ITAN20110077A1 - Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica - Google Patents

Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica Download PDF

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ITAN20110077A1
ITAN20110077A1 IT000077A ITAN20110077A ITAN20110077A1 IT AN20110077 A1 ITAN20110077 A1 IT AN20110077A1 IT 000077 A IT000077 A IT 000077A IT AN20110077 A ITAN20110077 A IT AN20110077A IT AN20110077 A1 ITAN20110077 A1 IT AN20110077A1
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IT
Italy
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sauna
heat pump
heat
energy efficiency
high energy
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Application number
IT000077A
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English (en)
Inventor
Enrico Cappanera
Luigi Lucchetti
Emanuele Mainardi
Original Assignee
Energy Resources Spa
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H33/00Bathing devices for special therapeutic or hygienic purposes
    • A61H33/06Artificial hot-air or cold-air baths; Steam or gas baths or douches, e.g. sauna or Finnish baths
    • A61H33/063Heaters specifically designed therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61H33/06Artificial hot-air or cold-air baths; Steam or gas baths or douches, e.g. sauna or Finnish baths
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/18Hot-water central heating systems using heat pumps

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione avente per TITOLO: “SAUNA FUNZIONANTE A POMPA DI CALORE AD ALTA EFFICIENZA ENERGETICA”
CAMPO DELLA TECNICA
La presente invenzione si inserisce nel campo dei dispositivi per la cura
ed il benessere del corpo nonché come strumento idroterapico di
notevole diffusione e largo impiego, quale la sauna.
La presente invenzione si inserisce inoltre nel campo dei dispositivi che
forniscono un servizio di utilità alla collettività, consentendo un
notevole risparmio energetico rispetto ai sistemi attualmente in
commercio.
STATO DELLA TECNICA
I sistemi come saune o bagni di vapore sono molto diffusi e
comunemente utilizzati come strumenti di relax, per il benessere fisico
ed anche a scopo terapeutico. Le differenze di tali dispositivi
riguardano le temperature ed il grado di umidità che devono essere raggiunti e mantenuti nella cabina. Per riscaldare questi ambienti sono utilizzate stufe a legna o elettriche poste all’ interno della cabina che costituiscono il sistema più diffuso nelle saune finlandesi. Questa tipologia di sauna prevede temperature generalmente elevate con un basso tenore di umidità, attorno al 10 - 20%. L’altra tipologia di sauna nota come bagno di vapore o bagno turco, prevede temperature più basse ma sature di vapore acqueo. In questi ultimi sistemi il riscaldamento della cabina è spesso determinato dal vapore prodotto da generatori di vapore ed introdotto nella cabina attraverso appositi ugelli. In entrambi i casi, i sistemi di generazione di calore sono per la maggior parte di tipo elettrico e determinano un notevole dispendio energetico.
La domanda tedesca DE 19511306 (Al) pubblicata in data 02/10/1996 descrive un sistema di riscaldamento applicato ad una sauna, composto da una struttura centralizzata in cui un olio termico, con un punto di ebollizione superiore a 180°C, è riscaldato e portato a 150°C e fatto arrivare in un radiatore attraverso cui il calore è ceduto e permette il riscaldamento della sauna. Un sistema così composto necessita di una sola stufa centralizzata a cui possono essere collegati più radiatori per il riscaldamento di altre stanze. Questo sistema può collegarsi con una stufa in modo da generare solo aria secca a temperature fino a 110°C o alternativamente con un generatore di umidità che permette ad un utente di usufruire della sauna come bagno turco, con temperature minori ed un alto tasso di umidità.
La domanda finlandese FI 108213 (Bl) pubblicata in data 14/12/2001 descrive un sistema di riscaldamento di una sauna composto da una stufa, posta internamente alla cabina su cui sono poste le pietre riscaldanti. Rispetto ai sistemi tradizionali in cui tali pietre sono scaldate attraverso stufe elettriche o con il calore prodotto dalla combustione diretta di legno, questo sistema utilizza le microonde generate da un dispositivo posto internamente alla stufa. Questo sistema diminuisce il tempo richiesto per riscaldare la cabina e le pietre, tuttavia vi sono anche delle resistenze elettriche che sono utilizzate quando i tempi di funzionamento della stufa sono eccezionalmente lunghi.
