IT202100014408A1 - Sistema di sfruttamento dell’energia eolica in ambito edilizio - Google Patents

Description

TITOLO: SISTEMA DI SFRUTTAMENTO DELL?ENERGIA EOLICA IN AMBITO EDILIZIO

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell?Invenzione

La presente invenzione riguarda l?efficienza energetica degli edifici e, in particolare, affronta il problema di sfruttare in ambito edilizio la generazione di energia elettrica da fonte eolica.

Tecnica Nota

La possibilit? di sfruttare l?energia eolica per la generazione di energia elettrica ? ben nota, e tecnicamente non presenta grandi difficolt? concettuali: si tratta di intercettare la forza del vento per far girare delle pale che, a loro volta fanno girare il rotore di un generatore elettrico (ovvero un motore elettrico utilizzato in modo inverso).

I problemi di tipo tecnico legati allo sfruttamento dell?energia eolica, pertanto, non riguardano tanto il principio di funzionamento, quanto piuttosto la conformazione geometrica del sistema che deve intercettate il vento.

L?arte nota propone una grandissima variet? di sistemi di dimensione diversa e pale conformate in molti modi, sono anche proposte soluzioni che si differenziano per l?orientamento dell?asse di rotazione, che pu? essere orizzontale o verticale.

I sistemi ad asse orizzontale necessitano di essere orientati anche in funzione della direzione del vento; questa necessit? rappresenta un ulteriore elemento di complessit?, ma in genere tali sistemi sono i pi? efficienti a parit? di sezione di vento intercettata.

I sistemi ad asse verticale, invece, non necessitano di orientarsi per prendere in vento, ma hanno in genere un?efficienza inferiore, in quanto la rotazione comporta necessariamente che alcune parti si muovano controvento, e l?efficienza si gioca lavorando sulla conformazione delle pale che devono presentare un lato molto pi? aerodinamico dell?altro.

In ogni caso, si pu? affermare che l?arte nota propone gi? molti sistemi con un elevato livello di maturit? tecnologica, tant?? che la fonte eolica ? generalmente considerata una fonte di energia vantaggiosa, e costituisce una delle fonti di energia alternativa pi? sfruttate in impianti in esercizio.

Nonostante la suddetta maturit? tecnologica, tuttavia, la ricerca ? tuttora molto attiva allo scopo di migliorare l?efficienza dei sistemi eolici e per offrire soluzioni a vari problemi tecnici, che ancora sono significativi e ne limitano la diffusione.

Allo scopo di offrire un panorama molto sintetico dei vari problemi ancora aperti, si possono suddividere i sistemi eolici in due macro categorie: i cos? detti parchi eolici, ossia vere e proprie centrali di generazione, in genere posizionate in zone particolarmente ventose, ed i cos? detti sistemi micro-eolici, pensati per piccole produzioni private, destinate ad un consumo locale. Sono evidentemente possibili anche casi intermedi, che per? non ? necessario approfondire in questo momento, per riassumere le problematiche ancora aperte, in merito alla produzione di energia da fonte eolica.

Tutti i sistemi sono progettati per avere i loro rendimenti migliori in determinate condizioni di ventosit?, e in genere vengono fatti funzionare quando ? presente vento all?interno di determinati intervalli di velocit?.

Infatti, venti troppo deboli non hanno nemmeno la forza di avviare la rotazione del rotore della macchina generatrice vera e propria, e di accelerarlo fino a farlo ruotare con una velocit? angolare tale che questo possa lavorare all?interno di un intervallo di lavoro di efficienza accettabile.

All?estremo opposto, venti troppo forti possono sollecitare in modo eccessivo la struttura meccanica delle pale che intercettano il vento, rischiando di determinarne la rottura.

Attraverso ingranaggi che implementano rapporti di cambio di velocit? angolare tra la rotazione delle pale e la rotazione del rotore, o con l?introduzione di freni dissipatori, ? possibile gestire intervalli di velocit? del vento anche abbastanza ampi, ma c?? sempre un limite fisico per la forza del vento che pu? essere gestita, e oltre tale limite ? necessario ripiegare le pale in modo che non risultino esposte alla forza del vento, per evitare il loro danneggiamento.

Nei grossi impianti, installati nei parchi eolici, vengono in genere impiegati mulini con pale grandissime, che muovono generatori molto potenti. Per l?impiego di tali grosse macchine di generazione, evidentemente, ? richiesto un vento minimo abbastanza forte anche solo per il loro avvio, inoltre pale molto grandi sono sottoposte a stress meccanici enormi quando operano in condizioni di vento molto forte.

? anche per tali motivi che la scelta delle zone in cui realizzare parchi eolici ? una scelta da operare con molta attenzione, scegliendo zone realmente vocate allo scopo, e caratterizzate da condizioni di ventosit? abbastanza prevedibili e tendenzialmente stabili rispetto alle condizioni di progetto.

Altre problematiche legate ai parchi eolici riguardano fattori di impatto paesaggistico ed ambientale in genere.

Oltre a modificare in modo assai evidente interi paesaggi, i grandi parchi eolici alterano anche alcuni ecosistemi a causa della loro rumorosit? e per la grande quantit? di uccelli e pipistrelli che muoiono in seguito ad incidenti causati da tali impianti.

