SE408087B - SEE THAT IN A GROUND BODY STORES THERMAL ENERGY - Google Patents
SEE THAT IN A GROUND BODY STORES THERMAL ENERGYInfo
- Publication number
- SE408087B SE408087B SE7710748A SE7710748A SE408087B SE 408087 B SE408087 B SE 408087B SE 7710748 A SE7710748 A SE 7710748A SE 7710748 A SE7710748 A SE 7710748A SE 408087 B SE408087 B SE 408087B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- heat
- channels
- soil body
- temperature
- soil
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0052—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using the ground body or aquifers as heat storage medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
-
- 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
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Greenhouses (AREA)
Description
.. ma: a.- 7?1:0'71+8~0 Vid användning av vindenergi för lokaluppvärmning finns ett likartat värmelagringsbehov. I många processindustrier erhålls stora värmemängder vid relativt låg temperatur, som skulle kunna användas till exempelvis lokaluppvärmning. Avsaknaden av en eko- nomisk möjlighet att kunna lagra denna värme tills ett värmebehov finnes gör att stora energimängder går till spillo. .. ma: a.- 7?1:0'71+8~0 When using wind energy for local heating, there is a similar need for heat storage. In many process industries, large amounts of heat are obtained at relatively low temperatures, which could be used for local heating, for example. The lack of an economic possibility to be able to store this heat until a heat demand exists means that large amounts of energy are wasted.
Vid exempelvis kraftvärmeverk där stora variationer i elbehovet omöjliggör ett rationellt utnyttjande av värmeproduktionen skulle en värmelagringsmöjlíghet vara önskvärd.For example, in combined heat and power plants where large variations in electricity demand make rational use of heat production impossible, a heat storage option would be desirable.
I Förbränning av avfall i kombination med en billig värmelagrings metod skulle medföra utnyttjande av en energiresurs, som idag ej används.Incineration of waste in combination with a cheap heat storage method would involve the utilization of an energy resource that is not currently used.
En billig och enkel energilagringsmetod som kan användas i liten skala uppmuntrar också den enskilde till ett rationellt utnyttjande av avfallsmaterial, som annars ej skulle komma till användning.A cheap and simple energy storage method that can be used on a small scale also encourages individuals to make rational use of waste materials that would otherwise go unused.
Idag tillämpas ett flertal metoder att lagra värme. Olika material utnyttjas för värmelagring. En metod utnyttjar materialens specifika värme genom att de uppvärms. Andra metoder utnyttjas ett materials smältvärme eller ångbildningsvärme genom att värmen tillförs vid smält- respektive kokpunkten. Ytterligare en metod använder sig av energiutbytet vid kristallomvandling i vissa material. Vissa metoder används idag i färdiga system, andra metoder befinner sig i ett utvecklingsstadium.Today, several methods are used to store heat. Different materials are used for heat storage. One method utilizes the specific heat of the materials by heating them. Other methods utilize the heat of fusion or heat of vaporization of a material by adding heat at the melting or boiling point, respectively. Another method uses the energy exchange during crystal transformation in certain materials. Some methods are used today in ready-made systems, other methods are in a development stage.
Vilken metod som kommer till användning beror på önskat arbetstemperaturområde, kompakthet, acceptabelt värmeläckage, uttagbar effekt per vikt/volym, anläggningskostnader osv.Which method is used depends on the desired operating temperature range, compactness, acceptable heat leakage, extractable power per weight/volume, installation costs, etc.
Gemensamt för de ovan presenterade metoderna är att ingen är avsedd eller lämplig för lagringsmetoder upp mot delar av år; Lagringstiden för de bästa metoderna är maximalt några veckor.What the methods presented above have in common is that none are intended or suitable for storage methods up to parts of a year; the storage time for the best methods is a maximum of a few weeks.
