ITBS20070034U1

ITBS20070034U1 - Dispositivo e procedimento per il trattamento dell'aria

Info

Publication number: ITBS20070034U1
Application number: IT000034U
Authority: IT
Inventors: Rosella Rizzonelli
Original assignee: Rosella Rizzonelli
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2007-12-17
Also published as: ITTN20020016A1; WO2004020913A1; AU2003264871A1; EP1535000A1

Description

DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO PER IL TRATTAMENTO DELL’ARIA

DESCRIZIONE

Formano oggetto della presento invenzione un dispositivo ed un procedimento per il trattamento dell’aria in ambienti, e quindi per il riscaldamento, il raffreddamento o la deumidificazione dell’aria stessa.

Sono noti dispositivi per trattamento dell’aria detti ventilconvettori che vengono utilizzati sia in impianti civili che industriali quali terminali per il riscaldamento o il raffreddamento e deumidificazione dell’aria. In applicazioni più sofisticate possono prevedere anche la deumidificazione tramite l’effetto combinato di una batteria di raffreddamento e deumidificazione ed una di post-riscaldamento.

Il fluido operativo primario (cioè quello che circola all’interno dello scambiatore di calore) può essere costituito da acqua od altri fluidi in grado di trasportare calore sia per conduzione che per cambiamento di stato (mediante processi di evaporazione o condensazione di un gas). Il fluido secondario (quello che circola all’esterno dello scambiatore) è costituito da aria umida.

Il riscaldamento, il raffreddamento od il trattamento termodinamico (nel caso di sistemi a compressione di vapore saturo) del fluido primario vengono realizzati nello stato della tecnica mediante unità centrali costituite da apparecchiature quali: caldaie, refrigeratori d’acqua o unità motocondensanti (unità esterne di condizionatori d’aria) con o senza sistema di pompa di calore, resistenze elettriche, pannelli solari, recuperatori di calore, macchine a ciclo ad assorbimento, ecc..

La distribuzione del fluido primario avviene con tubazioni che collegano l’unità utilizzatrice o di trattamento, ad esempio il ventilconvettore, con quella di generazione o assorbimento del calore. In un singolo impianto possono essere applicati uno o più ventilconvettori per la climatizzazione dei vari ambienti.

Gli attuali ventilconvettori sono costituiti essenzialmente dai seguenti componenti:

• Un gruppo di ventilazione che serve a far circolare l’aria sullo scambiatore di calore. Questo sistema ventilante può essere di tipo centrifugo (aspirazione dal centro della ventola e mandata convogliata da un’apposita coclea in una precisa direzione) o tangenziale (aspirazione dei filetti fluidi tangenziali al diametro della ventola, con accelerazione dinamica del flusso d’aria, tramite il principio del vortice centrale con zona di “cut off”).

• Uno scambiatore di calore fluido primario-aria costituito da una serie di tubi paralleli (generalmente in rame) disposti con precise geometrie, sui quali sono fissate con un ottimo contatto meccanico e termico una serie di sottili fogli metallici di piccolo spessore (generalmente in alluminio). Le tubazioni sono collegate tra di loro tramite apposite curve aventi il diametro delle tubazioni, in modo da costituire uno o più circuiti chiusi nei quali circola il fluido primario. I fogli metallici possono essere più o meno distanziati tra di loro. Lo scopo di quest’ultimi è quello di dissipare meglio il calore contenuto nel fluido primario o, nel caso di funzionamento in raffreddamento, di trasmettere il calore contenuto dall’aria (o fluido secondario) ai tubi e quindi al fluido primario. Gli scambiatori di calore sono corredati da appositi attacchi.

• Struttura portante in lamiera o plastica che serve ad ancorare i componenti sopra descritti ed a garantire il fissaggio o l’appoggio dell’apparecchio su una parete, sul soffitto o sul pavimento.

• Mobile metallico o in materiale plastico per il rivestimento estetico e la chiusura dei condotti interni dell’aria. Nei casi in cui il ventilconvettore non è in vista (controsoffitti, locali macchine, ecc.) la copertura esterna ha solo uno scopo funzionale e non estetico, e quindi è costituita da lamierati o semplici pannelli in plastica.