La domanda tedesca DE 10241546 (Al) pubblicata in data 18/03/2004 descrive un sistema di riscaldamento unito insieme ad un evaporatore in un unico blocco che può essere utilizzato in una sauna. Il dispositivo riscaldante posto internamente alla cabina, è attivato elettricamente ed è direttamente connesso con un evaporatore a spirale che permette revaporazione di un liquido appositamente dosato in tempi rapidi consentendo un risparmio energetico. Il dispositivo offre anche la possibilità di incorporare altre attrezzature addizionali. In questo modo si crea un sistema semplice e compatto che permette un riscaldamento della sauna per mezzo di aria priva di umidità o attraverso la generazione di vapore e viceversa consentendo un risparmio energetico.
La domanda tedesca DE 102007047567 (Al) pubblicata in data 14/02/2008 descrive un sistema per il riscaldamento di una sauna o di un bagno di vapore, comprendente un serbatoio con la funzione di accumulo di calore posto esternamente alla cabina e ad essa connesso attraverso tubi coibentati che permettono il passaggio di calore all’ interno della sauna. L’unità esterna è termicamente connessa con la sauna attraverso almeno un suo elemento come una parete o il pavimento. Il serbatoio accumulatore di calore può essere riscaldato per mezzo di pannelli solari o collettori solari posizionati sul tetto in cui vi sono tubi contenenti liquido cui il calore è trasferito ed è poi trasportato nella sauna. Tale serbatoio ha principalmente la funzione di scambiatore di calore con cui è in grado di scaldare l’acqua con temperature tra i 65 °C ed i 95 °C ed un optimum a 70°C.
La domanda cinese CN 201244179 (Y) pubblicata in data 27/05/2009 descrive un dispositivo di riscaldamento di una sauna utilizzando un sistema a pompa di calore. Il modello proposto prevede l’impiego di una pompa di calore a CO2 che viene utilizzata per il riscaldamento di una sauna attraverso un sistema radiante a pavimento posto all’ interno della sauna accoppiato con uno scambiatore di calore posto anch’esso dentro il locale della sauna. Il sistema presentato prevede l’utilizzo di tre livelli di condensazione con cui viene prodotta sia acqua molto calda, destinata al sistema radiante a pavimento attraverso lo stoccaggio ed il ricircolo in una vasca di accumulo, sia acqua a medio bassa temperatura per utilizzo sanitario.
La domanda intemazionale WO 2010/037096 (A2) pubblicata in data 01/04/2010 descrive un sistema di riscaldamento per una sauna apposita comprendente una struttura composta da mattoni impilati uno sull’altro che vengono riscaldati elettricamente. Tale struttura è posta su un carrello mobile su rotaia e può essere trasportato dentro la cabina da scaldare dotata di apposito alloggiamento e di essere successivamente rimossa non appena la temperatura desiderata è raggiunta. Il dispositivo mobile è spostato dalla camera di riscaldamento alla sauna e viceversa. Il calore assorbito dai mattoni viene gradualmente ceduto nella sauna per irraggiamento. La particolarità del dispositivo evita l’utilizzo di sistemi di riscaldamento a combustione diretta, aumentando la sicurezza del sistema. La mobilità della struttura permette di evitare che se un componente si rompe, tutto il sistema sia inutilizzabile.
PROBLEMA TECNICO DA RISOLVERE
In relazione allo stato della tecnica e alle soluzioni presenti sul mercato sono state riscontrate le seguenti problematiche tecniche:
• Il mercato non offre soluzioni che consentano di riscaldare Γ ambiente interno di una sauna con sistemi che coniughino il raggiungimento di temperature elevate con un basso consumo energetico e con un minimo ingombro di tutto il dispositivo.
• Il mercato non offre soluzioni che permettano di garantire il funzionamento del sistema utilizzando fonti di energia rinnovabile a parità di consumi energetici.
• Con riferimento alla domanda tedesca DE 19511306 (Al) pubblicata in data 02/10/1996, il sistema proposto per il riscaldamento della sauna, mediante Γ utilizzo di olio con alta temperatura di ebollizione, può coniugare sia la sauna finlandese che quella a temperature minori e con una maggiore umidità, ma al tempo stesso richiede una temperatura dell’ olio termico utilizzato molto elevata, superiore a 150°C e mantenuta tale fino al raggiungimento del calore impostato. Il mezzo riscaldante è portato alle temperature operative mediante torcia elettrica con conseguente elevato consumo energetico. La quantità di energia richiesta per il riscaldamento delle pietre non è così elevata da richiedere Γ impiego di un olio termico essendo possibile utilizzare un sistema alternativo quale un gas di una pompa di calore.
