OPIS PATENTOWY F24J 3/08 ( ) F24J 3/06 ( ) F24D 11/02 ( )

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F24J 3/08 ( ) F24J 3/06 ( ) F24D 11/02 ( ) (54) Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/16 (73) Uprawniony z patentu: STRUZIK WOJCIECH, Dys, PL (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH STRUZIK, Dys, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jerzy Pasich

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji, stosowany z wykorzystaniem ciepła wewnętrznego ziemi do ogrzewania powietrza nawiewanego do pomieszczeń obiektu. Stosowane powszechnie urządzenia do wentylacji i klimatyzacji, wymagają dużego zapotrzebowania energii elektrycznej. Generatory elektryczne w większości napędzane są energią uzyskiwaną ze spalania paliw z efektem emisji do atmosfery znacznych ilości dwutlenku węgla co powoduje zmiany klimatyczne efektu cieplarnianego. Poniżej strefy napowietrzania gruntu nie występuje bezpośredni wpływ czynników atmosferycznych, co stanowi, że temperatura jest zasadniczo stała, niezależna od pory roku i średnio wynosi od 7 do 12 C. Nośnikiem ciepła ziemi w tej strefie jest woda gruntowa. Znane są układy urządzeń wykorzystujące ciepło wewnętrzne ziemi do ogrzewania, chłodzenia lub klimatyzacji pomieszczeń budynków. Działanie takich układów w ujęciu podstawowym przedstawione jest w niemieckim opisie wynalazku DE Układ zawiera posadowiony w ziemi na odpowiedniej głębokości zamknięty zbiornik wody oraz wymiennik ciepła ciecz-powietrze, zabudowany w pomieszczeniu budynku. Zespoły te połączone są instalacją rur zasilania i powrotu w obieg zamknięty, z przepływem wymuszonym przez pompę cyrkulacyjną zabudowaną na rurze zasilania. Praca wymiennika ciepła wspomagana jest wentylatorem nawiewnym. Wymiana ciepła wód gruntowych drogą przewodzenia przez ściany zbiornika do wody obiegowej układu nie pokrywa temperaturowych potrzeb chłodniczych, grzewczych lub klimatyzacyjnych obiektu. Znane jest również rozwiązanie układu przedstawionego w europejskim opisie wynalazku EP , w którym w obieg zamknięty nośnika ciepła oprócz zbiornika wody bezpośrednio pobierającego ciepło ziemi - włączony jest izolowany zbiornik akumulujący ciepło, zabudowany w obiekcie lub w jego podpiwniczeniu. W rurową instalację gałęzi zasilania i powrotu nośnika włączone są zainstalowane w obiekcie wymienniki z wentylatorami nawiewnymi oraz typowy osprzęt hydrauliczny: zawory odcinające, pompa cyrkulacyjna, zawory regulacyjne. Celem rozwiązania według niniejszego wynalazku jest zwiększenie skuteczności wykorzystania energii cieplnej wody gruntowej do ogrzewania powietrza zewnętrznego w urządzeniach klimatyzacji i wentylacji, z efektem ograniczenia zużycia energii elektrycznej. Układ do pozyskiwania ciepła z wody gruntowej dla urządzeń wentylacji i klimatyzacji według wynalazku zawiera zespół szeregowo połączonych w układzie kaskadowym przeciwprądowych, gruntowych wymienników ciepła. zanurzonych w wodzie gruntowej odwiertów, oraz połączonych z nagrzewnicą I stopnia w centrali wentylacyjnej nawiewno wywiewnej obiegiem zamkniętym, przez rurę zasilania i rurę powrotną. Na rurze zasilania, doprowadzającej ciepłą wodę do nagrzewnicy, są kolejno w przepływie zamontowane : zawór odcinający, filtr siatkowy, zawór odcinający i zawór regulacyjny trójdrogowy, natomiast na rurze powrotnej, którą odprowadzana jest schłodzona woda z nagrzewnicy, zainstalowane są kolejno: zawór równoważący, pompa cyrkulacyjna, zawór zwrotny i zawór odcinający. Korzystnym jest, gdy nośnikiem ciepła w układzie jest 30% do 40% wodny roztwór glikolu, a odwierty mają głębokość od 30 do 40 m przy poziomie wód gruntowych minimum 10 m pod powierzchnią terenu. Napełnienie układu wodnym roztworem glikolu zabezpiecza układ przed zamarzaniem w zimie, w temperaturach powietrza zasysanego do czerpni w zakresie do -20 C. Pozyskane w gruntowych wymiennikach ciepło pozwala w układzie według wynalazku uzyskać do 40% oszczędności w zużyciu energii elektrycznej dotychczasowego zapotrzebowania centrali wentylacyjnej nawiewno-wywiewnej klimatyzacji i wentylacji obiektu. Układ urządzeń według wynalazku jest wyjaśniony opisem przykładowego wykonania, przedstawionego schematem połączeń na rysunku. Centrala wentylacji i klimatyzacji 1 posiada obrotowy wymiennik ciepła 2, wentylator wywiewny 3, wentylator nawiewny 4, filtr wywiewny 5, filtr nawiewny 6, nagrzewnicę I stopnia 7, nagrzewnicę II stopnia 8, chłodnicę 9, czerpnię świeżego powietrza 10, nawiew powietrza 11, wyrzutnię powietrza 12. wyciąg z pomieszczenia 13, odpowietrznik 14, przepustnicę czerpni 32, przepustnicę wyrzutni 33 i przepustnicę cyrkulacji 34. Powietrze zewnętrzne po przejściu przez przepustnicę 32 jest podgrzewane w nagrzewnicy I stopnia 7 ciepłem ciekłego nośnika dostarczonego z rozdzielacza 25. Do rozdzielacza 25 nośnik ciepła doprowadzany jest rurami zasilania 28 z gruntowych, przeciwprądowych wymienników, połączonych kaskadowo w przepływie nośnika. Dolne końce rur wymienników gruntowych połączone są nawrotną głowicą 30 stanowiąc przepływ ukształtowany w smukłą literę.,u. Wymienniki gruntowe są zanurzone w wodzie gruntowej odwiertów K1. K2, K3, mających głębokość 30 m

