DK155107B - Varmeakkumulator til lagring af solenergi - Google Patents

Description

i

DK 155107 B

Opfindelsen angår en varmeakkumulator i jorden af lavtempera-turtypen, bestående af et antal vertikalt nedborede dobbeltrør-patroner parallelforbundet fra en dobbelt ringformet rørforbindelse i bunden af en centralbrønd med et dæksel, for lagring 5 af solenergi fra en solfanger hvorfra energien tilføres hvert af dobbeltrørene fra bunden af det ydre rør igennem det indre rør og hvor den i varmeakkumulatoren oplagrede varme afgives fra bunden af det ydre rør igennem det indre rør og ved hjælp af en pumpe tilføres en varmepumpes fordamper.

10 Akkumulator til oplagring af solenergi har enten en isoleret vandtank eller direkte akkumulering i jorden omkring nedgravede rør, der kan være dækket af et varmeisolerende materiale i jordoverfladen. Ved anlæg, hvor solenergien oplagres i en varmeakkumulator i jorden af lavtemperaturtypen med vertikalt anbra-15 gte dobbeltrør, tilføres solenergien fra solfangeren til bunden af det ydre rør igennem det indre rør, og den i varmeakkumulatoren oplagrede varme afgives fra bunden af det ydre rør igennem det indre rør til varmeanlægget igennem en varmepumpes fordamper. Rørene kan være skråtstillede fra et cirkulært område 20 med større diameter end lagerområdet og dækket af et isoleringslag, som samtidig isolerer forbindelserne til rørene.

Ved sådanne fremgangsmåder må der udføres et stort og kostbart gravearbejde for at placere rør og isolering eller anden afgrænsende beklædning, de dermed forbundne omkostninger er hindre-25 ne for anvendelse af solenergi til almindelig boligopvarmning. Akkumulieringsevnen og effektiviteten viser sig ofte at være alt for dårlig ved stigende temperatur i akkumulatoren med et for begrænset akkumuleringsvolumen, hvorved en stigning i solfangerens middeltemperatur gør varmeoptagelsen væsentlig dårli-30 gere, derfor skal solfangerens areal være meget stor og tilsvarende kostbar.

Varmeakkumulatoren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at rørene er vertikalt skråtstillede i kegleform med et fælles geometrisk toppunkt i nærheden af jordoverfladen.

2

DK 155107 B

Det meget lille areal i nærheden af jordoverfladen gør varmetabet lille, samtidig med at rørenes skråstilling omfavner en meget stor jordmængde som akkumuleringsvolumen. Rørenes placering i kegleform giver mulighed for en rationel arbejdsgang ved ak-5 kumulatorens installering, samtidig med at akkumuleringsevnen bliver meget stor, hvorved både solfangerens og den tilsluttede varmepumpes effektivitet bliver størst mulig, der åbnes derfor økonomisk og teknisk mulighed for en praktisk udnyttelse af solenergien til almindelig boligopvarmning.

10 Varmeakkumulatorens centralbrønd kan formindskes og er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at det ydre rør har en rørformet varmeisoleringskappe på den øverste del under jordoverfladen i bunden af centralbrønden. Der er ifølge beregninger en sammenhæng imellem varmeudbredelsen i jorden og den forbrugte tid, 15 hvorimod temperaturen ikke har nogen indflydelse på spredningens udbredelse men alene på varmemængden. Spredningen op til jordoverfladen vil således kunne forhindres ved at grave en centralbrønd så dyb og bred, at rørene først går ned i jorden ved den beregnede dybde, men der kan spares meget arbejde og 20 store udgifter ved, at anvende en meget mindre centralbrønd og da i stedet for isolere rørene i jorden til den ønskede dybde. Varmetabet fra akkumulatoren til jordoverfladen skal begrænses mest muligt, for at sikre effektiviteten samt forhindre uheldige temperatursvingninger i jordoverfladen og en dermed følgende 25 forstyrrelse af naturens egen temperatur.

Varmeakkumulatorens kapacitet kan hensigtsmæssigt dimensioneres ved, at akkumulatorens fysiske størrelse afstemmes til at give balance på årsbasis imellem akkumuleringsevnen og varmefobruget ved bestemmelse af dobbeltrørenes antal og længde fra en eller 30 flere centralbrønde. Jordens oprindelige temperatur giver da et energilager, som kan anvendes efter en periode med sparsom sol.

Det følgende år vil solfangerens effektivitet stige på grund af den lavere fremløbstemperatur fra akkumulatoren. Det ønskede varmeforbrug og det nødvendige solfangerareal afstemmes med ak-35 kumulatoren på en sådan måde, at dobbeltrørenes temperatur i toppen i nærheden af centralbrøndens bund ikke afviger meget

DK 155107 B

3 fra jordens oprindelige temperatur i lange perioder, men kun ved slutningen af akkumuleringsperioden om efteråret, kan der optræde en mindre temperaturstigning. Ved det efterfølgende forbrug vil netop toppen af dobbeltrørene hurtigt afgive sin 5 varme, derved afkortes perioden med temperaturstigningen. Periodelængden er den tid der skal anvendes ved bestemmelse af den varmeisolerende kappes længde fra bunden af centralbrønden.

