PL B1. Sposób geotermalnego gospodarowania energią oraz instalacja do geotermalnego odprowadzania energii cieplnej

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F24J 3/08 ( ) F25B 29/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób geotermalnego gospodarowania energią oraz instalacja do geotermalnego odprowadzania energii cieplnej (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 20/11 (73) Uprawniony z patentu: CETEAM SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Poznań, PL BIEDERMANN JERZY, Poznań, PL DORNA KAZIMIERZ, Poznań, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/16 (72) Twórca(y) wynalazku: LEON ALTMARK, Wałcz, PL KAZIMIERZ DORNA, Poznań, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Marek Passowicz

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób geotermalnego gospodarowania energią oraz instalacja do geotermalnego odprowadzania energii cieplnej. W chłodziarkach sprężarkowych wykorzystuje się zjawisko wzrostu temperatury czynnika chłodniczego podczas jego sprężania. Jeżeli temperatura czynnika chłodniczego wzrośnie powyżej temperatury otoczenia to czynnik może przekazać ciepło do otoczenia. W znanych rozwiązaniach konwencjonalnych ciepło powstające w procesach chłodniczych odprowadzane jest: bezpośrednio za pomocą skraplaczy czynnik chłodniczy/powietrze atmosferyczne gdzie czynnik chłodniczy oddaje ciepło do atmosfery lub pośrednio za pomocą skraplaczy czynnik chłodniczy/czynnik chłodzący podłączonych do wentylatorowych wież chłodniczych (układy otwarte lub zamknięte) gdzie czynnik chłodzący oddaje ciepło do atmosfery. Konwencjonalne systemy, oparte na aerotermalnym odprowadzaniu ciepła ze skraplaczy układów chłodniczych, posiadają następujące wady: zmienne warunki pracy urządzeń uzależnione od ciągłej zmiany parametrów powietrza zewnętrznego (temperatura, wilgotność) w zależności od pory dnia i roku; przewymiarowane moce sprężarek układów chłodniczych dobieranych na najniekorzystniejsze wartości temperatury zewnętrznej maksymalne temperatury skraplania; przewymiarowane powierzchnie wymiany ciepła skraplaczy; zwiększona moc zainstalowana do napędu sprężarek; zwiększona moc zainstalowana do napędu wentylatorów chłodnic i wież chłodniczych; niskie i zmienne współczynnik sprawności pompowania ciepła COP układu chłodniczego; wysokie zużycie energii elektrycznej układu chłodniczego. W konwencjonalnych systemach wyposażenia budynków z instalacjami chłodniczymi wykorzystuje sie odzysk energii cieplnej ze skraplaczy do przygotowania ciepłej wody użytkowej cwu lub instalacji ogrzewania. Wadą tych rozwiązań jest odzysk energii cieplnej na poziomie wyższych temperatur skraplania instalacji chłodniczej, co utrzymuje niekorzystne dla niej niski współczynnik COP. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że energię cieplną, pochodząca z górnego źródła instalacji chłodniczej, przekazuje się do dolnego źródła instalacji pomp ciepła, przy czym stosuje się następującą procedurę: powstającą w skraplaczach i parownikach energię przekazuje się za pośrednictwem pomp obiegowych do medium chłodząco-grzewczego we wspólnym obiegu geotermalnych kolektorów pionowych i/albo poziomych usytuowanych w gruncie lub też do wspólnego obiegu geotermalnych kolektorów pierścieniowych współpracujących z obiegiem wody gruntowej. Istota instalacji do przekazywania energii ze skraplaczy instalacji chłodniczej do medium chłodzącego w obiegu geotermalnych kolektorów według wynalazku polega na tym, że kolektor geotermalny pionowy i/albo poziomy z co najmniej jedną pompę obiegową jest wyposażony w układ utrzymujący zadaną temperaturę skraplania w instalacji chłodniczej. Istota instalacji do zintegrowanego przekazywania energii ze skraplaczy agregatów chłodniczych oraz z parowników pomp ciepła do medium chłodząco-grzewczego w obiegu geotermalnych kolektorów, według wynalazku polega na tym, że co najmniej jeden skraplacz instalacji chłodniczej i jeden parownik instalacji pomp ciepła są przyłączone bezpośrednio i/albo za pośrednictwem dodatkowych wymienników do obiegu medium chłodząco-grzewczego we wspólnych geotermalnych kolektorach pionowych i/albo poziomych, umieszczonych w gruncie, a ponadto po stronie instalacji chłodniczej oraz po stronie instalacji pompy ciepła są włączone co najmniej jedna pompa obiegowa i odpowiednio, zawory zwrotne oraz układy utrzymujące zadane temperatury skraplania w instalacji chłodniczej i/albo temperatury parowania w instalacji pomp ciepła. Istota instalacji do odprowadzania powstającej w skraplaczach instalacji chłodniczych energii cieplnej do gruntu i/albo do wód gruntowych według wynalazku polega na tym, że geotermalny kolektor pierścieniowy, wyposażony w co najmniej jedną pompę obiegową zawór zwrotny, kierujący wodę gruntową do studni zrzutowej, zawór zrzutowy oraz układ utrzymujący zadaną temperaturę skraplania w instalacji, chłodniczej, jest włączony do obiegu usytuowanej w studni czerpalnej pompy tłoczącej.