Bench? in misura quantitativamente (e qualitativamente) diversa, i problemi sopra evidenziati si riscontrano anche nel contesto dei cos? detti impianti microeolici. ln particolare, anche gli impianti micro-eolici hanno un impatto estetico difficile da integrare, e le intensit? del vento minime e massime entro le quali si riscontra la migliore efficienza di produzione sono ridotte ad intervalli spesso abbastanza limitati; infatti, anche gli impianti micro-eolici necessitano di un?intensit? minima di vento (anche solo per essere avviati) e devono essere protetti da venti troppo impetuosi.

L?arte nota propone moltissime soluzioni caratterizzate da design accattivanti ed adatti ad essere inseriti nel contesto architettonico e strutturale di varie tipologie di edifici. In generale si tratta di soluzioni che puntano alla valorizzazione estetica dell?impianto stesso, non potendo evidentemente nascondere sistemi di cos? grandi dimensioni che, oltretutto, devono essere posizionati in modo da essere esposti al vento, e quindi ben in vista.

Spesso, ma non necessariamente, i sistemi micro-eolici hanno una struttura che prevede un asse di rotazione verticale, ed ? certamente possibile progettarli in modo che abbiano un aspetto accettabile per essere installati in un contesto architettonico esistente. Ciononostante, l?ingombro ed i vincoli di posizionamento dei sistemi micro-eolici rappresenta oggettivamente uno dei limiti alla diffusione dello sfruttamento di tale fonte di energia nel contesto dell?edilizia. In molti casi vengono preferite altre forme di generazione alternativa (ad esempio tramite pannelli fotovoltaici) anche solo per la loro maggior integrabilit? architettonica.

Dal momento che l?ingombro di tali sistemi ? di fatto uno dei problemi pi? sentiti, la ricerca per ottenere sistemi molto efficienti ? particolarmente importante in quanto, a parit? di potenza generata, ? evidente che i sistemi pi? efficienti possono essere pi? piccoli. Tuttavia ? ormai chiaro che le riduzioni di dimensioni che si possono ottenere aumentando l?efficienza dei sistemi non potranno essere tali da determinare un impatto drastico (ossia realizzare impianto con dimensioni significativamente pi? contenute) sul problema degli ingombri: problema che pertanto ? destinato a rimanere tale.

Prima di affrontare il problema dell?integrabilit? architettonica dei sistemi micro-eolici, ed allo scopo di completare la panoramica dell?arte nota, si segnala come siano allo studio anche modalit? di produzione di energia da fonte eolica diverse da quelle che sfruttano l?energia cinetica delle masse d?aria per muovere delle pale.

A tal proposito, si segnala US2020373855 A1 [?Electronic Wind Powered generator? ? ? 26 Novembre 2020]; in cui si sfrutta il fatto che un flusso d?aria pu? caricare elettrostaticamente per sfregamento dei conduttori e trasportare degli ioni. Congegnando opportunamente delle griglie, ed esponendole a flussi di vento ? quindi possibile creare delle differenze di potenziale sfruttabili per generare energia elettrica. Quest?ultima soluzione ? ancora in fase prototipale e necessita certamente di perfezionamenti per ottenere buone efficienze, tuttavia ha alcuni vantaggi legati al fatto che non presenta parti meccaniche in movimento.

Come tutte le soluzioni che intendono sfruttare l?energia cinetica del vento, per?, anche le tecnologie basate sui principi di tipo elettrostatico sopra menzionate, richiedono sempre di intercettare molta aria, e quindi anche tali impianti devono essere grandi e posizionati in modo da intercettare grandi quantit? di aria. Inoltre, anche queste tecnologie richiedono flussi d?aria abbastanza sostenuti, necessari per innescare fenomeni elettrostatici (essenzialmente per sfregamento tra aria e conduttore).

In definitiva, sembrerebbe che, per quanto si riesca a migliorare l?efficienza dei sistemi di generazione eolica, la loro applicazione, per realizzare impianti microeolici da integrare in edifici, dovr? necessariamente scontare il problema della difficile integrazione architettonica.

Del resto l?energia del vento ? immagazzinata sotto forma di energia cinetica in masse d?aria grandi, e non si pu? pretendere di imbrigliare tale energia, per trasformarla in energia elettrica, senza intercettare grandi masse d?aria.

Scopo e sintesi dell?invenzione

Lo scopo principale della presente invenzione ? quello di indicare alcune caratteristiche essenziali di un sistema di generazione micro-eolico adatto ad essere integrato architettonicamente in nuovi edifici concepiti secondo logiche di efficienza energetica, in modo da non risultare visivamente evidente come i sistemi secondo l?arte nota.

Ulteriore importantissimo scopo dell?invenzione ? quello di indicare alcune caratteristiche di detto sistema di generazione micro-eolico che lo rendano particolarmente efficiente, anche rispetto a regimi ventosi variabili.

Altri scopi collaterali sono poi da ricercare nel fatto che la presente invenzione si propone di trovare applicazione nel contesto di edifici intelligenti (ossia edifici caratterizzati da elevata intensit? di impianti e sistemi informatizzati) in cui aspetti di efficienza energetica e di confort sono curati in modo particolare.