I ett tillämpningsexempel används vatten som lagringsmedium när energin erhålls från en solfångare. Den lagrade värmeenergin skall användas för uppvärmning av en villafastighet. Om instrålad solvärme som erhållits under en dag skall användas under ett dygns förbrukning, och temperaturområdet tillåts vara 60-95°C, krävs en välisolerad vattentank på 2-3 m3. Uppvärmning under ett solfattigt dygn måste då ske med tillsatsvärme i någon form. Vill man minska den olägenheten kan man anlägga en större solfångare och en större värmelagringsenhet. Kostnaden för en sådan ambition är dock med dagens energipris oförsvarlig. 7710748-0 En intressantare värmelagringsmetod har vidare föreslagits på senare tid och består däri, att en markkropp anordnas, som står i direkt termisk förbindelse med omgivande mark, såsom anges inled- ningsvis. De i markkroppen anordnade kanalerna kan enligt ett förslag består av borrhål i marken, i vilka vardera en rörslinga med ett strömmande fluidum är nedsänkt. Enligt ett annat förslag består kanalerna av i berg sprängda schakt enligt ett visst mönster _och förbundna genom borrhâl. I båda fallen förutsätts höga tempe- raturer hos det i kanalerna strömmande fluidet (normal radiator- temperatur är minst 50°C) och ett komplicerat reglersystem för att :styra in- och utmatningen av den termiska energin. På grund av de ihöga temperaturerna blir förlusterna till omgivande mark och vid flfluidets kretslopp mycket stora, eftersom exempelvis omgivande mark fhar en betydligt lägre temperatur (i Stockholm 800). Om solfångare användes får dessa vid höga temperaturer dålig verkningsgrad.In an application example, water is used as a storage medium when the energy is obtained from a solar collector. The stored heat energy is to be used for heating a residential property. If radiated solar heat obtained during a day is to be used for one day's consumption, and the temperature range is allowed to be 60-95°C, a well-insulated water tank of 2-3 m3 is required. Heating during a day with little sun must then be done with additional heat in some form. If one wants to reduce this inconvenience, one can install a larger solar collector and a larger heat storage unit. However, the cost of such an ambition is unjustifiable at today's energy prices. 7710748-0 A more interesting heat storage method has also been proposed recently and consists in arranging a ground body that is in direct thermal connection with the surrounding ground, as stated in the introduction. The channels arranged in the ground body can, according to one proposal, consist of boreholes in the ground, in each of which a pipe loop with a flowing fluid is immersed. According to another proposal, the channels consist of shafts blasted into the rock according to a certain pattern and connected by boreholes. In both cases, high temperatures of the fluid flowing in the channels are required (normal radiator temperature is at least 50°C) and a complicated control system to control the input and output of the thermal energy. Due to the high temperatures, the losses to the surrounding ground and in the fluid cycle are very large, since, for example, the surrounding ground has a significantly lower temperature (in Stockholm 800). If solar collectors are used, these have poor efficiency at high temperatures.
'Dessa nackdelar är i praktiken så avsevärda, att metoden ej har kunnat tillämpas under realistiska och ekonomiskt försvarbara för- hållanden.'These disadvantages are in practice so considerable that the method has not been able to be applied under realistic and economically justifiable conditions.
Vad man önskar sig är en värmelagríngsanordning som utan alltför stora kostnader kan göras: med tillräckligt hög lagringskapacitet, med förluster som ekonomiskt kan kompenseras, exempelvis med solfångaryta, och med enkel teknik och enkla material.What is desired is a heat storage device that can be made without excessive costs: with a sufficiently high storage capacity, with losses that can be economically compensated for, for example with solar collector surface area, and with simple technology and simple materials.
.Detta har enligt uppfinningen ernåtts därigenom, att kanalerna anordnas i ett sådant antal och med en sådan dimensionering och fördelning i beroende av beräknad tillförsel och uttagning av termisk energi under en företrädesvis lång tidsperiod, exempelvis ett år, att en markkroppen omgivande begränsningsyta på avståndet a sz _ Q, där a = -E- , varvid ayär frekvensen för temperaturvariationen 'Y P (periodisk) I cp = specifika värmet för markkroppen JL = värmekonduktiviteten hos markkroppen och af markkroppens densitet, från punkter på de ytterst belägna kanalerna räknat i alla rikt- ningar utåt från markkroppen, erhåller en högsta temperatur av '(71 07% -0 u storleksordningen 35°C och en av tillförsel och uttagning av energi betingad variation under tidsperioden av högst l0°C. _ Uppfinningen bygger helt på den i jämförelse med de tidigare föreslagna ovan relaterade metoderna fundamentala skillnaden bestående i att en så låg temperatur hos den markkroppen omgivande begränsningsytan som ca 3S°C användes. I Vid användning av solfångare är det fördelaktigt om det från solfångarna utgående fluidet har en temperatur, som begränsas till högst ß5°C, företrädesvis 35°C, varvid solfångarna kan göras extremt enkla till sin konstruktion och ändå få en mycket hög verk- ningsgrad, t o m högre än de mest sofistikerade, fokuserande sol- fångare som arbetar med temperaturer upp till 100°C, hos fluidet.This has been achieved according to the invention by arranging the channels in such a number and with such a dimensioning and distribution depending on the calculated supply and withdrawal of thermal energy over a preferably long period of time, for example one year, that a boundary surface surrounding the ground body at a distance a sz _ Q, where a = -E- , whereby ay is the frequency of the temperature variation 'Y P (periodic) I cp = the specific heat of the ground body JL = the thermal conductivity of the ground body and af the density of the ground body, from points on the outermost channels calculated in all directions outwards from the ground body, obtains a maximum temperature of '(71 07% -0 u of the order of 35°C and a variation due to supply and withdrawal of energy over the period of time of at most l0°C. _ The invention is based entirely on the fundamental difference in comparison with the previously proposed above-related methods consisting in the fact that such a low temperature of the boundary surface surrounding the ground body as approx. 35°C was used. I When using solar collectors, it is advantageous if the fluid leaving the solar collectors has a temperature that is limited to a maximum of ß5°C, preferably 35°C, whereby the solar collectors can be made extremely simple in their construction and still have a very high efficiency, even higher than the most sophisticated, focusing solar collectors that operate with temperatures of up to 100°C, of the fluid.