På tegningen er vist en varmeakkumulator ifølge opfindelsen, idet 10 fig. 1 viser et skematisk lodret snit i akkumulatoren med tilsluttede rørforbindelser i diagramform, og fig. 2 viser med en kurve, den akkumulerede varmes spredning i jorden, samt fig. 3 en kurve for en periode fra april til april, med ak-15 kumulering og efterfølgende forbrug i procenter kW af varmebehovet.

Varmeakkumulatoren består af en centralbrønd 1 med et dæksel 2 i jordoverfladen, fra bunden i centralbrønden er nedboret et ydre rør 3 med en bund 4 og et indre rør 5 der fører ned til 20 bunden 4 af det ydre rør 3. For at kunne lagre tilstrækkelig energi, må der andringes flere sådanne dobbeltrør, der forbindes parallelt fra et fordelingsrør 6 til de ydre rør 3 og et andet forbindelsesrør 7 til de indre rør 5. Forbindelsesrørene 6 og 7 er forbundet til en solfanger 8, hvorfra varmen trans-25 porteres af en frostsikret væske ved hjælp af en pumpe 9 med en ventil 10 og 11 åben for gennemløb til røret 7, der leder varmen til de indre rør 5 og bunden 4 af de ydre rør 3. På sin vej opad i rørene 3 afgives varmen til den omgivende jord, som ifølge beregninger kan oplagre en betragtelig varmemængde, der 30 samtidig ledes meget langsomt ud til den omkringliggende jord, hvor varmetabet, ifølge forsøg, har vist sig betydningsløs.

Ved optagelse af varme fra akkumulatoren lukkes ventilerne 10 og 11 medens en ventil 12 og 13 åbnes og pumpen 9 leder nu varmen til en varmepumpes fordamper 14, idet varmen transporteres 35 fra det ydre rør 3 igennem det indre rør 5 til forbindelsesrø-

7 λλ *5 rfAnnam irnn4- i 1 av* 1 O

4

DK 155107 B

For at spare gravearbejde i dybden af centralbrønden 1 er der angragt en varmeisoleringskappe 15 på det øverste stykke af det ydre rør 3.

En anden måde at spare gravearbejde til centralbrønden 1, best-5 år i at nedbore dobbeltrørene tilsvarende dybere, for at sænke temperaturen ved jordoverfladen, men af prismæssige grunde er det fordelagtigt i stedet, at isolere det øverste stykke af det ydre rør 3.

Fig. 2 viser, ved hjælp af en kurve, varmens spredning fra et 10 varmeførende rør i jorden. På den vandrette akse i diagrammet er afsat tiden i måneder, og på den lodrette akse er afsat en radiær spredning i meter. Kurven er beregnet efter en empirisk formel : H * 10,42 D2 (In D - ln d) 15 H er tiden i timer og D er spredningen i meter, medens d er rørdiameteren i meter, i diagrammet er spredningen afsat som §D. Af formlen fremgår, at temperaturen ikke indgår i spredningen. Men temperaturen indgår derimod i varmemængdeberegningen.

Fig. 3 viser en kurve over akkumulering i en periode fra april 20 til oktober, hvor forbruget begynder, og afsluttes ved april året efter, tidsperioden er afsat som vandret akse, medens den lodrette akse er varmemængden i % kW. Kurven viser at det er muligt at akkumulere den del af varmemængden, soro varmepumpen skal bruge til boligopvarmning i en hel fyringsperiode, svare-25 nde til ca. 75 % af hele varmemængden, afhængig af den valgte varmepumpetype.

Ved således at anvende den anviste varmeakkumulator i forbindelse med en solfanger i et varmepumpeanlæg, forbedres varmepumpens varmeforhold betragteligt, fordi varmetilførslen sker ved 30 en højere temperatur, samtidig med at risikoen for permafrost i jorden omkring rørene undgås.

Claims (2)

1. Varmeakkumulator i jorden af lavtemperaturtypen, bestående af et antal vertikalt nedborede dobbeltrørpatroner parallelforbundet fra en dobbelt ringformet rørforbindelse i bunden af en 5 centralbrønd (1) med et dæksel (2), for lagring af solenergi fra en solfanger (8) hvorfra energien tilføres hvert af dob-beltrørene fra bunden (4) af det ydre rør (3) igennem det indre rør (5) og hvor den i varmeakkumulatoren oplagrede varme afgives fra bunden (4) af det ydre rør (3) igennem det indre 10 indre rør (5) og ved hjælp af pumpen (9) tilføres en varmepumpes fordamper (14), kendetegnet ved, at rørene (3) er vertikalt skråtstillede i kegleform med et fælles geometrisk toppunkt i nærheden af jordoverfladen.

2. varmeakkumulator i jorden ifølge krav 1, kendeteg-15 n e t ved, at det ydre rør (3) har en rørformet varmeisoleringskappe (15) på den øverste del under jordoverfladen i bunden af centralbrønden (1).