Gli obiettivi indicati sono raggiungibili mediante un sistema di generazione di energia elettrica micro-eolico integrato in un edificio in cui sono le sue superfici esterne a costituire l?elemento che intercetta il flusso del vento: in particolare pareti esterne o falde del tetto. Il sistema secondo l?invenzione, pertanto sfrutta il vento intercettato da almeno una delle sue superfici esterne, ed ? inoltre connotato da alcune ulteriori caratteristiche essenziali elencate di seguito.

Detta almeno una superfice esterna che costituisce l?elemento che intercetta il flusso del vento ? caratterizzata dal fatto di presentare una pluralit? di fori, o fessure, o aperture in genere, attraverso cui pu? entrare il vento che le investe.

Detti fori, o dette fessure, costituiscono l?ingesso di speciali condutture incanalatrici, internamente conformate in modo che l?aria sia forzata a fluire solo nel verso entrante. Un tipico esempio di condutture conformate in tal modo ? dato dalle cos? dette valvole di Tesla. Collegando i fori presenti nelle pareti a tali condutture, il vento che investe la parete entra nelle condutture ma ne viene sostanzialmente impedita la fuoriuscita dagli stessi fori o fessure che sono presenti in modo ben diffuso nella parete interessata, cosicch? l?aria viene forzata ad uscite dall?altra estremit? delle condutture.

Una ulteriore caratteristica essenziale ? data dal fatto che all?uscita di dette condutture ? posizionato almeno un elemento rotante con delle pale eoliche; anche se, verosimilmente, di tali elementi rotanti ve ne sar? pi? d?uno.

Detti elementi rotanti sono posizionati in modo che l?aria che esce da dette condutture investa dette pale eoliche mettendoli cos? in rotazione, essendo essi parte di un generatore elettrico che trasforma in energia elettrica parte dell?energia meccanica trasmessa a detti elementi rotanti per essere messi in rotazione: in altre parole detti elementi rotanti sono il rotore di un generatore elettrico.

Il principale vantaggio della presente invenzione consiste nel fatto che un sistema micro-eolico che presenta le caratteristiche essenziali indicate negli insegnamenti della presente invenzione, soddisfa tutti i principali requisiti per cui ? stata concepita.

In particolare, il requisito principale dell?integrazione architettonica risulta garantito automaticamente; infatti, la superfice investita dal vento ? quella delle pareti dell?edificio, o delle falde del tetto, e quindi non ? necessario predisporre ulteriori strutture aggiuntive (dal punto di vista architettonico) per imbrigliare la forza del vento.

Gli altri componenti del sistema risultano invece nascosti: le condutture incanalatrici che si trovano immerse nelle pareti, o le sotto le falde di un tetto, mentre gli elementi rotanti possono essere nascondibili facilmente, posizionandoli in vani appositamente ricavati dove le condutture vengono fatte convergere.

Posizioni privilegiate dove posizionare le macchine di generazione possono essere ricavate in zone (anche non agibili) del sottotetto, oppure possono essere realizzati dei vani interrati o seminterrati in prossimit? del basamento dell?edificio. Nel primo caso si deve predisporre un sistema di condutture incanalatrici ascendenti, nel secondo caso il sistema di condutture incanalatrici deve essere discendente.

Breve Descrizione dei Disegni

Questa invenzione presenta anche ulteriori vantaggi, che si concretizzano in effetti benefici rispetto a tutti gli obiettivi dell?invenzione, e che risulteranno pi? evidenti dalla descrizione seguente, da alcuni esempi di realizzazioni pratiche che illustrano ulteriori dettagli, dalle rivendicazioni allegate che formano parte integrante della presente descrizione, e dalle figure allegate in cui:

? Figura 1 mostra, in modo schematico, un edificio equipaggiato con un sistema micro-eolico secondo l?invenzione, che presenta una sua parete esterna investita da un flusso ventoso.

? Figura 2 mostra, in modo schematico e semplificato, una possibile conformazione di un particolare del sistema di condutture di incanalamento del vento, in una parete attrezzata con un sistema micro-eolico secondo l?invenzione.

? Figura 3 rappresenta, un esempio di sottosistema di ausilio alla rotazione del rotore di un generatore elettrico compreso nel sistema micro-eolico secondo l?invenzione.

Descrizione Dettagliata

Il sistema di generazione micro-eolico secondo l?invenzione ha la propria prerogativa principale nel fatto di essere strutturalmente integrato in un edificio, che in Figura 1 ? indicato con il numero 200.

L?esempio di implementazione mostrato in Figura 1, fa riferimento ad un sistema che utilizza una parete ben esposta al vento nell?edificio 200. Tuttavia, qualsiasi superficie che sia ben esposta ai venti presenti nella zona, pu? essere usata per implementare l?invenzione, ad esempio, le falde dei tetti.

Gli elementi fondamentali del sistema di generazione micro-eolico secondo l?invenzione sono rappresentati in Figura 1 all?interno della linea tratteggiata indicata con il numero 100: numero con cui viene pertanto indicato anche il sistema di generazione micro-eolico nel suo complesso. In generale, tutti gli elementi che costituiscono detto sistema micro-eolico 100 sono poi indicati con numeri in cui la prima cifra ? 1.