Speciellt i kombination med låg temperatur hos de värmeavgivande aanordningarna erhålles en hög totalverkningsgrad.Especially in combination with low temperature of the heat-emitting devices, a high overall efficiency is obtained.
Genom sättet enligt uppfinningen ernås således bl a följande fördelar: a) Kapaciteten kan göras så stor som krävs utan höga kost- nader, b) förlusterna på grund av värmeläckage är så små, att de ekonomiskt kan kompenseras exempelvis med ökad solfångaryta, c) dagens teknik är tillämpbar och inga komplicerade komponenter krävs, I 7 7 d) enkla solfångare kan användas med god verkningsgrad, e) inga större termiska spänningar eller utmattningsfenomen uppstår i markkroppen, och f) markkroppens maximala övertemperatur är så låg, att ekologiska skadeverkningar ej uppstår.The method according to the invention thus achieves, among other things, the following advantages: a) The capacity can be made as large as required without high costs, b) the losses due to heat leakage are so small that they can be economically compensated for, for example, by increasing the solar collector surface area, c) today's technology is applicable and no complicated components are required, I 7 7 d) simple solar collectors can be used with good efficiency, e) no major thermal stresses or fatigue phenomena arise in the soil body, and f) the maximum excess temperature of the soil body is so low that ecological damage does not occur.
Givetvis måste värmeavgivningssystemet dimensioneras så, att erforderliga värmemängder kan överföras från fluidet till lokalen vid en temperatur på fluidet som ej skiljer sig från lokalens med_mer_än l0°C. i Marklagret består i första hand av en inre zon Zl (se fig. 3a och Sh), som är försedd med kanaler eller ledningsbanor för tillförsel av värme. Begränsningsytan Y1 för denna zon utgörs"av ytan som omsluter de aktiva ledningsbanorna i marken. _ Vid beräkning av marklagrets lagringskapacitet kan den ovan definierade zonen antas fullständigt följa med i ledningsbanornas temperaturvariationer, förutsatt att varje volymelement i kroppen _ ligger på högst avståndet sl från någon av ledningsbanorna. 'där a = 7710748-6 Ur Jacob, Heat Transfer, Sixth printing, March 1958, sid 303, fås att och Q)= frekvensen för temperaturvariationen (perio- Ä.Of course, the heat transfer system must be dimensioned so that the required amounts of heat can be transferred from the fluid to the room at a temperature of the fluid that does not differ from the room's temperature by more than 10°C. The soil layer consists primarily of an inner zone Zl (see Fig. 3a and Sh), which is provided with channels or conductor paths for supplying heat. The boundary surface Y1 for this zone consists of the surface that encloses the active conductor paths in the ground. When calculating the storage capacity of the soil layer, the zone defined above can be assumed to follow completely the temperature variations of the conductor paths, provided that each volume element in the body is at most the distance sl from one of the conductor paths. 'where a = 7710748-6 From Jacob, Heat Transfer, Sixth printing, March 1958, page 303, it is obtained that and Q)= the frequency of the temperature variation (periodic- Ä.
I'°P disk), varvid Ä_= värmekonduktiviteten hos markkroppen I = markkroppens densitet och specifika värmet från markkroppen.I'°P disk), where Ä_= the thermal conductivity of the soil body I = the density of the soil body and the specific heat of the soil body.
