PL238276B1

PL238276B1 - Arrangement of devices for obtaining hot and cold water from a system installed in subterranean water, for the ring system air conditioning and ventilation equipment

Info

Publication number: PL238276B1
Application number: PL425437A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Struzik
Original assignee: Struzik Wojciech
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2021-08-02
Also published as: PL425437A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej i zimnej wody z instalacji zamontowanej w wodzie gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji w układzie pierścieniowym.The subject of the invention is a system of devices for obtaining hot and cold water from an installation installed in groundwater for air conditioning and ventilation devices in a ring arrangement.

Stosowane powszechnie urządzenia do chłodzenia urządzeń technologicznych, klimatyzacji, stanowią agregaty freonowe o dużej mocy silników elektrycznych. Do celów klimatyzacyjnych stosuje się powszechnie urządzenia cieplne i chłodnicze o dużym zużyciu energii elektrycznej, cieplnej, czy gazu. Duże zużycie energii elektrycznej powoduje emisję gazów cieplarnianych do atmosfery, co wpływa na niekorzystne zmiany klimatyczne i efekt cieplarniany.Commonly used devices for cooling technological devices and air conditioning are freon units with high power of electric motors. For air-conditioning purposes, heating and cooling devices with high consumption of electricity, heat and gas are commonly used. The high consumption of electricity causes the emission of greenhouse gases to the atmosphere, which has an adverse effect on climate change and the greenhouse effect.

Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej i zimnej wody z instalacji zamontowanej w wodzie gruntowej dla urządzeń klimatyzacji i wentylacji w układzie pierścieniowym posiada wymiennik perforowany wody lodowej usytuowany na poziomych przewodach rurowych, który jest połączony z centralą nawiewną poprzez przewody rurowe w obiegu zamkniętym, które są mocowane w studzience zewnętrznej do instalacji a na przewodzie rurowym doprowadzającym zimną lub ciepłą wodę do centrali nawiewnej zamontowany jest zawór regulacyjny z siłownikiem, filtr siatkowy, zawory odcinające i zawory równoważące. Na przewodzie rurowym odprowadzającym ogrzaną lub schłodzoną wodę zainstalowana jest pompa obiegowa oraz zawory odcinające i zawory równoważące oraz zawór trójdrogowy z siłownikiem. Układ urządzeń posiada regulator pogodowy, który podłączony jest przewodami instalacyjnymi do przewodu rurowego doprowadzającego ciepłą lub zimną wodę, przewodu rurowego odprowadzającego wodę z centrali nawiewnej, jak również bezpośrednio do centrali nawiewnej.The system of devices for obtaining hot and cold water from the installation installed in the groundwater for air conditioning and ventilation devices in the ring arrangement has a perforated chilled water exchanger located on horizontal pipes, which is connected to the supply air handling unit through pipes in a closed circuit, which are fixed in a control valve with an actuator, strainer, shut-off valves and balancing valves are installed in the pipeline supplying cold or hot water to the air supply unit. A circulating pump, shut-off valves, balancing valves and a three-way valve with an actuator are installed in the pipe that discharges the heated or chilled water. The system of devices has a weather regulator, which is connected with installation pipes to a pipe supplying hot or cold water, a pipe draining water from the air supply unit, as well as directly to the air supply unit.

Celem rozwiązania według wynalazku jest ograniczenie zużycia zasobów naturalnych poprzez wykorzystanie źródeł energii z wykorzystaniem wymienników poziomych wykonanych w niezależnych układach pierścieniowych. Konstrukcja wymienników jak i uwarunkowania określone w opisie takie jak głębokość, poziom wody gruntowej, średnice instalacji, długości instalacji, zapewniają maksymalne pozyskanie energii odnawialnej. Na etapie projektowania instalacji należy w zależności od ilości odbiorców i ich zapotrzebowania na energię tak wykonać instalację, a w tym średnice, ilości wymienników, prędkości przepływu oraz głębokość instalacji, aby zapewnić przed kolejnym odbiorcą te same parametry w sieci, jakie ma instalacja bez odbioru energii. Należy przy tym uwzględnić określenie innych parametrów występujących w okresie zimowym i innych występujących w okresie letnim, gdzie na podstawie wyników pomiarów temperatur w zależności od pory roku na poszczególnych głębokościach sporządzany jest wykres rozkładu temperatur wody gruntowej w zależności od okresu w skali rocznej, co wskazuje na wymaganą głębokość montażu instalacji poziomych w celu uzyskania optymalnej korzyści ekonomicznej instalacji.The aim of the solution according to the invention is to reduce the consumption of natural resources by using energy sources with the use of horizontal exchangers made in independent ring systems. The design of the exchangers and the conditions specified in the description, such as depth, groundwater level, installation diameters, installation lengths, ensure the maximum acquisition of renewable energy. At the stage of designing the installation, depending on the number of recipients and their energy demand, the installation should be done in such a way, including diameters, number of exchangers, flow velocities and installation depth, in order to provide the next recipient with the same parameters in the network as the installation without energy consumption. At the same time, it is necessary to take into account the determination of other parameters occurring in the winter and other parameters occurring in the summer period, where, based on the results of temperature measurements depending on the season of the year at particular depths, a graph of the ground water temperature distribution is prepared depending on the period on an annual basis, which indicates the required depth of installation of horizontal installations in order to obtain the optimal economic benefit of the installation.

Woda gruntowa z głębokości średnio do 10 m poniżej poziomu terenu stanowi naturalne źródło ciepła i chłodu i stosowanie jej w celach chłodniczych lub do ogrzewania, stanowi wykorzystanie energii odnawialnej przyjaznej środowisku, nie inwazyjnej, i nie ingerującą w środowisko naturalne.Groundwater from an average depth of 10 m below the ground level is a natural source of heat and cold and when used for cooling or heating purposes, it is the use of environmentally friendly renewable energy, not invasive and not interfering with the natural environment.

Instalacje te przeznaczone są do mniejszych budynków i małych osiedli miejskich, gdzie za pomocą przyłącza do instalacji można uzyskać w lecie jak i w zimie energię odnawialną i zredukować koszt eksploatacji o minimum 50%, przy zapewnieniu 100% ekologicznego rozwiązania. Instalacje takie idealnie nadają się do obiektów położonych w strefach, gdzie woda gruntowa jest na poziomie do 10 m PPT. Prowadzenie instalacji w strefach pozbawionych wód gruntowych jest mniej ekonomiczne i powoduje duże straty energii elektrycznej niezbędnej do wielokrotnego zwiększenia przepływu glikolu i przekazania energii.These installations are intended for smaller buildings and small urban settlements, where the connection to the installation can be used to obtain renewable energy in summer and winter and reduce the operating cost by at least 50%, while ensuring a 100% ecological solution. Such installations are ideal for facilities located in zones where groundwater is at the level of up to 10 m PPT. Running installations in areas without groundwater is less economical and causes large losses of electricity necessary to multiply the glycol flow and energy transfer.

Instalacje w układzie jednorurowych pierścieni mogą niezależnie łączyć się z innymi pierścieniami i tworzyć wspólną sieć, tzw. plaster miodu z zachowaniem jednego kierunku przepływu, a stacje pomp w zależności od zapotrzebowania w studzienkach pompowych zapewnią właściwy przepływ i minimalne koszty eksploatacji.Installations in the system of single-pipe rings can connect independently with other rings and create a common network, the so-called honeycomb with one flow direction, and the pumping stations, depending on the demand in the pumping chambers, will ensure proper flow and minimal operating costs.

Instalacje z uwagi na pozyskanie energii w różnych warunkach gruntowo-wodnych mogą być łączone w studzienkach zawsze na głębokości 2 m przez co można stworzyć sieć instalacji zapewniającą pozyskanie energii dla większej liczby odbiorców i zwiększyć pobór ekologicznej energii.Due to obtaining energy in various ground and water conditions, installations can be connected in wells always at a depth of 2 m, which allows you to create a network of installations ensuring the acquisition of energy for a larger number of recipients and increase the consumption of ecological energy.

Układ urządzeń według wynalazku posiada wymienniki poziome zamontowane na głębokości od 2 do 10 m PPT (Poniżej Poziomu Terenu) usytuowane w wodzie gruntowej, które są połączone w pierścień, gdzie za pomocą pompy cyrkulacyjnej następuje ciągła wymiana energii ciepła i chłodu z central nawiewno-wywiewnych klimatyzowanych budynków z energią zmagazynowaną w nieograniczonych niczym zasobach energii odnawialnej zgromadzonej w wodach gruntowych.The system of devices according to the invention has horizontal exchangers mounted at a depth of 2 to 10 m PPT (Below the Ground Level) located in the groundwater, which are connected in a ring, where a circulation pump is used to continuously exchange heat and cold energy from air-conditioned supply and exhaust units buildings with energy stored in unlimited resources of renewable energy stored in groundwater.