Se un edificio ? abbastanza alto (rispetto agli edifici vicini), o se si trova in una zona abbastanza separata da altri edifici, le sue pareti, in presenza di clima ventoso, sono normalmente investite dal vento, come mostrato in Figura 1, dove il vento ? indicato con il numero 250. Infrangendosi nelle pareti, il vento dissipa gran parte della sua energia cinetica: tale energia cinetica va quindi perduta in seguito a tale dissipazione.

L?invenzione si basa sull?intuizione che l?energia cinetica del vento 250 che si infrange sulle pareti degli edifici 200 pu? essere recuperata almeno in parte. Il primo problema che deve essere affrontato consiste nella cattura del vento che investe le pareti. Il problema viene risolto molto semplicemente: invece di opporre una parete liscia che ferma il vento, viene realizzata una copertura superficiale della parete che presenta delle aperture che consentono all?aria di entrare nella parete stessa. In Figura 1, detta copertura superficiale ? indicata con il numero 110 ed ? costituita da una serie di lamelle orizzontali, disposte parallelamente, che fungono da deflettore dell?aria, deviandola verso l?alto, in modo che per? rimanga intrappolata sotto le lamelle che si trovano pi? in alto.

Il vento 250 che filtra attraverso la copertura superficiale 110 mantiene comunque una componente orizzontale che va ad infrangersi sulla superficie sottostante, che in Figura 1 ? indicata con il numero 120.

Evidentemente, la superficie sottostante 120 non pu? essere anch?essa forata in quanto la parete dell?edificio 200 deve assolvere anche, e principalmente, la sua funzione di protezione degli ambienti interni.

La soluzione proposta nel contesto della presente invenzione prevede l?accorgimento di conformare detta superficie sottostante 120 con delle scanalature, in modo che l?aria che si infrange su di essa non si disperda indifferentemente in varie direzioni, ma sia convogliata in modo da dirigersi lungo una direzione prevalente.

Nella forma di implementazione presentata in Figura 1, l?aria viene incanalata verso l?alto, favorita anche, oltre che dalla conformazione della parete sottostante, dalla componente di deviazione indotta dalle lamelle che costituiscono la copertura superficiale 110 e che fungono, come detto, da deflettori dell?aria.

Il vento 250 che investe la parete esterna dell?edificio 200, per l?effetto combinato della copertura superficiale 110 (e delle lamelle deflettrici che la compongono) e della conformazione della parete sottostante 120, viene deviato verso il tetto dell?edificio 200.

Certamente le deviazioni e l?incanalamento descritti procurano una dissipazione non trascurabile dell?energia cinetica del vento 250, tuttavia, se le sagomature sono ben eseguite, il vento 250 esce verso il tetto della casa con ancora una significativa quantit? di energia cinetica.

Il vento 250 cos? incanalato presenta due caratteristiche estremamente interessanti. Infatti, sebbene rallentato per effetto delle operazioni di incanalamento, la quantit? di vento 250 che viene sfruttata ? pur sempre costituita da molta aria, essendo in genere le pareti degli edifici abbastanza grandi, ed in genere pi? ampie delle superfici utili per imbrigliare la forza del vento che possono essere offerte da un generico sistema micro-eolico secondo l?arte nota da installare in un edificio.

La seconda caratteristica riguarda la concentrazione del flusso d?aria in uscita dai percorsi in cui ? incanalato, che ? assai favorevole ai fini di un suo successivo sfruttamento. Il flusso d?aria, infatti, viene espulso in una zona ben delimitata che, nell?esempio di Figura 1, si trova in una zona del sottotetto dell?edificio 200, e dove pu? essere posizionata in modo ottimale una macchina di generazione. In Figura 1, la macchina di generazione di energia elettrica ? indicata con il numero 130 e, come si vede, pu? essere posizionata in una zona non agibile (cio? in uno spazio degli edifici che normalmente viene sprecato) del sottotetto.

Proprio grazie al fatto che detto flusso d?aria ? limitato e concentrato in prossimit? delle bocche d?uscita delle condutture che si formano tra la copertura superficiale 110, e la superficie sottostante 120, le pale di cui ? dotata detta macchina di generazione 130 possono essere facilmente posizionate in modo da prendere il flusso d?aria nel modo pi? efficiente possibile, ad esempio, senza che alcune parti dell?elemento rotante si debbano muovere controvento.

La macchina generatrice 130 ?, in genere, abbastanza piccola: infatti, essendo il flusso d?aria molto concentrato, non necessitano pale molto grandi. Le dimensioni relativamente contenute permettono quindi di posizionare tali macchine generatici con grande flessibilit?. Oltre al posizionamento in alto, come nell?esempio di Figura 1, sono pertanto possibili altri posizionamenti: ad esempio in basso, in prossimit? del basamento dell?edificio, dove ? possibile predisporre dei vani in cui installare una o pi? macchine generatici 130; vani che possono anche essere realizzati interrati o seminterrati, in modo da eliminare quasi del tutto l?impatto estetico.