• Griglie di aspirazione e mandata dell’aria trattata. Per le macchine non in vista questi dispositivi non sono tra le dotazioni del ventilconvettore ma vengono scelti dall’installatore a secondo delle sue esigenze. Le griglie di mandata aria sono in molti casi regolabili per poter scegliere la direzione del flusso.

• Pannello elettrico od elettronico di controllo e gestione delle funzioni, presente soprattutto nei ventilconvettori accessibili collocati all’interno degli ambienti da climatizzare.

• Filtro per aria. Questo dispositivo può essere sia di tipo meccanico, elettrostatico od a carboni attivi. In alcuni casi queste tecnologie possono essere combinate tra loro in un unico componente.

Il funzionamento degli attuali ventilconvettori è quindi basato esclusivamente sul principio della convezione tramite ventilazione meccanica. Il ventilconvettore garantisce, per mezzo della ventilazione meccanica, abbondanti flussi di aria in grado di trasferire grandi quantità di calore con superfici di scambio relativamente contenute. Questa caratteristica è tanto più rilevante quanto più elevate sono le differenze assolute di temperatura tra il fluido primario e l’aria. In particolare nella funzione di raffreddamento, dove si hanno modeste differenze di temperatura tra i fluidi, la ventilazione è molto importante per garantire i sufficienti trasferimenti di calore in apparecchi dalle dimensioni contenute (integrabili in ogni ambiente). Tali ventilcovettori presentano però alcuni inconvenienti, in quanto in assenza del flusso d’aria generato dal funzionamento del motoventilatore i valori di resa termica, anche nell’utilizzo in riscaldamento, sono molto bassi e quindi insufficienti a mantenere il regime termico in ambiente. La costante ventilazione genera inoltre alcuni effetti negativi quali; una più o meno rilevante rumorosità ed un movimento continuo dell’aria e delle polveri, nelle quali si annidano sostanze dannose all’organismo umano.

Sono altresì noti nello stato nella tecnica radiatori o termosifoni attualmente presenti sul mercato in varie tecnologie di realizzazione (fusioni in ghisa o alluminio, stampaggio a freddo di lamiere d’acciaio, assemblaggio di tubazioni o profili estrusi e laminati, ecc..) che si basano unicamente sui principi della convenzione naturale e dell’irraggiamento. I loro limiti sono quelli di una bassa potenza di riscaldamento in proporzione alle dimensioni e della impossibilità di espletare la funzione di raffreddamento. La bassa potenza specifica dei radiatori o termosifoni comporta una messa a regime termico invernale degli ambienti molto lunga, soprattutto se si parte da temperature interne relativamente basse.

In questa situazione il compito tecnico posto alla base della presente invenzione è ideare un dispositivo ed un procedimento per il trattamento dell’aria in grado di ovviare sostanzialmente agli inconvenienti citati.

Nell’ambito di detto compito tecnico è un importante scopo dell'invenzione ideare un dispositivo ed un procedimento per il trattamento dell’aria che siano in grado di integrare i vantaggi di un sistema di tipo radiante e convettivo naturale con quelli di un sistema convettivo con ventilazione meccanica. Un altro scopo dell’invenzione è quello di creare un dispositivo ed un procedimento che consentano un funzionamento coordinato delle azioni dei singoli componenti e quindi un trattamento ottimale dell’aria. Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di ideare un dispositivo ed un procedimento che consentano un trattamento dell’aria particolarmente efficace ed efficiente. Ulteriori scopi dell’invenzione sono l’ideazione di un dispositivo e di un procedimento che risultino di facile realizzazione, di semplice utilizzo e di costo contenuto.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo e da un procedimento che si caratterizzano per il fatto di comprendere una o più delle soluzioni tecniche in seguito rivendicate.

Viene ora riportata, a titolo di esempio indicativo e non limitativo, la descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva di un dispositivo e di un procedimento secondo l’invenzione, illustrati negli uniti disegni, nei quali:

- la figura 1 mostra in vista prospettica un dispositivo secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista analoga a quella di figura 1 in cui è stata rimossa la parte frontale del telaio del dispositivo;

- la figura 3 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 1;

- la figura 4 mostra una rappresentazione schematica di tre possibili posizioni di montaggio del dispositivo di figura 1 in un ambiente. Con riferimento alle figure citate, il dispositivo per il trattamento dell’aria secondo l’invenzione è globalmente indicato con il numero di riferimento 15.

Il dispositivo 15 comprende un telaio 4 nel quale sono alloggiati mezzi di ventilazione 1, comprendenti ad esempio un convenzionale sistema di ventilazione meccanica, preferibilmente un motoventilatore 1. La struttura portante o telaio 4 garantisce il fissaggio dei vari componenti e costituisce anche la struttura necessaria ad ancorare, a parete, a soffitto o a pavimento, l’intero dispositivo 15.

Mediante i mezzi di ventilazione 1 l’aria viene aspirata dall’ambiente esterno mediante un’apertura di ingresso 16 dell’aria nel telaio 4 ed inviata in un primo condotto 9 interno al telaio 4 verso uno scambiatore di calore convettivo (ad esempio una batteria alettata) o primo scambiatore di calore 2. Il dispositivo 15 comprende inoltre una coclea 7. Il motoventilatore 1 può essere realizzato con l’utilizzo di principi delle varie macchine aerauliche conosciute (centrifughe, radiali, tangenziali o assiali). Nello stesso scambiatore 2 avviene il trasferimento di calore tra il fluido operativo primario che circola nelle tubazioni o condutture 10, connesse al primo scambiatore di calore 2, e l’aria stessa. Una volta trattata dal primo scambiatore di calore 2, l’aria transita in un secondo condotto 11 del telaio 4 sino a raggiungere nuovamente l’ambiente esterno tramite la griglia 6 o attraverso un ulteriore condotto e diffusore montato in fase di installazione del dispositivo 15.

Il dispositivo 15 comprende inoltre due bacinelle di raccolta 8 mediante le quali viene drenata l’acqua di condensa che si forma sullo scambiatore convettivo 2 durante il funzionamento in raffreddamento e deumidificazione. In particolare le bacinelle 8 consentono la raccolta della condensa quando l’apparecchio 15 si trova in posizione 12 diritta vicino a terra, quando si trova in posizione orizzontale, per esempio nel posizionamento 14 sul soffitto, o capovolta, come nel posizionamento 13 nella parte alta della parete (vedere figura 4).

Sull’apertura di ingresso 16 è vantaggiosamente applicato un filtro 5 che può essere direttamente collocato sul dispositivo o montato separatamente dall’installatore. Il principio di funzionamento del filtro 5 può essere a setaccio meccanico (separazione meccanica delle polveri dall’aria), di tipo elettrostatico (dove tramite una differenza di potenziale elettrostatica tra alcuni elettrodi appositamente sagomati, viene attratta la polvere sugli stessi), o a carboni attivi (dove avviene l’adsorbimento delle sostanze inquinanti con molecole molto piccole). In figura 3 sono mostrati mediante opportune frecce i flussi di ingresso 19 e di uscita 20 dell’aria dal telaio 4.

In accordo con la presente invenzione, nella parte frontale del dispositivo 15 è presente un radiatore-convettore naturale o secondo scambiatore di calore 3, operativamente connesso alla condutture 10, nel quale circola il fluido primario in serie o in parallelo allo scambiatore convettivo a ventilazione meccanica 2. Il secondo scambiatore 3 può avere diverse dimensioni e tipologie realizzative. La funzione del radiatore 3 è quella di garantire anche senza il funzionamento del motoventilatore 1 un rendimento termico apprezzabile sia per effetto radiante che convettivo naturale.

Il dispositivo 15 può essere quindi vantaggiosamente costituito da un ventilconvettore radiante con effetto convettivo e radiante naturale, derivante dal secondo scambiatore 3, e con effetto convettivo con ventilazione meccanica, derivante dal primo scambiatore 2.

In pratica l’invenzione unisce e coordina le azioni dei componenti costituenti un tradizionale ventilconvettore con un elemento integrato avente effetto radiante e convettivo naturale senza necessità di ventilazione meccanica. Questo elemento, il secondo scambiatore 3, è collocato preferibilmente sulla parte anteriore del dispositivo 15, in modo da svolgere correttamente la sua funzione e da costituirne anche una copertura estetica.

Il coordinamento e l’automazione del funzionamento dei vari componenti è ottenuta con appositi dispositivi elettromeccanici ed elettronici o tramite valvole ad azionamento meccanico.

