PL232246B1 - Gruntowy powietrzny wymiennik ciepła - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła typu rura w rurze, stosowany w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych w celu odzysku energii cieplnej z gruntu i podgrzania przepływającego powietrza w okresie zimowym lub odzysku chłodu z gruntu i ochładzania powietrza płynącego z czerpni w okresie letnim. Wymiennik według wynalazku może stanowić część systemu wentylacyjnego obiektów mieszkalnych lub innych.

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 powietrza, co związane jest z ogólnym trendem światowym ukierunkowanym na stosowanie odnawialnych źródeł energii. Ponadto, tego typu rozwiązania często dają użytkownikowi duże oszczędności w zakresie zużywania energii, a co za tym idzie oszczędności ekonomiczne.

Znane są z praktyki wymienniki ciepła stosowane w budownictwie niskoenergetycznym lub pasywnym, których istotą jest to, że zawierają ułożony w gruncie pojedynczy rurociąg lub zespół rurociągów, w którym transportowane jest powietrze. System taki najczęściej złożony jest z rurociągów, studni kontrolnych oraz elementów zakańczających jak np. czerpnie.

Z kolei z opisu zgłoszeniowego P.379748 znany jest wymiennik powietrza z odzyskiem ciepła składający się z dwóch rur (wewnętrznej i zewnętrznej). Rury te są różnej średnicy i umieszczone są koncentrycznie jedna w drugiej. W przedmiotowym rozwiązaniu powietrze z zewnątrz jest zasysane przez wentylator na odgałęzieniu otworem wlotowym i płynie rurą zewnętrzną, pod ziemią, do otworów z klapami zwrotnymi w budynku. Z kolei powietrze z budynku zasysane jest przez wentylator otworami w odgałęzieniu rury wewnętrznej i płynie tą rurą pod ziemią i jest wypychane przez otwór wylotowy.

Natomiast z opisu patentowego PL217601 znany jest gruntowy wymiennik ciepła, wykorzystujący energie cieplną gruntu, zawierający przewody rurowe i kanały osadzone w konstrukcji nośnej. Wymiennik ten charakteryzuje się tym, że na gruncie rodzimym poziomo lub pod małym nachyleniem uformowana jest warstwa materiałów przepuszczających powietrze, tworząc kanał cyrkulacyjny wymiennika ograniczony nośną płytą z wyprowadzonymi elementami dystansowymi i połączonymi z siatką konstrukcyjną. Siatka ta jest osadzona na siatce stabilizującej. Całość zaś jest przykryta warstwą izolacyjną.

Z opisu patentowego PL223092 znany jest układ gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła służący do odzysku ciepła lub chłodu z gruntu, pełniący jednocześnie funkcję filtra powietrza, mający zastosowanie głównie w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Układ ten charakteryzuje się tym, że na podłożu wykonanym z kruszywa naturalnego lub z mieszaniny piasku z kruszywem naturalnym ułożone są kanały powietrzne w postaci połówek rur. Połówki rur ułożone są na całej długości na podkładkach i są szczelnie wsunięte z jednej strony do otworów wyciętych w kolektorze zbierającym, a z drugiej strony do otworów wyciętych w kolektorze rozdzielającym. Kolektor zbierający z jednej strony zakończony jest zaślepką, a z drugiej strony posiada króciec łączący go z rurą połączoną z drugiej strony z urządzeniem transportującym powietrze do docelowego miejsca odbioru. Natomiast kolektor rozdzielający z jednej strony zakończony jest zaślepką, a z drugiej strony posiada króciec łączący go z rurą połączoną z drugiej strony z czerpnią powietrza. Na wymienniku cieplnym naniesiona jest warstwa 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.