In edifici molto alti, invece, potrebbe essere privilegiato l?obiettivo di non ricorrere a condutture troppo lunghe, per evitare la dissipazione eccessiva dell?energia cinetica delle masse d?aria lungo le condutture, ed in tali casi ? possibile predisporre punti di generazione ad altezze intermedie delle pareti esterne, ricavando il vano di alloggiamento per le macchine generatrici 130 in modo che sia accessibile dall?esterno, oppure dall?interno dell?edificio, in questo secondo caso eliminando di fatto ogni impatto estetico.

In altre forme di implementazione, i flussi di vento 250 catturati dalle pareti dell?edificio potrebbero essere incanalati orizzontalmente, e le macchine generatrici 130 dovrebbero, in questo caso, essere posizionate lungo uno spigolo della parete esterna. Quest?ultima forma di implementazione appare particolarmente interessante in tutti quei casi in cui sia nota la direzione prevalente dei venti che interessano una particolare zona; e tale direzione sia abbastanza obliqua rispetto al piano offerto dalla parete. ? sicuramente una buona pratica quella di assecondare la direzione del vento, cercando di ridurre quanto pi? possibile le deviazioni ed i cambi di direzione nelle operazioni di incanalamento. Pertanto, ? sicuramente vantaggioso sfruttare l?eventuale componente della direzione del vento parallela all?orientamento della parete, incanalando orizzontalmente il vento 250 stesso quando esso investe la parete obliquamente.

Il caso del tetto e poi particolarmente favorevole, perch? essendo tipicamente inclinato offre una superfice di impatto al vento per la necessit? di deviazione del flusso ? pi? limitata.

In ogni caso, gli insegnamenti della presente invenzione prescindono dalle numerose varianti che permettono di adattarla alle varie condizioni di ventosit? delle singole localit?, scegliendo di volta in volta le superfici esterne dell?edificio che appaiono pi? adatte ad intercettare il vento.

Gli elementi fondamentali per intrappolare ed incanalare il vento che investe una superficie esterna di un edificio (una parete perimetrale o il tetto), come detto, sono la copertura superficiale 110, che ha la funzione essenziale di par penetrare il vento all?interno della parete, e di indurre una prima deviazione dello stesso, e la superficie sottostante 120, che ha la funzione di convogliare l?aria penetrata nella parete lungo una sola direzione.

Sono possibili varie forme di implementazione per realizzare detta copertura esterna 110: basta infatti che detta copertura presenti dei fori o delle aperture in genere, che consentono all?aria di penetrare, e che la forma della superfice su cui sbatte il vento sia conformata in modo da deviare il vento stesso verso dette aperture. Tuttavia, la forma di implementazione mediante lamelle longitudinali, disposte parallelamente, del tipo indicato in Figura 1 ? certamente una forma di implementazione molto efficiente, in quanto ? poco ingombrante, stilisticamente omogenea, e di semplice realizzazione.

Anche per quanto riguarda detta superficie sottostante 120 possono essere pensate varie conformazioni, ma anche in questo caso ? possibile individuare una conformazione particolarmente efficace, e di semplice realizzazione. In Figura 2 viene mostrata la sagomatura ricavata su un pezzo di una superficie sottostante 120, in cui si nota la presenza di scanalature affiancate. Tali scanalature hanno la forma delle condutture delle cos? dette valvole di Tesla, concepite dall?ingegnere serbo Nikola Tesla oltre un secolo fa. Le condutture delle valvole di Tesla hanno la propriet? di essere percorse da fluidi e da gas in modo molto diverso nelle due direzioni. In una direzione (quella da destra verso sinistra nella rappresentazione di Figura 2) il flusso avviene in modo ottimale, mentre nella direzione opposta (quella da sinistra verso destra nella rappresentazione di Figura 2) il flusso si separa continuamente diversi rivoli e si ricongiunge formando vortici che, di fatto, interrompono il flusso stesso.

Al di l? dell?efficacia di tale conformazione, che consente di realizzare una sorta di valvola senza elementi in movimento, l?ulteriore pregio di tale conformazione ? che pu? essere facilmente ricavata su pannelli anche di basso spessore da utilizzare per rivestire una parete di un edificio 200 in modo da ottenere una superficie sottostante 120 adatta per implementare la presente invenzione. Ovviamente, ? necessario provvedere a posare correttamente tali pannelli in modo da orientare le condutture nella direzione in cui si desidera incanalare il vento 250.

In Figura 3 viene presentata pi? in dettaglio una forma di implementazione della macchina generatrice 130, evidenziando come le caratteristiche generali del sistema micro-eolico 100 secondo l?invenzione si prestino ad adottare molto vantaggiosamente ulteriori accorgimenti tecnici volti ad incrementare l?efficienza del sistema di generazione micro-eolico 100 nel suo complesso.

Uno dei problemi tecnici evidenziati in tutti i sistemi di generazione eolica, ed anche nei sistemi micro-eolici, ? l?inadeguatezza degli stessi a sfruttare anche potenze del vento molto basse, infatti, per far lavorare a regime di massima efficienza i generatori elettrici, sarebbe necessario mantenere la velocit? angolare di rotazione del rotore all?interno di determinati intervalli abbastanza limitati. Inoltre, anche l?avvio stesso della rotazione richiede una potenza di spunto che non sempre ? disponibile quando il vento ? molto leggero.