°P Avståndet mellan två intilliggande ledningsbanor bör därför vara mindre än 2 sl. .Vid periodisk variation av temperaturen i z nens begränsningsyta kommer värme att vandra ut respektive tagas tillbaka från omgivande mark. Den värme som på så sätt cykliskt tillförs respektive återtages från den omgivande marken kan skriv~r enligt _ Jacob: Heat Transfer, sid 293, Q =Yl.20a.¿e. -åï där 29a är temperaturvariationen (se fig. 30) .ß . cp lll Denna värmemängd Q kan lagras i en yttre zon Z2 i marklagret, som helt deltager i (följer) ytan Ylzs temperaturvariation 2 a.°P The distance between two adjacent conductor paths should therefore be less than 2 sl. .In the event of periodic variation of the temperature in the boundary surface of the zone, heat will migrate out or be withdrawn from the surrounding ground. The heat that is thus cyclically supplied or withdrawn from the surrounding ground can be written according to _ Jacob: Heat Transfer, page 293, Q =Yl.20a.¿e. -åï where 29a is the temperature variation (see fig. 30) .ß . cp lll This amount of heat Q can be stored in an outer zone Z2 in the soil layer, which completely participates in (follows) the temperature variation 2 a of the surface Ylz.
Volymen av denna yttre zon Z2 kan skrivas Y1 . s2, där sz kan tolkas som det "ekvivalenta ínträngningsdjupet" i marken utanför zon Zl. Marklagrets volym kan således betraktas som summan av zonerna Zl och Z2 och med en begränsningsyta Y2, som ligger på avstånd sz från ytan Yl. 1 Alitsågälier Q=Y.26a.,,(.-Ví=s2.srl.29a.f.cp varvid fås sz = \/ å .The volume of this outer zone Z2 can be written Y1 . s2, where sz can be interpreted as the "equivalent penetration depth" in the soil outside zone Zl. The volume of the soil layer can thus be considered as the sum of the zones Zl and Z2 and with a boundary surface Y2, which is at a distance sz from the surface Yl. 1 Alitsågälier Q=Y.26a.,,(.-Ví=s2.srl.29a.f.cp whereby sz = \/ å .
Man finner alltså att sl = sz .We thus find that sl = sz .
För ernâende av optimalt utnyttjande av i värmelagringspro- cessen arbetande markmassa fördelas lämpligen kanalerna så, att varje i processen deltagande masselement har ett största avstånd i till en kanal av ca 1 meter för mycket vattenrik mark till ca 3 meter för mycket vattenfattig mark eller berggrund, såsom granit. 7710748-0 För optimering av möjligheten för den i värmelagringsprocessen arbetande markmassan att tillgodogöra sig maximal tillgänglig effekt, kan kanalernas totala tillgängliga mantelyta ges en lämplig storlek genom anpassning av effektiva ledningslängden och lednings- diametern. _ De erforderliga kanalerna kan åstadkommas särskilt enkelt, om sättet enligt uppfinningen har de i kraven 5 eller 6 angivna kännetecknen.To achieve optimal utilization of the soil mass working in the heat storage process, the channels are suitably distributed so that each mass element participating in the process has a maximum distance to a channel of about 1 meter for very water-rich soil to about 3 meters for very water-poor soil or bedrock, such as granite. 7710748-0 To optimize the possibility for the soil mass working in the heat storage process to utilize the maximum available effect, the total available surface area of the channels can be given a suitable size by adapting the effective line length and line diameter. _ The required channels can be achieved particularly easily if the method according to the invention has the characteristics specified in claims 5 or 6.
Uppfinningen och de genom denna ernådda fördelarna tydlig- göres närmare i det följande under hänvisning till bifogade rit- ningar, pâ vilka figur 1 visar ett utföringsexempel på en enkel ledningsbana âstadkommen medelst ett borrhål, figur 2 visar ett exempel på en i värmelagringen deltagande markkropp under en villa, ö' figur 3a och 3b visar en markkropp i två projektioner, och figur 3c visar området för temperaturens variationer i ett snitt genom markkroppen.The invention and the advantages achieved thereby are explained in more detail in the following with reference to the attached drawings, in which Figure 1 shows an exemplary embodiment of a simple conductor path achieved by means of a borehole, Figure 2 shows an example of a soil body participating in heat storage under a villa, Figures 3a and 3b show a soil body in two projections, and Figure 3c shows the area of temperature variations in a section through the soil body.
Figur l visar en i en markkropp l anordnad kanal eller led- ningsbana som âstadkommits genom borrning av förutom en värmeiso- lerad tilledning med 3*m längd ett exempelvis 10 meter djupt hål 2 med en diameter av exempelvis 2,5 cm, vilket borrhâl är fodrat med en "strumpa" 3 av exempelvis aluminiumfolie, i vilken ett koncen- triskt tilledningsrör N är placerat. Fodret 3, som genom exempelvis en övertrycksstöt har pressats till anliggning mot borrhâlets 2 väggar, är tätande förbundet med ett anslutningsrör 5, som i likhet med röret 4 är anslutet till en rörledning 5, över vilken rören 3,4 tillsammans med en anordning 7 för tillförsel av värme, exempelvis en solfångare,och en anordning 8 för avgivande av värme, exempelvis radiatorer, bildar en sluten krets för ett strömmande fluidum, exempelvis vatten. i För att temperaturen på markytan ej skall pâverkas nämnvärt är övre delen av röret isolerad ungefär sträckan S2.Figure 1 shows a channel or conduit arranged in a body of land 1 which has been produced by drilling, in addition to a heat-insulated supply line of 3 m length, a hole 2, for example 10 meters deep, with a diameter of for example 2.5 cm, which borehole is lined with a "sock" 3 of for example aluminum foil, in which a concentric supply pipe N is placed. The lining 3, which has been pressed into contact with the walls of the borehole 2 by for example an overpressure shock, is sealingly connected to a connecting pipe 5, which, like the pipe 4, is connected to a pipeline 5, over which the pipes 3,4 together with a device 7 for supplying heat, for example a solar collector, and a device 8 for releasing heat, for example radiators, form a closed circuit for a flowing fluid, for example water. In order to prevent the temperature on the ground surface from being significantly affected, the upper part of the pipe is insulated for approximately the distance S2.
Borrhålen 2 är anordnade med mellanrum av storleksordningen högst 2.s, vars värde beror av marktypen och är angivet nedan: v 77107lr8'0 Marktyp Avståndet 2 sl (cyke1=1 år)2 32 Granit 6,H m Sand U,6 m Morän _ 5,U m Lera ' ' 3,5 m Gyttja 2,0 m Vatten 1,8 m Figur 2 visar en normal villa 10 med längd x breddmåtten x 8 m byggd på berggrund och med ett årsenergibehov på 26 000 kWh, på vilken en väsentligen horisontell solfångare ll på H0 m2 tänkes vara inbyggd i taket. Härav kan man räkna ut att för 100% täckning av årsbehovet med solenergi erfordras en markkropp 12 enligt uppfinningen med volymen 2300 m3. En sådan åstadkommes lätt med hjälp av två rader av borrhål med djupet 10 m och ett mellanrum av ca 6 m (2sl = 6 m). Borrhålen behöver själv- fallet inte vara lodräta utan kan luta om så skulle erfordras.The boreholes 2 are arranged with intervals of the order of magnitude of at most 2.s, the value of which depends on the soil type and is given below: v 77107lr8'0 Soil type Distance 2 sl (cycle1=1 year)2 32 Granite 6.H m Sand U.6 m Moraine _ 5.U m Clay ' ' 3.5 m Mud 2.0 m Water 1.8 m Figure 2 shows a normal villa 10 with length x width dimensions x 8 m built on bedrock and with an annual energy requirement of 26,000 kWh, on which an essentially horizontal solar collector 11 of H0 m2 is thought to be built into the roof. From this it can be calculated that for 100% coverage of the annual requirement with solar energy a soil body 12 according to the invention with a volume of 2300 m3 is required. This is easily achieved by using two rows of boreholes 10 m deep and spaced about 6 m apart (2sl = 6 m). The boreholes do not need to be vertical, of course, but can be inclined if necessary.
Markkroppen sträcker sig (granit) ca 3 m ut från de båda raderna med borrhål såväl utåt sidorna som nedåt (och uppåt om borrhålens övre delar skulle vara isolerade) och omfattar en volym >2300 m3.The soil body (granite) extends approximately 3 m out from the two rows of boreholes both outwards to the sides and downwards (and upwards if the upper parts of the boreholes were insulated) and comprises a volume of >2300 m3.
Figur 3a visar en vertikalsektion genom en markkropp l2 bildad av fyra rader av vertikala kanaler eller ledningsbanor 2.Figure 3a shows a vertical section through a soil body l2 formed by four rows of vertical channels or conductor paths 2.