In pratica la gestione del funzionamento del dispositivo 15 è affidata a mezzi di controllo e di coordinamento 17 del funzionamento dei vari componenti, i quali sono rappresentati in modo schematico nelle figure e possono essere costituiti da dispositivi automatici (schede elettroniche di controllo) o parzialmente manuali (tasti e regolazioni elettromeccaniche), che comandano mezzi meccanici quali valvole e simili per la selezione dei flussi appropriati nelle condutture 10. In pratica tali mezzi di controllo e coordinamento 17 possono essere costituiti da circuiti di controllo di per sé di tipo noto e quindi non ulteriormente descritti.

Il dispositivo 15 è provvisto inoltre di un’unità di generazione o assorbimento del calore, non illustrata nelle unite figure in quanto di tipo convenzionale, operativamente connessa mediante le condutture 10 ai due scambiatori di calore 2, 3.

Il dispositivo 15 sopradescritto può essere vantaggiosamente integrato in un impianto per il trattamento dell’aria che può comprendere una pluralità di dispositivi 15 ed almeno un’unità centrale di generazione o assorbimento del calore operativamente connessa ai dispositivi 15 stessi mediante le condutture o linee di collegamento 10.

In accordo con un procedimento per il trattamento dell’aria secondo la presente invenzione, i mezzi di controllo e di coordinamento 17 del funzionamento del primo e del secondo scambiatore comprendono un sistema di regolazione e controllo operante con logiche di tipo elettromeccanico, elettronico o termodinamico atte a garantire il massimo comfort di utilizzo.

Per esempio il funzionamento dei vari componenti può essere determinato a seconda della differenza tra la temperatura ambiente e quella richiesta dall’utente. Più precisamente quando la differenza tra la temperatura rilevata nell’ambiente e la temperatura desiderata è rilevante (ad esempio delta T > 5-6 °C) entra in funzione il ventilatore per garantire un grande flusso di calore che scalderà o raffredderà rapidamente l’ambiente. Quando la differenza di temperatura diminuisce (ad esempio delta T<1-2 °C) il ventilatore si arresta automaticamente e lo scambiatore radiante-convettivo naturale garantisce il mantenimento della temperatura di comfort.

In pratica un procedimento per il trattamento dell’aria in un ambiente secondo la presente invenzione comprende essenzialmente le fasi di: - determinare la differenza tra la temperatura dell’ambiente ed una temperatura desiderata da un utente;

- trattare l’aria dell’ambiente per convezione mediante ventilazione forzata se detta differenza risulta superiore ad un valore predeterminato;

- arrestare la ventilazione forzata quando la differenza risulta inferiore a detto valore predeterminato; e

- trattare l’aria dell’ambiente per irraggiamento e convezione naturale per mantenere la differenza sostanzialmente in corrispondenza del valore predeterminato.

La fase di trattare l’aria dell’ambiente per irraggiamento e convezione naturale può essere eseguita in alternativa o anche contemporaneamente alla fase di trattare l’aria dell’ambiente per convezione mediante ventilazione forzata.

L’invenzione consente di ottenere importanti vantaggi.

In particolare va rilevato che l’invenzione unisce le potenzialità di un sistema convettivo a ventilazione meccanica con il comfort di un sistema convettivo-radiante.

Le prestazioni dell’apparecchio così concepito sono decisamente più avanzate per il raggiungimento rapido ed il mantenimento del comfort termico ambientale, soprattutto nel funzionamento in riscaldamento. Anche il controllo della temperatura diventa molto più preciso grazie ad una erogazione di potenza in riscaldamento ed in raffreddamento proporzionale alle differenze di temperatura tra quanto desiderato dall’utente ed ambiente.