3 PL B1 3 i średnicę 200 mm. W strefie zanurzenia w wodzie gruntowej na długości około 22 m wymienniki wykonane są z rur stali kwasoodpornej, natomiast w pozostałej części układu przewody rur zasilania 28 i rury powrotnej 26 wykonane są z rur polietylenowych o dużej gęstości HDPE. Między rozdzielaczem 25 a nagrzewnicą I stopnia 7, na przewodzie doprowadzającym ciepły nośnik, kolejno w przepływie zamontowane są: zawór odcinający 20, filtr siatkowy 21, naczynie wzbiorcze 18, zawór bezpieczeństwa 19, zawór odcinający 16 i zawór regulacyjny trójdrogowy 17, służący do regulacji temperatury i przepływu w zależności od temperatury zewnętrznej powietrza. Po obu stronach filtra siatkowego 21 wbudowane są zawory odcinające 20 oraz manometry 22 określające stopień czystości. Na rurze powrotnej 26 z nagrzewnicy I stopnia 7, którą odprowadzany jest schłodzony nośnik, zainstalowane są kolejno: zawór równoważący 15, pompa cyrkulacyjna 23, zawór zwrotny 24 i zawór odcinający 20. Nośnikiem ciepła w układzie jest 35% roztwór wodny glikolu. W celu wyeliminowania oddziaływań cieplnych między odwiertami K1, K2, K3 wykonane są one w ostępach od siebie nie mniejszych niż 3 m. Przy ograniczeniu głębokości odwiertów K1, K2, K3 połączenie kaskadowe wymienników gruntowych na względnie małej powierzchni terenu pozwala uzyskać dużą powierzchnię wymiany i ilości pozyskanego ciepła ziemi. Dokonane w okresie zimowym, przy temperaturze powietrza -15 C, pomiary zmian temperatury nośnika w prototypowym układzie wykonanym według wynalazku wykazały następujące przebiegi: w rurze powrotnej 26 na wypływie z nagrzewnicy I stopnia 7 temperatura wodnego roztworu glikolu +4 C, kolejno na wylotach z kaskadowo łączonych wymienników gruntowych: odwiert K1 temperatura +7 C, odwiert K2 + 9 C i odwiert K3 +12 C, i wynikowo temperatura powietrza zewnętrznego za nagrzewnicą I stopnia 7 2 C, następnie podniesiona w nagrzewnicy II stopnia do temperatury 20 C powietrza nawiewanego do pomieszczeń obiektu. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń wentylacji i klimatyzacji, znamienny tym, że zawiera zespół szeregowo połączonych w układzie kaskadowym przeciwprądowych wymienników ciepła, zanurzonych w wodzie gruntowej odwiertów (K1, K2, K3) oraz połączonych z nagrzewnicą I stopnia (7) centrali wentylacyjnej nawiewno wywiewnej (1) obiegiem zamkniętym przez rurę zasilania (28) i rurę powrotną (26), przy czym na rurze zasilania (28) doprowadzającej ciepłą wodę do nagrzewnicy (7) są kolejno w przepływie zamontowane: zawór odcinający (20), filtr siatkowy (21), zawór odcinający (16) i zawór regulacyjny trójdrogowy (17), a na rurze powrotnej (26), którą odprowadzana jest schłodzona woda z nagrzewnicy (7) zainstalowane są kolejno: zawór równoważący (15), pompa cyrkulacyjna (23), zawór zwrotny (24) i zawór odcinający (20). 2. Układ urządzeń według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnikiem ciepła w układzie jest 30% do 40% wodny roztwór glikolu, a odwierty (K1, K2, K3) mają głębokość w zakresie od 30 do 40 m przy poziomie wód gruntowych minimum 10 m pod powierzchnią terenu. 1. Centralka wentylacyjna 2. Wymiennik obrotowy 3. Wentylator wywiewny 4. Wentylator nawiewny 5. Filtr wywiewny 6. Filtr nawiewny 7. Nagrzewnica I stopnia 8. Nagrzewnica II stopnia 9. Chłodnica 10. Czerpnia świeżego powietrza 11. Nawiew powietrza 12. Wyrzutnia powietrza 13. Wyciąg z pomieszczenia 14. Odpowietrzniki 15. Zawór równoważący Wykaz oznaczeń

4 4 PL B1 16. Zawór odcinający 17. Zawór trójdrogowy 18. Naczynie wzbiorcze 19. Zawór bezpieczeństwa 20. Zawór odcinający 21. Filtr siatkowy 22. Manometry 23. Pompa cyrkulacyjna 24. Zawór zwrotny 25. Rozdzielacz 26. Rura powrotna 27. Rura odpowietrzenie 28. Rura zasilenie 29. Rura powrotna Kwasówka 30. Głowica 31. Zawór spustowy 32. Przepustnica czerpni 33. Przepustnica wyrzutni 34. Przepustnica cyrkulacji K1 Odwiert nr 1 K2 Odwiert nr 2 K3 Odwiert nr 3

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)