• Con riferimento alla domanda finlandese FI 108213 (Bl) pubblicata in data 14/12/2001, il sistema di riscaldamento proposto sostituisce la tradizionale stufa a legna o a carbone o elettrica, proponendo il riscaldamento attraverso le microonde. Tuttavia il dispositivo presenta resistenze elettriche che sono necessarie per prolungati tempi di utilizzo della sauna. Inoltre le microonde sono generate attraverso Γ utilizzo della corrente elettrica, determinando un elevato consumo energetico. Con tale dispositivo non si ha grande efficienza poiché Γ energia termica prodotta non può superare quella elettrica impiegata.
• Con riferimento alla domanda tedesca DE 10241546 (Al) pubblicata in data 18/03/2004, il sistema di riscaldamento della sauna descritto si presenta interessante nella sua conformazione compatta di evaporatore e dispositivo riscaldante assemblati insieme in un unico blocco. Tuttavia Γ alimentazione del dispositivo è elettrica e determina un alto consumo energetico per ottenere una cabina con la temperatura elevata idonea ad un utilizzo come sauna.
• Con riferimento alla domanda tedesca DE 102007047567 (Al) pubblicata in data 14/02/2008, il dispositivo di riscaldamento della sauna presentato, propone una soluzione che si pone come alternativa all’ utilizzo di un sistema elettrico, ma necessita di una struttura esterna con funzioni di accumulo e riserva di calore. Tale sistema configurandosi come cella termica in cui un liquido riscaldato è inviato alla cabina da riscaldare per mezzo di idonee tubazioni, si presenta piuttosto ingombrante e poco pratico essendo la cella di grandi dimensioni. Si evidenzia una complessità circuitale per la gestione di varie fonti di calore ed in aggiunta, essendo la cella termica esterna rispetto alla sauna, si determina una dispersione termica.
• Con riferimento alla domanda cinese CN 201244179 (Y) pubblicata in data 27/05/2009, il sistema di riscaldamento presentato, prevedendo tre livelli di condensazione con tre scambiatori di calore è di difficile controllo e richiede apparecchiature piuttosto complesse. Inoltre il sistema si presenta ingombrante per effetto degli accumuli dei due livelli di temperatura che peraltro sono anche parti non strettamente necessarie ai fini del riscaldamento della sauna. La complessità del dispositivo ed il suo ingombro lo rendono poco pratico ai fini di una reale applicabilità e molto oneroso economicamente.
• Con riferimento alla domanda intemazionale WO 2010/037096 (A2) pubblicata in data 01/04/2010, il sistema di riscaldamento proposto si presenta macchinoso dovendo predisporre la sauna con delle rotaie per permettere lo spostamento del dispositivo riscaldante. Tale dispositivo è comunque riscaldato e portato ad elevate temperature elettricamente con il conseguente elevato consumo energetico, poiché la potenza termica che se ne ricava non supera mai quella elettrica utilizzata.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un sistema che permette di riscaldare una sauna ad alte temperature, funzionante attraverso una pompa di calore a gas con alta efficienza energetica. Il dispositivo comprende le seguenti parti:
a) struttura prefabbricata isolata di tipologia e spessore tale da ridurre il più possibile le dispersioni termiche;
b) pavimento antiscivolo;
c) porta di accesso dotata di perfetta chiusura ermetica;
d) alimentazione elettrica;
e) termostato elettronico a display per il controllo e la gestione delle temperature;
f) gruppo riscaldante in pompa calore funzionante con gas ad elevate temperature critiche (es. CO2);
g) elementi per la seduta delle persone.
Il sistema a pompa di calore applicato comprende:
a) un evaporatore, che preleva il calore contenuto nell’ aria esterna.
Il calore si trasmette al fluido refrigerante, il quale passa allo stato gassoso, fungendo da sorgente di calore;
b) un compressore, che comprimendo il fluido refrigerante ne aumenta la temperatura;
c) dispositivi in cui avviene la condensazione, dove il calore viene ceduto all’ interno della sauna;
d) una valvola di espansione automatica, attraverso cui il fluido refrigerante diminuisce la temperatura ed è nuovamente indirizzato al dispositivo di sorgente chiudendo in tal modo il ciclo.