Si osserva a questo punto che, nel caso specifico della presente invenzione, il problema di gestire flussi d?aria troppo forti ? meno sentito, in quanto il vento che arriva sulle pale della macchina generatrice 130 ? rallentato dalle deviazioni e dal suo incanalamento. ? invece molto importante gestire i venti deboli, proprio perch? la forza del vento che arriva alla macchina generatrice 130 ? spesso un vento abbastanza debole.

La disposizione fisica degli elementi che costituiscono il sistema micro-eolico 100 secondo l?invenzione consente di offrire una soluzione a tale problema tecnico, come pu? essere facilmente spiegato con l?ausilio di Figura 3.

Con il numero 121 ? indicata la bocca d?uscita di una conduttura all?interno della quale ? incanalato il vento 250 che investe una parete esterna di un edificio. Come gi? ripetutamente spiegato, il flusso di vento 250 viene soffiato fuori dalle condutture in modo concentrato cos? da investire, sostanzialmente una alla volta, le singole pale della macchina di generazione 130. In Figura 3, con il numero 131 ? indicata una delle pale che sta per essere investita dal flusso di vento 250.

Un primo vantaggio ? dato dal fatto che tutto il flusso disponibile 250 viene soffiato sulla pala 131 che si trova nella posizione pi? idonea a trasformare la spinta del vento in una coppia che mette in rotazione il rotore della macchina generatrice 130, mentre le altre pale che si trovano in una posizione non adatta a sfruttare la spinta del vento, non vengono interessate dal flusso d?aria.

Un secondo vantaggio ? dato dal fatto che ? possibile dotare la macchina generatrice 130 di un ulteriore sottosistema di assistenza alla rotazione, indicato in Figura 3 con il numero 133. Detto sottosistema di assistenza alla rotazione 133 svolge l?importante funzione di generare, all?occorrenza, un?ulteriore coppia di rotazione al rotore della macchina generatrice 130 in modo da mantenere la velocit? di rotazione al livello di massima efficienza, oppure per fornire una coppia di spunto per avviare la rotazione quando la forza del vento 250 non fosse sufficiente.

L?efficacia di tale sottosistema di assistenza alla rotazione133 ? data dal fatto che, in molti casi, il costo in termini di consumo energetico della generazione della coppia di ausilio alla rotazione ? inferiore all?incremento di energia prodotta dalla macchina generatrice 133. In tutti tali casi, pertanto, vi ? convenienza ad attivare detto sottosistema di assistenza alla rotazione 133.

In Figura 3 viene presenta una forma di implementazione di detto sottosistema di assistenza alla rotazione 133 particolarmente interessante, perch? la trasmissione della coppia di ausilio alla rotazione avviene senza trasmissioni per contatto e pu? essere attivata in modo pulsante con ottima precisione e flessibilit?.

Con il numero 132 sono indicati dei piccoli elementi di materiale ferromagnetico posizionati sulle estremit? delle pale 131. In Figura 3, tali elementi 132 in materiale ferromagnetico sono posti sul lato opposto al lato in cui la pala prende il vento, allo scopo di evidenziare il lato da cui la pala deve essere tirata per indurre la rotazione (mentre evidentemente il vento deve spingere la pala, e quindi soffia sull?altro lato).

Detto sottosistema di assistenza alla rotazione 133 comprende un anche elettromagnete, indicato in Figura 3 con il numero 134 che pu? essere attivato per attrarre l?elemento ferromagnetico 132 posto su una pala in avvicinamento, esercitando quindi una forza che tira la pala, e quindi che imprime una componente di accelerazione angolare al rotore della macchina generatrice 130. Non appena l?elemento 132 supera detto elettromagnete 134, questo viene spento in quanto non genererebbe pi? una forza di attrazione utile a tirate la pala nel senso desiderato. Il sottosistema di assistenza alla rotazione 133 (nella forma di implementazione presentata in Figura 3) ? completato da due sensori di passaggio della pala (ad esempio due fotocellule), indicati in Figura 3 con il numero 135. Tali sensori di passaggio 135 sono utili per sincronizzare l?accensione e lo spegnimento dell?elettromagnete 134, o anche per effettuare rilevazioni di velocit? angolare di rotazione del rotore della macchina generatrice 130.

? chiaro che il sottosistema di assistenza alla rotazione 133 mostrato in Figura 3 rappresenta una delle possibili forme di implementazione. Ci? che ? rilevante ai fini del conseguimento degli scopi per cui la presente invenzione ? stata concepita ? che la particolare dislocazione della macchina generatrice 130 consente di avvalersi in modo semplice di sistemi di ausilio alla rotazione che possono funzionare a bassissimo consumo, e che possono far funzionare la macchina generatrice 130 in regimi di efficienza ottimale.

Tra i vantaggi che derivano dalla particolare dislocazione della macchina generatrice 130, oltre che dalla sua dimensione contenuta, vi ? anche la possibilit? di esercitare la forza che produce la coppia di rotazione ausiliaria sulle estremit? distali delle pale cos? da sfruttare in modo ottimale anche l?effetto leva. La tecnica nota, infatti, gi? propone sistemi di generazione eolica in cui l?efficienza di produzione viene ottimizzata intervenendo, quando serve, con coppie di ausilio alla rotazione; tuttavia in impianti pi? grandi in cui le pale sono esposte direttamente al vento naturale, le coppie di rotazione ausiliaria non possono facilmente essere esercitate agendo sulle estremit? distali delle pale, e ciononostante i benefici in termini di incremento di efficienza di produzione sono comunque apprezzabili in molti casi.

Osservazioni Conclusive

In definitiva, un sistema di generazione micro-eolico 100 secondo gli insegnamenti dell?invenzione pu? essere installato in un gran numero di edifici, soddisfacendo i due principali obiettivi per cui ? stato concepito.

Infatti ? un sistema che consente una facile integrazione architettonica con ogni edificio, in quanto tutto ci? che ? visibile ? la copertura superficiale 110 delle pareti, ma non sono previsti elementi ingombranti o sporgenti che modificano sostanzialmente le linee architettoniche dell?edificio. Anzi, attraverso le molteplici varianti in termini di colori e materiali con cui ? possibile realizzare la copertura superficiale 110 delle pareti, si pu? addirittura giocare con grande flessibilit? per escogitare soluzioni estetiche e stilistiche particolari da conferire all?edificio.

Inoltre, grazie alla posizionabilit? della macchina generatrice 130, unitamente alle sue dimensioni in genere abbastanza contenute, si ? visto come sia possibile gestire il suo funzionamento sempre a regimi di rotazione ottimale; offrendo cos? una risposta assai soddisfacente all?obiettivo di realizzare un sistema di generazione eolica adatto a funzionare anche in presenza di regimi ventosi abbastanza variabili. La risposta offerta dall?invenzione rispetto al problema dell?integrazione architettonica, indirettamente, fa anche passare in secondo piano l?esigenza di esasperare l?efficienza di produzione. Infatti, le pareti o i tetti degli edifici intercettano grandi quantit? d?aria, e questo fatto permette di raggiungere livelli di produzione significativi proprio per la grande quantit? di aria in movimento che pu? essere sfruttata; diversamente da quanto accade ricorrendo all?impiego di impianti secondo l?arte nota che, per motivi di ingombro, devono cercare di contenere il pi? possibile le dimensioni delle superfici di cattura del vento e, pertanto, possono aumentare la produzione solo attraverso una ricerca esasperata di efficienza di trasformazione.

Oltre agli obiettivi principali, la presente invenzione ? assolutamente coerente con lo scenario di riferimento in cui deve essere inquadrata, cio? lo scenario degli edifici intelligenti in cui ? molto importante anche il tema dell?efficientamento energetico. Infatti, le pareti sfruttate per la generazione eolica, risultano di fatto delle pareti ventilate, ossia pareti in cui ? possibile curare in modo ottimale la coibentazione termica, la traspirabilit? e la gestione dell?umidit?.

A questo proposito, si osserva che i materiali da usare sia per la copertura superficiale 110, e sia per i pannelli con cui si realizza la conformazione della parete sottostante 120, non pongono particolari vincoli ai fini dell?invenzione. Ci? che ? rilevante ? solamente la loro conformazione, e pertanto ? certamente consentito implementare l?invenzione con materiali con opportune propriet? tecnologiche, realizzando in tal modo anche delle vere o proprie pareti ventilate progettabili per soddisfare parametri di isolamento (anche acustico) e di coibentazione.

Infine, giova osservare anche come l?invenzione, essendo per propria natura un sistema pensato per avere una forte integrazione architettonica, debba necessariamente essere progettato caso per caso. Tuttavia, pur consentendo un?ampia flessibilit? di diverse configurazioni e risultati estetici, l?invenzione si presta ad essere proposta in forme altamente prefabbricabili e modulari. Il sistema di generazione eolica secondo l?invenzione si pu? pertanto definire pure come un prodotto industrializzabile ed installabile anche in contesti esistenti, mediante interventi di ristrutturazione non necessariamente troppo invasivi.

Inoltre, nonostante la possibilit? di proporre il sistema di generazione micro-eolico 100 secondo l?invenzione anche con logiche di tipo industriale, ossia come un prodotto in larga misura predefinito, esso ? pur sempre un sistema su misura e progettato caso per caso, ed ? quindi soggetto ai vantaggi (o agli svantaggi) tipici della buona (o cattiva) progettazione.

Tra i vantaggi pi? significativi che possono essere conseguiti attraverso la buona progettazione, ma che sono possibili grazie alle altre caratteristiche generali del sistema, vi ? la possibilit? di giocare con le sezioni delle condutture di incanalamento del vento. A seconda degli spazi disponibili e della tipologia di vento tipica del luogo di installazione possono essere messi in campo accorgimenti volti a migliorare l?efficienza del sistema nel suo complesso preservando al massimo il potenziale di energia del vento che viene alla fine soffiato sulle pale della macchina generatrice 130. Un accorgimento che pu? essere adottato con relativa semplicit? consiste, ad esempio, nell?agire sulle sezioni delle condutture e sulla conformazione delle loro bocche d?uscita: infatti, predisponendo opportune variazioni di sezione nella zona in corrispondenza della bocca d?uscita ? possibile sfruttare l?effetto Venturi per favorire la fuoriuscita dell?aria e l?incanalamento forzato del vento 250.