En begränsníngsyta Yl omsluter kanalerna 2 och går genom de ytterst belägna kanalerna samt deras ändytor. Avstånden mellan kanalerna och den av begränsningsytan Yl inneslutna är högst sträckan sl zonen är betecknad Zl. sträcker sig en zon Z2, som har utsträckningen Runt zonen Zl Dessa zoner och ytor visas uppi- sz ut till en begränsningsyta Y2. från i figur 3b.A limiting surface Y1 surrounds the channels 2 and passes through the outermost channels and their end surfaces. The distances between the channels and the zone enclosed by the limiting surface Y1 are at most the distance sl. The zone is designated Z1. A zone Z2 extends, which has the extent Around the zone Z1 These zones and surfaces are shown upwards to a limiting surface Y2. from in Figure 3b.
Figur 3c visar temperaturfördelningen inom markkroppens utsträckning 12' i ett horisontalplan och temperatursvinget med storleken 2Ûa vid inmatning och uttagning av värmeenergi till resp. från marklagret. Läget av de i fig. Sa och b'visade begränsnings- ytorna Y1 och Y2 är markerade i figur 3c liksom temperaturfördel- ningen utanför den yttre begränsningsytan Y2. ¿v?1ov4s-o För höjningen av markkroppens temperatur enligt uppfinningen exempelvis till 25°C och 30°C krävs under ett initialskede en relativt stor energimängd, som kan erhållas från exempäïvis till- fälliga solfångare, som ställts upp på byggarbetsplatsen. Även andra tillfälliga värmekällor kan tänkas. Kostnaden för denna initialuppleddning av markkroppen kan betraktas som en investering.Figure 3c shows the temperature distribution within the extension 12' of the soil body in a horizontal plane and the temperature swing with the size 2Ûa when inputting and extracting heat energy to and from the soil layer, respectively. The position of the limiting surfaces Y1 and Y2 shown in Fig. 3a and b' are marked in Figure 3c as well as the temperature distribution outside the outer limiting surface Y2. ¿v?1ov4s-o To increase the temperature of the soil body according to the invention, for example to 25°C and 30°C, a relatively large amount of energy is required during an initial stage, which can be obtained from, for example, temporary solar collectors set up on the construction site. Other temporary heat sources are also conceivable. The cost of this initial derivation of the soil body can be considered an investment.
På liknande sätt som vid normalvillan kan ett flerfamiljshus förses med exempelvis solfångare och en markkropp, som får arbeta mot ett värmesystem av lågtemperaturtyp i huset. Att på detta sätt till 100 % täcka värmebehovet även i flerfamiljshus kan givetvis ge store ekonomiska vinster.In a similar way to a normal villa, an apartment building can be equipped with, for example, solar collectors and a ground source, which can work against a low-temperature heating system in the house. Covering 100% of the heating needs in this way, even in apartment buildings, can of course provide major economic benefits.
I många fall och särskilt i länder med en marktemperatur av uppåt 20°C kan det vara lämpligt att enligt samma princip alternativt eller'dessutom anordna en svalare markkropp med temperaturen ca -l5°C för svalhâllning av en lokal, som långvarigt är.ntsatt för icke önskad tillförsel av värme.In many cases, and especially in countries with a ground temperature of up to 20°C, it may be appropriate to use the same principle, alternatively or in addition, to arrange a cooler ground body with a temperature of about -15°C to keep a room cool that has been exposed to unwanted heat for a long time.
Marklagringsmetoden enligt uppfinningen kan självlallet även utnyttjas för temperering av simbassänger.The ground storage method according to the invention can also be used for temperature control of swimming pools.
Uppfinningen är tillämpbar generellt vid varierande tillförsel av termisk energi från solfångare, vindgenerator (via mekanisk vattenbroms eller elvärme), spillvärme och varierande eller konstant uttag av termisk energi men även vid konstant tillförsel av termisk energi och varierande uttag, som momentant kan vara större än den tillförda energin.The invention is generally applicable to varying supply of thermal energy from solar collectors, wind generators (via mechanical water brakes or electric heating), waste heat and varying or constant withdrawal of thermal energy, but also to constant supply of thermal energy and varying withdrawal, which may momentarily be greater than the energy supplied.
