SE422241B - Anleggning for ackumulering av vermeenergi i marken - Google Patents

Description

7811405-5 2 förda värmeväxlarrör som vart och ett har åtminstone två. i närheten av rörets botten inbördes förbundna eller kommunicerande ledningspartier av vilka ett ombesörjer transport av ett värmebärande medium ned genom röret och ett andra pmbesörjer transport av mediet upp genom röret, allt under överföring av värme i endera riktningen mellan sagda medium och markkroppen. Ehuru denna anlägg- ning måhända lämpar sig för enklare värmeförsörjningseystem där solfångarna och aokumulatorn via en sluten krets står i direkt kontakt med exempelvis radiatorer, är anläggningen i fråga direkt olämplig i samband med värmeförsörj- ningssystem grundande sig på användningen av en värmepump avsedd att öka tem- peraturen hos ifrågakommande värmebärarmedium till en acceptabelt hög nivå.

Sålunda är den kända anläggningen baserad på värmeväxlarrör vilkas mediet in- _matande, nedåttransporterande ledningsparti är anordnat centralt inuti själva värmeväxlarröret medan det andra, uppåttransporterande ledningspartiet helt enkelt bildas av utrymmet mellan värmeväxlarrörets periferi och det första ledningspartiet. Enär temperaturen i den energiackumulerande markkroppen, åtminstone vid jämvikt¿är högst i närheten av kroppens övre del innebär detta bl.a. att temperaturen hos det utmatade, vid urladdning av ackumulatorn upp- värmda mediet får en temperatur som är maximalt hög = maximal temperatur i ackumulatorn; något som skulle vara till stort men i samband med värmepumpar vilkas förångare är beroende av en jämn, medelmåttig temperatur hos värme- bärarmediet.

Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda nackdelar hos den tidigare kända ackmmuleringsanläggningen och skapa förutsättningar för en effektiv, driftsäker användning av en värmepump i ifrågakommande värmeför- sörjningssystem. Detta ernås i enlighet med uppfinningens princip därigenom att sagda första, nedåttransporterande ledningsparti är lokaliserat i närhe- ten av värmeväxlarrörets periferi eller mantel, medan det andra, uppåttrans- porterande ledningspartiet är lokaliserat närmare eller i rörets centrum och omslutet av det första ledningspartiet, för att härigenom vid urladdning av markkroppen säkerställa att det i värmeväxlarröret inkommande, kalla mediet först passerar det varmaste avsnittet och därefter successivt allt kallare avsnitt av densamma under ernående av en jämförelsevis jämn, medelmåttíg temperatur i det ur värmeväxlarröret utgående mediet.

Ovannämnda båda ledningspartier kan med fördel vara åtskilda och/eller iso- lerade från varandra för att motverka värmeöverföring mellan den nedåtgående och den uppåtgående mediumströmmen.

Under hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av ett såsom exempel anfört utförande av uppfinningen. På rítningarna är fig 1 en tvärsektion genom en byggnad vilken den uppfinningsenliga anläggningen är avsedd att betjäna, fig 2 en schematisk sammanställning av olika i anlägg- 7811405-5 ningen ingående komponenter, fig 5 en sohematisk sektion illustrsrande olika temperaturnivåer i ifrågakonmande markkropp och fig 4 en starkt förstorad längdgenomskärning genom värmeväxlarröret enligt uppfinningen.

Den i fig 1 visade byggnaden 1 har i exemplet formen av en villa på vars tak en eller flera solfångare 2 av arbiträrt slag är anordnade. Marknivån till byggnaden betecknas 3. Under byggnaden förefinns en med 4 betecknad markkrqpp vilken på känt sätt är avsedd att bilda en långtidsackumulator för lagring av värmeenergi från solfângarna 2. I figuren betecknas med 5 överdelen av tvenne värmeväxlarrör vilka ingår i en större serie värmeväxlar- rör under byggnaden. Rören i denna serie kan vara anordnade radvis med exempel- vis fyra rör i varje rad, dvs inalles åtta rör under hela byggnaden. Själva byggnaden bildar i sig själv en övre värmeisolering för markkroppen eller ackumuletorn 4. Eventuellt kan byggnadens värmeisolerande funktion komplet- teras med ett enkelt lager värmeisoleringsmaterial 6 som sträcker sig runt byggnaden på lämpligt avstånd under marknivån 3.

Ehuru just en villabyggnad illustreras i exemplet är det underförstått att den uppfinningsenliga anläggningen kan betjäna vilka som helst andra typer av byggnader, varvid ävenledes skall beaktas att den energilagrande mark- kroppen eller ackumulatorn 4 kan vara åtskild från själva byggnaden och iso- lerad uppåt på annat lämpligt sätt.

I fig 2 visas för enkelhets skull blott ett värmeväxlarrönfi ingående i lång- tidsackumulatorn eller markkroppen 4. Det är dock underförstått att ackumule- torn 4 i praktiken inbegriper ett flertal värmeväxlarrör såsom ovan beskrivits.

I den i fig 2 visade anläggningen ingår förutom nämnda långtidsackumulator 4 och solfångaren 2 ävenledes en korttids- eller dygnsackumulator 7. Till den utgående sidan av denna dygnsaekumulator 7 är anslutna konventionella uppvärm- ningskomponenter av olika slag, sådana som radiatorer, varmvattentappställen etc. I själva ackumulatorn ingår en varmvattenberedare 8. Ehuru ackumulatorn 7 normalt försörja med värmeenergi antingen direkt från solfångaren 2 eller från långtidsackumulatorn 4 kan densamma vara kompletterad med ett antal el- värmepatroner vilka kan tas i bruk i det fall anläggningen i övrigt skulle mankera.

Det vatten eller annat värmebärarmedium som uppvärms av solfångaren 2 kan via utmatningsledningen 9 ledas antingen direkt till dygnsackumulatorn 7 via gren- ledningen 10 eller till långtidsaokumulatorn 4 via grenledningsn 11. Returled- ningarna 12, 13 från resp. ackumulatorer går saman i en gemensam inmatnings- ledning 14 i vilken en första cirkulationspump 15 är anordnad. För att styra det utmatade, uppvärmda mediet till endera av de båda ackumulatorerna är an- ordnad en styrventil 16 av tvåvägstyp. 7811405-s ¿ Av ritníngsfigxiren framgår att solfângaren 2 är direkt förbindbar med dygns- aokumulatorn 7. I motsats här-till står emellertid långtidsackumulatorn 4 i förbindelse med dygneackxzmulatom 7 via en i sixiïhelhet med 17 betecknad värmepump vars huvudsakliga komponenter på. gängse sätt utgörs av en förângare 18, en kompressor 19, en kondensor 20, jämte en expansionsventil 21. Från långtidsackvimulatorn kan vid urladdning av denna matas uppvärmt medium till förångaren 18 via en andra cirkulationspump 22 i grenledningen 25. Från för- ângaren 18 återgår det på värme bei-övade mediet via en returlednixzg 24. Kon- densorn 20 försörjer dygnsaclnimulatorn 7 med högtemperaturvatten via en till- ledning 25 uppvisande en termostatventil 26. Från dygnsaclcumulatom 7 matas det kylda vattnet åter till kondeneorn 20 via, en returledning 27 i vilken en tredje cirkulationspump 28 är anordnad.

Den beskrivna anläggningen arbetar i korthet på. följande sätt: Så. länge dygnsacknzmulatorn 7 kräver energi matas det av solfångaren 2 uppvärmda mediet via ledningarna 9 och 10 direkt till dygneackæmulatorn varefter det avkylda mediet pumpas tillbaka via ledningarna 12, 14 förmedelst den första cirkula- tionspumpen 15. Styr-ventilen 16 är då. stängd mot ledningen 11.

Så. snart kravet på energi till dygnaekumulatorn upphör och solfångaren 2 fort- sätter att uppfånga solvärmeenergi omkoppas styrventilen 16 så. att det uppvärm- da mediet nu leds via ledningarna 9, 11 till värmeväxlarrören 5, varifrån det returneras till solfångaren via ledningarna 13, 14, fortfarande med hjälp av pumpen 15. Då. mediet passerar värmeväxlarrören 5 avges värme till markkroppen 4.

Då. mediet såsom ovan beskrivits pumpas direkt till dygnsackumulatorn 7 bör mediets temperatur i praktiken ligga inom omrâdet 60 -- 90%. Vid pumpning till långtidsaokzmulatorn 4. kan ifrågavarande temperatur variera inom området 30 - 9000. Temperaturerna hos det till eolfångarsn återgâende returmediet kan i praktiken uppgå till ca 40°C vid det förstnämnda alternativet och variera inom omrâdet 5 - 55°C i det sistnämnda alternativet.

Dä. solfängaren 2, i synnerhet under den mörka årstiden, ej längre producerar något värmeöverskott vare sig för dygnsaclcumulatorn eller långtidsackumulatorn stängs styrventilen 16 helt under det att de båda eirkulationspumparna 22 och 28 sätts i drift i och för värmeutvinning från lângtidsackumulatorn via värme- pumpen 17 till dygnsackumulatom 7. Härvid höjer värmepumpen 17 temperaturen hos det från långtidsaokumulatorn utmatade mediet till ca 50°G från kondensorn 20 till dygnsacktmulatorn 7. 7811405-5 För en god funktion är värmepumpens 17 förángare 18 beroende' av att det in- kommande, via värmeväxlarrören 5 uppvärmda mediet dels har en jämn tempera- tur, dels har en temperatur som är måttligt hög. Till den änden förutser upp- finningen användning av värmeväxlarrör med den utformning som visas i fig 3 och 4 till vilka nu hänvisas.

Själva röret 5 kan med fördel utgöras av en stark ståltub, t ex med måtten 140 I 4 mm. I den undre änden kan röret vara utformat med en spets 29 (se fig 3) medan det vid sin övre ände uppvisar en förstärkningshatt 30 som gör röret lämpet för neddrivning i markkroppen med hjälp av konventionell pâlningsut- rustning. Ä rörets överdel finns dessutom en ingående anslutning 31 och en utgående anslutning 32.

Såsom framgår av fig 4 är inuti det förhållandevis grova röret 5 anordnade två klenare rör 33, 34 av vilka det förstnämnda bildar ett ledningsparti för transport av ifrågekommande medium nedåt genom röret 5 såsom pilarna på rit- ningen antyder, medan det andra klenröret 34 bildar ett ledningsparti för transport av mediet i riktning uppåt. Närmare bestämt består det första klen- Iäret 33 av ett kopparrör med platt eller flatoval tvärsektionsform vilket sträcker sig skruvformigt från den ingående anslutningen 31 till värmeväxlar- rörets 5 nederdel där detsamma är förbundet med eller övergår i det andra klen- röret 34. Genom sagda platta tvärsektionsform säkerställs en god ytanliggning av klenröret 33 mot ståltubens eller mantelns insida. Genom att materialet i röret 33 utgörs av koppar säkerställs dessutom ett förhållandevis snabbt värme- utbyte mellan mediet i röret och markkroppen å mantelns 5 utsida. I stället för just koppar kan även andra material med högt värmeledningstal komma i fråga. Det andra klenröret 34 består i praktiken med fördel av ett tvärsnitts- vis oirkulärt kopparrör som är isolerat på utsidan, t ex medelst en plastiso- lering (ej visad). Genom att isolera klenrörets 34 utsida motverkas värmeöver- föring mellan den msdiumström som passerar nedåt genom det första klenröret 33 och den uppåtgående mediumström som passerar genom det andra klenröret 34.

Det mellan klenrören 33, 34 förefintliga utrymmet i värmeväxlerröret 5 kan med fördel vara utfyllt med lämplig ballast och/eller värmsisolering. I det visade exemplet tänkas ballasten bestå av betong i form av fiberbetong 35 som förlänar värmeväxlarrörst i dess helhet önskade hållfasthetsbkniska egenskaper.

Såsom framgår av fig 3 föreligger i den merkkropp i vilken värmeväxlarröret 5 är nedpressat en temperaturskiktning så tillvida att temperaturen (till följd av värmets strävan att stiga uppåt) är högst omedelbart under marknivån 3 varifrån den sjunker till ett lägsta värde av ca 5°C på ett djup av exempelvis B à 10 meter. Vid markytan kan temperaturen antas variera mellan ca 35°C som högsta värde såsom antyds i fig 3 och ca 10°C som lägsta värde, varvid det högsta värdet givetvis föreligger då ackumulatorn 4 är fulladdad på sensommaren eller hösten, nedan det lägsta värdet föreligger då aokumulatorn är urladdad

Claims (9)

7811405-5 på senvintern eller våren. Genom att värmebäraarmediet transporteras genom röret 5 på tidigare beskrivet sätt erhålls vid urladdning av *ik-å = +20°C och en ackumulatorn en maximal medeltemperatur av . . 10 + 5 o 2 minimal medeltemperatur av 2 = +8 C hos det medium som matas till värmepumpens 17 förångare 18. Dessa temperaturer ligger inom ett område som är lämpligt för förångarens arbete. Temperatur-området ger vidare bästa tänkbara verkningsgrad vilket i det aktuella fallet betyder en värmefaktor som varierar mellan 3 som lägst och 4 som högst. Det är givet att uppfinningen ej är begränsad blott till det beskrivna och på. ritningarna visade utförandet. Sålunda kan den beskrivna energi- ackumuleringsanläggningen användas icke blott i samband med solfångar- anordningar -utazi även i samband med andra energikällor där så. befinnes vara lämpligt. Patentkrav

1. Anläggning för ackumulering av värmeenergi i marken, innefattande ett antal i en uppåt, t ex medelst en byggnad (1) eller dylikt isolerad markkropp (4) nedförda värmeväxlarrör (5) som vart och ett har åtminstone två i närheten av rörets botten inbördes förbundna eller kommunicerande ledningspartier (33, 34) av vilka ett (33) ombesörjer transport av ett värmebärande medium ned genom röret (5) och ett andra (34) ombesörjer transport av mediet upp genom röret, allt under överföring av värme i endera riktningen mellan sagda medium och markkroppen, k ä n n e - t e c k n a d därav, att sagda första, nedåttransporterande lednings- parti (33) är lokaliserat i närheten av rörets (5) periferi eller mantel, medan det andra, uppåttransporterande ledningspartiet (34) är lokalise- rat närmare eller i rörets centrum och omslutet av det första lednings- partiet, för att härigenom vid urladdning av markkroppen säkerställa att det i värmeväxlarröret inkommande, kalla mediet först passerar det var- maste avsnittet och därefter successivt allt kallare avsnitt av mark- kroppen under ernående av en jämförelsevis jämn, medelmåttig temperatur i det ur värmeväxlarröret (5) utgående mediet.

2. Anläggning enligt krav 1, k ä. n n e t e c k n a d därav, att de båda ledningspartierna (33, 34) är åtskilda och/ eller isolerade från varandra för att motverka värmeöverföring mellan den nedåtgående och den uppåtgående mediumströmmen. 7811405-5

3. Anläggning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första ledningspartiet (55) utgörs av ett företrädesvis mot värmeväxlarrörets (5) insida anliggande, skruvformigt klenrör (55) som vid värmeväxlarrörets nederdel är förbundet med eller övergår i ett andra, lämpligen med värmeväxlarröret konoentriskt klenrör (54) som bildar det andra ledningspartiet.

4. Anläggning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första ledningspartiet eller klenröret (55) består av ett material, t ex koppar, med högt värmeledningstal.

5. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellan sagda klenrör eller ledningspartier (55, 54) före- fintliga utrymmen i värmeväxlarröret (5) är utfyllaa mea lämplig bal- last, t ex fiberbetong.

6. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att värmeväxlarröret utgörs av en hållfast ståltub (5) vars undre ände är utformad med en spets (29) och vars övre ände uppvisar en för- stärkningshatt (50) görande röret lämpat för neddrivning i markkroppen (4) med hjälp av konventionell pålningsutrustning.

7. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a. d därav, att sagda andra, uppåttransporterande ledningsparti eller klenrör (54) är anslutet eller anslutbart till en värmepump (17) av känt eller arbiträrt slag,

8. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att sagda första, nedåttransporterande ledningsparti eller klen- rör (55) är anslutet eller anslutbart till en solfångaranordning (2).

9. Anläggning enligt krav 7 och 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att solfångaranordningen (2) är förbunden eller förbindbar med såväl värme- växlarröret (5) som en jämförelsevis liten, korttidslagrande ackumule- tor (7), varvid värmeväxlarraret (5) står 1 förbindelse med korttids- ackumulatorn (7) via sagda värmepump (17).