ITMI20060773A1 - Circuito idraulico per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria ottenuti da una sorgente si acqua calda centralizzata - Google Patents

Circuito idraulico per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria ottenuti da una sorgente si acqua calda centralizzata Download PDF

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ITMI20060773A1
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
"CIRCUITO IDRAULICO PER IL RISCALDAMENTO E LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA OTTENUTI DA UNA SORGENTE DI ACQA CALDA CENTRALIZZATA"
La presente invenzione riguarda i gruppi idraulici utilizzati in unità termiche periferiche per il controllo della fornitura di acqua calda, prodotta da una stazione di teleriscaldamento o da una centrale termica dell'edificio, per il suo utilizzo come sorgente di calore per il sistema di riscaldamento ambientale e per la fornitura di acqua calda sanitaria, brevemente indicata come ACS.
E' noto utilizzare l'acqua calda prodotta in modo centralizzato, locale o a distanza, per ottenere l'acqua calda usata nel riscaldamento di singole unità abitative, nonché per l'acqua calda per uso sanitario. Tipicamente, grazie ad un circuito idraulico installato in unità termiche periferiche, l'acqua proveniente dalla sorgente centralizzata ad una temperatura dell'ordine di 70-80°C alimenta gli elementi di riscaldamento ambientale (radiatori) e viene rimandata alla sorgente, mentre l'acqua calda sanitaria viene ottenuta con acqua prelevata dalla rete idrica e riscaldandola attraverso uno scambiatore di calore in cui, come liquido riscaldante, circola l'acqua “centralizzata” di riscaldamento, temporaneamente dirottata attraverso una valvola a tre vie o dispositivo equivalente.
Installazioni di questo genere sono particolarmente vantaggiose in quanto consentono rendimenti (relativamente) elevati della combustione utilizzando una caldaia di grandi dimensioni o, meglio ancora, più caldaie “in cascata” sfruttate al massimo del loro rendimento oppure, in alcuni casi di teleriscaldamento, acqua calda disponibile a basso costo, come “sottoprodotto” di processi industriali o sfruttando sorgenti di calore naturali.
Queste installazioni offrono inoltre una considerevole riduzione del costo dei singoli impianti che non richiedono più una caldaia autonoma per ogni impianto, nè le eventuali condutture per il trasporto del gas metano, offrendo tuttavia in pratica la stessa flessibilità di impiego degli impianti autonomi.
I gruppi idraulici noti tuttavia presentano alcuni inconvenienti che limitano attualmente i vantaggi di questi impianti.
In installazioni di questo genere, il bilanciamento degli impianti relativi alla singola unità abitativa, in relazione alle condizioni di utilizzo dell’impianto centralizzato, è spesso laborioso o comunque implica l’utilizzo di dispositivi appositi con un relativo costo. Ad esempio le condizioni operative dei diversi moduli possono essere notevolmente diverse a causa di numerosi fattori, tra cui si possono citare, ad esempio, il piano a cui è ubicata l’unità abitativa, la sua esposizione e la sua posizione rispetto ad altre unità adiacenti, l’utilizzo da parte dell’utente sia del riscaldamento che dell’acqua calda sanitaria, eventuali cadute di pressione nell’impianto di riscaldamento, ecc. Un buon bilanciamento è tuttavia fondamentale per ottenere un comfort accettabile per tutte le unità abitative indipendentemente dalla loro distanza dalla centrale termica e dalle numerose condizioni locali.
Inoltre, nelle soluzioni note, le unità termiche periferiche hanno dimensioni di ingombro non trascurabili, in relazione alle modalità di installazione. Infatti, le unità vengono spesso incassate nelle pareti dello stabile o dell’appartamento ed il circuito idraulico che ne occupa una buona parte, costituisce un limite.
Infine, nei dispositivi noti non è spesso agevole escludere il modulo dall’impianto centralizzato quando non vi è richiesta di acqua calda da parte del modulo stesso, senza che esso contabilizzi calorie consumate.
Scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti e le limitazioni sopra illustrate, ed in particolare di realizzare un circuito o complesso idraulico per la costruzione di impianti del tipo indicato in precedenza che sia estremamente compatto, semplice da collegare al resto dell'impianto, che consenta una manutenzione agevole e semplificata, ed abbia costi di costruzione e di installazione molto limitati.
Secondo l'invenzione, questi scopi vengono conseguiti mediante un circuito idraulico di controllo per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria ottenuti da una sorgente di acqua calda centralizzata secondo la rivendicazione 1, come pure attraverso gli elementi metallici secondo le rivendicazioni 12, 14 e 16. Ulteriori vantaggiose caratteristiche formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati che illustrano forme realizzative preferite, ma non limitative, dell'invenzione, in cui:
la Fig. 1 illustra schematicamente la struttura di un circuito idraulico secondo la presente invenzione;
la Fig. 2 illustra una variante realizzativa del circuito idraulico secondo la presente invenzione;
le Figg. 3, 4 e 7 sono rispettivamente una vista frontale, posteriore ed in prospettiva del gruppo idraulico di mandata del circuito di Fig. 1 ;
le Figg. 5, 6, e 8 sono rispettivamente una vista frontale, posteriore ed in prospettiva del gruppo idraulico di ritorno del circuito di Fig. 1 ; e
le Figg. 9 e 10 sono rispettivamente una vista in prospettiva ed una vista frontale del gruppo di bypass.
Nelle Figure sono stati utilizzati gli stessi riferimenti per contraddistinguere parti uguali o funzionalmente equivalenti e, per maggiore chiarezza le direzioni dei flussi di acqua sono indicate da frecce.
Con riferimento inizialmente alla Fig. 1 , i tubi indicati con 1 e 2, rispettivamente di mandata e di ritorno, trasportano l’acqua calda di teleriscaldamento, ottenuta in vario modo, che viene utilizzata per il riscaldamento e per la produzione di ACS. Ad essi, in corrispondenza di un appartamento o di altra unità abitativa, è collegato un modulo 10 secondo l'invenzione.
Per semplicità, l'impianto di riscaldamento dell’utente è schematizzato con un singolo elemento radiatore R, mentre i dispositivi di erogazione dell’acqua sanitaria, sia calda che fredda, sono indicati schematicamente dal rubinetto F con un regolatore Fq in grado di miscelare l’acqua calda sanitaria con l’acqua proveniente dalla rete 3, per ottenere acqua sanitaria alla desiderata temperatura.
Il modulo 10 secondo l’invenzione è formato da un gruppo di mandata 10A, da un gruppo di ritorno 10B collegati ad uno scambiatore acqua-acqua 6, tipicamente del tipo a piastre, e da un dispositivo di bypass 24..
Una realizzazione del gruppo di mandata 10A è mostrata nelle Figg. 3, 4 e 7, e comprende un dispositivo di smistamento 11 , tipicamente una valvola a tre vie azionata tramite il motore 35, collegato al tubo di mandata 1 dell’acqua calda centralizzata attraverso una valvola miscelatrice a tre vie indicata con il riferimento 5, anch’essa motorizzata, la cui funzione verrà illustrata più oltre. Un raccordo 33 del gruppo 10A porta l’acqua calda allo scambiatore 6, mente un raccordo 34 riceve l’acqua calda sanitaria proveniente dallo scambiatore 6
Il gruppo di mandata 10A comprende inoltre le sedi per due sensori di temperatura 23, ad esempio realizzati mediante sonde o resistor! NTC, rispettivamente sulla valvola a tre vie 11 e sull’uscita dell’acqua sanitaria, di cui in Fig. 3 sono visibili i fori o alloggiamenti filettati 43, 44 ed un foro filettato 4 per il rubinetto di scarico dell’impianto di riscaldamento domestico.
La valvola a tre vie 11 prevede due uscite 15 e 16 alle quali, su comando che verrà illustrato in dettaglio più oltre, è in grado di smistare o instradare l’acqua calda prelevata dal tubo di alimentazione 1 oppure, se richiesto, l'acqua ottenuta miscelando l’acqua proveniente dal tubo 1 con una frazione dell’acqua (sempre calda, ma a temperatura inferiore a quella proveniente dal tubo 1) proveniente dal ritorno dell'impianto di riscaldamento R dell’utente attraverso la valvola miscelatrice 5.