Markkroppens dimensionering och kanalernas fördelning kan i vissa fall förutsätta komplicerade beräkningar, som självfallet ,underlättas i hög grad om datorbehandling tillgripes.The dimensioning of the soil body and the distribution of the channels can in some cases require complicated calculations, which are of course greatly facilitated if computer processing is used.
Uppfinningen är självfallet inte begränsad till de här visade utföringsformerna utan åtskilliga modifikationer är möjliga inom ramen för den i kraven definierade uppfinningen.The invention is of course not limited to the embodiments shown here, but numerous modifications are possible within the scope of the invention defined in the claims.
Claims (6)
Priority Applications (24)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7710748A SE408087B (en) | 1977-09-26 | 1977-09-26 | SEE THAT IN A GROUND BODY STORES THERMAL ENERGY |
| FI772970A FI64856C (en) | 1976-11-01 | 1977-10-07 | SAETT ATT I EN MARKKROPP LAGRA TERMISK ENERGI |
| IL7753091A IL53091A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-10 | Method of storing heat in the ground |
| CA288,451A CA1110939A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-11 | Ground-storage of heat, such as solar heat |
| AU29646/77A AU513327B2 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-13 | Ground storage of heat |
| NO773557A NO142762C (en) | 1976-11-01 | 1977-10-17 | PROCEDURE FOR MARKING STORAGE OF HEAT, e.g. SOLAR |
| FR7732328A FR2369508A1 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-26 | PROCESS FOR STORING HEAT IN THE GROUND, IN PARTICULAR SOLAR HEAT |
| CH1300377A CH626978A5 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-26 | |
| CS777005A CS251756B2 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-27 | Device for storage of heat energy |
| LU78416A LU78416A1 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-28 | |
| JP52129535A JPS6034031B2 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-28 | Earth storage method for solar-like heat |
| YU02596/77A YU259677A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-28 | Device for accumulating thermic energy in the earth |
| PL20184277A PL201842A1 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-29 | THE METHOD OF ACCUMULATION OF HEAT ENERGY |
| DE19772748727 DE2748727A1 (en) | 1976-11-01 | 1977-10-29 | METHOD AND DEVICE FOR STORING THERMAL ENERGY, SUCH AS SOLAR HEAT, FOR EXAMPLE |
| GB42037/77A GB1558116A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | Groundstorage of heat such as solar heat |
| BR7707287A BR7707287A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | PROCESS FOR STORAGE OF THERMAL ENERGY IN A MASS THAT IS IN DIRECT THERMAL CONNECTION WITH THE SURROUNDING SOIL |
| IT29216/77A IT1091567B (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | METHOD FOR STORING THERMAL ENERGY IN A LAND SPACE |
| DK483277A DK150249C (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | PROCEDURE FOR STORAGE AND RECOVERY OF HEAT ENERGY FROM THE SOIL CROP |
| BE182228A BE860338A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | THERMAL ENERGY STORAGE PROCESS |
| AT0776577A AT372515B (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | DEVICE FOR STORING HEAT |
| MX171169A MX149568A (en) | 1976-11-01 | 1977-10-31 | IMPROVED SYSTEM FOR THE STORAGE OF THERMAL ENERGY SUCH AS SOLAR |
| NLAANVRAGE7712046,A NL182668C (en) | 1976-11-01 | 1977-11-01 | METHOD FOR STORING HEAT ENERGY, SUCH AS SOLAR HEAT IN GROUND. |
| DD7700201798A DD132204A5 (en) | 1976-11-01 | 1977-11-01 | GROUND STORAGE OF WAERME, FOR EXAMPLE SUNWATER |
| US06/112,518 US4445499A (en) | 1976-11-01 | 1980-01-16 | Ground-storage of heat such as solar heat |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7710748A SE408087B (en) | 1977-09-26 | 1977-09-26 | SEE THAT IN A GROUND BODY STORES THERMAL ENERGY |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE7710748L SE7710748L (en) | 1979-03-27 |
| SE408087B true SE408087B (en) | 1979-05-14 |
Family
ID=20332371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7710748A SE408087B (en) | 1976-11-01 | 1977-09-26 | SEE THAT IN A GROUND BODY STORES THERMAL ENERGY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE408087B (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1980002736A1 (en) * | 1979-05-30 | 1980-12-11 | Hagconsult Ab | Utilization of ground earth under building structures for storing and/or withdrawal of heat energy |
| WO1981000754A1 (en) * | 1979-09-06 | 1981-03-19 | N Knudsen | Heat accumulator |