La sauna funzionante a pompa di calore, prevede due livelli di condensazione: il primo consiste in un radiatore metallico che permette Γ umidificazione e Γ abbassamento della temperatura interna dell’ ambiente, il secondo livello invece, avviene lungo le pareti attraverso un sistema di riscaldamento radiante. In tal modo con un salto termico operato dal compressore si effettuano due livelli di condensazione. L’impiego di un fluido refrigerante che circola nelle serpentine del riscaldamento radiante, rispetto ai dispositivi tradizionali impieganti acqua o olio, permette di evitare lo scambio intermedio tra il gas in condensazione e l’ambiente. L’utilizzo del fluido refrigerante permette di raggiungere all’interno della lastra radiante temperature superiori ai 110°C ed il riscaldamento dell’aria all’ interno della sauna fino a 70°C, garantendo il raffrescamento e la deumidificazione dell’edificio ove questa sia installata indoor. Il sistema garantisce temperature elevate e basso contenuto di umidità, prestandosi anche ad essere adattato a bagno turco mediante Γ inserimento di umidificazione controllata.
VANTAGGI DELL’INVENZIONE
La sauna funzionante a pompa di calore proposta con la presente invenzione, offre vantaggi in relazione agli aspetti problematici precedentemente esposti:
- maggiore efficienza termica con il sistema a pompa di calore rispetto ai sistemi con resistenze elettriche (minore potenza assorbita);
- abbattimento dei consumi energetici e delle emissioni inquinanti grazie all’ utilizzo di energia da fonte rinnovabile (calore presente nell’ aria);
- ridotti costi di gestione;
- minimo ingombro della struttura;
- C.O.P. > 1;
- maggior sicurezza elettrica rispetto alle normali saune con riscaldamento a resistenze elettriche interne anche grazie al sensore per il controllo della CO2.;
- con il sistema a doppia condensazione si effettuano due livelli di condensazione con un solo salto termico operato dal compressore;
- con i dispositivi in cui avviene la condensazione si può garantire il riscaldamento uniforme dell’ interno della sauna e l’eventuale umidificazione ed abbassamento della temperatura interna dell’ambiente;
- migliore efficienza del sistema e riduzione del numero dei dispositivi grazie all’ utilizzo di un fluido refrigerante nel sistema di riscaldamento radiante che permette di evitare lo scambio intermedio tra il gas in condensazione e Γ ambiente;
- sistema che si presta ad essere adattato ad un bagno turco.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
In Fig.l è rappresentato il sistema della sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
In Fig.l è rappresentato il sistema della sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica; in particolare la Fig.l illustra i seguenti componenti: il gruppo riscaldante in pompa calore funzionante con fluido refrigerante ad elevate temperature critiche (1, 2, 3, 4 e 5) e la struttura prefabbricata che costituisce Γ ambiente della sauna (6).
Il gruppo riscaldante in pompa calore è costituito dall’ evaporatore (1) che preleva il calore contenuto nell’ aria esterna , dal compressore (2) che comprimendo il fluido refrigerante ne aumenta la temperatura, da dispositivi (3 e 4) in cui avviene la condensazione dove il calore viene ceduto all’ interno della sauna, dalla valvola di espansione automatica (5) attraverso cui il fluido refrigerante diminuisce la temperatura ed è nuovamente indirizzato al dispositivo di sorgente chiudendo il ciclo.
Uno dei dispositivi in cui avviene la condensazione è un radiatore metallico (3) che permette di procedere all’ eventuale umidificazione e quindi all’eventuale abbassamento della temperatura interna dell’ambiente. L’altro dispositivo in cui avviene la condensazione è un sistema di riscaldamento radiante (4) applicato alle superfici interne della cabina che permette di riscaldare uniformemente Γ interno della sauna.
I due dispositivi permettono di effettuare la condensazione in due passaggi: nel primo il radiatore metallico (3) viene bagnato da fluidi che all’ occorrenza possono evaporare; nel secondo la condensazione avviene lungo le superfici interne della cabina (4) in cui è applicato il sistema di riscaldamento radiante.