Natomiast z opisu wzoru użytkowego 68318 znany jest gruntowy wymiennik ciepła, w którym powietrze potrzebne do wentylacji budynku pobierane jest z zewnątrz przez co najmniej jedną czerpnię, znajdującą się na powierzchni gruntu. Powietrze transportowane jest za pomocą doprowadzającej rury do wlotowego kolektora, umieszczonego w dolomitowym złożu, w którym ułożone są perforowane płyty, korzystnie wykonane z tworzywa sztucznego, posiadające otwory. Dolomitowe złoże przykryte jest od góry izolacyjną warstwą, a następnie warstwą gruntu. Pomiędzy warstwą dolomitowego złoża i izolacyjną warstwą znajduje się zraszająca instalacja, zasilana wodą doprowadzaną za pomocą pompy z dowolnego źródła czystej wody. Perforowane płyty umieszczone są na podpórkach, co pozwala na uzyskanie przestrzeni przepływu powietrza. Strumień powietrza zewnętrznego przepływa pod perforowanymi płytami, gdzie - zależnie od posiadanej temperatury ulega ogrzaniu lub ochłodzeniu, a ponadto jest uzdatnione do wylotowego kolektora.

Zaś z opisu patentowego PL223705 znany jest układ gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła, służący do efektywnego odzysku ciepła lub chłodu z gruntu, pełniący jednocześnie funkcje systemu

PL 232 246 B1 oczyszczającego powietrze, mający zastosowanie głównie w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. 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. Ponadto, zawierający studzienkę odpływu kondensatu, wyposażoną w pompkę odpływu kondensatu, wykonany jako układ jednorurowy, dwururowy, pierścieniowy, meandrowy lub jako układ Tichelmanna. Charakteryzuje się on tym, że wyposażony jest w 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.

Natomiast z opisu patentowego PL225387 znany jest gruntowy wymiennik ciepła zawierający kolektor usytuowany w gruncie poniżej strefy przemarzania, charakteryzuje się tym, że pod poziomo usytuowanym kolektorem górnym, zainstalowany jest drugi, poziomo usytuowany kolektor dolny, a obok kolektorów poziomych zainstalowany jest kolektor pionowy, korzystnie w postaci studni, który połączony jest instalacją hydrauliczną z wymiennikiem ciepła. Kolektor dolny wyposażony jest w zawór spustowy, usytuowany w górnej warstwie cieczy wypełniającej kolektor pionowy. Kolektor górny wyposażony jest w zawór zwrotny poboru cieczy, usytuowany w górnej warstwie cieczy wypełniającej pionowy kolektor. Instalacja odprowadzająca ciecz z wymiennika ciepła wyposażona jest w zawór trójdrogowy, łączący wymiennik z kolektorem dolnym i kolektorem pionowym, a wymiennik ciepła wyposażony jest w zawór spustowy cieczy i zawór zwrotny poboru cieczy, które usytuowane są w dolnej warstwie cieczy wypełniającej pionowy kolektor.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła, który w sposób efektywny pozwoli na odzysk energii cieplnej z gruntu i podgrzanie przepływającego powietrza w okresie zimowym lub odzysk chłodu z gruntu i ochładzanie powietrza płynącego z czerpni w okre sie letnim. Dodatkowo gruntowy wymiennik powietrza według wynalazku, dzięki swej uniwersalnej konstrukcji pozwoli na podłączenie go w układach wentylacyjnych, wyposażonych w pojedyncze wentylatory jak również w układach z centralami nawiewno-wywiewnymi z rekuperacją.

Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła według wynalazku zawierający czerpnię powietrza, filtr, rurociąg wlotowy, doprowadzający powietrze z czerpni do skrzynki powietrznej, znajdującej się w studni kontrolnej, z której to skrzynki powietrznej wychodzi rurociąg zewnętrzny, transportujący powietrze z czerpni do układu wentylacji budynku, zaś rurociągiem wewnętrznym, znajdującym się wewnątrz rurociągu zewnętrznego, przeciwprądowo transportowane jest powietrze z układu wentylacji budynku, które po przejściu rurociągiem przez skrzynkę powietrzną jest usuwane z rurociągiem wyrzutowym do wyrzutni, charakteryzuje się tym, że rurociąg zewnętrzny umieszczony jest co najmniej 1 metr pod poziomem terenu, natomiast rurociąg wewnętrzny, wykonany z materiału o takim samym lub wyższym współczynniku przewodzenia ciepła jak rurociąg zewnętrzny, jest ułożony wewnątrz rurociągu zewnętrznego na płozach, zaś pole powierzchni rurociągu zewnętrznego pomniejszone o pole powierzchni przekroju rurociągu wewnętrznego jest większe lub równe polu powierzchni przekroju rurociągu wewnętrznego, co pozwala na wymianę powietrza w sposób turbulentny przy możliwie małej prędkości przepływu powietrza.

