placement. in fig. 10 shows a building 33 heated by means of 12 vertical axis heat collectors 34 which, under conditions of good soil irrigation, can ensure the extraction of a thermal power of around 12 kW from an area of approximately 25 m 2 . The same building 33, represented in fig. 11 equipped with a number of 8 heat collectors with horizontal axis 35, benefits, in similar conditions of installation and use, from a thermal power of approximately 12.8 kW, extracted from an area of 40 m 2 .
într-o a treia variantă de realizare, sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală conform invenției, este echipat cu mai mulți colectori de căldură identici, fiecare din aceștia fiind alcătuit din mai multe conducte colectoare 12, de mic diametru, fixate cu bride, sub forma unor înfășurări elicoidale cu pas variabil, pe suprafața cilindrică interioară a structurii de susținere 14, realizate din plasă metalică sudată sau dintr-un material similar. Conductele colectoare 12 sunt interconectate prin inelele colectoare de tur 15a și de retur 15b, care, la rândul lor, sunt conectate fiecare la câte o conductă de tur 35a și, respectiv, de retur 35b, ambele amplasate în interiorul structurii de susținere 14. Față de variantele anterioare, distanța dintre conductele colectoare 12 este mult mai mică, iar colectorul de căldură 2 are diametrul stabilit astfel încât să fie posibilă introducerea lui într-un foraj vertical 36, de mediu diametru șiIn a third embodiment, the geothermal heat pump heating system according to the invention is equipped with several identical heat collectors, each of which consists of several collecting pipes 12, of small diameter, fixed with flanges, in the form of helical windings with variable pitch, on the inner cylindrical surface of the supporting structure 14, made of welded wire mesh or similar material. The collecting pipes 12 are interconnected by the flow collecting rings 15a and return 15b, which in turn are each connected to a flow pipe 35a and return 35b, respectively, both located inside the support structure 14. Front of the previous variants, the distance between the collector pipes 12 is much smaller, and the heat collector 2 has a diameter set so that it is possible to insert it in a vertical drill 36, of medium diameter and
0--1 0 0 8 - 0 015^2 7 -02- 2008 mare adâncime. Pe lângă realizarea formei cilindrice a colectorului, structura de susținere 14 îndeplinește și rolul de protecție mecanică a conductelor colectoare 12, la introducerea în forajul vertical 36. Mai mulți colectori identici pot forma un tronson, prin cuplarea cap la cap a conductelor 35a și 35b și prin asamblarea reciprocă a structurilor de susținere 14 cu ajutorul unor bolțuri 37. Pe măsura cuplării cap la cap a colectorilor, tronsonul se introduce în forajul vertical 36, realizându-se astfel o sondă geotermală de mediu diametru și mare putere. în scopul îmbunătățirii capacității de extracție a căldurii, spațiul liber din interiorul sondei geotermale se umple cu un amestec termoconductiv 38, de tipul ciment cu bentonită.0--1 0 0 8 - 0 015 ^ 2 7 -02- 2008 great depth. In addition to the cylindrical shape of the collector, the support structure 14 also fulfills the role of mechanical protection of the collector pipes 12, when inserted in the vertical drilling 36. Several identical collectors can form a section by coupling the pipes 35a and 35b together and by the mutual assembly of the support structures 14 with the help of bolts 37. As the collectors are coupled end to end, the section is inserted into the vertical drilling 36, thus achieving a geothermal probe of medium diameter and high power. In order to improve the heat extraction capacity, the free space inside the geothermal probe is filled with a thermally conductive mixture 38, such as cement and bentonite.
In continuare se va lua în considerare cazul reprezentat în fig. 12 și 13, al unei sonde geotermale cu trei tronsoane alcătuite din câte 5 colectori de căldură cu diametrul de 300 mm, introduse într-un foraj cu diametrul de 350 mm și adâncimea totală de 70 m. Pentru realizarea conexiunilor la pompa de căldură 1, colectorii de căldură ai aceluiași tronson se cuplează la câte o pereche de conducte 35a și 35b, cu diametrul de 32 mm. Din punct de vedere al puterii termice extrase, fără a lua în considerare aportul energetic suplimentar al celor 6 conducte de cuplare în circuit, această sondă echivalează cu 3 sonde geotermale clasice, adânci de 75 m, având patru conducte de polietilenă de 40 mm, cuplate în U. Rezultă că o sondă geotermală de mediu diametru și mare putere, conform invenției, are o capacitate de extracție a căldurii de cel puțin 225:70=3,2 ori mai mare decât o sondă geotermală clasică, de aceeași adâncime.Next, the case represented in fig. 12 and 13, of a three-section geothermal probe consisting of 5 heat collectors with a diameter of 300 mm, inserted in a drill with a diameter of 350 mm and a total depth of 70 m. To make connections to the heat pump 1, the heat collectors of the same section are connected to a pair of pipes 35a and 35b, with a diameter of 32 mm. From the point of view of the extracted thermal power, without taking into account the additional energy input of the 6 coupling pipes in the circuit, this well is equivalent to 3 classic geothermal wells, 75 m deep, with four 40 mm polyethylene pipes, connected in the U. It turns out that a medium diameter and high power geothermal probe according to the invention has a heat extraction capacity of at least 225: 70 = 3.2 times higher than a conventional geothermal probe of the same depth.
Sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală, într-o a patra variantă de realizare, conform invenției, conține mai multe conducte colectoare 12, care sunt interconectate prin inelul de retur 15b și înfășurate elicoidal, cu pas variabil, în jurul unei conducte de retur 39, conectată la partea sa inferioară la inelul de retur 15b. Forma cilindrică a colectorului de căldură se realizează cu ajutorul unor separatori 40 prevăzuți cu niște coliere elastice 41 care susțin conductele colectoare 12, iar pasul variabil al înfășurărilor elicoidale se obține prin fixarea fermă și echidistantă a separatorilor 40 pe conducta de retur 15b și și prin introducerea fiecărei conducte colectoare 12 în colierul elastic 41 al separatorului 40, imediat următor, care corespunde pasului înfășurării elicoidale calculat pentru acea zonă a colectorului. Sistemul de conducte astfel format este introdus într-un foraj vertical 42, de mic diametru și mare adâncime, ale cărui spații libere interioare sunt completate cu amestecul termoconductiv 38 de tipul ciment cu bentonită. Pe măsura introducerii în forajul vertical 42, sistemul de conducte este protejat la exterior cu structurile de susținere 14, asamblate, la fața locului, cu bridele 19 și cu hoiturile 37.The heating system with geothermal heat pump, in a fourth embodiment according to the invention, contains several collecting pipes 12, which are interconnected by the return ring 15b and wound helically, with variable pitch, around a return pipe 39, connected at its bottom to the return ring 15b. The cylindrical shape of the heat collector is made by means of separators 40 provided with elastic clamps 41 that support the collector pipes 12, and the variable pitch of the helical windings is obtained by firmly and equidistantly fixing the separators 40 on the return pipe 15b and by inserting to each collector pipe 12 in the elastic collar 41 of the separator 40, immediately following, which corresponds to the helical winding step calculated for that area of the collector. The piping system thus formed is inserted into a vertical drill 42, of small diameter and large depth, the inner free spaces of which are completed with the thermally conductive mixture 38 of the cement type with bentonite. As it enters the vertical borehole 42, the piping system is protected on the outside by the support structures 14, assembled on site, with the flanges 19 and the shells 37.
In continuare se va lua în considerare cazul reprezentat în fig. 14 al unei sonde geotermale cu diametrul de 150 mm și adâncimea de 60 m, având 20 de conducte colectoare cu diametrul exterior de 10 mm, înfășurate în jurul unei conducte de retur de 32 mm. Din punct ^-2 Ο Ο 8 - Ο Ο 1 5Τ- 2 7 -02- 2008Next, the case represented in fig. 14 of a geothermal probe with a diameter of 150 mm and a depth of 60 m, having 20 collecting pipes with an outer diameter of 10 mm, wrapped around a return pipe of 32 mm. From point ^ -2 Ο Ο 8 - Ο Ο 1 5Τ- 2 7 -02- 2008
de vedere al suprafeței totale de transfer termic, această sondă echivalează cu o sondă geotermală clasică, având patru conducte de polietilenă de 40 mm, cuplate în U, care formează două circuite cu soluție antigel, introduse într-un foraj adânc de 72 m. Fără a lua în considerare aportul energetic suplimentar al conductei de retur, se constată că o sondă geotermală de mare adâncime și mic diametru, conform invenției, are o capacitate de extracție a căldurii de cel puțin 20*10 / 4*40 = 1,2 ori mai mare decât o sondă geotermală clasică, de aceeași adâncime.In terms of the total heat transfer surface, this probe is equivalent to a conventional geothermal probe, with four 40 mm polyethylene pipes, coupled in a U, which form two circuits with antifreeze solution, inserted in a 72 m deep borehole. taking into account the additional energy input of the return pipe, it is found that a geothermal probe of great depth and small diameter, according to the invention, has a heat extraction capacity of at least 20 * 10/4 * 40 = 1.2 times larger than a conventional geothermal probe of the same depth.