L’ambiente sauna (6) è costituito da pannelli prefabbricati, pavimento antiscivolo, porta di accesso dotata di perfetta chiusura ermetica, termostato elettronico a display per il controllo e la gestione delle temperature e da elementi per la seduta delle persone.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI dell’ invenzione avente per TITOLO: “SAUNA FUNZIONANTE A POMPA DI CALORE AD ALTA EFFICIENZA ENERGETICA” RIVENDICAZIONI 1. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica costituita dalle seguenti parti: a) struttura prefabbricata (6) isolata di tipologia e spessore tale da ridurre il più possibile le dispersioni termiche; b) pavimento antiscivolo; c) porta di accesso dotata di perfetta chiusura ermetica; d) alimentazione elettrica; e) termostato elettronico a display per il controllo e la gestione delle temperature; f) gruppo riscaldante in pompa calore (1,2, 3, 4 e 5) funzionante con fluido refrigerante ad elevate temperature critiche (es.C02); g) elementi per la seduta delle persone.
  2. 2. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 1, la cui pompa di calore funziona grazie ad un fluido refrigerante che, mediante cambiamenti di stato e cicli di compressione ed espansione, preleva il calore contenuto nell’aria esterna e lo cede all’ interno della sauna. Tale pompa di calore può comprendere: - un evaporatore (1), che preleva il calore contenuto nell’ aria esterna. Il calore si trasmette al fluido refrigerante, il quale passa allo stato gassoso, fungendo da sorgente di calore; - un compressore (2), che comprimendo il fluido refrigerante ne aumenta la temperatura; - dispositivi in cui avviene la condensazione (3) e (4), dove il calore viene ceduto all’ interno della sauna; - una valvola di espansione automatica (5), attraverso cui il fluido refrigerante diminuisce la temperatura ed è nuovamente indirizzato al dispositivo di sorgente chiudendo in tal modo il ciclo.
  3. 3. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica, di cui alla rivendicazione 2, in cui i dispositivi in cui avviene la condensazione sono il radiatore metallico (3) che permette di procedere all’ umidificazione e all’abbassamento della temperatura interna dell’ambiente; e il sistema di riscaldamento radiante (4), applicato alle superfici interne della cabina, che serve per riscaldare uniformemente l’interno della sauna.
  4. 4. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 2, che prevede due livelli di condensazione: il primo consiste in un radiatore metallico (3) bagnato da fluidi che all’ occorrenza possono evaporare; il secondo livello della condensazione invece avviene lungo le pareti (4). Con un salto termico operato dal compressore si effettuano due livelli di condensazione.
  5. 5. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 1, che attraverso Γ utilizzo di un fluido refrigerante che circola nelle serpentine del sistema di riscaldamento radiante (4), rispetto ai tradizionali dispositivi impieganti acqua o olio, permette di evitare lo scambio intermedio tra il gas in condensazione e Γ ambiente. Tale soluzione permette di aumentare ulteriormente Γ efficienza del sistema e ridurre Γ utilizzo di dispositivi.
  6. 6. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 1, che attraverso Γ utilizzo di un fluido refrigerante che circola nelle serpentine del sistema di riscaldamento radiante (4), rispetto ai tradizionali dispositivi impieganti acqua o olio, permette di raggiungere all’ interno della lastra radiante temperature superiori a 110 °C.
  7. 7. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 1 , utilizzante il principio termodinamico per riscaldare l aria all' intemo della stessa fino a 70 °C, e che permette il raffrescamento e la deumidificazione dell’ edificio ove installata (es. in caso di installazione indoor).
  8. 8. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 1, avente lo scopo di fornire il calore necessario alla stanza della sauna garantendo temperature elevate e bassa umidità. Il sistema si presta anche ad essere adattato ad un bagno turco mediante Γ inserimento di umidificazione controllata.
  9. 9. Sauna funzionante a pompa di calore ad alta efficienza energetica di cui alla rivendicazione 1, che permette di ottenere elevata efficienza termica, ridotti costi di gestione e riduzione delle emissioni inquinanti grazie all’ utilizzo di energia proveniente da fonte rinnovabile (mediante il calore presente nell’aria).
  10. 10. Sauna funzionante a pompa di calore di cui alla rivendicazione 1, la quale determina una maggiore efficienza energetica in relazione al rendimento termico della pompa di calore, in quanto ad ogni unità di energia elettrica consumata, il dispositivo ne restituisce almeno due sotto forma di calore. Ne consegue un maggior risparmio energetico rispetto ai tradizionali dispositivi attualmente in uso che sfruttano una resistenza elettrica per il riscaldamento dell’aria.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1013236C1 (nl) * 1999-06-28 2001-01-02 Pieter De Bruin Kuuroord.
CN201244179Y (zh) * 2008-07-22 2009-05-27 天津商业大学 一种高效节能的热泵桑拿系统

Patent Citations (2)

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