PL223705B1 - Układ gruntowego powietrznego wymiennika ciepła - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ gruntowego powietrznego wymiennika ciepła (GWC) służący do efektywnego odzysku ciepła lub chłodu z gruntu, pełniący jednocześnie funkcję systemu oczyszczającego powietrze, mający zastosowanie głównie w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Powietrze doprowadzane z układu wymiennika do danego obiektu jest w zależności od pory roku w okresie zimowym podgrzewane, a w okresie letnim chłodzone.

Technologie związane z odzyskiem ciepła lub chłodu z gruntu, na potrzeby ogrzewania lub chłodzenia obiektów, zwłaszcza mieszkalnych, znane są od wielu lat. W ostatnim czasie można zaobserwować nasilenie zainteresowania stosowaniem tego typu technologii, zwłaszcza technologii wykorzystujących podgrzewany lub chłodzony w gruncie strumień nośnika energii, zwłaszcza powietrza, glikolu lub solanki, co związane jest z ogólnym trendem światowym ukierunkowanym na stosowanie odnawialnych źródeł energii. Ponadto tego typu rozwiązania dają użytkownikowi duże oszczędności w zakresie zużywania energii, a co za tym idzie oszczędności ekonomiczne.

Znane są sposoby odzysku ciepła lub chłodu z gruntu za pomocą gruntowych, powietrznych, rurowych wymienników ciepła, w których strumień powietrza płynie pod ziemią poprzez system rurowych kanałów wentylacyjnych, gdzie - poprzez ściankę rury - następuje wymiana termodynamiczna (cieplna) powietrza płynącego w rurze z gruntem. Strumień powietrza atmosferycznego o temperaturze ujemnej, zwłaszcza w okresie zimowym lub dodatniej, zwłaszcza w okresie letnim płynąc w rurze pod ziemią na niewielkiej głębokości około 2 m napotyka grunt o w przybliżeniu stałej temperaturze niezależnej od zewnętrznych warunków atmosferycznych, pozwalającej na podgrzanie tego powietrza zimą lub schłodzenie latem.

Do najbardziej znanych i powszechnie stosowanych powietrznych gruntowych wymienników ciepła należą:

- powietrzne rurowe gruntowe wymienniki ciepła;

- żwirowe gruntowe wymienniki ciepła;

- płytowe gruntowe wymienniki ciepła.

We wszystkich tych rozwiązaniach jako medium, poprzez które odzyskuje się ciepło lub chłód z gruntu stosuje się powietrze.

Dzięki zastosowaniu gruntowego wymiennika ciepła współpracującego z centralą wentylacyjną z odzyskiem ciepła można uzyskać oszczędność ponad 60% kosztów przeznaczonych na chłodzenie lub ogrzewanie. Obowiązujące obecnie przepisy prawne włącznie z najnowszym Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. nakazują stosowanie systemów ograniczających koszty ogrzewania i chłodzenia w obiektach o kubaturze powyżej 500 m . Rozwiązania te powinny zgodnie z wymienionym Rozporządzeniem posiadać sprawność temperaturową minimum 50%. Rozwiązaniem, które umożliwia osiągnięcie parametrów spełniających wymogi przepisów prawa jest zastosowanie gruntowych wymienników ciepła, których popularność i ilość inst alacji zarówno w budownictwie domów jednorodzinnych jak i w budownictwie przemysłowym w ostatnich latach systematycznie wzrasta.

Powietrzne, gruntowe wymienniki ciepła w systemie rurowym montuje się przede wszystkim tam gdzie występuje zagrożenie kontaktu z wodami gruntowymi, które mogą być źródłem zanieczyszczeń, bakterii, grzybów oraz różnego rodzaju zarazków. Bardzo często wody gruntowe emitują również nieprzyjemne zapachy. Istnieje zatem ryzyko, że te niebezpieczne dla zdrowia lub co najmniej nieprz yjemne dla człowieka czynniki przedostaną się wraz z medium, poprzez system wentylacyjny do wentylowanego pomieszczenia. Producenci gruntowych, rurowych wymienników ciepła dużą uwagę przykładają do szczelności całego układu wymiennika. Rury łączone są zwykle na mufy z uszczelkami lub poprzez zgrzewanie, elektrooporowo lub doczołowo. Wymienniki te wykonywane są przeważnie z rur polietylenowych lub polipropylenowych z wewnętrzną powłoką antybakteryjną. Dotychczasowe systemy połączeń i uszczelnień rur nadal jednak nie gwarantują pełnego zabezpieczenia przed infiltracją wód gruntowych, o czym informują niektórzy producenci w swoich materiałach technicznych. Ponadto stosowane wewnętrzne powłoki antybakteryjne również nie zabezpieczają w pełni przed przedostawaniem się niepożądanych czynników (bakterii, grzybów itp.) do wentylowanych pomieszczeń, co spowodowane jest choćby faktem, że nie wszystkie odcinki i moduły, przez które przepływa powietrze są w taką powłokę antybakteryjną wyposażone.