3 PL B1 3 Istota instalacji do zintegrowanego przekazywania energii ze skraplaczy agregatów chłodniczych oraz z parowników pomp ciepła do gruntu i/albo do wód gruntowych polega na tym, że jest równoległe i/albo szeregowo połączona z instalacją pompy ciepłą przy czym co najmniej jeden skraplacz instalacji chłodniczej i jeden parownik instalacji pomp ciepła są przyłączone bezpośrednio i/albo za pośrednictwem dodatkowych wymienników do obiegu medium chłodząco-grzewczego we wspólnym geotermalnym kolektorze pierścieniowym, umieszczonym w gruncie i włączonego do obiegu usytuowanej w studni czerpalnej pompy tłoczącej, a ponadto po stronie instalacji chłodniczej oraz po stronie instalacji pompy ciepła są włączone co najmniej jedna pompa obiegowa, zawory zwrotne oraz układy utrzymujące zadane temperatury skraplania w instalacji chłodniczej i/albo temperatury parowania w instalacji pomp ciepła. Wynalazek ten w przypadku budynków wyposażonych oprócz instalacji chłodniczych w instalacje w zintegrowany system HVAC oraz produkcji cwu zasilanych z technologii pomp ciepła pozwala otrzymywać wyższą niż obecnie sprawność COP sprężarek po stronie instalacji chłodniczych oraz po stronie technologii pomp ciepła. W proponowanym sposobie wykorzystuje sie naturalną zdolność gruntu lub wody gruntowej do przejmowania niskotemperaturowych obciążeń cieplnych i chłodniczych wykorzystując znaczną akumulacyjność cieplną gruntu oraz jego własności temperaturowe. Zespół urządzeń do geotermalnego odprowadzania ciepła ze skraplaczy instalacji chłodniczych, wyposażony dodatkowo w pompy obiegowe i armaturę, w tym w układy regulacyjne utrzymujące żądane parametry ciepła skraplania czynnika chłodniczego w instalacji chłodniczej oraz ciepła parowania czynnika chłodniczego w instalacji pomp ciepła, stanowią nowoczesny, ekologicznie aktywny system gospodarowania energią cieplną. Wynalazek zostanie przybliżony na podstawie przykładowych wykonań instalacji pokazanych na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają: fig. 1 instalację chłodniczą podłączoną do geotermalnego kolektora pionowego; fig. 2 instalację chłodniczą podłączoną do geotermalnego kolektora poziomego; fig. 3 instalację chłodniczą podłączoną do geotermalnego kolektora pierścieniowego; fig. 4 instalację chłodniczą skojarzoną z instalacją pompy ciepła i podłączoną do geotermalnego kolektora pionowego; fig. 5 instalację chłodniczą skojarzoną z instalacją pompy ciepła i podłączoną do geotermalnego kolektora poziomego; fig. 6 instalację chłodniczą skojarzoną z instalacją pompy ciepła i podłączoną do geotermalnego kolektora pierścieniowego. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 instalacja chłodnicza 1.0 z parownikiem 1.1, sprężarką 1.2, zaworem rozprężnym 1.4 i skraplaczem 1.3 jest podłączona do geotermalnego kolektora pionowego 2.1 ułożonego w gruncie 2.0. Bezpośrednie podłączenie skraplacza 1.3 z geotermalnym kolektorem pionowym 2.1 może być uzupełnione o dodatkowy wymiennik z pompą obiegową i wyposażeniem utrzymującym stałą temperaturę skraplania. Czynnik chłodniczy w skraplaczu 1.3 oddaje ciepło do cieczy chłodzącej w obiegu kolektora gruntowego pionowego 2.1 i dalej, za pośrednictwem pompy obiegowej 1.5 lub alternatywnie 1.5*, przekazuje W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 2 instalacja chłodnicza 1.0 z parownikiem 1.1, sprężarką 1.2, zaworem rozprężnym 1.4 i skraplaczem 1.3 jest podłączona do geotermalnego kolektora poziomego 2.2 ułożonego w gruncie 2.0. Bezpośrednie podłączenie skraplacza 1.3 z geotermalnym kolektorem poziomym 2.2 może być także uzupełnione o dodatkowy wymiennik z pompą obiegową i wyposażeniem utrzymującym stałą temperaturę skraplania. Czynnik chłodniczy w skraplaczu 1.3 oddaje ciepło do cieczy chłodzącej w obiegu kolektora gruntowego poziomego 2.2 i dalej, za pośrednictwem pompy obiegowej 1.5 lub alternatywnie 1.5*, przekazuje W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 3 instalacja chłodnicza 1.0 z parownikiem 1.1, sprężarką 1.2, zaworem rozprężnym 1.4 i skraplaczem 1.3 jest podłączona do geotermalnego kolektora pierścieniowego 2.3 ułożonego w gruncie 2.0. Bezpośrednie podłączenie skraplacza 1.3 z geotermalnym kolektorem pierścieniowym 2.3 może być także uzupełnione o dodatkowy wymiennik z pompą obiegową i wyposażeniem utrzymującym stałą temperaturę skraplania. Czynnik chłodniczy w skraplaczu 1.3 oddaje ciepło do cieczy chłodzącej w obiegu kolektora pierścieniowego 2.3 za pośrednictwem pompy obiegowej 1.5 lub alternatywnie 1.5*.

4 4 PL B1 Kolektor pierścieniowy 2.3 współpracuje z obiegiem umieszczonej w studni czerpalnej 2.4 pompy 2.6, która tłoczy wodę do studni zrzutowej 2.5. Woda gruntowa krąży w kolektorze pierścieniowym 2.3, w którego skład wchodzi zwłaszcza zawór zwrotny 2.7 i w przypadku zmiany temperatury zadanej w kolektorze pierścieniowym następuje włączenie pompy 2.6 i otworzenie zaworu 2.8 kierującego wodę gruntową do studni zrzutowej 2.5. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 4 instalacja chłodnicza 1.0 z parownikiem 1.1, sprężarką 1.2, zaworem rozprężnym 1.4 i skraplaczem 1.3 jest bezpośrednio podłączona do ułożonego w gruncie 2.0 geotermalnego kolektora pionowego 2.1, do którego jest także podłączona instalacja pompy ciepła 3.0 ze skraplaczem 3.3, sprężarka 3.2, zaworem rozprężnym 3.4 i parownikiem 3.1. Bezpośrednie podłączenie skraplacza 1.3 oraz parownika 3.1 do kolektora pionowego 2.1 może być uzupełnione o dodatkowe wymienniki z pompami obiegowymi i wyposażeniem utrzymującym zadaną temperaturę skraplania w instalacji chłodniczej oraz parowania w instalacji pompy ciepła. Czynnik chłodniczy w skraplaczu 1.3 oddaje energię cieplną do obiegu geotermalnego kolektora pionowego 2.1 i dalej, za pośrednictwem pompy obiegowej 1.5 lub alternatywnie 1.5*, przekazuje Czynnik chłodniczy w parowniku 3.1 oddaje energię chłodniczą do obiegu geotermalnego kolektora pionowego 2.1 i dalej, za pośrednictwem pompy obiegowej lub alternatywnie 3.5*, przekazuje Zawory zwrotne 1.6 oraz 3.6 umożliwiają jednoczesne lub niezależne oddawanie energii przez instalacje chłodniczą 1.0 i instalację pompy ciepła 3.0 do geotermalnego kolektora pionowego 2.1. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 5 instalacja chłodnicza 1.0 z parownikiem 1.1, sprężarką 1.2, zaworem rozprężnym 1.4 i skraplaczem 1.3 jest bezpośrednio podłączona do ułożonego w gruncie 2.0 geotermalnego kolektora poziomego 2.2, do którego jest także podłączona instalacja pompy ciepła 3.0 ze skraplaczem 3.3, sprężarką 3.2, zaworem rozprężnym 3.4 i parownikiem 3.1. Bezpośrednie podłączenie skraplacza 1.3 oraz parownika 3.1 do kolektora poziomego 2.2 może być uzupełnione o dodatkowe wymienniki z pompami obiegowymi i wyposażeniem utrzymującym zadaną temperaturę skraplania w instalacji chłodniczej oraz parowania w instalacji pompy ciepła. Czynnik chłodniczy w skraplaczu 1.3 oddaje energię cieplną do obiegu geotermalnego kolektora poziomego 2.2 i dalej, za pośrednictwem pompy obiegowej 1.5 lub alternatywnie 1.5*, przekazuje Czynnik chłodniczy w parowniku 3.1 oddaje energię chłodniczą do obiegu geotermalnego kolektora poziomego 2.2 i dalej, za pośrednictwem pompy obiegowej 3.5 lub alternatywnie 3.5*, przekazuje Zawory zwrotne 1.6 oraz 3.6 umożliwiają jednoczesne lub niezależne oddawanie energii przez instalacje chłodniczą 1.0 i instalację pompy ciepła 3.0 do geotermalnego kolektora poziomego 2.2. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 6 instalacja chłodnicza 1.0 z parownikiem 1.1, sprężarką 1.2, zaworem rozprężnym 1.4 i skraplaczem 1.3 jest bezpośrednio podłączona do ułożonego w gruncie 2.0 geotermalnego kolektora pierścieniowego 2.3, do którego jest także podłączona instalacja pompy ciepła 3.0 ze skraplaczem 3.3, sprężarką 3.2, zaworem rozprężnym 3.4 i parownikiem 3.1. Bezpośrednie podłączenie skraplacza 1.3 oraz parownika 3.1 do kolektora pierścieniowego 2.3 może być uzupełnione o dodatkowe wymienniki z pompami obiegowymi i wyposażeniem utrzymującym zadaną temperaturę skraplania w instalacji chłodniczej oraz parowania w instalacji pompy ciepła. Czynnik chłodniczy w skraplaczu 1.3 oddaje energię cieplną do obiegu geotermalnego kolektora pierścieniowego 2.3 za pośrednictwem pompy obiegowej 1.5 lub alternatywnie 1.5*. Czynnik chłodniczy w parowniku 3.1 oddaje energię chłodniczą do obiegu geotermalnego kolektora pierścieniowego 2.3 za pośrednictwem pompy obiegowej 3.5 lub alternatywnie 3.5*. Zawory zwrotne 1.6 oraz 3.6 umożliwiają jednoczesne lub niezależne oddawanie energii przez instalacje chłodniczą 1.0 i instalację pompy ciepła 3.0 do geotermalnego kolektora pierścieniowego 2.3. Kolektor pierścieniowy 2.3 współpracuje z obiegiem umieszczonej w studni czerpalnej 2.4 pompy tłoczącej 2.6, która tłoczy wodę do studni zrzutowej 2.5. Woda gruntowa krąży w geotermalnym kolektorze pierścieniowym 2.3, w którego skład wchodzi zawór zwrotny 2.7 i w przypadku zmiany temperatury zadanej w kolektorze pierścieniowym 2.3 następuje włączenie pompy 2.6 i otworzenie zaworu 2.8, kierującego wodę gruntową do studni zrzutowej 2.5.

5 PL B1 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób geotermalnego gospodarowania energią, polegający na zintegrowanym odprowadzaniu powstającej w skraplaczach instalacji chłodniczych energii cieplnej oraz powstającej w parownikach instalacji pomp ciepła energii chłodniczej do gruntu i/lub do wód gruntowych, znamienny tym, że energię cieplną pochodząca z górnego źródła instalacji chłodniczej przekazuje się do dolnego źródła instalacji pomp ciepła, przy czym stosuje się następującą procedurę: powstającą w skraplaczach i parownikach energię przekazuje się jest za pośrednictwem pomp obiegowych do medium chłodząco- -grzewczego we wspólnym obiegu geotermalnych kolektorów pionowych i/lub poziomych usytuowanych w gruncie lub też do wspólnego obiegu geotermalnych kolektorów pierścieniowych współpracujących z obiegiem wody gruntowej. 2. Instalacja do przekazywania energii ze skraplaczy instalacji chłodniczej do medium, chłodzącego w obiegu geotermalnych kolektorów, przy czym co najmniej jeden skraplacz jest przyłączony do obiegu chłodzącego kolektora geotermalnego umieszczonego w gruncie, znamienna tym, że kolektor geotermalny pionowy (2.1) i/albo poziomy (2.2) z co najmniej jedną pompę obiegowa (1.5), (1.5*) jest wyposażony w układ utrzymujący zadaną temperaturę skraplania w instalacji chłodniczej (1.0). 3. Instalacja do zintegrowanego przekazywania energii ze skraplaczy agregatów chłodniczych oraz z parowników pomp ciepła do medium chłodząco-grzewczego w obiegu geotermalnych kolektorów, znamienna tym, że co najmniej jeden skraplacz (1.3) instalacji chłodniczej (1.0) i jeden parownik (3.1) instalacji pomp ciepła (3.0) są przyłączone bezpośrednio i/albo za pośrednictwem dodatkowych wymienników do obiegu medium chłodząco-grzewczego we wspólnych geotermalnych kolektorach pionowych (2.1) i/albo poziomych (2.2), umieszczonych w gruncie (2.0), a ponadto po stronie instalacji chłodniczej (1.0) oraz po stronie instalacji pompy ciepła (3.0) są włączone co najmniej jedna pompa obiegowa (1.5) lub (1.5*) i odpowiednio (3.5) lub (3.5*), zawory zwrotne (1.6) i (3.6) oraz układy utrzymujące zadane temperatury skraplania w instalacji chłodniczej (1.0) i/albo temperatury parowania w instalacji pomp ciepła (3.0). 4. Instalacja do odprowadzania powstającej w skraplaczach instalacji chłodniczych energii cieplnej do gruntu i/albo do wód gruntowych, przy czym co najmniej jeden skraplacz instalacji chłodniczej jest przyłączony do obiegu chłodzącego geotermalnego kolektora pierścieniowego, umieszczonego w gruncie, znamienna tym, że geotermalny kolektor pierścieniowy (2.3), wyposażony w co najmniej jedną pompę obiegową (1.5), (1.5*), zawór zwrotny (2.7), kierujący wodę gruntową do studni zrzutowej (2.5), zawór zrzutowy (2.8) oraz układ utrzymujący zadaną temperaturę skraplania w instalacji chłodniczej (1.0), jest włączony do obiegu usytuowanej w studni czerpalnej (2.4) pompy tłoczącej (2.6). 5. Instalacja do zintegrowanego przekazywania energii ze skraplaczy agregatów chłodniczych oraz z parowników pomp ciepła do gruntu i/albo do wód gruntowych, znamienna tym, że jest równoległe i/albo szeregowo połączona z instalacją pompy ciepła (3.0), przy czym co najmniej jeden skraplacz (1.3) instalacji chłodniczej (1.0) i jeden parownik (3.1) instalacji pomp ciepła (3.0) są przyłączone bezpośrednio i/albo za pośrednictwem dodatkowych wymienników do obiegu medium chłodząco-grzewczego we wspólnym geotermalnym kolektorze pierścieniowym (2.3), umieszczonym w gruncie (2.0) i włączonego do obiegu usytuowanej w studni czerpalnej (2.4) pompy tłoczącej (2.6), a ponadto po strome instalacji chłodniczej (1.0) oraz po stronie instalacji pompy ciepła (3.0) są włączone co najmniej jedna pompa obiegowa (1.5) lub (1.5*) i odpowiednio (3.5) lub (3.5*), zawory zwrotne (1.6) i (3.6) oraz układy utrzymujące zadane temperatury skraplania w instalacji chłodniczej (1.0) i/albo temperatury parowania w instalacji pomp ciepła (3.0).

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