CH625034A5

CH625034A5 - Installation for providing hot water and/or for heating buildings

Info

Publication number: CH625034A5
Application number: CH548978A
Authority: CH
Inventors: Peter Aichner
Original assignee: Peter Aichner
Priority date: 1977-05-19
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1981-08-31
Also published as: DE2821793A1; DE2821793C2

Description

25 La presente invenzione riguarda un impianto per l'approvvigionamento di acqua calda e/o per il riscaldamento di immobili, il quale impianto sfrutta più scambiatori di calore, di cui almeno uno con riscaldamento mediante energia non convenzionale, come energia solare e simile.

30 È noto di prevedere per l'approvvigionamento di acqua calda di una casa degli scambiatori di calore con riscaldamento mediante energia convenzionale, come nafta, gas o elettricità. È anche noto di utilizzare, per un risparmio di energia convenzionale, fonti addizionali di energia non convenzionale, 35 quali la luce solare o il contenuto termico dell'aria esterna, dell'acqua o della terra. La sola utilizzazione di tali sorgenti addizionali di energia non convenzionale per l'approvvigionamento di acqua calda si è dimostrata generalmente insufficiente e anche per il riscaldamento dell'ambiente è eventualmente 40 sufficiente soltanto per il tempo di transizione. Sono stati pertanto presentati degli impianti combinati. Si è riscontrato che in una tale combinazione di sorgenti addizionali di energia non convenzionale con i sistemi finora usuali, il risparmio di energia convenzionale effettivamente conseguito non giustifi-45 ca nella maggior parte dei casi il dispendio necessario per gli impianti addizionali di energia.

L'invenzione si prefigge pertanto di realizzare un impianto per l'approvvigionamento di acqua calda e/o per il riscaldamento di immobili che renda possibile, con un onere relativa-50 mente basso di installazione, un migliore sfruttamento delle sorgenti addizionali di energia non convenzionale. A base dell'invenzione sta la cognizione che il risparmio relativamente modesto di energia convenzionale conseguito con gli impianti noti è dovuto al fatto che le sorgenti addizionali erano state 55 finora combinate in maniera incrementante, ossia in collegamento in serie con le sorgenti convenzionali.

L'impianto secondo la presente invenzione, invece, è caratterizzato dal fatto di comprendere una batteria di miscelamento con due ingressi collegati alle uscite di acqua calda di 60 due scaldacqua, uno riscaldato con energia convenzionale e l'altro con energia non convenzionale, e con una uscita collegata ad una rete di approvvigionamento di acqua calda, dove l'ingresso al quale è collegata l'uscita di acqua calda dello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale ha 65 un collegamento privilegiato verso l'uscita della batteria di miscelamento, la funzione di miscelamento di detta batteria essendo tale che l'acqua calda erogata alla sua uscita abbia una temperatura minima sostanzialmente costante.

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Lo scaldacqa riscaldato con energia non convenzionale sarà chiamato in seguito per brevità scaldacqua solare (anche se può essere sfuttata altra energia non convenzionale per il suo riscaldamento) mentre l'altra scaldacqua sarà chiamato in breve scaldacqua elettrico (anche se può essere riscaldato con altra energia convenzionale).

Con l'impianto secondo l'invenzione è possibile sfruttare al massimo lo scaldacqua solare, in quanto provvede ad immettere nella rete di approvvigionamento di acqua calda prevalentemente l'acqua fornita da questo scaldacqua e solo se la temperatura di quest'acqua scende sotto quella minima prestabilita da erogare all'uscita della batteria, viene fatto ricorso ad . acqua calda fornita dallo scaldacqua elettrico da aggiungere e mescolare all'acqua calda fornita dallo scaldacqua solare.

L'impianto come sopra definito funziona in maniera del tutto soddisfacente quando il tempo è variabile e cioè quando : lo scaldacqua solare può usufruire variabilmente dell'energia solare.