Obecnie na rynku znane są trzy systemy rurowych gruntowych wymienników ciepła (GWC), których producenci określają, że wykonane są w wersji antybakteryjnej.

PL 223 705 B1

W systemie rurowego gruntowego wymiennika ciepła znanego pod nazwą handlową „AWADUKT Thermo” firmy REHAU, opisanego między innymi na stronie internetowej http://www.rehau.pl oraz w katalogach tej firmy zastosowane są rury o średnicy do 630 mm z powłoką antybakteryjną. Jednak wszystkie pozostałe elementy wymiennika, w tym kształtki, rury o średnicy powyżej 630 mm, z których wykonane są kolektory zbiorcze i rozdzielające oraz elementy instalacji doprowadzającej powietrze do miejsca przeznaczenia lub centrali wentylacyjnej nie posiadają powłoki antybakteryjnej. Powoduje to, że duża część wewnętrznej powierzchni wymienników nie jest zabezpieczona antybakteryjnie i istnieje ryzyko, że powietrze doprowadzane do miejsca docelowego będzie zanieczyszczone. W przypadku wykonania instalacji GWC z kolektorami powyżej dn 630 i rurami transportowymi o tej samej średnicy, około 20% instalacji wykonane jest bez zabezpieczenia w postaci powłoki antybakteryjnej. Najmniejsza średnica stosowanych antybakteryjnych rur wymiany termodynamicznej w systemie „AWADUKT Thermo” wynosi 200 mm.

W systemie rurowego gruntowego wymiennika ciepła znanego pod nazwą handlową „GEOHEAT” firmy Ecoplastol sp. z o.o., opisanego między innymi na stronie internetowej http://www.ecoplastol.com.pl oraz w katalogach tej firmy, oraz w systemie rurowego gruntowego wymiennika ciepła znanego pod nazwą handlową „Ground-Therm” firmy Ground-Therm sp. z o.o., opisanego między innymi na stronie internetowej http://www.ground-therm.com oraz w katalogach tej firmy, jedynie w rurach do średnicy dn 400 mm stosuje się powłokę antybakteryjną. Kolektory zbiorcze i rozdzielające o średnicach rur powyżej 400 mm, a więc ponad 30% powierzchni całego wymiennika, wykonywane są z rur standard bez powłoki antybakteryjnej. Najmniejsza średnica stosowanych rur antybakteryjnych w systemach „GEOHEAT” i „Ground-Therm” wynosi 110 mm.

Do podstawowych zalet powietrznych, rurowych gruntowych wymienników ciepła należą:

- praca ciągła - brak przerw na regenerację gruntu;

- możliwość montażu w różnorodnych miejscach, np. pod drogami i parkingami.

Podstawową niedogodnością dotychczas stosowanych wymienników jest oddzielenie medium w postaci powietrza płynącego rurami - od gruntu zbyt grubą ścianką rury, co pogarsza wymianę termodynamiczną. Ponadto dotychczasowe systemy GWC z rurami w wersji antybakteryjnej, jak wyk azano powyżej nie są jednak w pełni antybakteryjne, przez co mogą dalej stwarzać zagrożenie bakteriologiczne. Duża część całkowitej powierzchni czynnej opisywanych powyżej systemów wykonana jest z rur standardowych bez powłoki antybakteryjnej. Powodem tego są wyjątkowo duże koszty pr odukcji rur i kształtek o średnicach powyżej 400 mm z warstwą antybakteryjną. Wysoki koszt produkcji przekłada się na wysoką cenę sprzedaży, niewspółmierną do oczekiwanych zysków z tytułu odzysku ciepła i chłodu, a w efekcie koszt wykonania GWC mija się z uzasadnieniem ekonomicznym.