într-o a cincea variantă de realizare, sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală conform invenției, este echipat cu unul sau mai mulți colectori de căldură identici, fiecare din aceștia fiind alcătuit dintr-un fascicul de bucle preformate ale conductei colectoare 12, egal distanțate cu ajutorul unor separatori 43, realizați dintr-un material plastic spongios. Separatorii 43 sunt rigidizați reciproc cu ajutorul unor tuburi filetate 44 și a unor discuri 45, din material plastic, buclele conductei colectoare 12 fiind introduse în separatorii 43, prin niște degajări d mai mici decât diametrul conductei colectoare 12. Pe lângă funcția de rigidizare a colectorului, tuburile filetate 44 servesc și la umezirea solului, întrucât ele pot fi prevăzute cu niște perforații g și cuplate, prin intermediul unor furtunuri flexibile, la sistemul de drenare 7. Colectorul se livrează sub forma unui pachet care conține un colac de conducte 46, fixat cu ajutorul unor bride 47 pe separatorii 43, și a altui pachet care conține tuburile filetate 44 și discurile 45. După aducerea colectorului la locul de instalare, singurele operații care mai trebuie executate sunt amplasarea într-o excavație paralelipipedică, distanțarea și rigidizarea separatorilor 43 cu ajutorul tuburilor filetate 44 și a discurilor 45, cuplarea, fără nici o conexiune intermediară, a conductei 12 la pompa de căldură 1, eventuala cuplare a tuburilor filetate 44 la sistemul de drenare 7 și înglobarea în nisip a colectorului.In a fifth embodiment, the geothermal heat pump heating system according to the invention is equipped with one or more identical heat collectors, each of which consists of a bundle of preformed loops of the collecting pipe 12, equal to spaced by means of separators 43, made of a spongy plastic. The separators 43 are mutually stiffened by means of threaded tubes 44 and plastic discs 45, the loops of the collector pipe 12 being inserted into the separators 43, through recesses d smaller than the diameter of the collector pipe 12. In addition to the function of stiffening the collector , the threaded tubes 44 also serve to moisten the soil, as they can be provided with perforations g and connected, by means of flexible hoses, to the drainage system 7. The collector is delivered in the form of a package containing a pipe coil 46, fixed by means of flanges 47 on the separators 43, and another package containing the threaded tubes 44 and the discs 45. After bringing the collector to the installation site, the only operations to be performed are the placement in a parallelepiped excavation, the spacing and stiffening of the separators 43 with by means of threaded tubes 44 and discs 45, coupling, without any intermediate connection, of the pipe 12 at the heat pump 1, the possible coupling of the threaded tubes 44 to the drainage system 7 and the embedding of the collector in the sand.
In continuare se va lua în considerare cazul reprezentat în fig. 15...19 al unui colector compact monocircuit cu 4 bucle preformate. Considerând că distanțele dintre buclele colectorului sunt egale cu cele din cazul unui colector orizontal realizat cu o conductă colectoare de aceleași dimensiuni, rezultă în mod evident că, întrucât în cazul colectorului compact monocircuit buclele sunt așezate pe două straturi, capacitate de extracție a căldurii a acestuia este cel puțin dublă față de cea a colectorului orizontal similar. Aceasta înseamnă că, dacă un colector orizontal are o capacitate de extracție a căldurii de 20-25 W/m2, colectorul compact monocircuit cu 4 bucle, similar, are o capacitate de extracție a căldurii de 40-50 W/m2. O capacitate de extracție și mai mare s-ar putea obține prin instalarea colectorilor monocircuit cu 4 bucle pe două straturi orizontale distanțate corespunzător, în plan vertical. în acest caz, prin comparație cu un colector orizontal obișnuit, de aceeași putere, suprafața de teren necesară este de cel puțin patru ori mai mică, iar volumul de sol excavat se diminuează cu minimum 25%.Next, the case represented in fig. 15 ... 19 of a compact single-circuit collector with 4 preformed loops. Considering that the distances between the collector loops are equal to those of a horizontal collector made with a collector pipe of the same dimensions, it is obvious that since in the case of the compact single-circuit collector the loops are placed in two layers, its heat extraction capacity it is at least double that of the similar horizontal collector. This means that if a horizontal collector has a heat extraction capacity of 20-25 W / m 2 , the similar 4-loop single-circuit compact collector has a heat extraction capacity of 40-50 W / m 2 . An even greater extraction capacity could be obtained by installing single-circuit collectors with 4 loops on two horizontally spaced layers, spaced vertically. in this case, compared to an ordinary horizontal collector of the same power, the required land area is at least four times smaller and the volume of excavated soil is reduced by at least 25%.