Quando, invece, si ha un periodo prolungato di tempo bello soleggiato, lo scaldacqua elettrico non viene quasi più utilizzato ed il suo riscaldamento regolato termostaticamente in funzione della temperatura dell'acqua nello scaldacqua solare non viene più inserito. La temperatura dell'acqua dello scalda acqua elettrico rimane al di sotto di quella dell'acqua dello scaldacqua solare e in mancanza di un prelievo di acqua dello scaldacqua elettrico la temperatura di questa acqua si abbassa gradualmente. Ciò nonostante che l'eventuale energia solare eccedente potrebbe essere ancora accumulata.

Allo scopo di ovviare a questo inconveniente e di aumentare ulteriormente la resa dell'impianto e per sfruttare ancora meglio l'energia solare disponibile aumentando il volume di accumulo a disposizione nei due tipi di scaldacqua, secondo una variante preferita la presente invenzione prevede di collegare l'uscita di acqua calda dello scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale attraverso un condotto con l'entrata di acqua fredda dello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale, di inserire in detto condotto una pompa di circolazione in grado di prelevare dell'acqua dallo scalda acqua a riscaldamento con energia convenzionale e di mandarla nello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale, e di prevedere per detta pompa di circolazione un dispositivo elettronico di comando atto a stabilire la differenza delle temperature, segnalate da sonde termiche, dell'acqua nei due scaldacqua ed a mettere in funzione la pompa quando la temperatura dell'acqua dello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale è superiore di quella dell'acqua dello scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale.

Vantaggiosamente, la messa in funzione della pompa di circolazione viene fatta dipendere anche dal raggiungimento di un valore soglia della temperatura dell'acqua nello scalda acqua a riscaldamento con energia non convenzionale, il quale valore soglia può corrispondere opportunamente al valore di temperatura minima dell'acqua calda da erogare all'uscita della batteria di miscelamento e può essere rivelato da una sonda termica associata allo scaldacqua a riscaldamento con energie non convenzionale.

In questo modo è possibile mantenere o portare la temperatura dell'acqua dello scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale tramite l'eccedente energia solare a un determinato valore anche se il suo riscaldamento è disinserito.

Secondo una preferita forma di realizzazione il volume dello scaldacqua solare viene scelto in modo tale che il suo contenuto d'acqua, in relazione alla superficie dei collettori solari ed alla durata media di soleggiamento, raggiunga in un tempo di 1 - 2,5 ore la temperatura minima dell'acqua all'uscita della batteria di miscelamento.

In questa maniera è possibile commisurare la parte delio impianto che sfrutta l'energia solare in modo tale che con pieno soleggiamento l'acqua dello scaldacqua solare raggiunga in breve tempo la temperatura minima dell'acqua all'uscita della batteria di miscelamento per essere disponibile ad essere 5 erogata nella rete di approvvigionamento, mentre in seguito può essere inserita la predetta pompa di circolazione in modo da cedere l'energia solare all'acqua nello scaldacqua elettrico, accumulandola anche in questo ultimo e sempre che l'acqua del complesso solare sia la più calda.

io Due esempi di realizzazione dell'impianto secondo l'invenzione sono illustrati negli schemi del disegno allegato.

Gli schemi illustrati si riferiscono ad un impianto per l'approvvigionamento di acqua calda di una casa e nei due schemi sono usati gli stessi numeri di riferimento per indicare 15 parti uguali. Saranno descritte innanzitutto le parti dell'impianto comune ai due esempi di esecuzione.

L'impianto comprende uno scambiatore di calore 1 per la preparazione di acqua calda con mezzi di riscaldamento convenzionali, per esempio uno scaldacqua elettrico, nonché uno 20 scambiatore di calore 6 per la preparazione di acqua calda con mezzi di riscaldamento non convenzionali, per esempio uno scaldacqua che sfrutta l'energia solare captata a mezzo di noti collettori 15.

All'entrata dello scaldacqua solare 6 viene alimentata 25 acqua fredda attraverso una tubazione 2 proveniente dalla rete idrica. In alternativa, come indicato con la linea tratteggiata 2a in fig. 1, l'acqua fredda può essere alimentata anche all'ingresso dello scaldacqua elettrico 1. L'uscita dello scalda acqua solare 6 è collegata attraverso una tubazione 16 all'entrata dello scaldacqua elettrico 1, la cui uscita è collegata attraverso una tubazione 3 di acqua calda ad un ingresso 4 di una batteria di miscelamento 5. al Secondo ingresso 8 di tale batteria 5 è collegata l'uscita dello scaldacqua solare 6 attraverso una tubazione 7.