Zainteresowanie instalacją gruntowych, rurowych wymienników ciepła wciąż rośnie, nie tylko z powodu konieczności wynikającej z przepisów prawa dotyczących ochrony środowiska, ale przede wszystkim z chęci oszczędzania w zakresie ogrzewania i chłodzenia obiektów mieszkalnych lub przemysłowych. Jednakże, biorąc pod uwagę opisane wyżej koszty produkcji wymienników w pełni antybakteryjnych, ich instalacja przestaje być ekonomicznie opłacalna, ze względu na zbyt długi okres zwrotu poniesionych nakładów, przez co tracą zarówno konsumenci jak i całe społeczeństwo, gdyż znaczne ograniczenie kosztów ogrzewania i chłodzenia, oprócz zmniejszenia wydatków wpływałoby też na zmniejszenie emisji zanieczyszczeń środowiska naturalnego.

W związku z powyższym zaistniała potrzeba poszukiwania nowych, bardziej efektywnych ro związań zapewniających skuteczną wymianę termodynamiczną (cieplną) transportowanego powietrza z gruntem, a jednocześnie zapewniających skuteczną eliminację zanieczyszczeń, w tym bakterii i grzybów z transportowanego powietrza. Podstawowym uzasadnieniem dla praktycznego wdrożenia takich rozwiązań jest zwiększenie skuteczności w zakresie wymiany cieplnej oraz eliminacji zanieczyszczeń, przy jednoczesnym znaczącym obniżeniu ceny w stosunku do rozwiązań znanych ze stanu techniki.

Potrzebę tą udało się zaspokoić poprzez opracowanie rozwiązania według niniejszego wynalazku. Istotę rozwiązania stanowi układ gruntowego powietrznego wymiennika ciepła instalowany w gruncie rodzimym z naniesioną na nim warstwą gruntu rodzimego o grubości niezbędnej do wyrównania terenu w przypadku montażu na terenie otwartym lub do wyrównania przestrzeni pod wylewkami w przypadku montażu w obrysie fundamentów, zawierający kanały powietrzne w postaci rur, w których następuje wymiana termodynamiczna transportowanego powietrza z gruntem. Rury wymiany termodynamicznej są szczelnie połączone z jednej strony z kolektorem rozdzielającym a z drugiej strony z kolektorem zbierającym, przy czym kolektor rozdzielający połączony jest za pomocą kanału

PL 223 705 B1 transportowego z czerpnią powietrza, natomiast kolektor zbierający połączony jest za pomocą kanału transportowego wyjściowego z centralą wentylacyjną lub innym odbiornikiem powietrza. Ponadto układ zawiera studzienkę odpływu kondensatu wyposażoną w pompkę odpływu kondensatu. Układ wykonany może być jako układ jednorurowy, dwururowy, pierścieniowy, meandrowy lub jako układ Tichelmanna i charakteryzuje się tym, że wyposażony jest w rynkowo dostępny moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, zabudowany pomiędzy kolektorem zbierającym a centralą wentylacyjną bądź innym odbiornikiem powietrza z układu lub też na kanale nawiewnym za centralą wentylacyjną bądź innym odbiornikiem powietrza z układu.

Korzystnie, jako moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych stosuje się system wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną, zwłaszcza firmy ACTIVTEK sp. z o.o.

Rury wymiany termodynamicznej wykonane są z materiału dopuszczonego w budownictwie do transportu powietrza, korzystnie z polietylenu lub polipropylenu.

Rury wymiany termodynamicznej połączone są z kolektorami tradycyjnie mufami z uszczelkami lub elektrooporowo lub doczołowo lub ekstruzyjnie lub korzystnie zgrzane poprzez polifuzję, która posiada cechy łączenia rur doczołowego i elektrooporowego. W zgrzewaniu polifuzyjnym wykorzystuje się tzw. kopyta o wielkości dopasowanej do przekrojów łączonych rur, podgrzewane prądem, które powodują topienie dwóch elementów łączonych tworząc w ten sposób bardzo trwałe połączenie.

Rury wymiany termodynamicznej ułożone są ze spadkiem powyżej 1% w kierunku studzienki odpływu kondensatu.

