Ґрунтовий теплоакумулятор

Реферат: Ґрунтовий теплоакумулятор, що містить теплообмінні циліндричні герметичні резервуари з рідким теплоносієм, розміщені у виконаних в осередку ґрунту свердловинах навколо центрального резервуара в декілька концентричних рядів, розподільні камери з розподільними перегородками, циркуляційний насос, причому осередок ґрунту ґідроізольований по периметру вертикальними ґрунтоцементними палями до рівня водонепроникного шару, і зверху вкритий гідроізольованим матеріалом, наприклад, горизонтальним шаром ґрунтоцементу. UA 97104 U (12) UA 97104 U UA 97104 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі теплопостачання, зокрема до ґрунтових теплоакумуляторів. Відомі ґрунтові акумулятори теплоти з U-подібними теплообмінними трубами по яких прокачується рідкий теплоносій [Системи теплових насосів. Інструкція з проектування. Vissmann-2000. -47 с]. Основним недоліком таких теплоакумуляторів є нераціональне використання теплообмінної бурової поверхні свердловини, внаслідок чого акумулювання теплової енергії має низьку ефективність. Крім того, є необхідність в торкретуванні стінок свердловини при опусканні в неї U-подібної теплообмінної труби. Найбільш близьким за технічною сутністю є ґрунтовий акумулятор теплоти, що містить циркуляційний насос, теплообмінні циліндричні герметичні резервуари з розподільними камерами і розподільними перегородками, в яких рухається рідкий теплоносій. Циліндричні резервуари розміщені у виконаних в осередку ґрунту свердловинах навколо центрального резервуара в декілька концентричних рядів і з'єднані таким чином, що теплоносій проходить послідовно через центральний резервуар, резервуари, які оточують центральний резервуар, резервуари, які оточують перший ряд і так далі [Патент UA № 33302]. Така конструкція забезпечує збільшення теплообмінної поверхні теплоакумулятора та накопичення теплоти в центральній частині акумулятора з використанням для акумулювання енергії теплоємності ґрунту. Завдяки циліндричним герметичним резервуарам, установленим навколо центральної свердловини концентрично в кілька рядів, збільшується поверхня теплопередачі ґрунту з концентрацією теплоти в центральній частині. Недоліками такого ґрунтового теплоакумулятора є зменшена ефективність акумулювання теплової енергії ґрунту при спорудженні його в ґрунтах з низькою природною вологістю, що мають низькі значення теплофізичних характеристик (теплоємності с, теплопровідності λ, температуропровідності а та коефіцієнта теплозасвоєння b). Підвищити ефективність акумулювання теплової енергії осередком ґрунту можна шляхом підвищення значень його теплофізичних характеристик та гідроізоляцією від навколишнього природного ґрунту з низькою природною вологістю. Поставлена задача вирішується тим, що ґрунтовий теплоакумулятор містить теплообмінні циліндричні герметичні резервуари з рідким теплоносієм, розміщені у виконаних в осередку ґрунту свердловинах навколо центрального резервуара в декілька концентричних рядів, розподільні камери з розподільними перегородками, циркуляційний насос, а осередок ґрунту гідроізольований по периметру вертикальними ґрунтоцементними палями до рівня водонепроникного шару, і зверху вкритий гідроізольованим матеріалом, наприклад, горизонтальним шаром грунтоцементу. Осередок фунту теплоакумулятора, який заявляється, насичується водою до оптимальної консистенції, що забезпечує майже у два рази вищі значення с та в середньому у 10 разів λ ґрунту з невисокою вологістю (0,8-3,0 проти 0,17-0,58 Вт/(м*К)), а отже і вищий а [Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Агропромиздат, 1986. - 416с]. Крім того, такі теплофізичні характеристики осередку грунту підвищують здатність до акумулювання теплоти за відповідний період часу та прискорюють підведення/відведення теплоти зволоженого ґрунту до циліндричних герметичних резервуарів у порівнянні з ґрунтом невисокої вологості. Технічна сутність і принцип дії запропонованого ґрунтового теплоакумулятора пояснюється кресленнями: Фіг. 1 - загальний вид ґрунтового теплоакумулятора при виді в плані, без верхнього гідроізолюючого шару. Фіг. 2 - переріз А-А (повернуто) з Фіг. 1 з частковим перетином. Ґрунтовий теплоакумулятор складається з циліндричних герметичних резервуарів 1 з рідким теплоносієм 2 та розподільними камерами 3,4 і перегородками 5, розміщених у свердловинах 6, що виконані в осередку ґрунту 7, гідроізольованого по периметру від навколишнього природного ґрунту 8 вертикальними ґрунтоцементними палями 9 до рівня водонепроникного шару, і зверху вкритий гідроізольованим матеріалом 10, наприклад, горизонтальним шаром ґрунтоцементу, циркуляційного насоса 11. Ґрунтовий акумулятор теплоти працює в такий спосіб. За допомогою циркуляційного насоса 11 рідкий теплоносій 2 рухається по контуру акумулятора, послідовно проходячи через циліндричні герметичні резервуари 1 (рух рідкого теплоносія показано на Фіг. 1 стрілками). Всередині герметичного резервуара 1 рідкий теплоносій 2 рухається вниз по камері 3, обгинає поздовжньо-поперечну перегородку 5 і піднімається нагору по камері 4 до наступного резервуара (рух рідкого теплоносія 2 всередині резервуара 1 показаний стрілками на Фіг.2). 1 UA 97104 U 5 10 15 20 25 30 Завдяки покращеним теплофізичним характеристикам зволоженого ґрунту 7 акумулятора відбувається більш інтенсивна передача теплоти від рідкого теплоносія 2 через зовнішні поверхні резервуарів 1 до осередку ґрунту 7 навколо свердловин 6 з накопиченням теплової енергії центральної частини акумулятора, що істотно підвищує швидкість зарядки/розрядки акумулятора та загальну його теплоємність. Гідроізоляція осередку ґрунту 7 від природного ґрунту 8 здійснюється із ґрунтоцементних елементів 9 виготовлених за бурозмішувальною технологією без виймання ґрунту. Бурозмішувальний метод виготовлення ґрунтоцементу полягає у тому, що за допомогою спеціального обладнання виконують розпушування ґрунту безпосередньо у масиві без його виймання. Одночасно у розпушений ґрунт нагнітається цементна суспензія, виконується перемішування й ущільнення ґрунтоцементної суміші, яка з часом тужавіє та утворює водонепроникне кам'яновидне тіло - палю [Зоценко Н.Л. Сравнительная оценка эффективности армирования основания по данным штамповых испытаний и математического моделирования / Н.Л.Зоценко, Н.И.Лапин, Р.В.Петраш // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2008.- № 4.- С. 17-20]. Облаштування ґрунтового теплоакумулятора з покращеними теплофізичними властивостями здійснюється наступним чином. По периметру запланованої площі ґрунтового теплоакумулятора в природному ґрунті 8 за бурозмішувальною технологією буряться свердловини, що налягають одна на одну, створюючи ґрунтоцементні палі 9 заглиблені до рівня водонепроникного ґрунту. Ці палі 9 являють собою захисний екран від природного ґрунту 8. Потім у створеному обмеженому ґрунтоцементними палями 9 осередку ґрунту 7, виконують свердловини 6, в які встановлюють циліндричні резервуари 1. Значення оптимальних теплофізичних властивостей осередку ґрунту 7 досягаються шляхом насичення його водою. Для запобігання зміни теплофізичних властивостей вологого ґрунту 7 через відкриту верхню поверхню, його вкривають, наприклад, шаром з ґрунтоцементу 10. Розміри ґрунтового теплоакумулятора, його об'єм, профіль і глибина визначаються на стадії робочого проектування стосовно конкретного акумулятора. Запропонований ґрунтовий теплоакумулятор з осередком зволоженого ґрунту, гідроізольованим від навколишнього ґрунту з низькою природною вологістю, дозволяє більш ефективно акумулювати та потім використовувати теплову енергію у порівнянні з теплоакумуляторами, розміщеними безпосередньо в осередках ґрунтів з низькою природною вологістю. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Ґрунтовий теплоакумулятор, що містить теплообмінні циліндричні герметичні резервуари з рідким теплоносієм, розміщені у виконаних в осередку ґрунту свердловинах навколо центрального резервуара в декілька концентричних рядів, розподільні камери з розподільними перегородками, циркуляційний насос, який відрізняється тим, що осередок ґрунту гідроізольований по периметру вертикальними ґрунтоцементними палями до рівня водонепроникного шару, і зверху вкритий гідроізольованим матеріалом, наприклад, горизонтальним шаром ґрунтоцементу. 2 UA 97104 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3