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La batteria di miscelamento 5 è dimensionata in modo che la temperatura minima dell'acqua calda erogata alla sua uscita sia regolabile a valori compresi fra 45 °C e 60°C, particolarmente 55°C. La batteria di miscelamento può anche essere re-40 golata in maniera fissa, per motivi di costo, su una temperatura fissa adeguata all'impianto, di preferenza su 50°C. La batteria di miscelamento 5, è realizzata in modo noto da privilegiare l'ingresso 8 rispetto all'ingresso 4. Quando, pertanto, l'acqua addotta a detto ingresso 8 raggiunge la temperatura 45 minima prefissata di uscita, viene lasciata passare soltanto tale acqua e nessuna acqua viene fatta passare dall'ingresso 4 verso l'uscita. L'acqua più calda proveniente dall'ingresso non privilegiato 4 viene pertanto mescolata all'altra acqua che entra attraverso l'ingresso 8 soltanto quando ciò è necessario per il so conseguimento della desiderata temperatura d'uscita.

Batterie di miscelamento che hanno un ingresso privilegiato rispetto all'altro nel senso sopra spiegato sono di per sé note e reperibili in commercio. Pertanto, una più dettagliata descrizione di una tale batteria appare superflua. 55 Lo scaldacqua elettrico 1 può essere munito vantaggiosamente di una sonda termica atta a disinnestare il suo riscaldamento non appena raggiunta una temperatura massima prevista per tale scaldacqua.

Gli scaldacqua 1 e 6 e la batteria di miscelamento 5 sono di 60 preferenza disposti costruttivamente vicini fra loro e possono anche essere raggruppati in una unità costruttiva. L'acqua erogata dalla batteria di miscelamento 5 ha una temperatura sufficiente per molti scopi d'impiego, per esempio stazioni di servizio, acqua per bagno ecc. L'acqua calda può inoltre venire 65 addotta a dispositivi di post-riscaldamento (indicati con 18 in fig. 1) oppure a lavastoviglie, lavabiancheria o simili. È inoltre possibile impiegare questo impianto a scopi di riscaldamento centrale per immobili.

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L'impianto fin qui descritto con alimentazione di acqua fredda attraverso il condotto 2a allo scaldacqua elettrico 1 (fig. 1) presenta il vantaggio che la batteria di miscelamento 5 eroga sempre acqua calda d'una determinata temperatura minima, benché la temperatura dell'acqua erogata dallo scalda acqua solare 6 sia il più delle volte soggetta a forti fluttuazioni. Siccome la batteria di miscelamento 5 seleziona preferenzialmente l'acqua di temperatura fluttuante, la sorgente addizionale d'energia viene utilizzata in grado ottimale.

Come indicato in fig. 1, lo scaldacqua elettrico 1 può attingere la sua acqua attraverso la tubazione 16 come acqua calda dallo scaldacqua solare 6. Se la temperatura dell'acqua erogata dallo scaldacqua solare 6 dovesse scendere sotto la temparatu-ra minima su cui è regolata la batteria 5, il dispendio di calore per lo scaldacqua elettrico 1 sarebbe notevolmente minore. Allo scaldacqua solare 6 è applicata in questo caso una sonda termica 9 che misura continuamente la temperatura del suo contenuto d'acqua e - non appena la temperatura discende al di sotto del limite minimo della temperatura di uscita della batteria di miscelamento 5 - detta sonda 9 provoca l'innesto del riscaldamento attivo dello scaldacqua elettrico 1, attraverso un circuito di comando 10, prima che l'acqua di temperatura inferiore al valore di soglia raggiunga la batteria di miscelamento 5. II riscaldamento rimane innestato fino al raggiungimento della necessaria temperatura per l'ingresso 4. Si ottiene in tal modo che lo scaldacqua elettrico 1 non debba essere permanentemente in funzione, per esempio quando lo scaldacqua solare 6 fornisce continuamente acqua ad una temperatura superiore al valore ài soglia.

Nella forma di esecuzione dell'impianto illustrata in fig. 2, l'uscita dello scaldacqua elettrico 1 è collegata inoltre all'entrata dello scaldacqua solare 6 attraverso una tubazione 17, nella quale si trova una pompa di circolazione 11 atta a prelevare dell'acqua dallo scaldacqua elettrico 1 e mandarla nello scalda acqua solare 6 per cui si crea, quando la pompa 11 è in funzione, un'analoga circolazione d'acqua anche nella tubazione 16 tra lo scaldacqua solare 6 e quello elettrico 1.

In questo caso (vedi fig. 2), sia lo scaldacqua solare 6 sia quello elettrico 1 sono dotati di sonde termiche 9 e rispettivamente 12 che misurano continuamente la temperatura dell'acqua contenuta in detti scaldacqua e che inviano corrispondenti segnali ad un dispositivo elettronico di comando 13 in grado di determinare la differenza delle temperature rilevate dalle due sonde termiche 9 e 12.

Un'altra sonda termica 14 rileva la temperatura dell'acqua riscaldata dai collettori 15 all'ingresso dello scaldacqua solare 6 e al raggiungimento di un determinato valore soglia della stessa invia un segnale al dispositivo elettronico di comando 13 in modo che questo dispositivo provochi l'inserimento della pompa di circolazione 11 quando le sonde 9 e 12 rilevano una temperatura maggiore dell'acqua nello scaldacqua solare s 6 rispetto all'acqua nello scaldacqua elettrico 1 e quando è superato detto valore soglia della temperatura nello scaldacqua solare 6.

Opportunamente questo valore soglia viene scelto in modo da corrispondere al valore minimo delia temperatura delio l'acqua calda da erogare all'uscita della batteria di miscelazione 5.

In questa condizione, e cioè con il riscaldamento dello scaldacqua elettrico 1 disinserito e con la pompa di circolazione 11 inserita, l'acqua più fredda dello scaldacqua elettrico 1 i5 viene immessa nello scaldacqua solare 6 e viene rimpiazzata da acqua più calda proveniente da questo ultimo. Si evita in questo modo un raffreddamento eccessivo dell'acqua nello scaldacqua elettrico 1 e si sfrutta vantaggiosamente l'energia solare sia per mantenere ad un determinato valore la tempera-20 tura del contenuto d'acqua di questo scaldacqua elettrico, o di riscaldarle addirittura.

Nel dimensionamento dell'impianto di cui alla fig. 2 è opportuno avere cura di fare si che il contenuto d'acqua dello scaldacqua solare 6 raggiunga in breve tempo la temperatura 25 minima dell'acqua da erogare all'uscita della batteria di miscelamento 5. In altre parole, il volume dello scaaldacqua solare 6 sarà scelto opportunamente in modo tale che il suo contenuto d'acqua, in relazione alla superficie dei collettori solari 15 ed alla durata media di soleggiamento, raggiunga detta tempera-30 tura, per esempio di 50°C, in un tempo relativamente breve, per esempio in 1 - 2,5 ore. In questa maniera si ottiene il vantaggio che già dopo breve tempo di fabbisogno di acqua calda alla temperatura prestabilita viene fornito esclusivamente dallo scaldacqua solare 6, mentre contemporaneamente viene im-35 pedito il raffreddamento dell'acqua contenuta nello scald pedito il raffreddamento dell'acqua contenuta nello scalda acqua elettrico 1 il quale, anche con il suo riscalda mento disinserito, viene così mantenuto pronto ad intervenire abbastanza rapidamente quando necessario per il conseguimento dalla de-40 siderata temperatura all'uscita della batteria di miscelamento 5.

In impianti di maggiori dimensioni è possibile impiegare invece dello scaldacqua solare 6 (oppure in aggiunta allo stesso) un accumulatore a lungo tempo, per esempio sotto forma 45 di grandi bacini (piscine o simili), riscaldato dall'energia solare o da altre fonti di energia (ambiente circostante, aria, acqua, terreno).