^-2 0 0 8 - 0 0 1 5Ϋ- 2 7 -02- 2008 într-o a șasea variantă de realizare, sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală conform invenției, este echipat cu unul sau mai mulți colectori de căldură identici, fiecare din aceștia fiind livrat sub forma unui colac de circuite preformate ale conductei colectoare 12 și a unui pachet care conține mai multe elemente modulare realizate din material plastic. Aceste elemente modulare servesc la construirea operativă, la locul de instalare, a unei structuri spațiale 48, alcătuită, în principal, din niște ramificații 49 și niște tuburi perforate 50. Pe structura spațială 48, pe măsura constituirii ei, se fixează, cu ajutorul unor coliere 51, circuitele preformate ale conductei 12. La capetele rîndurilor sau coloanelor se pot aplica niște dopuri 52, sau, după caz, niște piese de cuplare rapidă la sistemul de drenare 7. Datorită caracterului său modular, structura spațială 48 are o mare versatilitate, întrucât poate fi dezvoltată atât pe orizontală, cât și pe verticală, poate susține orice tip de circuit preformat de conducte colectoare și, în plus, poate fi utilizată la irigarea solului din jurul colectorului. Din punct de vedere al capacității de extracție a căldurii, acest colector de căldură compact este similar celui din varianta anterioară. în exemplul din fig. 20, colectorul compact are 4 bucle preformate, dispuse pe patru straturi orizontale. O asemenea soluție permite instalarea într-o excavație lungă de 12,8 m, lată de 9,6 m și adâncă de 3,6 m, a unui număr de 6 colectori de căldură cu o putere termică totală de 12,8 kW, suficientă pentru încălzirea unei locuințe de 250- 400 m .In a sixth embodiment, the geothermal heat pump heating system according to the invention is equipped with one or more identical heat collectors, each of which is delivered in the form of a coil of preformed circuits of the collecting pipe 12 and a package containing several modular elements made of plastic. These modular elements are used for the operative construction, at the place of installation, of a space structure 48, consisting mainly of some branches 49 and some perforated tubes 50. On the space structure 48, as it is constituted, it is fixed, with the help of clamps 51, preformed pipe circuits 12. At the ends of the rows or columns some plugs 52 or, as the case may be, some quick couplings can be applied to the drainage system 7. Due to its modular character, the spatial structure 48 has a great versatility, as it can be developed both horizontally and vertically, it can support any type of preformed collector circuit and, in addition, can be used to irrigate the soil around the collector. In terms of heat extraction capacity, this compact heat collector is similar to the previous version. In the example of FIG. 20, the compact collector has 4 preformed loops, arranged on four horizontal layers. Such a solution allows the installation in an excavation 12.8 m long, 9.6 m wide and 3.6 m deep, a number of 6 heat collectors with a total thermal power of 12.8 kW, sufficient for heating a house of 250-400 m.
Sistemul de încălzire cu pompă de căldură geotermală, într-o a șaptea variantă de realizare, conform invenției, conține mai mulți colectori de căldură identici, fiecare din aceștia fiind alcătuit dintr-un fascicul de conducte colectoare de mic diametru 12, paralele și egal distanțate cu ajutorul unor separatori 53, realizați dintr-un material plastic spongios. Separatorii 53 sunt rigidizați reciproc cu ajutorul tuburilor filetate 44 și a discurilor 45, cele două capete ale fiecărei conductei colectoare 12 fiind interconectate cu ajutorul unor distribuitori 54 și a unor conducte de cuplare 55 și 57. Pe lângă funcția de rigidizare a colectorului, tuburile filetate 44 servesc și la umezirea solului, întrucât ele pot fi prevăzute cu perforații și cuplate, prin intermediul unor furtunuri flexibile, la sistemul de drenare 7. Colectorul se livrează sub forma unui pachet compact care conține un colac realizat din fascicolul de conducte colectoare 12, fixat pe separatorii 53 și a altui pachet care conține tuburile filetate 44 și discurile 45. După aducerea colectorului la locul de instalare, singurele operații care mai trebuie executate sunt amplasarea într-o excavație paralelipipedică, distanțarea și rigidizarea separatorilor 53 cuplarea, fără nici o conexiune intermediară, a conductelor 55 și 57 la pompa de căldură 1, eventuala cuplare a tuburilor filetate 44 la sistemul de drenare 7 și înglobarea în nisip a colectorului. în măsura în care este necesar, colectorul poate căpăta o configurație elicoidală, prin ușoara rotire a separatorilor 53 în jurul tuburilor filetate 44, până la aducerea pe aceeași linie a unor repere r, trasate pe generatoarele separatorilor 53.The heating system with geothermal heat pump, in a seventh embodiment, according to the invention, contains several identical heat collectors, each of which consists of a bundle of collecting pipes of small diameter 12, parallel and equally spaced. with the help of separators 53, made of a spongy plastic material. The separators 53 are mutually stiffened by means of threaded tubes 44 and discs 45, the two ends of each collector pipe 12 being interconnected by means of distributors 54 and coupling pipes 55 and 57. In addition to the function of stiffening the collector, the threaded tubes 44 also serve to moisten the soil, as they can be provided with perforations and connected, by means of flexible hoses, to the drainage system 7. The collector is delivered in the form of a compact package containing a coil made of the bundle of collecting pipes 12, fixed on the separators 53 and another package containing the threaded tubes 44 and the discs 45. After bringing the collector to the installation site, the only operations to be performed are the placement in a parallelepiped excavation, the spacing and stiffening of the separators 53 coupling, without any intermediate connection , of pipes 55 and 57 to heat pump 1, possible coupling of pipes threaded 44 to the drainage system 7 and embedding the collector in the sand. To the extent necessary, the manifold can acquire a helical configuration, by gently rotating the separators 53 around the threaded tubes 44, until the marks on the separators generators 53 are brought on the same line.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA200800157A RO125335A2 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Heating system with geothermal heat pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA200800157A RO125335A2 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Heating system with geothermal heat pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO125335A2 true RO125335A2 (en) | 2010-03-30 |
Family
ID=64362242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA200800157A RO125335A2 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Heating system with geothermal heat pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO125335A2 (en) |
-
2008
- 2008-02-27 RO ROA200800157A patent/RO125335A2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6932149B2 (en) | Insulated sub-surface liquid line direct expansion heat exchange unit with liquid trap | |
| US6615601B1 (en) | Sealed well direct expansion heating and cooling system | |
| US5816314A (en) | Geothermal heat exchange unit | |
| CN102695928B (en) | Ground circuit in a low-energy system | |
| CN106168418B (en) | A kind of CCHP diaphram wall device and its construction method | |
| CN101421564B (en) | System and distribution tank for low-energy network | |
| CN106225268B (en) | A kind of CCHP bored concrete pile device and its construction method | |
| US20100294456A1 (en) | Geothermal heat pump system | |
| US8776867B2 (en) | Modular, stackable, geothermal block heat exchange system with solar assist | |
| US20240302079A1 (en) | Groundwater enhanced geothermal heat pump | |
| CN106225269A (en) | A kind of CCHP PCC stake device and preparation method thereof | |
| CN106225270B (en) | A kind of CCHP pile for prestressed pipe device and preparation method thereof | |
| WO2012140324A1 (en) | Apparatus for implementing a ground source heat system and method for exploiting the same | |
| CN106642766A (en) | Closed type inner well circulating heat exchange tube | |
| EP3118558B1 (en) | Ground heat accumulator | |
| US8230900B2 (en) | Modular, stackable, geothermal block system | |
| CN206583125U (en) | Closed interior well circulating picture-changing heat pipe | |
| CN105927271A (en) | Grouting backfilling system and grouting backfilling method for vertical shafts in vertical heat exchangers | |
| KR20090128723A (en) | Large diameter geo-heat exchanger and its installation method | |
| CN103088873A (en) | Cold region tunnel fire fighting pipeline solar energy-ground source heat pump united heat storage heating system | |
| RO125335A2 (en) | Heating system with geothermal heat pump | |
| DE19856633A1 (en) | EWTS geothermal heat exchangers, system for using near-surface thermal storage systems | |
| CN207050254U (en) | A kind of open drilling wall device of mid-deep strata underground heat heat exchange well | |
| CN114382541A (en) | Geothermal circulating cooling method for high-temperature and high-humidity mine | |
| RU2683059C1 (en) | Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels |