SE434675B - Ytjordvermesystem seriekopplat med djupjordvermesystem - Google Patents

Description

40 8008953-5 vatten,företrädesvis strömmande grundvatten, såsom värmekälla förutsatt att möjligheter finns att deponera det kylda vattnet.

Denna möjlighet finns emellertid normalt icke och pumparbetet blir Betydande. I ÄNDAMÅL Ett ändamål med uppfinningen är att anvisa en anlägg- ning som medger tillräckligt energiuttag för värmeförsörjning av relativt stora förbrukare, såsom grupphusbebyggelse och fler- familjshus, fastän dessa har en begränsad markyta till för- fogande för värmetíllförsel till ett värmepumpsystem, som värme- försörjer begyggelsen i frågan.

KARAKTERISERING AV UPPFINNINGEN En anläggning för omhändertagande av omgivningsvärme i ett tempererat klimat för kontinuerlig värmeförsörjning av ett värmepumpsystem, vilken anläggning innefattar en värmebärare- krets som har värmeväxlingskontakt med värmepumpsystemet och som innefattar en ytjordvärmckollektor utmärkes i huvudsak av att en i marken djupförlagd värmeväxlare är förlagd under det vtområde som upptas av ytjordvärmekollektorn, och att den i mar- ken djupförlagda värmeväxlaren är inkopplad i serie med och direkt efter ytjordvärmekollektorn såsom betraktat i värmebära- rens strömningsriktning, varigenom under den varma årstiden, en del av ytjordvärmekollektorns absorberade energi överföres till den djupförlagda värmeväxlaren för eliminering av den tjäle som omger denna till följd av värmeuttag från den djupförlagda värmeväxlaren under den kalla årstiden.

Värmeväxlaren tillföres sålunda energi från kollektorn för ersättning av det energiunderskott relativt omgivande mark, som uppkommit däri under den kalla årstiden till följd av värmeuttaget från den andra kollektorn.

Kollektorn kan vara utförd såsom en slang, som är anordnad på ett djup av 0,2 - 0,4 m och med ett avstånd av 0,6 - 1,5 m mellan närliggande rörlängder. Värmeväxlaren kan vara bildad av en slang som är förlagd på ett djup av exempelvis 1,2 - 1,8 m och med en delning av 0,6 - 1,5 m mellan närliggande rörlängder.

Värmeväxlaren behöver icke nödvändigtvis bildas av en i horisontalplanet utlagd rörslinga utan kan även anordnas i form 40 8008955-5 av vertikalt riktade värmeväxlingsanordningar, som är djup- förlagda i ifrågavarande markområde.

Om otillräcklig markyta står till förfogande för en ytjordvärmekollektor räcker denna inte till för att ensam direkt värmeförsörja värmepumpsystemet under den kalla års- tiden. Detta kan emellertid i sammanhanget vara av en väsentlig fördel. Kollektorns temperatur sjunker under hösten till en temperatur som bestäms av lägsta temperatur hos det värme- transportmedium som genomströmmar kollektorn och värmeväxlaren.

Vid ett lämpligt förhållande som är anpassningsbart, mellan kollektorns storlek och uttagen värmeeffekt/värmemängd från kollektorn och värmeväxlaren, är kollektorn tömd på tillgäng- ligt värmeinnehåll då lufttemperaturen sjunker till noll- eller minusgrader. Idealískt vore att frysvärmet i markens ytskikt utnyttjas i värmepumpen innan frysning av markytan sker till följd av låg lufttemperatur. Med frysvärme avses den energimängd som kan uttagas vid en temperatur av ca OOC till följd av is- bíldníng av i markytan befintlig fukt.

Härigenom kan värmeinnehållet i markens ytskikt tillgodo- göras utan påtagliga värmeförluster från engagerad markvolym till atmosfären.

Vintertid är och förblir kollektorn frusen, men tar upp viss vårmeeffekt underifrån, som läcker förbi värmeväxlaren.

Ingen risk finns därför för värmeförlust från det värmetransport- fluidum som genomströmmar kollektorsystemet och ett snölager på markytan ger en ytterligare säkerhet mot värmeförluster.

Under våren och framförallt sommaren sker ett ganska massivt värmeinflöde till markytan som kan utnyttjas dels till att återställa djupkollektorn,dels till att värma tapp- varmvatten. Man kan notera att 20 - 30 % av årsvärmebehovet för bostäder numera åtgår till värmning av tappvarmvatten.

Under hösten kommer så småningom ett jämviktstadium att upp- träda vid vilket infallande energi i form av infallande sol- strålning, värmeövergång från atmosfären samt dagvattenvärme svarar mot värmeuttaget för värmeförbrukning. Värmeväxlarens omgivning är regenererad senast under juli månad. Kollektorns temperatur sjunker därefter till en temperatur som under hösten bestäms av lägsta temperatur hos värmetransportmediet i kollekto- TGTIIÄ- zb ZS ,30 S5 40 8.Df0-'8'*9'5~3-'5 4 Såsom betraktat i värmetransportmediets strömningsrikt- ning är värmeväxlaren inkopplad efter kollektorn. Värmeväxlaren utnyttjas således först sedan kollektorns möjligheter är ut- .tömda. Värmeväxlaren är lämpligen dimensionerad för frysning av ett optimalt tjällager.

Genom uppfinningen medger möjligheten att nedkyla marken från sommartemperatur till 0°C, vilket ger ett energiuttag av ca 28 kWh/m slang (svarar mot en nedkylning av en markmassa- med radien 1 m runt slangen) och en frysning av engagerad jord- volym ger därutöver 60 kWh/m slang. Totalt finns sålunda 88 kWh disponibla per meter slang inom en engagerad markvolym med radien 1 m. Detta energiuttag gäller för fuktig sand, lera, mo eller dylikt. i t Det inses sålunda att uppfinningen erbjuder ett avsevärt gförhöjt energiuttag per meter slang.

Enär kollektor-värmeväxlarens omgivning icke behöver renegereras direkt med hjälp av till markens ytskikt infallande värmeenergi, kan värmeväxlaren förläggas på ett markdjup som .ger bästa värmekapacitet. Regenereringen av dennas omgivning sker såsom nämnts indirekt genom överföring av värmeenergi från-kollektorn.

Föredragna utföringsformer av anläggningen anges i de bilagda underkraven.

Uppfinningen definieras i de bilagda patentkraven.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i exempel- form med hänvisning till bifogade ritning.

' Ritningar Fig. l visar schematiskt en värmepump-som värmeförsörjes med en anläggning enligt uppfinningen. Pig. 2 illustrerar schematiskt en horisontalvy av en anläggning enligt uppfinningen.

Fíg. 3 visar en vy tagen längs linje III-III i Fig. 2. Fig. 4 visar schematiskt i en horisontalvy en alternativ anläggning enligt uppfinningen. Fig. 5 visar en sektion tagen längs linje V-V i Fig. 4. Fig. 6 illustrerar energiflödena i anläggningen enligt uppfinningen under hösten. Fig. 7 visar energiflödena vid en anläggning enligt uppfinningen under tidig vår.

Utföningsexempel 40 8008953-5 På fíg. 1 visas en värmepump l vars förångare 2 står i värmeväxlingskontakt med en värmeväxlare 3. Värmeväxlaren 3 ingår i en krets 4, som dessutom innehåller en cirkulations- pump 5, en första kollektor 6 och i serie därmed en andra kollektor 7.

Kollektorn 7 är en i marken djupförlagd värmeväxlare.

Såsom framgår av figurerna 2 och 3 kan den första kollek- torn 6, liksom den andra kollektorn 7, vara utförd såsom en i horisontalplanet meanderformígt utlagd slang, vars parallella rörlängder 61,71 är anordnade att skära varandra för bästa utnyttjande av engagerad markvolym. Såsom betraktat i strömníngs- riktningen för det värmebärarfluidum, som genomströmmar kollektorerna 6 och 7, är den andra kollektorn 7 inkopplad nedströms den första kollektorn 6.

Vid utföringsformen enligt figurerna Z och 3 är den andra kollektorn anordnad på ett djup av 1,2 - 1,8 m, varvid de inbördes parallella rörlängderna 71 är anordnade med ett inbördes avstånd av storleksordningen 1 m. Den första kollektorns 6 inbördes parallella rörlängder 61 är anordnade på ett djup av storleksordningen 0,3 m och med ett inbördes avstånd av storleksordningen l m.

Vid utföringsformen enligt figurerna 4 och 5 är den första kollektorn 6 utförd i enlighet med kollektorn 6 figurerna 2 och 3. Den andra kollektorn 7 är emellertid i enligt utföringsformen enligt figurerna 4 och 5 utförd i form av värmeväxlaretuber 72, vilka är vertikalt orienterade och vilka i sin underände med fördel är försedda med en indriv- ningsspets 80, varvid tuberna 72 kan ha en längd av storleksordningen något eller några 10-tal meter, samt vara anordnade att neddrivas i marken med någon pålnings- utrustning. Fig. 6 visar närmare utförandet av de enskilda tuberna 72. Av fig. 6 framgår att tuberna 72 innefattar två koaxiella rör 75 resp. 76. Mellan det yttre och det inre gröret föreligger en ringformig kanal 77 och inuti röret 76 finns en kanal 78. Vid tubens 72 undre ände är ett indriv- ningshuvud 80 anordnat. Huvudet 80 kan innefatta ett ringformigt emottagningsspår 81 för röret 75 och ett ringformigt emottag- ningsspår 82 för röret 76. Vidare innehåller huvudet 80 kanaler 83, vilka bildar en kommunikation mellan kanalerna 40 800-89 53- 5 77 och 78. Vid tubens 72 övre ände är en armatur 90 anordnad- Armaturen 90 innefattar en kåpa 91, som är anslutbar till rörets 75 övre ände. Kåpan 91 uppvisar ett rörformigt Ut10PP 92- En rörstuts 93 sträcker sig genom kåpans 91 vägg och är an- ordnad att kunna anslutas till det centrala röret 76. Vätska som skall ledas genom tuben 72 införes då med fördel via .stutsen 93 via kanalen 78, kanalerna 83, kanalen 77, kåpan 91 och ut genom utloppet 92. Tuber 72 kan då enkelt in- kopplas i serie med varandra via utloppen 92 och inloppen 93.

Kåpan 91 med stutsen 93 kan vara utförd såsom en förtillverkad enhet, som enkelt kan anslutas till tuberna 92 efter det att dessa neddrivits i marken medelst någon pålningsutrustning.

Fig. 7 illustrerar tillståndet hos en anläggning enligt fig. 2 eller 4 under tidig höst. Kurvdelen 100 kan betecknas såsom en kallfront, som rör sig i pílens 101 riktning. Den streckade linjen l02 illustrerar gränsläget mellan den första kollektorn och den andra kollektorn. Den streckade kurvan vid to illustrerar lägsta marktemperatur (vanligen 0°C eller något därunder), varjämte tl indikerar högsta marktemperatur.

Området mellan to och kurvan ll0 till vänster om den streckade linjen 102 i fig. 7 illustrerar den värmemängd som står till förfogande för den första kollektorn. Till höger om linjen 102 mellanfto och tl visas den värmemängd, som står till förfogande för den andra kollektorn. Pig. 8 visar anläggningens till- stånd under tidig vår, exempelvis vid snösmältningen. Med 120 betecknas ett varmfrontavsnitt av kurvan 110; och varmfronten rör sig i pílens 121 riktning med relativt stor hastighet.

Kallfrontavsnittet l00 av kurvan 110 rör sig i pílens 101 riktning med låg hastighet. Allteftersom våren framskrider kommer varmfronten 120 att röra sig allt snabbare åt höger medan frontens 100 rörelse 101 avstannar. Djupkollektorn är regenererad senast under juli månad.

Dimensioneringen av den andra kollektorn är så rikligt tilltagen att outnyttjad markvolym finns kvar tills varmfronten 120 slår igenom från den första kollektorn till den andra kollektorns kallfront 100. Härvid kan man notera att den andra kollektorn kan läggas på ett djup som ger bästa värmekapacitet utan att man behöver ta hänsyn till någon egen regenererings- förmåga för den andra kollektorn. ........-.._........_.,.__. V I -- - M H T _,

Claims (4)

8008953-5 PATENTKRAV

1. l. Anläggning för omhändertagande av omgivningsvärme i ett tempererat klimat för kontinuerlig värmeförsörjning av ett värmepumpsystem, vilken anläggning innefattar en värmebärare- krets som har värmeväxlingskontakt med värmepumpsystemet och som innefattar en ytjordvärmekollektor (6), k ä n n e t e c k - n a d av att en i marken djupförlagd värmeväxlare (7) är för- lagd under det ytområde som upptas av ytjordvärmekollektorn (6), och att den i marken djupförlagda värmeväxlaren (7) är inkopplad i serie med och direkt efter ytjordvärmekollektorn (6) såsom be- traktat i värmebärarens strömningsriktning, varigenom under den varma årstiden, en del av ytjordvärmekollektorns (6) absorberade energi överföres till den djupförlagda värmeväxlaren för elimi- nering av den tjäle som omger denna till följd av värmeuttag från den djupförlagda värmeväxlaren (7) under den kalla årsti- den.

2. Anläggning enligt krav 1, kwä nn; e t e c k n a duw av att värmeväxlaren (7) innefattar vertikalt orienterade i marken nedförda värmeväxlartuber (72), som vardera omfattar två koaxiella rör (75,76), vilka vid sina undre ändar kommunice- rar med varandra, att mellanrummet mellan tubrören är anordnat att bilda en första kanal (77) för ett värmebärarfluidum och att det inre tubröret (76) bildar en andra motsatt riktad och till den första kanalens (77) undre ände anslutande andra kanal (78) för fluidet.

3. Anläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att kollektorn (6) innefattar ett flertal i ett markytskikt anordnade rörslingor och att tuberna (72) är anordnade inom det markområde vari den första kollektorn (6) är förlagd.

4. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kollektorn (6) innefattar en i markens ytskikt förlagd värmeväxlare omfattande en mångfald väsentligen parallellt för- lagda rörlängder (61), vilka l huvudsak är anordnade i ett gemensamt horisontalplan, att den i marken djupförlagda värme- växlaren (7) innefattar en mångfald väsentligen parallellt för- lagda rörlängder (71), vilka i huvudsak är anordnade i ett gemensamt horisontalplan, och att de båda värmeväxlarnas (6,7) skaror av rörlängder (61,71) är inbördes anordnade med i huvudsak rät vinkel.