Infine va rilevato che l’invenzione consente di ottenere un dispositivo ed un corrispondente procedimento per il trattamento dell’aria che risultano di semplice realizzazione, di facile e comodo impiego, e di costo particolarmente contenuto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il trattamento dell’aria comprendente un telaio (4) di supporto, un primo scambiatore di calore (2), ad effetto convettivo, alloggiato in detto telaio (4) e mezzi di ventilazione (1) atti a generare un flusso d’aria attraverso detto primo scambiatore di calore (2), un secondo scambiatore di calore (3), di tipo radiante e convettivo naturale, associato a detto telaio (4) e mezzi di controllo e di coordinamento (17) del funzionamento del primo (2) e del secondo scambiatore (3), essendo detto secondo scambiatore (3) sostanzialmente a monte di detto primo scambiatore (2) rispetto alla direzione di detto flusso d'aria.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che è costituito da un ventilconvettore radiante per il riscaldamento, il raffreddamento e/o la deumidificazione dell’aria.
3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detto primo scambiatore (2) e detto secondo scambiatore (3) sono operativamente connessi mediante condutture (10) per la circolazione di un fluido operativo primario.
4. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1, 2 o 3 caratterizzato dal fatto che detto secondo scambiatore (3) è associato all’esterno di detto telaio (4)
5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che il secondo scambiatore (3) è applicato sulla parte frontale del telaio (4).
6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ventilazione (1) sono di tipo meccanico e comprendono un motoventilatore (1).
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detto motoventilatore (1) è di tipo tangenziale.
8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che è installabile in una pluralità di posizioni di montaggio, a parete bassa (12), a parete alta (13), capovolto di 180°, o a soffitto (14) in posizione orizzontale.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che comprende due bacinelle di raccolta (8) per drenare l’acqua di condensa che si forma sul primo scambiatore (2) durante il funzionamento in raffreddamento e deumidificazione, disposte in modo da raccogliere la condensa in tutte le diverse posizioni di montaggio.
10. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un elemento di filtrazione (5) dell’aria di tipo meccanico, elettrostatico o a carboni attivi, disposto in corrispondenza di un’apertura di ingresso (16) dell’aria nel telaio (4).
11. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i mezzi di controllo e di coordinamento (17) del funzionamento del primo (2) e del secondo scambiatore (3) comprendono dispositivi automatici, quali schede elettroniche di controllo, e parzialmente manuali, quali tasti e regolazioni elettromeccaniche, che comandano mezzi meccanici, quali valvole e simili, per la selezione dei flussi di fluido primario nei due scambiatori (2, 3).
12. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il primo scambiatore di calore (2) è alimentato con un fluido frigorigeno diverso dall’acqua.
13. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto primo scambiatore (2) è costituito da una batteria alettata.
14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che combina ed unisce l’effetto convettivo determinato dai mezzi di ventilazione (1) e dal primo scambiatore di calore (2) con l’effetto radiante-convettivo naturale del secondo scambiatore (3).
15. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti a caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi sensori (18) per rilevare la temperatura nell’ambiente in cui è montato il dispositivo (15) e la temperatura del fluido primario.
16. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti a caratterizzato dal fatto che detto telaio (4) è provvisto di un primo condotto (9) per l’aria in cui sono disposti detti mezzi di ventilazione (1) e di un secondo condotto (11) per l’aria operativamente connesso al primo condotto (9) ed in cui è disposto detto primo scambiatore (2), e di una griglia (6) di uscita dell’aria disposta al termine di detto secondo condotto (11), essendo detto primo condotto (9) atto a convogliare detto flusso d'aria anche verso detto secondo scambiatore (3).
17. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la porzione distale di detto primo scambiatore (2), rispetto a detti mezzi di ventilazione (1), è disposta più vicina a detto secondo scambiatore di calore (3) della porzione prossimale di detto primo scambiatore (2).
18. Impianto per il trattamento dell’aria caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di dispositivi (15) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ed almeno una unità centrale di generazione o assorbimento del calore operativamente connessa a detti dispositivi (15) mediante linee di collegamento.
19. Procedimento per il trattamento dell’aria in un ambiente caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: determinare la differenza tra la temperatura dell’ambiente ed una temperatura desiderata da un utente; trattare l’aria di detto ambiente per convezione mediante ventilazione forzata se detta differenza risulta superiore ad un valore predeterminato; arrestare detta ventilazione forzata quando detta differenza risulta inferiore a detto valore predeterminato; e trattare l’aria di detto ambiente per irraggiamento e convezione naturale per mantenere detta differenza sostanzialmente in corrispondenza di detto valore predeterminato.
20. Procedimento secondo la rivendicazione 19 caratterizzato dal fatto che detta fase di trattare l’aria di detto ambiente per irraggiamento e convezione naturale viene eseguita anche contemporaneamente a detta fase di trattare l’aria di detto ambiente per convezione mediante ventilazione forzata.