Il gruppo di mandata 10A comprende inoltre un ulteriore dispositivo di bypass secondario automatico 28 collegato al gruppo di ritorno 10B che interviene in caso di perdite elevate nell’impianto di riscaldamento mantenendo sostanzialmente costante la portata dell’acqua circolante nella pompa,
Nella realizzazione illustrata in Fig. 1, il gruppo di ritorno 10B comprende una valvola parzializzatrice 12 per la regolazione della portata dell’acqua circolante nell’impianto, un sensore di flusso 8, preferibilmente realizzato come un sensore ad effetto Hall, atto a rilevare la richiesta di ACS da parte dell’utente, una connessione di ingresso 26 per l’acqua fredda dalla rete idrica 3, eventualmente contabilizzata con un dispositivo contalitri 22, ed una connessione di uscita 21 per l’acqua fredda contabilizzata e da inviare al miscelatore Fq del rubinetto F. Il gruppo di ritorno comprende inoltre una connessione 27 per il montaggio di un dispositivo cireolatore, ad esempio una pompa P e due connessioni per il collegamento allo scambiatore a piastre acqua-acqua 6, rispettivamente 35 per il ritorno dell’acqua calda centrale e 36 per l’entrata dell’acqua fredda dalla rete idrica 3.
Nelle Figg. 5, 6 ed 8 è illustrato l’elemento metallico che insieme ai componenti (non mostrati) costituisce il sottogruppo 10B.
La valvola parzializzatrice 12 consente di regolare la portata dell’acqua circolante nell’impianto in modo da compensare eventuali differenze di pressione o cadute di pressione tra gli impianti delle diverse unità abitative, evitando ad esempio surriscaldamenti.
Il funzionamento è gestito da una centralina elettronica di controllo 25, opportunamente programmata, che riceve in ingresso i valori di temperatura ed eventualmente di portata, e genera i comandi - schematizzati con linee a tratto - per i diversi componenti, e fornisce i segnali di controllo per i diversi attuatori.
Quando non è richiesta acqua calda sanitaria, ovvero dal rubinetto F viene prelevata solo acqua fredda per impieghi domestici, il dispositivo 11 devia l’acqua calda in entrata sull’uscita 15 che è coliegata all’impianto di riscaldamento dell’utente (schematicamente all’entrata 17 del radiatore R). L’uscita 18 del radiatore R è collegata attraverso il gruppo di ritorno 10B e la pompa P, al tubo 2 di ritorno dell’acqua centralizzata. E’ inoltre previsto un collegamento atto a deviare una parte dell’acqua di ritorno verso l’entrata 19 della già menzionata valvola miscelatrice 5.
Quando viene richiesta acqua calda sanitaria, il dispositivo 11 devia l’acqua calda (che può essere quella proveniente direttamente dal tubo 1 , oppure acqua a temperatura intermedia ottenuta dalla miscelazione dell’acqua dal tubo 1 con una frazione di quella di ritorno dei radiatori attraverso la valvola miscelatrice 5) verso lo scambiatore acqua-acqua 6, tipicamente del tipo a piastre, nel cui altro circuito viene immessa l’acqua fredda proveniente dalia tubazione di rete 3, che viene riscaldata e portata attraverso il raccordo al rubinetto F di miscelazione/erogazione per essere erogata come ACS.
La valvola parzializzatrice 12 interposta nel gruppo ritorno 10B consente la regolazione della portata d’acqua circolante nell'impianto di riscaldamento, parametro fondamentale per eseguire un corretto bilanciamento del singolo impianto in relazione all’impianto centralizzato.
Per quanto riguarda le funzioni della valvola miscelatrice 5, si deve tener presente che negli impianti noti la temperatura dell’acqua che viene inviata allo scambiatore 6 per riscaldare l’acqua calda sanitaria, è, in genere, sostanzialmente fissa, e viene eventualmente regolata al momento dell'installazione impostando un potenziometro nella centralina.
La presenza della valvola miscelatrice 5 secondo l’invenzione, consente di ottenere una funzione di regolazione particolarmente efficace. Essa infatti miscela - su comando della centralina 25 - l’acqua proveniente dalla sorgente centralizzata attraverso il condotto 1 (a 70-80°C) con l’acqua di ritorno deirimpianto di riscaldamento domestico (tipicamente a temperatura di 50-60°C) in modo da ottenere le temperature richieste o impostate dall’utente per l’acqua di riscaldamento e per l’acqua calda sanitaria. La regolazione avviene tramite i valori misurati dalle rispettive sonde di temperatura 23. E’ così possibile modificare, in funzione delle specifiche esigenze dell’impianto e dell’utente, sia la temperatura dell’acqua che va agli elementi di riscaldamento, che la temperatura dell’acqua sanitaria.
La contabilizzazione dell’energia termica da addebitare al singolo utente avviene attraverso lo strumento 9 inserito a valle della pompa P, tipicamente un contabiiizzatore di energia termica secondo i parametri di portata e temperatura da esso misurati.
Sui raccordi che collegano i tubi 1 e 2 al circuito secondo l’invenzione è inoltre inserito un dispositivo 24 di by-pass della portata dell’impianto centralizzato nel caso in cui non vi sia richiesta da parte del modulo stesso, senza che esso contabilizzi calorie consumate. Nelle Figg. 9 e 10 è mostrata una realizzazione preferita del dispositivo 24 di by-pass, formata da un blocco in ottone con i raccordi per i collegamenti ai tubi 1 e 2 da una parte, ed al resto del circuito dall’altra, ed incorpora un dispositivo che, in corrispondenza di una prestabilita pressione differenziale è in grado di mettere in comunicazione il tubo di mandata con quello di ritorno.
Nel gruppo ritorno 10B è inoltre vantaggiosamente integrato, oltre all’ingresso 26, anche un raccordo di uscita 21 per acqua fredda sanitaria per consentire un semplice ed economico montaggio di un contabilizzatore di consumo acqua sanitaria (22) senza dover ricorrere ad un ulteriore componente (tipicamente un raccordo a tre vie).
Secondo una variante realizzativa dell’invenzione, illustrata in Fig. 2, la valvola miscelatrice 5 e la valvola parziaiizzatrice 12 sono incorporate nel gruppo di mandata 10A, mentre la valvola a tre vie 11 è ricavata nel gruppo di ritorno 10B rendendo più compatto il circuito ed evitando l’utilizzo di un componente separato con i relativi maggiori costi. Gli altri componenti sono sostanzialmente uguali o equivalenti a quelli della realizzazione di Fig. 1 e non sono illustrati in dettaglio.
Il circuito secondo l'invenzione ha dimensioni compatte e prevede soluzioni originali vantaggiose. In particolare, l’integrazione di una valvola parziaiizzatrice in uno dei due gruppi idraulici componenti il circuito con la quale è possibile ricavare un più fine bilanciamento del singolo impianto.
L’integrazione della valvola miscelatrice in uno dei due gruppi idraulici componenti il circuito consente di ridurre gli ingombri ed il costo rispetto ad un componente sciolto coi relativi collegamenti.
Infine, l’integrazione di un doppio attacco per acqua sanitaria sul gruppo ritorno per consentire un semplice ed economico montaggio di un contabilizzatore di consumo acqua sanitaria senza dover ricorrere ad un ulteriore raccordo a tre vie.
I gruppi di mandata e di ritorno, ed il gruppo di bypass sono in materiale metallico quale ad esempio ottone, preferibilmente in forma monolitica oppure con componenti metallici comunque assemblati.
Benché l'invenzione sia stata illustrata con riferimento a costruzioni preferite, essa è in generale suscettibile di altre applicazioni e modifiche che si intendono comprese neH'ambito protettivo, come risulterà evidente al tecnico del settore.

Claims (16)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito idraulico (10) per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria collegato ad una sorgente di acqua calda centralizzata (1 , 2) e comprendente una pompa (P), uno scambiatore di calore acqua-acqua (6), un dispositivo di smistamento (11) e mezzi di controllo (25) per inviare detta acqua calda centralizzata, attraverso detto dispositivo di smistamento (11), rispettivamente all’impianto di riscaldamento (R) dell'utente, o al detto scambiatore di calore (6) quando l’utente richieda acqua calda sanitaria, detto circuito essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - un gruppo idraulico di mandata (10A) ed un gruppo idraulico di ritorno (10B) collegati tra loro dal detto scambiatore di calore acqua/acqua (6) atto alla produzione di acqua calda sanitaria; ed una valvola miscelatrice (5) per deviare una parte dell’acqua di ritorno dall’impianto di riscaldamento (R) e miscelarla con l’acqua calda proveniente dalla detta sorgente di acqua calda centralizzata (1 , 2) su controllo dei detti mezzi di controllo (25).
  2. 2. Circuito idraulico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere sensori di temperatura (23, 23), rispettivamente dell’acqua per il riscaldamento e dell’acqua calda sanitaria in uscita dal detto scambiatore di calore acqua/acqua (6).
  3. 3. Circuito idraulico secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una valvola parzializzatrice (12) per variare la portata d’acqua deirimpianto e consentirne il bilanciamento.
  4. 4. Circuito idraulico secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo di smistamento (11) è una valvola a tre vie integrata nel detto gruppo idraulico di mandata (10A) (FIG.1)
  5. 5. Circuito idraulico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la detta valvola parzializzatrice (12) è integrata nel detto gruppo di ritorno (10B). (FIG. 1)
  6. 6. Circuito idraulico secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo di smistamento (11) è una valvola a tre vie integrata nel detto gruppo idraulico di ritorno (10B). (FIG. 2)
  7. 7. Circuito idraulico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la detta valvola parzializzatrice (12) è integrata nel detto gruppo di mandata (10A). (FIG. 2)
  8. 8. Circuito idraulico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la detta valvola miscelatrice (5) è integrata nel detto gruppo di mandata (10A). (FIG. 2)
  9. 9. Circuito idraulico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di by-pass (24) per l’esclusione del circuito, collegato tra i tubi (1 , 2) provenienti da detta sorgente di acqua calda centralizzata (1 , 2) e detti sottogruppi (10A, 10B).
  10. 10. Circuito idraulico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere sul gruppo di ritorno (10B) due attacchi, rispettivamente di ingresso (26) e uscita (21) per acqua sanitaria integrati con il gruppo stesso.
  11. 11. Circuito idraulico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere uno strumento di contabilizzazione (9) dell’energia termica inserito a valle della detta pompa (P).
  12. 12. Elemento metallico per gruppo di mandata in un circuito idraulico per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, caratterizzato dal fatto di incorporare una valvola a tre vie e due sedi (43, 44) per sonde di temperatura.
  13. 13. Elemento metallico per gruppo di mandata secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di prevedere una sede (4) per un rubinetto di scarico deirimpianto di riscaldamento.
  14. 14. Elemento metallico per gruppo di ritorno in un circuito idraulico per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, caratterizzato dal fatto di incorporare una valvola parzializzatrice (12), una sede per un sensore di flusso (8), una connessione di ingresso (26) alla rete idrica (3).
  15. 15. Elemento metallico per gruppo di ritorno secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto di incorporare una connessione (27) per il montaggio di una pompa (P) e due (35, 36) connessioni per il collegamento allo scambiatore a piastre acqua-acqua (6),
  16. 16. Elemento metallico per gruppo di bypass in un circuito idraulico per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, caratterizzato dal fatto di incorporare due raccordi per la connessioni ai tubi (1, 2) di mandata e ritorno di una sorgente di acqua calda centralizzata, due connessioni al resto del circuito idraulico, ed un dispositivo che in corrispondenza di una prestabilita pressione differenziale è atto a mettere in comunicazione il tubo di mandata (2) con quello di ritorno (1).
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