| WO1981002059A1 (en) * | 1980-01-11 | 1981-07-23 | Thermopalning Konsult Handel | A method and a device for absorbing and emitting heat or cold from the ground |
| WO1982001860A1 (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Olav Hallaraune | Launching apparatus for discharging a projectile connected to a lifeline or the like |
| US4715429A (en) * | 1985-07-02 | 1987-12-29 | Palne Mogensen | Method and means for applying a heat exchanger in a drill hole for the purpose of heat recovery or storage |
| US7337838B2 (en) | 2002-01-31 | 2008-03-04 | Lowte Ab | Plant for tempering of a building |
| EP3717841A4 (en) * | 2017-11-30 | 2021-09-08 | Double M Properties AB | ARRANGEMENT AND PROCEDURE FOR OPTIMAL ENERGY STORAGE AND RECOVERY OF THERMAL BORES |
-
1977
- 1977-09-26 SE SE7710748A patent/SE408087B/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1980002736A1 (en) * | 1979-05-30 | 1980-12-11 | Hagconsult Ab | Utilization of ground earth under building structures for storing and/or withdrawal of heat energy |
| WO1981000754A1 (en) * | 1979-09-06 | 1981-03-19 | N Knudsen | Heat accumulator |
| WO1981002059A1 (en) * | 1980-01-11 | 1981-07-23 | Thermopalning Konsult Handel | A method and a device for absorbing and emitting heat or cold from the ground |
| WO1982001860A1 (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Olav Hallaraune | Launching apparatus for discharging a projectile connected to a lifeline or the like |
| US4715429A (en) * | 1985-07-02 | 1987-12-29 | Palne Mogensen | Method and means for applying a heat exchanger in a drill hole for the purpose of heat recovery or storage |
| US4867229A (en) * | 1985-07-02 | 1989-09-19 | Palne Mogensen | Method and means for applying a heat exchanger in a drill hole for the purpose of heat recovery or storage |
| US7337838B2 (en) | 2002-01-31 | 2008-03-04 | Lowte Ab | Plant for tempering of a building |
| EP3717841A4 (en) * | 2017-11-30 | 2021-09-08 | Double M Properties AB | ARRANGEMENT AND PROCEDURE FOR OPTIMAL ENERGY STORAGE AND RECOVERY OF THERMAL BORES |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE7710748L (en) | 1979-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1110939A (en) | Ground-storage of heat, such as solar heat | |
| Skarphagen et al. | Design considerations for borehole thermal energy storage (BTES): A review with emphasis on convective heat transfer | |
| KR101524821B1 (en) | Geothermal energy system and method of operation | |
| Nordell et al. | High temperature solar heated seasonal storage system for low temperature heating of buildings | |
| KR101524820B1 (en) | Geothermal energy system and method of operation | |
| Zarrella et al. | Analysis of short helical and double U-tube borehole heat exchangers: A simulation-based comparison | |
| Rees et al. | A Study of Geothermal Heat Pump and Standing Column Well Performance. | |
| Gehlin et al. | Deep boreholes for ground source heat pump systems—Scandinavian experience and future prospects | |
| Hellström | Thermal performance of borehold heat exchangers | |
| Wołoszyn | Global sensitivity analysis of borehole thermal energy storage efficiency on the heat exchanger arrangement | |
| Akhmetov et al. | Thermal energy storage systems–review | |
| Banerjee et al. | Evaluation of possibilities in geothermal energy extraction from oceanic crust using offshore wind turbine monopiles | |
| Dehghan et al. | Experimental and theoretical investigation of thermal performance of underground cold-water reservoirs | |
| Andrews | The impact of the use of heat pumps on ground‐water temperatures | |
| McCartney et al. | Storage of solar thermal energy in borehole thermal energy storage systems | |
| SE408087B (en) | SEE THAT IN A GROUND BODY STORES THERMAL ENERGY | |
| JP2018166451A (en) | Stored heat utilization structure | |
| Miedaner et al. | Borehole thermal energy storage systems in Germany and Denmark-Construction and operation experiences | |
| Sanner et al. | Advantages and problems of high temperature underground thermal energy storage | |
| Lee | Borehole thermal energy storage | |
| KR101097910B1 (en) | Geothermal Heat Exchanger with Stacked Horizontal Structure | |
| Garg et al. | Sensible heat storage | |
| US4510992A (en) | Solar energy system | |
| Cui et al. | Geothermal heat pumps | |
| RU2064141C1 (en) | Geothermal power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7710748-0 Effective date: 19940410 Format of ref document f/p: F |