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1 foglio disegni

Claims

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RIVENDICAZIONI

1. Impianto per l'approvvigionamento di acqua calda e/o per il riscaldamento di immobili, comprendente uno scalda acqua a riscaldamento con energia convenzionale ed almeno uno scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale, particolarmente con energia solare, caratterizzato da una batteria di miscelamento (5) con due ingressi (4, 8) collegati alle uscite di acqua calda degli scaldacqua (1,6) rispettivamente a riscaldamento con energia convenzionale e con energia non convenzionale, e con una uscita collegata ad una rete di approvvigionamento di acqua calda, dove l'ingresso (8) al quale è collegata l'uscita di acqua calda dello scaldacqua (6) a riscaldamento con energia non convenzionale ha un collegamento privilegiato verso la uscita della batteria di miscelamento (5), la funzione di miscelamento di detta batteria essendo tale che l'acqua calda erogata alla sua uscita abbia una temperatura minima sostanzialmente costante.
2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale (6) collegato all'ingresso privilegiato (8) della batteria di miscelamento (5) è munito di una sonda termica (9) collegata ad un circuito di comando ( 10) del riscaldamento dello scaldacqua a riscaldamento convenzionale (1), il quale circuito di comando ( 10) essendo atto ad innestare il riscaldamento dello scaldacqua ( 1) collegato all'ingresso non privilegiato (4) della batteria di miscelamento (5) quando entrambi gli scaldacqua (1, 6) hanno una temperatura inferiore alla temperatura minima prefissata dell'acqua da erogare all'uscita della batteria di miscelamento (5).
3. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'uscita dello scaldacqua (6) collegato all'ingresso privilegiato (8) è collegata all'entrata dello scaldacqua (1) collegato all'ingresso non privilegiato (4) della batteria di miscelamento (5) in modo che anche l'acqua per l'ingresso non privilegiato (4) viene fornita dallo scaldacqua (6) collegato all'ingresso privilegiato (8).
4. Impianto secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che anche lo scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale ( 1) collegato all'ingresso non privilegiato (4) della batteria di miscelamento possiede una sonda termica

( 12) che disinnesta il suo riscaldamento non appena raggiunta una temperatura massima prevista per tale scaldacqua.
5. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che la temperatura minima è di 50°C.
6. Impianto secondo la rivendicazione 5, caratterizzato da ciò che l'uscita della batteria di miscelamento (5) è collegata agli ingressi di aggregati di post-riscaldamento (18), quali lavatrici o bollitori d'acqua.
7. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo scaldacqua (6) collegato all'ingresso privilegiato

( 8) della batteria di miscelamento (5) comprende un accumulatore, come un bacino o una piscina.
8. Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che lo scaldacqua (6) collegato all'ingresso privilegiato (8) della batteria di miscelamento (5) comprende collegati in serie un accumulatore annuale ed un accumulatore giornaliero.
9. Impianto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'uscita di acqua calda (3) dello scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale ( 1) è collegata attraverso un condotto (17) con l'entrata di acqua fredda dello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale (6), che in detto condotto ( 17) è inserita una pompa di circolazione ( 11) in grado di prelevare dell'acqua dallo scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale ( 1) e di mandarla nello scalda acqua a riscaldamento con energia non convenzionale (6) e che è previsto per detta pompa di circolazione (11) un dispositivo elettronico di comando ( 13) atto a stabilire la differenza delle temperature, segnalate da sonde termiche (9,12), dell'acqua nei due scaldacqua ( 1, 6) ed a mettere in funzione la pompa (11) quando la temperatura dell'acqua dello scalda acqua a riscaldamento con energia non convenzionale (6) è 5 superiore di quella dell'acqua dello scaldacqua a riscaldamento con energia convenzionale ( 1).
10. Impianto secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che è prevista una sonda termica ( 14) che al raggiungimento di un valore soglia, corrispondente per esempio al vaio lore di temperatura minima dell'acqua da erogare all'uscita della batteria di miscelamento (5), della temperatura dello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale (6), invia un segnale di consenso al dispositivo elettronico di comando ( 10) per la messa in funzione della pompa di circola-i5 zione(ll).
11. Impianto secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il volume dello scaldacqua a riscaldamento con energia non convenzionale ( 1) è tale che il suo contenuto di acqua raggiunga in un tempo di 1 - 2,5 ore la temperatura mi-

20 nima prestabilita all'uscita della batteria di miscelamento (5).