Rurociąg zewnętrzny, umieszczony w gruncie, jest obsypany i zasypany mieszaniną o miąższości co najmniej 20 cm, korzystnie piaskiem pylastym o dużym współczynniku przewodzenia ciepła (lambda) lub mieszaniną piaskowo-bentonitową.

Na załamaniach kierunków rurociągu zewnętrznego znajdują się studnie kontrolne, w których umieszczone są skrzynki powietrzne zawierające kolana zmiany kierunku rurociągu wewnętrznego oraz kierujące strugi powietrza dla rurociągu zewnętrznego. Ponadto korzystnie, gdy w skrzynkach powietrza znajdują się czujniki temperatury lub temperatury i wilgotności względnej.

Rurociąg zewnętrzny wraz z rurociągiem wewnętrznym, przed wprowadzeniem do układu wentylacji budynku, podłączone są do systemu wentylatorów lub centrali nawiewno-wywiewnej. Korzystnie, gdy między systemem wentylatorów lub centralą nawiewno-wywiewną znajdują się kształtki połączeniowe, wyposażone w przepustnice regulacyjne z siłownikami, z których odgałęzienia są wyprowadzone do niezależnej czerpni i wyrzutni powietrza z pominięciem gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła.

PL 232 246 B1

Zastosowanie wymiennika do odzysku ciepła z powietrza według wzoru, pozwala na zwiększenie ilości odzyskiwanej energii cieplnej ponieważ jednocześnie odzyskuje się ciepło z gruntu, jak również ciepło odpadowe z powietrza usuwanego.

Kolejną zaletą jest możliwość podłączenia do wymiennika rurowego, zarówno systemu wentylacji opartej na niezależnych wentylatorach, jak również w połączeniu z układem centrali nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła.

Następną zaletą jest możliwość skrócenia długości układu gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła w gruncie przy jednoczesnym utrzymaniu parametrów odzysku ciepła w porównaniu do standardowego wymiennika gruntowego.

Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła w przykładzie wykonania według wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok w płaszczyźnie pionowej instalacji wentylacyjnej, zwierającej wymiennik gruntowy, powietrzny według wynalazku, fig. 2 przedstawia widok w płaszczyźnie poziomej schematycznej instalacji z fig. 1, fig. 3 przedstawia schemat wymiennika gruntowego, powietrznego w przykładzie wykonania według wynalazku, natomiast fig. 4 przekrój B-B, zaś fig. 5 przekrój C-C.

Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła w przykładzie wykonania według wynalazku składa się z rurociągu wewnętrznego 1 transportującego powietrze z układu wentylacji budynku, które po przejściu rurociągiem przez skrzynkę powietrzną 7 jest usuwane rurociągiem wyrzutowym 10 do wyrzutni 11, znajdującego się wewnątrz rurociągu zewnętrznego 2 transportującego przeciwprądowo do układu wentylacji budynku powietrze z czerpni 5 doprowadzone do rurociągu zewnętrznego 2 poprzez rurociąg wlotowy 6. Rurociąg wewnętrzny 1 znajduje się w osi rurociągu zewnętrznego 2 i jest ułożony na płozach 3. Rurociąg zewnętrzny 2 znajduje się 1 metr pod poziomem terenu. Rurociąg zewnętrzny jest obsypany i zasypany mieszaniną piaskowo-bentonitową 4.

Pomiędzy czerpnią 5, a rurociągiem wlotowym 6 znajduje się filtr 8. Rurociąg wlotowy 6 doprowadzony jest od czerpni do skrzynki powietrznej 7 znajdującej się w studni kontrolnej 9 zamykanej włazem 20. Wszystkie przejścia rurociągów przez ścianki kontrolne studni kontrolnych 9 lub skrzynek powietrznych 7 są uszczelnione uszczelkami 19. Powietrze transportowane rurociągiem wewnętrznym 1 po przejściu przez skrzynkę powietrzną 7 jest usuwane rurociągiem wyrzutowym 10 do wyrzutni 11. Z najniżej położonej skrzynki powietrznej 7, w jej spodniej części, odprowadzony jest zasyfonowany odpływ skroplin 22 do studzienki 23 zamykanej włazem 47. W studzience znajduje się pompa 24 przetłaczająca skropliny rurociągiem tłocznym 25 do studni kanalizacyjnej 21 zamykanej włazem studni kanalizacyjnej 46.

