Ґрунтовий теплообмінник для геотермальної вентиляції

Реферат: UA 122356 U UA 122356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки вентиляції і кондиціонування повітря і може застосовуватись як в житлових, так і виробничих приміщеннях, наприклад тваринницьких фермах чи пташниках. Відома геотермальна вентиляційна система [Патент України № 26809, F24F 7/04, бюл. № 16, 2007 р.], що містить шахту забору зовнішнього повітря, розміщений в ґрунті повітряний геотермальний теплообмінник, з'єднаний перемикальним елементом з шахтою забору зовнішнього повітря і входом припливного каналу вентильованого приміщення з вентилятором, причому повітряний геотермальний теплообмінник виконаний у вигляді вертикальної обсадної труби свердловини в ґрунті, на нижньому кінці якої закріплений конденсатовідвідник, а по всій її висоті діаметрально розміщений нагнітальний повітропровід з перфораційними отворами в нижній частині і центруючими завихрювачами повітряного потоку з кутом нахилу лопаток 30-80°, які розміщенні один від одного на відстані 8-10 діаметрів обсадної труби, а шахта забору зовнішнього повітря обладнана нагнітальним дефлектором. Основними недоліками цього обладнання є низька енергетична ефективність через збільшені втрати тиску в ґрунтовому теплообміннику, відсутність теплоізоляції внутрішньої труби. Найбільш близьким аналогом є геотермальна вентиляційна система [Патент України № 91875, F24F 7/04, бюл. № 14, 2014 р.], що містить шахту забору зовнішнього повітря з нагнітальним дефлектором і вентилятором, з'єднану з ґрунтовим теплообмінником, виконаним у вигляді вертикальної обсадної труби свердловини в ґрунті, на нижньому кінці якої закріплений конденсатовідвідник, а по всій її висоті коаксіально розміщений нагнітальний повітропровід з перфорованою зоною в нижній частині і центруючими завихрювачами повітряного потоку, систему зволоження масиву ґрунту, розміщеною вздовж зовнішньої поверхні вертикальної обсадної труби, в просторі між вертикальною обсадною трубою та нагнітальним повітропроводом розташовані бактерицидні ультрафіолетові лампи, а зовнішня поверхня нагнітального повітропроводу забезпечена теплоізоляцією по всій довжині, крім перфорованої зони, причому вертикальна обсадна труба виконана бетонною, залитою у свердловину. Основними недоліками означеного обладнання є складність конструкції та низька енергетична ефективність через збільшені втрати тиску в ґрунтовому теплообміннику. В основу корисної моделі поставлена задача розробки ґрунтового теплообмінника для геотермальної вентиляції, в якому за рахунок нового співвідношення його параметрів забезпечується підвищення енергетичної ефективності. Поставлена задача вирішується тим, що у ґрунтовому теплообміннику для геотермальної вентиляції, який містить коаксіально встановлені обсадну та внутрішню труби, згідно з корисною моделлю, співвідношення площі поперечного перерізу внутрішньої труби та площі поперечного перерізу міжтрубного простору складає 0,618 (золотий переріз), внутрішня труба має лінійний термічний опір теплопровідності на рівні 2-3 м °С/Вт, а відстань між торцями внутрішній і обсадної труби складає 0,6-0,9 діаметра обсадної труби. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена принципова схема ґрунтового теплообмінника для геотермальної вентиляції. Ґрунтовий теплообмінник для геотермальної вентиляції містить коаксіально встановлені обсадну 1 та внутрішню 2 труби. Обсадна труба 1 встановлена в свердловині, що пробурена в ґрунті 3, причому свердловина заповнена тампонажним розчином 4. Внутрішня труба 2 складається із двох тонкостінних оцинкованих стальних труб 5 і 6 з заповненням простору між ними теплоізоляційним матеріалом 7, наприклад пінополіуретаном. Технологічний процес ґрунтового теплообмінника для геотермальної вентиляції здійснюється наступним чином. Повітря, що має температуру Τ1, подається на вхід ґрунтового теплообмінника і віддає (відбирає) тепло ґрунту 3, в результаті чого повітря охолоджується (нагрівається), набуваючи температуру Т2, і подається для подальшого використання. Тампонажний розчин 4 має високу теплопровідність, що поліпшує теплообмін між обсадною трубою 1 і ґрунтом 3. Обсадна труба 1 виконана із матеріалу з високою теплопровідністю, наприклад, сталі. Зовнішня труба 6 сприймає механічні навантаження. Завдяки такій конструкції внаслідок гладкої поверхні сталевих труб 5 і 6 будуть зменшені втрати тиску на тертя у порівнянні з варіантом, коли зовнішня труба 6 відсутня і повітря рухається уздовж поверхні, утвореної теплоізоляційним матеріалом 7. Також буде виключено можливе виділення шкідливих парів з теплоізоляційного матеріалу 7, що може чинити негативний вплив на організм людини чи тварини. Повітря подається в міжтрубний простір, що істотно підвищує величину охолодження (підігріву) для невеликих об'ємних подач повітря, а зменшення величини охолодження (підігріву) для великих об'ємних подач повітря несуттєво. 1 UA 122356 U 5 При співвідношенні площ поперечного перерізу внутрішньої труби та площі поперечного перерізу міжтрубного простору на рівні 0,618 (золотого перерізу) спостерігається мінімум втрат тиску і ефективна теплова потужність ґрунтового теплообмінника близька до максимальних значень для різних об'ємних подач повітря. Діаметр внутрішньої труби може бути визначено за формулою: d 10 15   2  D 2 1    4 в  2 в , 1  де  - число "фі",   0,618 ; D - діаметр обсадної труби, м;  в - товщина стінки внутрішньої труби, м. Лінійний термічний опір теплопровідності внутрішньої труби на рівні 2-3 м·°С/Вт забезпечує економічно доцільну енергетичну ефективність ґрунтового теплообмінника. Це значно зменшує теплообмін між повітрям, що поступає в теплообмінник (рухається вниз) і виходять з нього (рухається вгору). Тобто вже охолоджене (нагріте) повітря не буде нагріватися (охолоджуватися) припливним повітрям. Відстань між торцями внутрішній і обсадної труби на рівні 0,6-0,9 діаметра обсадної труби забезпечує стабільну і невисоку величину місцевого пневматичного опору в просторовому повороті на 180°. Таким чином, при зазначеному вище співвідношенні параметрів забезпечується підвищення енергетичної ефективності ґрунтового теплообмінника на 3-5 %. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Ґрунтовий теплообмінник для геотермальної вентиляції, що містить коаксіально встановлені обсадну та внутрішню труби, який відрізняється тим, що співвідношення площі поперечного перерізу внутрішньої труби та площі поперечного перерізу міжтрубного простору складає 0,618 (золотий переріз), внутрішня труба має лінійний термічний опір теплопровідності на рівні 2-3 м·°С/Вт, а відстань між торцями внутрішній і обсадної труби складає 0,6-0,9 діаметра обсадної труби. 2 UA 122356 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3