FI71415B - Anordning foer kombinerat utnyttjande av vaermebaerande mediersaosom ytvatten eller liknande som vaermekaella - Google Patents

Description

7141 5

Laite lämpöä siirtävien väliaineiden, kuten pintaveden tai vastaavien yhteiskäyttämiseksi lämmönlähteenä - Anordning för kombinerat utnyttjande av värmebärande medier, säsom ytvatten eller liknande som värmekälla 5 Tämä keksintö koskee laitetta lämpöä säilyttävien väli aineiden yhteiskäyttämiseksi, jossa pintavettä tai vastaavaa on epäsuorasti käytetty lämmönlähteenä rakennuksien tai vastaavien rakenteiden lämmittämiseen.

Käytettäessä lämpöpumppua tietyn lämmöntarpeen tyy-10 dyttämiseksi on lämmönlähteen lämpötilalla ratkaiseva merkitys käyttötaloutta ajatellen. Useimpien luonnollisten lämmönlähteiden, kuten maan, veden ja ilman osalta pätee että lämpötila vaihtelee sesongeittaan auringonsäteilyn mukaan. Lämmöntarve lämmitystä jne varten on normaalisti 15 täysin vastakkainen näihin luonnollisiin lämmönlähteisiin verrattuna. Sesonkivarastoimalla lämpöä säilyttävää väliainetta, jonka lämpötila vastaa nk. kesälämpötilaa, voidaan tästä syystä varmistaa edulliset ja stabiilit käyttö-olosuhteet koko vuoden ajan.

20 Luonnollisten lämmönlähteiden käyttämiseksi suuressa mittakaavassa on erityisesti veden käyttäminen kiinnostavaa, koska sitä voidaan lämpöä säilyttävänä väliaineena syöttää suoraan lämpöpumppuun. Sisävesien ja vesistöjen pintaveden lämmönvaihtelut seuraavat - hyvin vähäisellä 25 hidastuksella - ilman lämpötilan vaihteluja, kuten seuraa-vista käyristä ilmenee. Nämä vaihtelut saavat aikaan sen, että lämpötila koko kesän (noin 4 kuukauden) aikana ylittää +14°C ja nousee aina +20°C:seen, kun taas lämpötila talvikauden (noin 4-5 kuukauden) suurimman osan aikana 30 alittaa +3°C. Matalilla merivesialueilla saadaan vastaavat lämpötilan vaihtelut. Vesistöjen lämpötilaan verrattuna nämä vaihtelut syntyvät kuitenkin pienellä hidastuksella, eivätkä maksimi- ja minimiarvot ole yhtä korostettuja.

2 71415 Tämä hidas sopeutuminen ympäristön lämpötilaan riippuu vesimassojen suuresta lämpökapasiteetista. Alueilla, joissa veden syvyys on suurempi tai joilla esiintyy suolapitoisuuden eroista johtuvia kerrostumia voivat meriveden lämpöti-5 lan vaihtelut poiketa huomattavasti seuraavissa käyrissä esitetyistä arvoista. Koska lämpötilan normaalit kausivaihtelut tasoittuvat lähestulkoon täysin ylimmän maakerroksen alapuolella, on pohjaveden lämpötila jatkuvasti noin +8°C. Tämä lämpötila vastaa vuoden keskilämpötilaa maanpinnan ta-10 solia (vrt. käyriä). Pohjavesi muodostaa siis stabiilin lämmönlähteen lämpöpumppuja varten. Edellä esitettyjen luonnollisten lämmönlähteiden lisäksi voidaan myös käyttää hukkavettä lämmönlähteenä. Jäteveden lämpötila vaihtelee myös vuodenajan mukaan ja on +8°C - +18°C, katso allaole-15 via käyriä. Huomattavia poikkeamia voi kuitenkin esiintyä seurauksena teollisen jäteveden tai sulan veden, sisään-valuvan pohjaveden tai ojitusveden jne vaikutuksesta.

Allaolevissa käyrissä kuvatut lämpötilat edustavat olosuhteita eteläisessä Ruotsissa. Pohjoisempana lämpöti-20 lat ovat jonkin verran alhaisemmat.

3 71415

Selitykset --- Vesistöt ---- Merivesi ______ Pohjavesi °C _ Jätevesi 420- S '"'v /\"L Käytettävissä /_____\ *—* oleva lämpötilan '>ss. lasku kuvion 1 mu- ^ I B “ >/ kaisessa suorassa /; / \\ n. lämmönsyötössä // / K\ // / Λ·\\ +12- /1 / \\ ^\ / /! / \f\ \ / --------4--------------------r _/—.........— +2 / \ y -0 ~=rrr~^-t"~~r' ~1 1---1 Ί--------1 T~ J------1------1----— --rrrm, , »

T H M HTKHESL MJTHM H

Eri lämmönlähteiden lämpötilan vaihtelut

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista mitä seuraavissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksintö selitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa on esitetty lämmöntuotanto-5 laitoksen periaatepiirros, jolloin kuviossa 1 on esitetty kesäajan käyttöolosuhteita ja kuviossa 2 talviajan käyttö-olosuhteita sekä niihin kuuluvat kaaviot nk. sykevarastoil- 4 71415 le läminönvarastointia varten.

Kesäaikana on pintaveden lämpötila huomattavasti korkeampi kuin pohjaveden lämpötila. Tänä aikana on siis edullisempaa käyttää pintavettä lämmönlähteenä lämpöpumppuja 5 varten. Vuoden muina aikoina voidaan myös käyttää hyväksi pintaveden suurta lämpösisältöä kesäaikana varastoimalla lämpöä pohjavesivarastoihin. Tämä voi tapahtua siten, että siihen syötetään kesäaikana lämmintä vettä varaston lataamiseksi. Samanaikaisesti siitä poistetaan vastaava määrä 10 jäähdytettyä vettä, jota voidaan johtaa vesistöön tai järveen 1. Lämmin vesi voidaan tämän jälkeen varastoida ilman mainittavampia lämpötilahäviöitä pohjavesivarastossa 2. Talviaikana lämmitettyä vettä otetaan varastosta 2 ja syötetään lämpöpumppulaitokseen 3 lämmöntarpeen vaihtelujen mu-15 kaan. Samanaikaisesti kylmää vettä siirretään varastoon 2. Tällä tavalla ylläpidetään jatkuva hydraulinen tasapaino varastossa, kuten myös terminen tasapaino koko vuotta ajatellen. Varasto 2 voidaan teknisesti muodostaa nk. sykeva-rastoksi, johon lämmin vesi syötetään ja poistetaan siitä 20 keskeisesti sijoitettujen kaivojen kautta, kun taas kylmää vettä samalla poistetaan ja lisätään ulompana oleviin kaivoihin, mikä ilmenee allaolevista kaavioista, joissa on esitetty nk. sykevarastojen toimintaperiaate lämmönvarastointia varten.

25 Pohjaveden lämmittäminen, kuten myös kosketus ilman hapen kanssa voi aiheuttaa kemiallisia reaktioita, jotka voivat saada aikaan saostumista ja kaivojen tukkeutumista. Nyt ko. tapauksissa lämpötilan vaihtelut ovat kuitenkin niin pieniä, ettei niitä voida pitää ongelmana. Pohjaveden ha-30 pettumisen estämiseksi lienee sitävastoin tarpeellista kierrättää sitä suljetussa järjestelmässä. Lämmönsiirron pintavedestä täytyy tällöin tapahtua lämmönvaihtimissa 4, mikä aiheuttaa 2 - 3°C:n lämpötilahäviön. Neljän lämpimimmän kesäkuukauden aikana vaihtelee pintaveden lämpötila normaalis-35 ti +14°C ja n. 20°C välillä, vertaa edelläesitettyjä käyriä.

5 71415

Keskilämpötila on noin +17°C. Lämmönvaihdon kautta voi pohjaveden lämpötila tällöin saavuttaa noin 14°C - 15°C:een arvon. Varastointivaiheen lämpötilahäviöiden takia oletetaan lämpötilan laskevan edelleen noin 12°C - 13°C:een ta-5 solle. Käytettävissä oleva lämpötilan lasku lämpöpumpussa 3 tulee tällöin olemaan runsaat 10°C koko vuoden aikana.

|«4° j -Π5° j +4°.

r77 ; 77/7777777/7^ ' 7 7 7 7~7 7'7~P 7 7 7 7 ~T7~T

' V . I ' . - * f · Vl5° ’ . ' f 1 j 'νΛΤΛ \ \ \ \ \ \ \ v\'\ \ v\~\ n <, v. \ \ v v v v y v \ \ ν'

Varautuminen kesäaikana | +3° | +13° |+3° r~T7~ / 7.// 7 7 7 , 7 / s / s 7~7 7~y 7 7 7 7 7 7 7 7 7" 7TT7 . ·. 1 '+3? ·. .V- +13® . | ":-»13 · 43° - I.·.·. · · \\'.vvv \ \ \\ \(\'\ v\ uvuut

Varautuminen talviaikana "Sykevarestojen" toimintaperiaate lämmön-varastointia varten 6 71415

Tietyn halutun tehon ottamiseksi lämmönlähteestä 1 lämpöpumpun 3 avulla tarvitaan lämmönlähteen lämpötilan tietyn laskun myötä tietynsuuruista syöttöä. Kun käytetään lämmön1ähdettä, jonka lämpötila on suhteellisen korkea, 5 saadaan edulliset käyttöolosuhteet. Lämmönlähdettä voidaan tällöin käyttää siten, että lämpötila lasketaan enintään (noin 10° - 12°C) tasolle, joka on juuri jäätymispisteen yläpuolella. Tällöin rajoitetaan virtausta laitoksen läpi, mikä aiheuttaa lämpöpumpun höyrystimen, siirtojohtojen, ulos-10 ottolaitteiden jne. pienempää mitoitusta. Vaihtoehtoisesti voidaan lämmönlähteen lämpötilaa laskea rajoitetusti (noin 3° - 5°C) niin, että saadaan aikaan suhteellisen korkea lähtölämpötila. Tällöin pienenee lämpöpumpun nk. lämpötilan nousu ja saavutetaan korkeampi lämpökerroin.

15 Luonnollisen lämmönlähteen saamiseksi, joka ylläpitää nk. kesälämpötilaa läpi vuoden, on luotu huoltojärjestelmä, joka käsittää pöhjavesivarastossa 2 olevan lämpövaras- ton 5 ja lämmönvaihdinlaitoksen 4 siihen kuuluvine siirto-johtoineen, meno- ja tulolaitteineen jne. Laitetta on tar-20 koitus käyttää siten, että lämmintä pintavettä tai merivettä otetaan vesistöstä tai merestä 1 kesäaikana. Tämä vesi syötetään lämmönvaihdinlaitokseen 4, jossa lämpö siirretään pohjaveteen, jota kierrätetään suljetussa järjestelmässä, jolloin lämpövarasto 5 varautuu. Muina vuodenaikoina ote-25 taan lämmitettyä pohjavettä lämpövarastosta 5 lämmöntarpeen vaihtelujen mukaan. Pohjavettä kierrätetään tällöin lämpö-pumppulaitoksen 3 kautta, jossa varastoitu lämpö poistuu. Tällöin pöhjavesivarastossa 2 oleva lämpövarasto 5 purkautuu. Kuviot 1 ja 2 niihin kuuluvine sykevarastokaavioineen 30 selittävät keksinnön mukaisen menetelmän toimintaperiaatteen.

Tämä keksintö ei tietenkään rajoitu tähän rakennemuo-toon, vaan sitä voidaan luonnollisesti muunnella keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (4)

1. 71 41 5 Patenttivaatimukset;
2. 1. Laite lämpöä säilyttävien väliaineiden yhteiskäyt-tämiseksi, jossa pintavettä tai vastaavaa on epäsuorasti käytetty lämmönlähteenä rakennuksien tai vastaavien rakenteiden lämmittämiseen, tunnettu siitä, että vesistöstä, järvestä tai merestä (1) saatua vettä on kesäaikana järjestetty johdettavaksi pohjavesivaraston (2) ulkopuolella olevaan lämmönvaihdinlaitteeseen (4) siihen kuuluvine elimineen, jossa lämpö on järjestetty siirrettäväksi pohjaveteen, joka tällöin lämpenee suuruudeltaan luonnollisessa pintavedessä esiintyviin lämpötiloihin ja joka on järjestetty kierrätettäväksi suljetussa järjestelmässä, jolloin lämpövarasto (5) varautuu pohjavesivarastoon (2), jonka jälkeen lämmitettyä pohjavettä muina vuodenaikoina on lämmöntarpeen vaihteluiden mukaisesti järjestetty kierrätettäväksi lämpöpumppulaitoksen (3) kautta, niin että pohjavesivarastossa (2) oleva lämpövarasto (5) on järjestetty purkautumaan ja varastoitu lämpö poistumaan.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämmönvaihdinlaitteeseen (4) kuuluvat elimet on järjestetty siirtojohdoista, meno- ja tulo-elimistä tai vastaavista. Patentkrav;
4. 1. Anordning för kombinerat utnyttjande av värmebä-rande medier, där ytvatten eller liknande som värmekälla är använt indirekt för uppvärmning av byggnader eller liknande konstruktioner, kännetecknad därav, att vatten frän vattendrag, sjö eller hav (1) under sommartid är anordnat att ledas tili en utanför ett grundvattenmaga-sin (2) belägen, med tillhörande organ försedd värmeväxlar-anordning (4), där värmen är anordnad att överföras tili grundvatten, som härvid uppvärmes tili temperaturer av samma storlek som de i naturligt ytvatten förekommande och som är anordnat att bringas att cirkulera i ett slutet