In generale, quindi, la presente invenzione si presta a numerose varianti pur mantenendo le prerogative rivendicate.

Possibili ulteriori varianti possono risultare legate, all?evoluzione degli impianti e dei sistemi che interesseranno gli edifici intelligenti del futuro, in modo da procedere verso una sempre maggiore integrazione di sistemi con funzioni diverse.

Con riferimento a scenari di questo tipo, che oggi possono apparire eccessivamente complessi, si tratta di sfruttare elementi di ciascun sistema a beneficio anche di altri sistemi, cosicch? ogni elemento di ciascun sistema pu? essere soggetto a variazioni che gli consentano di essere utilizzato per una pluralit? funzioni.

Pertanto, soprattutto nel contesto di tali scenari evolutivi, l?invenzione sembra prestarsi ad incorporare e supportare ulteriori sforzi di sviluppo e perfezionamento, capaci di migliorare le prestazioni del sistema descritto. Molti sviluppi ulteriori possono certamente essere apportati dall?uomo esperto del ramo senza per questo fuoriuscire dall?ambito dell?invenzione quale essa risulta dalla presente descrizione e dalle rivendicazioni qui allegate, le quali costituiscono parte integrante della presente descrizione; oppure, qualora detti sviluppi non risultino compresi nella presente descrizione, possono essere oggetto di ulteriori domande di brevetto associate alla presente invenzione, o dipendenti da essa.

Claims (9)

TITOLO: SISTEMA DI SFRUTTAMENTO DELL?ENERGIA EOLICA IN AMBITO EDILIZIO RIVENDICAZIONI

1. Un sistema di generazione di energia elettrica micro-eolico (100) adatto ad essere integrato in un edificio (200) di cui almeno una sua superfice esterna costituisce l?elemento che intercetta il flusso del vento (250), essendo detto sistema di generazione micro-eolico caratterizzato anche dal fatto che: a. Detta almeno una superfice esterna che costituisce l?elemento che intercetta il flusso del vento (250) presenta una pluralit? di fori, o fessure, o aperture in genere, attraverso cui pu? entrare il vento (250) che la investe, e

b. detti fori, o dette fessure, o aperture in genere, costituiscono l?ingesso di speciali condutture incanalatrici, internamente conformate in modo che l?aria sia forzata a fluire solo nel verso entrante, cos? che il vento (250) che investe detta almeno una superfice esterna entra in dette condutture, ma ne viene sostanzialmente impedita la fuoriuscita dagli stessi fori, o fessure, o aperture in genere, che sono presenti in detta almeno una superfice esterna, e l?aria viene forzata ad uscite dall?altra estremit? di dette condutture;

inoltre:

c. all?uscita di dette condutture ? posizionato almeno un elemento rotante con delle pale eoliche (131), e

d. detto almeno un elemento rotante ? posizionato in modo che l?aria che esce da dette condutture investa dette pale eoliche (131) mettendo cos? in rotazione detto elemento rotante, e

e. detto almeno un elemento rotante ? parte di un generatore elettrico (130) che trasforma in energia elettrica parte dell?energia meccanica trasmessa a detto elemento rotante per essere messo in rotazione.

2. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detta almeno una superfice esterna che costituisce l?elemento che intercetta il flusso del vento (250) comprende:

i. una copertura superficiale (110) sulla quale ? presente detta pluralit? fori, o fessure, o aperture in genere, attraverso cui pu? entrare il vento (250), ed

ii. una superficie sottostante (120) conformata con delle scanalature in modo che l?aria che si infrange su di essa non si disperda indifferentemente in varie direzioni, ma sia convogliata in modo da dirigersi lungo una direzione prevalente.

3. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 2 in cui detta superficie sottostante (120) presenta delle scanalature affiancate aventi la forma delle condutture delle valvole di Tesla.

4. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 2 in cui detta copertura superficiale (110) comprende una pluralit? di lamelle longitudinali, disposte parallelamente, e che fungono da deflettore dell?aria che le investe.

5. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto generatore elettrico (130) comprende anche un sottosistema di assistenza alla rotazione (133) adatto a fornire una coppia di rotazione al rotore di detto generatore elettrico (130).

6. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 5 in cui detto sottosistema di assistenza alla rotazione (133) comprende un elettromagnete (134) e dette pale eoliche (131) di cui ? provvisto detto elemento rotante presentano un elemento in materiale ferromagnetico (132) posizionato nella loro estremit? distale.

7. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 1 in cui dette condutture incanalatrici presentano variazioni di sezione nella zona in corrispondenza della bocca d?uscita in modo da sfruttare l?effetto Venturi per favorire la fuoriuscita dell?aria.

8. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 1 in cui almeno una di dette superfici esterne che costituiscono l?elemento che intercetta il flusso del vento (250) ? una parete perimetrale dell?edificio (200).

9. Sistema di generazione micro-eolico (100) secondo la rivendicazione 1 in cui almeno una di dette superfici esterne che costituiscono l?elemento che intercetta il flusso del vento (250) ? una falda del tetto dell?edificio (200).