Połączenia rurociągów zewnętrznego 2 i wewnętrznego 1 na odcinkach prostych są wykonane ze szczelnych połączeń nasuwanych 16. Na załamaniach kierunku prowadzenia rurociągów znajdują się kolana 15, 26, 27 umieszone w skrzynkach powietrznych 28, 29, 30 znajdujących się w studniach kontrolnych 31,32, 33 zamykanych włazami 34, 35, 36.

Przed budynkiem znajduje się ostatnia studnia kontrolna 37 zamykana ostatnim włazem 45, z ostatnią skrzynka powietrzną 38, w której następuje rozdzielenie rurociągu zewnętrznego 2 i rurociągu wewnętrznego 1 odpowiednio na rurociąg powietrza nawiewanego 17, na którym znajduje się pierwsza przepustnica 12 oraz rurociąg powietrza usuwanego 18, na którym znajduje się druga przepustnica 39.

Z kolei powietrze z niezależnej czerpni 13 jest za pomocą drugiego rurociągu wlotowego 40 transportowane przez drugi filtr 41 do trzeciej przepustnicy 42. Natomiast na drugim rurociągu wylotowym 43, prowadzącym do niezależnej wyrzutni 14 znajduje się czwarta przepustnica 44.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

1. Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła zawierający czerpnie powietrza, filtr, rurociąg wlotowy, skrzynki powietrzne, studnie kontrolne oraz rurociąg zewnętrzny, transportujący powietrze z czerpni do układu wentylacji budynku, a także rurociąg wewnętrzny, znajdujący się wewnątrz rurociągu zewnętrznego, przeciwprądowo transportujący powietrze z układu wentylacji budynku, usuwane rurociągiem wyrzutowym przez wyrzutnię, znamienny tym, że rurociąg zewnętrzny (2) umieszczony jest co najmniej 1 metr pod poziomem terenu, natomiast rurociąg wewnętrzny (1) wykonany jest z materiału o takim samym lub wyższym współczynniku przewodzenia ciepła jak rurociąg zewnętrzny (2), zaś pole powierzchni rurociągu zewnętrznego (2) pomniejszone o pole powierzchni przekroju rurociągu wewnętrznego (1) jest większe lub równe polu powierzchni przekroju rurociągu wewnętrznego (1), a ponadto rurociąg zewnętrzny (2) umieszczony w gruncie jest

PL 232 246 B1 obsypany i zasypany mieszaniną (4) w postaci piasku pylastego o dużym współczynniku przewodzenia ciepła lub mieszaniną piaskowo-bentonitową, o miąższości co najmniej 20 cm, przy czym na załamaniach kierunków rurociągu zewnętrznego znajdują się studnie kontrolne (31,32, 33), w których umieszczone są skrzynki powietrzne (28, 29, 30) zawierające kolana (15, 26, 27) zmiany kierunku rurociągu wewnętrznego (1) oraz kierujące strugi powietrza dla rurociągu zewnętrznego (2), zaś rurociąg zewnętrzny (2) wraz z rurociągiem wewnętrznym (1), przed wprowadzeniem do układu wentylacji budynku, podłączone są do systemu wentylatorów lub centrali nawiewno-wywiewnej.

2. Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że rurociąg wewnętrzny (1) jest ułożony wewnątrz rurociągu zewnętrznego (2) na płozach (3).

3. Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że w skrzynkach powietrza (7) umieszcza się czujniki temperatury lub temperatury i wilgotności względnej.

4. Gruntowy, powietrzny wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że między systemem wentylatorów lub centralą nawiewno-wywiewną znajdują się kształtki połączeniowe, wyposażone w przepustnice regulacyjne (12) z siłownikami, z których odgałęzienia są wyprowadzone do niezależnej czerpni (13) i niezależnej wyrzutni (14) powietrza z pominięciem gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła.