ITRM20120162U1 - Impianto di riscaldamento e raffreddamento dell¿aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

"Impianto di riscaldamento e raffreddamento dell'aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria"

Il presente trovato ha per oggetto un impianto di riscaldamento e raffreddamento dell'aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria. A questo scopo, l'impianto comprende, fra l'altro, un collettore solare o pannello solare termico, almeno un serbatoio per l'acqua calda, una pompa di calore, fonti di calore supplementari sotto forma di scaldaacqua elettrici convenzionali, apparecchi di ventilazione per riscaldare o raffreddare l'aria dell'ambiente interno, e mezzi di controllo in risposta a sensori per azionare valvole e pompe di circolazione.

I componenti sopra elencati sono presenti in molti documenti dello stato della tecnica. A titolo di esempio, viene qui menzionato l'impianto descritto nel brevetto US-4,111,259, concesso a Lebduska il 5 settembre 1978. In esso un collettore solare è inserito in un circuito ad anello comprendente, oltre ad un serbatoio per l'acqua calda e ad una pompa di circolazione, uno scambiatore di calore per produzione di acqua calda sanitaria, associato, se necessario, ad uno scaldaacqua elettrico. L'impianto del brevetto citato comprende inoltre una pompa di calore avente, tradizionalmente, uno scambiatore lato freddo ed uno scambiatore lato caldo. Nel funzionamento invernale lo scambiatore lato freddo della pompa di calore scambia energia con l'acqua calda del serbatoio, che è riscaldata mediante il collettore solare e, in mancanza di insolazione, mediante lo scambiatore di calore per la produzione di acqua calda sanitaria; lo scambiatore lato caldo è collegato ad apparecchi di ventilazione o ventilconvettori per la fornitura di aria calda all'ambiente interno. Nel funzionamento estivo lo scambiatore lato caldo della pompa di calore è collegato a ventilconvettori per l'espulsione del calore all'esterno; lo scambiatore lato freddo della pompa di calore è collegato a ventilconvettori per la fornitura di aria fredda all'ambiente interno.

L'impianto secondo il brevetto sopra citato può funzionare egregiamente per il condizionamento dell'aria; tuttavia si ritiene che possa essere perfezionato in molti aspetti relativi alla produzione di acqua calda sanitaria,

In questo contesto, il compito tecnico alla base del presente trovato è proporre un impianto di riscaldamento e raffreddamento dell'aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria che superi gli inconvenienti della tecnica nota.

In particolare, uno scopo del presente trovato è di permettere un'ampia e rapida produzione di acqua calda sanitaria, diversificata a seconda delle esigenze e delle condizioni climatiche, in un impianto comprendente una pompa di calore ed un collettore solare, in particolare sia per la partenza a freddo, sia dopo svuotamento accidentale ed imprevisto del serbatoio di accumulo.

Dipendentemente da ciò, un altro scopo del trovato è quello di creare un'interazione fra diversi serbatoi di accumulo nella fornitura di acqua calda sanitaria.

Ancora un altro scopo del presente trovato è quello di ottimizzare l'interazione fra una pompa di calore e un collettore solare o pannello solare termico.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un impianto di riscaldamento e raffreddamento dell'aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria, comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un impianto di riscaldamento e raffreddamento dell'aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 è una vista laterale schematica dell'impianto del presente trovato;

- la figura 2 è una vista frontale schematica dell'impianto della figura 1; e - la figura 3 è una rappresentazione circuitale schematica dell'impianto secondo il presente trovato.

Si faccia riferimento inizialmente alle figure 1 e 2, che, come sopra detto, rappresentano schematicamente una vista laterale e, rispettivamente, una vista frontale dell'impianto del presente trovato. In esse è indicato con 1 un collettore solare o pannello solare termico del tipo high pipe, avente un fascio tubiera disposto in posizione inclinata. Alla sommità del collettore solare 1 è disposto un serbatoio principale per l'acqua riscaldata indicato con 2, al di sotto del quale è un serbatoio di riserva 3, separato dal serbatoio principale 2. Con 4 è indicata una pompa di calore che, vantaggiosamente, secondo il presente trovato si trova al di sotto del fascio tubiera 5 del collettore solare 1. Il collettore solare 1 è situato opportunamente per ricevere la migliore insolazione, ad esempio su di un tetto o su di una terrazza. In tal modo il fascio tubiera 5 è riscaldato dall'ambiente esterno ma anche dal lato caldo della pompa di calore 4 che invia l'aria calda prodotta verso di essi secondo la freccia C, mentre l'aria fredda prodotta dal lato freddo della pompa di calore 4 è mandata verso l'ambiente esterno secondo la freccia F. Come si vedrà meglio in seguito, la pompa di calore 4 comprende uno scambiatore isolato 24 per il riscaldamento e il raffreddamento dell'aria interna all'ambiente interessato e uno scambiatore isolato 27 con mini accumulo per acqua calda sanitaria.

Facendo riferimento alla figura 3 che è una rappresentazione circuitale schematica deirimpianto secondo il presente trovato, gli stessi componenti delle figure 1 e 2 sono contrassegnati con gli stessi numeri di riferimento. Più specificatamente, il serbatoio principale 2, mostrato in sezione longitudinale nella figura 3, presenta un separato serbatoio interno 6 a sua volta diviso in tre zone con setti di separazione a labirinto isolati, indicati genericamente con 7, eventualmente riscaldate da resistori RI e R2. Le zone sono indicate con 8, 9 e 10, da sinistra a destra (nella figura 3), interessate da gradienti di temperatura. In una variante particolarmente vantaggiosa la zona 10 è isolata dal resto del serbatoio interno 6 e principale 2 al fine di ottenere una funzione rapida ed economica scaldando solamente un terzo dell'accumulo. Anche il serbatoio di riserva 3, sottostante al serbatoio principale 2, ha un setto di separazione a labirinto 7, collocato in posizione centrale per dividere in due parti 11, 12, eventualmente riscaldate da resistori R3 e R4. 1 serbatoi principale 2 e di riserva 3 sono alimentati dalla rete attraverso un rubinetto di isolamento 13, un filtro 14 ed una valvola di motorizzata 15 a tre vie, ed hanno uscite indicate genericamente con US. In entrata al serbatoio di riserva 3 è anche una valvola di isolamento 16, mentre in uscita sono una valvola motorizzata 17 ed una valvola di ritegno R 18. In entrata al serbatoio principale 2 sono un rubinetto di isolamento 19 al serbatoio interno 6, in particolare nella sua zona più fredda 8, e un rubinetto di isolamento 20 alla parte esterna del serbatoio principale 2 tramite una valvola pressostatica di reintegro acqua VR 21. Un vaso di espansione VS è collegato al ramo di ingresso dell'acqua dalla rete tramite un rubinetto. Nella stessa zona esterna del serbatoio principale è inserito uno scambiatore di calore 22 della pompa di calore 4 con gas in ingresso previa valvola motorizzata 23.

D'altra parte, la pompa di calore 4 è collegata convenzionalmente all'impianto di condizionamento per l'immissione di aria calda o fredda nell'ambiente. Questo impianto, prowisto di ventilconvettori non mostrati, è schematizzato nel sopracitato blocco 24 di scambiatore per il riscaldamento e il raffreddamento tramite una valvola motorizzata 25. Inoltre, secondo il trovato la pompa di calore 4 è collegata tramite una elettrovalvola 26 con il sopracitato scambiatore isolato 27 con mini accumulo per acqua calda sanitaria.

Lo scambiatore isolato 27 è collegato alla zona 8 del serbatoio interno 6 tramite un tubo di pescaggio 28 nella zona 8. Questo collegamento è miscelato con acqua più calda proveniente dalla zona 10 del serbatoio interno 6 tramite un tubo di pescaggio 29 ed una valvola miscelatrice a tre vie 30. Lo scambiatore isolato 27 è inoltre collegato tramite una pompa di circolazione 31 ed una valvola motorizzata a tre vie 32 al serbatoio di riserva 3 con una valvola di ritegno R; e attraverso una valvola motorizzata a tre vie 33, al ricircolo tramite un ramo 34 o, tramite una valvola motorizzata a tre vie 35, al serbatoio interno 6 nella sua zona 10. È presente un termostato TA. A valle della valvola motorizzata a tre vie 35 un ramo 36, in comunicazione tramite un braccio 37 al serbatoio di riserva 3 porta ad un'utilizzazione sanitaria 38. Il braccio 37, mettendo in comunicazione il serbatoio principale 2 con il serbatoio di riserva 3, consente il recupero di acqua calda sanitaria in sovratemperatura mediante il travaso dall'uno all'altro.

Va evidenziato che il serbatoio principale 2 è collegato anche all'impianto di condizionamento deH'aria ambiente tramite i rami 39 e 40 coll'impiego di una valvola motorizzata a tre vie 41. 1 rami di andata e ritorno dell'Impianto di condizionamento alimentati da una pompa di circolazione 42 sono collegati tra loro mediante una valvola motorizzata a tre vie 43. Grazie a questa disposizione circuitale, nell'impianto di condizionamento dell'aria ambiente, il suo riscaldamento è eseguito mediante energia solare.

Anche se non descritto, va compreso che nell'impianto è previsto un circuito elettrico che prowede ad azionare tutti i componenti elettrici dell'impianto, come la pompa di calore i resistori, le pompe di circolazione, i ventilconvettori, le valvole di intercettazione, le valvole motorizzate, i mezzi di controllo, sulla base di sensori non descritti in dettaglio.

Viene nel seguito riassunto il funzionamento deirimpianto secondo il trovato. Nel funzionamento invernale, per la sola produzione di acqua calda sanitaria, l'elettrovalvola 25 è chiusa, così come la valvola motorizzata a tre vie 41, mentre l'elettrovalvola 26 è aperta con lo scambiatore isolato 27.

Per il solo riscaldamento deH'aria ambiente, l'elettrovalvola 26 è chiusa, così come la valvola motorizzata a tre vie 41, mentre l'elettrovalvola 25 è aperta sull'impianto di condizionamento.

Per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria in condizioni normali, l'elettrovalvola 25 è aperta, così come la valvola motorizzata a tre vie 41, mentre l'elettrovalvola 26 è chiusa con lo scambiatore isolato 27. Per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria nelle condizioni di dover aumentare la temperatura negli ambienti, le elettrovalvole 25 e 26 sono aperte, mentre la valvola motorizzata a tre vie 41 è aperta in condizioni veramente eccezionali.

In caso di partenza a freddo, il contributo immediato è quello fornito dalla pompa di calore 4, con la pompa di circolazione 31 e il mini accumulo dello scambiatore isolato 27. Si ha un ricircolo rapido e la valvola motorizzata a tre vie 33 decide sulla temperatura dell'acqua di ricircolo e la valvola motorizzata 35 miscela direttamente al sanitario 38: i tubi di pescaggio 28 e 29, rispettivamente dalla periferia del serbatoio principale 2, e dal serbatoio interno 6, consentono una miscelazione regolata per garantire acqua calda sanitaria subito alla temperatura desiderata.

Nelle condizioni normali di funzionamento, si può utilizzare acqua calda in accumulo riscaldata dal sole, che può essere elevata di temperatura dalla pompa di calore in ogni momento si desideri.

Nel funzionamento estivo, in caso di solo condizionamento, l'elettrovalvola 25 è aperta sull'impianto di condizionamento, mentre sia l'elettrovalvola 26 che la valvola motorizzata a tre vie 41 sono chiuse.

In caso di condizionamento e contemporanea produzione di acqua calda sanitaria, l'elettrovalvola 25 è aperta, mentre l'elettrovalvola 26 sullo scambiatore del serbatoio isolato 27 è chiusa. È aperta invece l'elettrovalvola 23, mentre la pompa di calore 4 funziona con un solo compressore. Viene quindi recuperato spazio nei locali caldaia. Quando l'acqua del serbatoio principale 2 è a temperatura (50 - 55 °C), l'elettrovalvola 23 è chiusa e la pompa di calore 4 emette aria calda verso il fascio tubiera a U 5 del collettore solare 1 e/o espandere l'accumulo con la pompa di circolazione 31, tramite la valvola motorizzata 32, nel serbatoio di riserva 3.

Quando la temperatura nel serbatoio principale 2 è molto elevata (80 °C) per effetto dell'Insolazione, viene recuperato il calore facendo funzionare la pompa di circolazione 31, la valvola motorizzata a tre vie 32, la valvola motorizzata 17 e il tubo di pescaggio 29 trasferendo acqua calda dal serbatoio principale 2 al serbatoio di riserva 3.

In definitiva, si comprende che la caratteristica dell'impianto secondo il presente trovato consiste soprattutto nella presenza di vari serbatoi per l'ottimizzazione dell'utilizzo dell'acqua calda prodotta soprattutto di acqua calda sanitaria. Ciò è assicurato dai collegamenti all'interno del serbatoio principale 2 e fra il serbatoio principale 2 e i serbatoi di riserva 3 e lo scambiatore isolato 27. Un'altra caratteristica importante è la particolare collocazione della pompa di calore 4 al di sotto del fascio tubiera 5. Essa permette di utilizzare il calore emesso dal lato caldo della pompa di calore 4, che finora è stato emesso inutilmente nell'ambiente, per riscaldare ulteriormente il fascio tubiera 5. Ciò è particolarmente utile quando l'insolazione non è elevata.

Va tenuto presente che gli effetti ottenuti sono raggiunti con una pompa di calore dotata di un solo compressore e senza l'impiego di caldaie o camini, di energia geotermica o altro, anche se questi potrebbero essere comunque impiegati in via opzionale.

Inoltre, i vantaggi sono ottenuti in modo ecologico, con costi contenuti, specialmente con economia di gestione e di manutenzione, in tempi rapidi e in spazi ridotti. Ancora, l'impianto secondo il trovato si caratterizza per la sua adattabilità a funzionamenti più o meno forzati. Per un funzionamento economico sono interessati la pompa di calore 4 e la zona 10 del serbatoio interno 6, per un funzionamento normale la pompa di calore 4 e tutto il serbatoio interno 6, per un funzionamento super la pompa di calore 4 e tutto il serbatoio interno 6 con l'aggiunta del resistere R2 nella zona 10 ed infine per un funzionamento turbo la pompa di calore 4, tutto il serbatoio interno 6 con l'aggiunta del resistere R2 nella zona 10 e del resistere RI nella zona 9 del serbatoio 6.

Inoltre, un valido controllo sul funzionamento dell'impianto è fornito dalla valvola motorizzata a tre vie 15 che controlla la differenza di temperatura dei serbatoi principale 2 e di riserva 3 e decide da dove viene prelevata l'acqua calda sanitaria 38. Ciò risulta utile specialmente in estate quando la sovrassolazione trasferisce l'acqua calda sanitaria dal serbatoio principale 2 al serbatoio di riserva 3 e viene prelevata tutta l'acqua calda dal serbatoio principale 2.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di riscaldamento e raffreddamento dell'aria ambiente e produzione di acqua calda sanitaria, comprendente un collettore solare (1) dotato di un fascio tubiera (5) e un serbatoio principale (2) per l'acqua calda allacciato alla rete idrica e includente un serbatoio interno (6) a sua volta diviso in tre zone (8, 9, 10), una pompa di calore (4) interagente col collettore solare (1), fonti di calore supplementari sotto forma di scaldaacqua elettrici, ventilconvettori per riscaldare o raffreddare l'aria dell'ambiente interno, e mezzi di controllo in risposta a sensori per azionare valvole e pompe di circolazione, caratterizzato dal fatto che la pompa di calore (4) è collegata ad uno scambiatore isolato (27) per mini accumulo di acqua calda sanitaria cooperante con il serbatoio principale (2) per la produzione di acqua calda e per la regolazione della temperatura dell'acqua nel circuito dei ventilconvettori.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detto scambiatore isolato (27) è collegato ad un termostato (TA) funzionante con una pompa di circolazione (31) ed è allacciato mediante una valvola motorizzata (33) da un lato ad un ramo a ricircolo (34), avente un elemento di pescaggio (28) nella zona (8) del serbatoio interno (6) tramite una valvola miscelatrice (30) e, dall'altro, ad una valvola motorizzata (35) avente un elemento di pescaggio (29) nella zona (10) del serbatoio interno (6), per ottenere rapidamente acqua calda sanitaria mediante la pompa di calore (4).
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detto serbatoio principale (2) e scambiatore isolato (27) sono collegati con un serbatoio di riserva (3) a sua volta allacciato alla rete idrica.
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detta pompa di calore (4) è collocata sotto il collettore solare (1) in modo che il lato caldo della pompa di calore (4) sia rivolto verso detto fascio tubiera (5).
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detto impianto di condizionamento è collegato al serbatoio principale (2) mediante una pompa di circolazione (42) e valvole motorizzate a tre vie (41, 43) per ottenere il riscaldamento dell'aria ambiente mediante l'energia solare.