Instalacje takie z uwagi na niskie temperatury powinny być zalane ekologicznym glikolem.Due to low temperatures, such installations should be flooded with ecological glycol.

PL 238 276 B1PL 238 276 B1

Glikol w instalacji w obiegu zamkniętym za pomocą pompy cyrkulacyjnej utrzymywany jest w stałej temperaturze odbierając ciepło i chłód z gruntu i wody gruntowej.The glycol in a closed circuit system is kept at a constant temperature by means of a circulation pump, removing heat and cold from the ground and groundwater.

Instalacja ta jest tzw. instalacją jednorurową, a pozyskana energia przez poszczególnych odbiorców w procesie chłodzenia i grzania jest w czasie przepływu do kolejnego odbiorcy wymieniana z energią zawartą w gruncie i regeneruje się w 100% zapewniając kolejnemu odbiorcy stałe parametry pracy instalacji. Wprowadzając układ pierścieniowy uzyskuje się większy odzysk energii, a współczynnik jednoczesności pracy poszczególnych instalacji pozwala zwiększyć moc każdej instalacji o 10%. Przy zwiększonym zapotrzebowaniu na energię poszczególnych budynków, można zwiększyć instalację poziomą o kolejne nitki, jak również wprowadzić do wymienników poziomych lub pionowych wymienniki wykonane ze stali kwasoodpornej z możliwością zwiększenia rur HDPE o odcinki wykonane z rur kwasoodpornych.This installation is called a single-pipe installation, and the energy obtained by individual recipients in the cooling and heating process is exchanged with the energy contained in the ground during the flow to the next recipient and is regenerated in 100%, providing the next recipient with constant operating parameters of the installation. By introducing a ring system, greater energy recovery is achieved, and the simultaneous operation factor of individual installations allows to increase the power of each installation by 10%. With the increased energy demand of individual buildings, it is possible to increase the horizontal installation by additional threads, as well as to introduce heat exchangers made of acid-resistant steel into the horizontal or vertical exchangers, with the possibility of increasing the HDPE pipes by sections made of acid-resistant pipes.

W studzienkach przyłączeniowych dla każdego odbiorcy wprowadzone są zawory odcinające i jest możliwość zamontowania opomiarowania. Każdy odbiorca już poza studzienką prowadzi instalację do własnego budynku i wyposaża budynek w centralkę wentylacyjną.In the connection wells, cut-off valves are introduced for each recipient and it is possible to install metering. Each recipient leads the installation to its own building outside the sump and equips the building with an air handling unit.

Na przewodzie rurowym doprowadzającym zimną lub ciepłą wodę do centrali nawiewnej zamontowany jest zawór regulacyjny z siłownikiem oraz dwa zawory odcinające. Na przewodzie rurowym odprowadzającym ogrzaną lub zimną wodę z centrali nawiewnej zainstalowana jest pompa obiegowa, filtr siatkowy, dwa zawory odcinające, zawór równoważący, zawór trójdrogowy z siłownikiem. Układ urządzeń według wynalazku posiada regulator pogodowy, który podłączony jest przewodami instalacyjnymi do przewodu rurowego doprowadzającego zimną lub ciepłą wodę i współpracuje z sterownikiem BMS instalacji.A control valve with an actuator and two shut-off valves are installed on the pipeline supplying cold or hot water to the air supply unit. A circulating pump, mesh filter, two shut-off valves, a balancing valve, and a three-way valve with an actuator are installed on the pipe that discharges hot or cold water from the air supply unit. The system of devices according to the invention has a weather regulator, which is connected by installation lines to a pipeline supplying cold or hot water and cooperates with the BMS controller of the installation.

Układ urządzeń według wynalazku w znacznym stopniu zmniejsza zużycie energii elektrycznej do wytwarzania ciepła i chłodu w urządzeniach klimatyzacyjnych, wentylacji i chłodnictwa, gdzie tradycyjnie głównym źródłem ciepła czy chłodu są sprężarki. Stanowi to znaczne ograniczenie emisji hałasu do środowiska, a tym samym chroni naturalne środowisko.The arrangement of devices according to the invention significantly reduces the consumption of electric energy for the production of heat and cold in air-conditioning, ventilation and refrigeration devices, where compressors are traditionally the main source of heat or cold. This significantly reduces noise emissions to the environment, and thus protects the natural environment.

Układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej i zimnej wody z instalacji wody gruntowej dla urządzeń klimatyzacyjnych, chłodniczych w przykładzie wykonania pokazany jest na rysunkach, na których fig. 1 to ujęcie schematyczne przekroju pionowego instalacji z zamontowanymi na niej urządzeniami wraz z połączeniem z centralą wewnętrzną, fig. 2 stanowi ujęcie schematyczne połączenia kilku domów jednorodzinnych.The system of devices for obtaining hot and cold water from the groundwater system for air-conditioning and cooling devices in the exemplary embodiment is shown in the drawings, in which fig. 2 is a schematic view of connecting several single-family houses.

W przykładzie wykonania układ urządzeń do pozyskiwania ciepłej lub zimnej wody z instalacji poziomej w wodzie gruntowej dla urządzeń klimatyzacyjnych, chłodniczych posiada wymiennik perforowany 2 usytuowany na poziomych przewodach rurowych 18, który jest połączony z centralą nawiewną 1 przewodami rurowymi 3 i 4 w obiegu zamkniętym, które są mocowane w studzience zewnętrznej 12 do instalacji, przy czym na przewodzie rurowym 3 doprowadzającym zimną lub ciepłą wodę do centrali nawiewnej 1 zamontowany jest zawór regulacyjny z siłownikiem 11, filtr siatkowy 7, zawory odcinające 8 i zawory równoważące 9, a na przewodzie rurowym 4 odprowadzającym ogrzaną lub schłodzoną wodę zainstalowana jest pompa obiegowa 6, zawory odcinające 8 i zawory równoważące 9, zawór trójdrogowy 10 z siłownikiem oraz posiada regulator pogodowy 5 podłączony jest przewodami instalacyjnymi do przewodu rurowego 3 doprowadzającego ciepłą lub zimną wodę, przewodu rurowego 4 odprowadzającego wodę z centrali nawiewnej 1 oraz bezpośrednio do centrali nawiewnej 1. Instalacja według wynalazku posiada studzienkę pompowni cyrkualcyjnej 13, odpowietrznik 14, nanometry 15, zawór bezpieczeństwa 16, naczynie wzbiorcze 17 oraz przewód rurowy poziomy zimnej lub ciepłej wody o zwiększonej mocy 19.In an exemplary embodiment, the system of devices for obtaining hot or cold water from a horizontal installation in groundwater for air-conditioning, cooling devices has a perforated exchanger 2 located on horizontal pipes 18, which is connected to the supply unit 1 by pipes 3 and 4 in a closed circuit, which are mounted in the external sump 12 to the installation, while a control valve with an actuator 11, a strainer 7, shut-off valves 8 and balancing valves 9 are mounted on the pipe 3 supplying cold or hot water to the air supply unit 1, and on the discharge pipe 4 heated or chilled water, a circulation pump 6, cut-off valves 8 and balancing valves 9, a three-way valve 10 with an actuator and a weather regulator 5 are installed with installation pipes connected to a pipe 3 supplying hot or cold water, a pipe 4 draining water from the air supply unit 1 and directly to the air supply unit 1. The installation according to the invention has a sump of the circulation pumping station 13, an air vent 14, nanometers 15, a safety valve 16, an expansion vessel 17 and a horizontal pipe for cold or hot water with increased power 19.

Claims

1.A system of devices for obtaining hot or cold water from a horizontal installation in groundwater for air-conditioning and cooling devices, characterized in that it has a perforated exchanger 2 located on horizontal pipes 18, which is connected with the supply air handling unit 1 by pipes 3 and 4 in closed circuit, which are attached in the external sump 12 to the installation, where on the pipe 3 supplying cold or hot water to the air supply unit 1 there is mounted a control valve with an actuator 11, strainer 7, shut-off valves 8 and balancing valves 9, and on a hot or chilled water discharge pipe 4 installed

4 is a circulation pump 6, shut-off valves 8 and balancing valves 9, a three-way valve 10 with an actuator and has a weather regulator 5.

The device arrangement according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the weather regulator 5 is connected by means of installation pipes to a pipeline 3 supplying hot or cold water, a pipe 4 discharging water from the air supply unit 1 and directly to the air supply unit 1.