Korzystnie, kanały powietrzne wymiany termodynamicznej mają postać rur o małych średnicach w zakresie od 20 do 105 mm, co wpływa na polepszenie ich parametrów wymiany cieplnej. Ilość rur wymiany termodynamicznej, ich średnica oraz długość są indywidualnie dobierane do zakładanego przepływu powietrza gwarantującego prawidłową wymianę cieplną, który nie powinien przekroczyć prędkości 3m/s w pojedynczej rurze, przy czym w wariancie z rurami o średnicy od 20 do 105 mm ułożone są one w układzie Tichelmanna.

Standardowe, dostępne na rynku rury o małych średnicach od 20 do 105 mm nie były dotychczas nigdy stosowane w znanych systemach powietrznych gruntowych wymienników ciepła. Zastosowanie w rozwiązaniu według wynalazku rur o małych średnicach w zakresie od 20 do 105 mm zdec ydowanie poprawia wymianę termodynamiczną (cieplną) transportowanego powietrza z gruntem. W ymogiem jest taki dobór średnicy rur wymiany termodynamicznej do odpowiedniej prędkości powietrza aby nie uzyskać dużych, niekorzystnych oporów całego systemu. Doboru odpowiednich średnic w stosunku do wielkości przepływu powietrza dokonuje się poprzez korzystanie z opracowanych wcześniej diagramów, programów doboru lub indywidualnych projektowych obliczeń. Zastosowanie rur o małych średnicach (20-105 mm) do wymiany termodynamicznej jest zasadne z wielu powodów. Rury o mniejszych średnicach posiadają cieńsze ścianki, co skutkuje mniejszym oporem cieplnym i w efekcie o wiele lepszą wymianą cieplną. Opór cieplny jest to stosunek grubości ścianki do współczynnika przewodzenia. Dla przykładu standardowa rura dn 200 mm posiada ściankę o grubości 7,7 mm, a rura dn 32 mm ma ściankę o grubości 2 mm, czyli blisko cztery razy mniejszą, to znaczy że opór cieplny również będzie proporcjonalnie mniejszy. W efekcie uzyskuje się lepszą wymianę cieplną transportowanego rurą powietrza z gruntem, w którym rura jest zainstalowana. Ponadto w przewodach okrągłych powietrze w największej ilości z dużą prędkością płynie środkiem rury, a przy ściankach rury, czyli w tym miejscu gdzie następuje wymiana cieplna, prędkość powietrza jest dużo mniejsza, przez co stosowanie rur o dużych średnicach znane z dotychczasowych rozwiązań obarczone jest małą efektywnością wymiany cieplnej. Zastosowanie do GWC rur o małych średnicach, czyli ro zdzielenie jednego strumienia powietrza na wiele mniejszych spowoduje zmniejszenie strat cieplnych i zwiększy efektywność wymiany termodynamicznej.

W gruntowych wymiennikach ciepła w wariancie z rurami cienkimi montuje się je w układzie Tichelmanna, co wpływa na korzystną zamianę przepływu laminarnego zachodzącego w pojedynczej rurze na przepływ turbulentny spowodowany zawirowaniami w kolektorach, co polepsza wymianę cieplną.

Zastosowany w rozwiązaniu według wynalazku moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych spełnia rolę pełnego i skutecznego zabezpieczenia przed drobnoustrojami, bakteriami, grzybami, wirusami, alergenami, roztoczami, uciążliwymi zapachami oraz przed szeregiem innych szkodliwych dla zdrowia lub nieprzyjemnych zanieczyszczeń. Dzięki temu do budowy gruntowego wymiennika ciepła można stosować standardowe, stosunkowo tanie i ogólnodostępne rury, bez

PL 223 705 B1 konieczności stosowania rur wzbogaconych specjalną wewnętrzną warstwą antybakteryjną i to zarówno rur do wymiany termodynamicznej jak i rur na kolektory.

Moduł do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych może być zabudowany na kanale nawiewnym za centralą wentylacyjną lub korzystnie przed centralą wentylacyjną bądź innym odbiornikiem powietrza z układu. Montaż modułu przed centralą wentylacyjną ochrania antybakteryjnie całą centralę, włącznie z filtrami, w których występuje największe zagrożenie bakteriologiczne, bowiem to w filtrach zbierane są zanieczyszczenia z transportowanego powietrza, zarówno na nawiewie jak i na wyciągu. Montaż modułu za centralą ochrania wyłącznie kanały nawiewne.

Dla dezynfekcji gruntowego wymiennika ciepła będącego przedmiotem wynalazku korzystne jest okresowe, korzystnie raz na kwartał zalanie go wodą pitną z detergentami łatwo dostępnymi na rynku i przeznaczonymi do dezynfekcji na przykład wanien z hydromasażem. Po przepłukaniu wodę usuwa się za pomocą pompki skroplin, w którą każdy wymiennik jest wyposażony.

Do podstawowych zalet układu według wynalazku należą:

- uzdatnianie powietrza transportowanego do wentylowanego obiektu, polegające na eliminacji bakterii, wirusów, alergenów, roztoczy, zapachów oraz innych szkodliwych dla zdrowia lub nieprzyjemnych zanieczyszczeń poprzez instalację modułu do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, zwłaszcza systemu wykorzystującego promieniową jonizację katalityczną firmy ACTIVTEK sp. z o.o.;

- zabezpieczenie całego układu wentylacyjnego łącznie z centralą wentylacyjną, filtrami i kanałami nawiewnymi, a nie tylko rur wymiany termodynamicznej, jak to było w dotychczas stosowanych wymiennikach z wewnętrzną warstwą antybakteryjną;

- zastosowanie po raz pierwszy w GWC małych średnic rur wymiany termodynamicznej, pow odujące zdecydowanie lepszy odzysk ciepła i chłodu niż do tej pory.

Ponadto zaletą zastosowania w GWC według wynalazku modułu do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych w postaci systemu wykorzystującego promieniową jonizację katalityczną jest to, że w przeciwieństwie do produktów, które w walce z bakteriami i innymi drobnoustrojami oraz nieprzyjemnymi zapachami stosują pasywną technologię, na przykład filtry, które muszą przefiltrować powietrze przez siebie, system wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną używa aktywnej technologii wzorowanej na procesach naturalnie zachodzących w przyrodzie, które w pełni rozwiązują problem. Dostępne urządzenia mają właściwości zmniejszenia o 99,99% ilość drobnoustrojów, pleśni, grzybów, bakterii, w tym Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Streptococcus spp., Pseudonomas aeruginosa, Bacillus spp., Staphylococcus aureus, Candida albicans, S. chartarum i wirusów, w tym MRSA, oraz wirusa ptasiej grypy, co zostało udokumentowane przez wiele instytucji badawczych. System wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną instaluje się przede wszys tkim w istniejących już systemach wentylacyjno-klimatyzacyjnych. Zanieczyszczone powietrze dostaje się przez kanały wentylacyjne do systemu, a następnie zostaje wzbogacone w naturalne składniki, co pozwala uzyskać czyste i zdrowsze powietrze nadmuchiwane do pomieszczeń. Systemy te działają poprzez przekształcenie obecnej w powietrzu pary wodnej (H₂O) oraz tlenu (O₂) do wodorotlenków i jonów ponadtlenkowych. Wykorzystują katalityczne działanie promieniowania ultrafioletowego na procesy fotojonizacyjne metali rzadkich oraz szlachetnych, zawartych w matrycy, wspieranych przez hydrofilową powłokę komory RCI.

Niepodważalną zaletą wymienników według wynalazku są też istotne oszczędności ekonomiczne w stosunku do rozwiązań znanych z dotychczasowego stanu techniki. Wpływa na to możliwość wykonania wymiennika z standardowych rur PE lub PP ogólnodostępnych na rynku i relatywnie tanich w stosunku do „różnokolorowych” drogich rur w obecnie stosowanych systemach. Rury w systemie „AWADUKT Thermo” i w systemie „Ground-Therm” produkowane są obecnie w kolorze niebieskim, natomiast w systemie „GEOHEAT” w kolorze zielonym, co nie wynika z powodów technicznych i nie ma żadnego wpływu na sprawność wymiany termodynamicznej, służy jedynie wyróżnieniu produktu na rynku. Produkcja rur w określonym kolorze zwiększa niepotrzebnie koszt produkcji i zakupu GWC przynajmniej o 10%. Zatem dodatkowym atutem układu według wynalazku jest stosowanie standardowych, dostępnych na rynku rur, bez konieczności uruchamiania specjalnej produkcji rur o konkretnych kolorach, co pozwala dodatkowo obniżyć koszt produktu końcowego bez wpływu na jego jakość.

Zastosowanie rozwiązania według wynalazku z rurami wymiany termodynamicznej o średnicach od 20 do 105 mm pozwala zmniejszyć, nawet o połowę koszty zakupu GWC w stosunku do istniejących i stosowanych obecnie na rynku wymienników o takim samym przepływie, co wynika z oszczęd6

PL 223 705 B1 ności na materiałach i zostało wykazane w obliczeniach wykonanych dla przykładowego GWC przedstawionych w przykładzie 2.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione w przykładzie wykonania na fig. 1 rysunku, w widoku z góry.

P r z y k ł a d 1

Wymiennik dobrany dla przepływu 300 m /h.

Wymiennik składa się z czerpni 1 wyposażonej w filtr powietrza, połączonej kanałem transportowym 2 z kolektorem rozdzielającym 3, który połączony jest szczelnie z siedmioma rurami wymiany termodynamicznej 4, wykonanymi z polietylenu, ułożonymi w układzie Tichelmanna i szczelnie połączonymi z drugiej strony z kolektorem zbierającym 5. Rury wymiany termodynamicznej 4 są zgrzane z kolektorami 3 i 5 poprzez polifuzję i ułożone są ze spadkiem 2% w kierunku studzienki odpływu kondensatu. Kolektor zbierający 5 połączony jest następnie kanałem transportowym wyjściowym 6 z m odułem 7 do oczyszczania i uzdatniania powietrza, który zabudowany jest bezpośrednio przed centralą wentylacyjną 8. Centrala wentylacyjna 8 połączona jest z kanałem nawiewnym 9 transportującym powietrze do miejsca docelowego. Zarówno kanał transportowy 2, kanał transportowy wyjściowy 6 jak i kolektory rozdzielający 3 i zbierający 5 mają średnicę 200 mm. Rury wymiany termodynamicznej 4 mają średnicę 90 mm i długość pojedynczej nitki 16.5 m. Razem długość rur wymiany termodynamicznej wynosi 115.5 mb. Powietrze zaciągane jest do czerpni powietrza 1 gdzie oczyszczane jest z pyłu i kurzu przechodząc przez filtr zamontowany w czerpni. Od czerpni 1 kanałem transportowym 2 powietrze płynie do kolektora rozdzielającego 3, a następnie do rur wymiany termodynamicznej 4, gdzie następuje wymiana termodynamiczna powietrza z gruntem. Następnie podgrzane lub schłodzone powietrze płynie do kolektora zbiorczego 5, a stamtąd kanałem transportowym wyjściowym 6 do modułu 7 do oczyszczania i uzdatniania powietrza, stamtąd dostaje się do centrali wentylacyjnej 8, a następnie kanałem nawiewnym 9 do miejsca przeznaczenia. Jako moduł 7 stosuje się system wyk orzystujący promieniową jonizację katalityczną firmy ACTIVTEK sp. z o.o.

P r z y k ł a d 2

Przykład obliczeń uzasadniających celowość zamiany pojedynczej rury PE dn 200 mm projektowanego GWC na rury dn 90 mm w układzie Tichelmanna.

Obliczenia wykonania GWC dla przepływu 300 m /h, w wariancie standardowym dotychczas stosowanym z rurami PE dn 200 mm oraz w wariancie według wynalazku z rurami PE dn 90 mm.

Wariant standardowy do tej pory stosowany:

Rury dn 200 mm.

₃

Dla przepływu 300 m /h potrzeba zastosować 52 mb rur dn 200 mm.

Obwód rury dn 200 mm wynosi 0,628 m.

Pole powierzchni termodynamicznej wynosi 32,6 m (52 mb x 0,628 m).

Wariant według wynalazku:

Rury dn 90 mm w układzie Tichelmanna.

Obwód jednej rury dn 90 mm wynosi 0,282 m.

₂

Obliczone powyżej pole wymiany termodynamicznej rur dn 200 mm wynosi 32,6 m .

32,6 m² : 0,282 m = 115.6 mb

Konieczna łączna długość rur dn 90 mm to 115,6 mb rur.

₃

Jedną rurą dn 90 mm można przetransportować 43 m³/h.

Ilość rur dn 90 mm niezbędnych do osiągnięcia przepływu 300 m /h to 7 rur (300 m /h : 43 m /h = 6,97 rury - po zaokrągleniu 7 rur).

Długość jednej nitki to 16,5 mb (115,6 mb : 7 = 16,5 mb).

Porównanie wariantu standardowego z wariantem według wynalazku, w wersjach realizu₃ jących taki sam przepływ powietrza 300 m /h:

Zamiast 52 mb rur dn 200 mm stosuje się wymiennik siedmionitkowy w układzie Tichelmanna, o długości pojedynczej nitki 16,5 mb.

Przy obecnych cenach zakupu średni koszt zakupu GWC z rur dn 200 mm wynosi około 3400 zł (52 mb rur 200 mm x 65,18 zł = 3389,36 zł). Natomiast średni koszt zakupu GWC z rur dn 90 mm wynosi około 1650 zł (115,6 mb rur dn 90 mm x 14,27 zł = 1649 zł).

Zaletą zastosowanego w omawianym przykładzie rozwiązania według wynalazku (rury dn 90 mm) jest istotna, bo około 50%-owa oszczędność przy jednoczesnych lepszych wynikach pracy wymiennika (3389,36 zł - 1649 zł = 1740,36 zł).

PL 223 705 B1

Lepsze wyniki pracy wynikają z kilku czynników. Ścianka rury dn 90 jest ponad dwa razy cieńsza od dn 200, a więc występuje dwa razy mniejszy opór cieplny i zarazem lepsza wymiana cieplna. Wymiana cieplna powietrza z gruntem w rurach małych średnicach i w układzie Tichelmana jest wielokrotnie lepsza od wymiany cieplnej w jednej rurze o dużej średnicy. Na podobnej zasadzie działają na przykład chłodnica samochodowa lub kaloryfer w domu. W rozwiązaniach tych, dzięki rozdzieleniu kolektorami na wiele kanałów o małych średnicach następuje zaburzenie łagodnego przepływu lam inarnego na burzliwy przepływ turbulentny, co owocuje najlepszą wymianą cieplną.

W jednej rurze o dużej średnicy powietrze płynie laminarnie środkiem rury wymiana cieplna jest znacznie ograniczona, gdyż medium nie ma dobrego kontaktu ze ścianką rury gdzie zachodzi najlepsza, bo bezpośrednia wymiana cieplna.

Claims (6)

1. Układ gruntowego powietrznego wymiennika ciepła, instalowany w gruncie rodzimym z naniesioną na nim warstwą gruntu rodzimego o grubości niezbędnej do wyrównania terenu w przypadku montażu na terenie otwartym lub do wyrównania przestrzeni pod wylewkami w przypadku montażu w obrysie fundamentów, zawierający kanały powietrzne w postaci rur, w których następuje wymiana termodynamiczna transportowanego powietrza z gruntem, szczelnie połączone z jednej strony z kolektorem rozdzielającym a z drugiej strony z kolektorem zbierającym, przy czym kolektor rozdzielający połączony jest za pomocą kanału transportowego z czerpnią powietrza, natomiast kolektor zbierający połączony jest za pomocą kanału transportowego wyjściowego z centralą wentylacyjną lub innym odbiornikiem powietrza, zawierający ponadto studzienkę odpływu kondensatu wyposażoną w pompkę odpływu kondensatu, wykonany jako układ jednorurowy, dwururowy, pierścieniowy, meandrowy lub jako układ Tichelmanna, znamienny tym, że wyposażony jest w moduł (7) do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, zabudowany pomiędzy kolektorem zbierającym (5) a centralą wentylacyjną (8) bądź innym odbiornikiem powietrza z układu lub też na kanale nawiewnym (9) za centralą wentylacyjną (8) bądź innym odbiornikiem powietrza z układu.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jako moduł (7) do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych stosuje się system wykorzystujący promieniową jonizację katalityczną.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że rury wymiany termodynamicznej (4) wykonane są z polietylenu lub polipropylenu.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że rury wymiany termodynamicznej (4) połączone są z kolektorami (3) i (5) tradycyjnie mufami z uszczelkami lub elektrooporowo lub doczołowo lub ek struzyjnie lub korzystnie zgrzane poprzez polifuzję.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że rury wymiany termodynamicznej (4) ułożone są ze spadkiem powyżej 1% w kierunku studzienki odpływu kondensatu.

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały powietrzne wymiany termodynamicznej mają postać rur (4) o małych średnicach w zakresie od 20 do 105 mm, a ich ilość, średnica oraz dł ugość są indywidualnie dobierane do zakładanego przepływu powietrza gwarantującego prawidłową wymianę cieplną, który nie powinien przekroczyć prędkości 3 m/s w pojedynczej rurze, przy czym w wariancie z rurami o średnicach w zakresie od 20 do 105 mm ułożone są one w układzie Tichelmanna.