ITBZ20080029A1 - Impianto di riscaldamento solare - Google Patents

Description

Titolo: Impianto di riscaldamento solare

La presente invenzione si riferisce ad un impianto di riscaldamento solare secondo la parte classificante della rivendicazione 1 .

Impianti di riscaldamento solare di questo tipo, comprendenti collettori solari alimentanti o direttamente o indirettamente attraverso un circuito secondario un serbatoio, all'inizio dell'esposizione del collettore solare al sole, innanzitutto al sorgere del sole l'acqua riscaldata a disposizione presenta temperature soltanto basse, cioè a un contenuto termico molto basso per unità di tempo. Per ottenere una temperatura utile a disposizione, l'intera acqua contenuta nel serbatoio deve essere quindi riscaldata prima di passare all’utenza. Così lentamente l'acqua calda richiesta sarà a disposizione soltanto dopo un certo tempo in dipendenza della temperatura esterna e del tempo di esposizione al sole.

Nella domanda di brevetto europea EP 1 672 288 A1 si pone il problema di realizzare un dispositivo di commutazione robusto e economico per il collegamento alternativo della zona superiore e di quella inferiore del serbatoio senza energia aggiuntiva o rispettivamente senza un pilotaggio elettrico. Si cerca di risolvere questo problema proponendo un impianto per la preparazione di acqua calda con serbatoio e con un trasmettitore di calore collegato con un circuito di carico di un apparecchio di riscaldamento, in un funzionamento di riscaldamento successivo tramite un condotto di estrazione di acqua collegato con il circuito di carico per mezzo di un dispositivo di commutazione relativamente acqua venendo trasportata da una zona superiore o da una zona inferiore del serbatoio attraverso il trasmettitore di calore. Il condotto di estrazione dell'acqua presenta un'apertura di estrazione superiore e un'apertura di estrazione inferiore e nel condotto di estrazione d'acqua è disposto il dispositivo di commutazione con un elemento a valvola meccanico che libera a scelta l'apertura di estrazione superiore o l'apertura di estrazione inferiore.

Con il dispositivo di commutazione è possibile che sia variabile l'alimentazione dell'acqua attraverso la pompa di carico e viene fatta comprendere nel comando risparmiante energia dell'apparecchio di riscaldamento e quindi del serbatoio. Per mezzo del dispositivo di commutazione l'entrata della pompa di carico è collegabile per il riscaldamento successivo del serbatoio a scelta con la zona superiore o con la zona inferiore del serbatoio. Così il riscaldamento successivo può essere adattato alle abitudini dell'utenza.

In questa domanda di brevetto per aver sufficientemente acqua a disposizione nella zona superiore del serbatoio, l'acqua fredda viene estratta dalla zona superiore per riscaldare l'acqua attraverso un lato primario di un circuito di riscaldamento.

Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di poter utilizzare anche al massimo l'energia di calore a disposizione all'inizio della esposizione di un collettore solare al sole, per esempio al sorgere del sole il più possibile senza apporto di una energia prodotta da un riscaldamento a parte.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è inoltre quello di risolvere il problema di un surriscaldamento dell'impianto, quando l'energia di calore si ristagna.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti da un impianto di riscaldamento solare secondo la parte caratterizzante della rivendicazione 1 .

L'impianto di riscaldamento solare secondo l'invenzione prevede in modo noto un collettore solare, formato per esempio da piastre per l'accumulo di energia solare, che è collegato con un serbatoio d'acqua calda tramite un condotto di mandata e uno di ritorno, con in frapposizione di almeno una pompa di circolazione. Secondo l'invenzione il condotto di mandata è collegabile alternativamente attraverso un ramo inferiore con la zona inferiore del serbatoio e attraverso un ramo superiore con la zona superiore del serbatoio tramite un sistema di commutazione comprendente un misuratore di portata almeno nel condotto di ritorno, un sensore di temperatura sul condotto di andata, un sensore di temperatura sul condotto di ritorno, linee di collegamento fra il misuratore di portata e i sensori con una unità di elaborazione dati atta a formare un segnale rappresentante la quantità di calore dal prodotto della portata e dalla differenza di temperatura, un elemento di confronto nella unità di elaborazione atto a comparare il segnale rappresentante la quantità di calore con una quantità di calore impostabile, un organo direzionale atto a convogliare il fluido alternativamente nel ramo superiore o nel ramo inferiore e una linea di collegamento fra l’unità di elaborazione segnali e l’organo direzionale per convogliare il fluido in uno o l’altro ramo a seconda che il segnale rappresentante la quantità di calore è maggiore o minore della quantità di calore impostato. Opportunamente nel serbatoio è previsto almeno un sensore di temperatura collegato attraverso una linea con l’elemento di confronto dell’unità di elaborazione segnali per la comparazione della temperatura misurata con una temperatura impostata e emettere un segnale per l’intervento dell’organo direzionale nell’uno o nell’altro ramo a seconda che la quantità di calore al di sotto o al di sopra della quantità impostata e la temperatura nel serbatoio si trova a al di sopra o al di sotto alla temperatura impostata.

In una preferita forma di realizzazione l’organo direzionale è formato da una pompa nel ramo superiore e da una pompa nel ramo inferiore rispettivamente attivabili dal segnale proveniente dalla unità di elaborazione, l’una se la quantità di calore è maggiore rispetto a quella impostata, l’altra se la quantità di calore è minore rispetto a quella impostata. In una altra forma di realizzazione l’organo direzionale è formata da una valvola a tre vie.

In una preferita forma di realizzazione fra il circuito primario comprendente il collettore solare e i condotti di entrata e di ritorno, è infrapposto uno scambiatore di calore a sua volta collegato con un circuito secondario formato dal condotto di mandata e di ritorno collegati con il serbatoio, il condotto di mandata essendo deviabile come descritto tramite l’organo direzionale nella zona superiore o quella inferiore del serbatoio.

In una vantaggiosa forma di realizzazione il serbatoio è dotato di una serpentina alimentabile in modo noto dal fluido riscaldata.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risultano dalle rivendicazioni e dalla seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione, rappresentata nel disegno allegato, in cui l'unica Figura mostra uno schema di un impianto per la preparazione di acqua calda secondo l'invenzione.

Nella Figura con il numero di riferimento 1 è indicato nel suo insieme un impianto per la preparazione di acqua calda secondo l'invenzione.

Esso comprende un circuito di riscaldamento primario 2 e un circuito di carico secondario 3.

Il circuito primario di riscaldamento comprende un collettore solare 4, del tipo noto, per esempio a pannelli, collegato tramite un condotto di alimentazione 5 con l'entrata di uno scambiatore di calore 6 a sua volta collegato attraverso la sua uscita tramite un condotto di ritorno 7 con il collettore solare. Parimenti in modo noto il condotto di ritorno è dotato di pompe di estrazioni regolabili 8.

Lo scambiatore di calore 6 vantaggiosamente è collegato con un serbatoio 11, tramite un condotto di mandata 13 e la sua uscita tramite un condotto di ritorno 14. Opportunamente il condotto di ritorno 14 è dotato di un misuratore di portata 33. Secondo l'invenzione il condotto di mandata 13 si rastrema in un ramo di mandata inferiore 9 e in un ramo di mandata superiore 20. Nel ramo di mandata inferiore 9 sono inseriti una pompa 15 regolabile nel numero di giri e un sensore di temperatura T5, mentre nel ramo di mandata superiore 20 sono inseriti una pompa 19 regolabile nel numero di giri e un sensore di temperatura T4.

Le pompe 15 e 19 e i sensori di temperatura T4 e T5 sono rispettivamente collegati attraverso linee con una unità di elaborazione segnali, non mostrata.

Opportunamente un sensore di temperatura T1 è previsto sul condotto di alimentazione 5 e uno T2 sul condotto di ritorno 7. Entrambi sono collegati con l’unità di elaborazione segnali. Lo stesso vale per una temperatura T3 presa sul condotto di alimentazione all'uscita dello scambiatore di calore 6.. Alla stessa stregua in tre punti diversi del serbatoio 11 vengono misurate le temperature dall'alto in basso T7, T8 e T9 e trasmesse sotto segnali rispettivamente alla unità di elaborazione segnali.

Al fine di evitare ristagni di temperatura, con il condotto di mandata 5 è collegato un condotto derivato 28 a sua volta collegato con un ventilatore 29 che è collegato tramite un condotto di ritorno derivato 30 dotato di una pompa di estrazione con il condotto di ritorno 7.

Il ventilatore 29 scarica l'aria riscaldata attraverso un canale 31 e prende aria fresca attraverso un canale 32.

Il funzionamento dell’impianto solare secondo l’invenzione è come segue:

Nel circuito secondario 3 attraverso il misuratore di portata 33 e la differenza di temperatura T3 e T6 viene rilevata la potenza dell’impianto solare (capacità termica dell’acqua 4,186 kJ/kgK). La pompa 8 e la pompa 15 sono regolabili nel numero di giri e mantengono costante una differenza di temperatura dt per esempio di 15 °C fra T1 e T2 (regolabile).

Se si passa al di sotto del valore T7 (per esempio temperatura dell’acqua di consumo, però anche l’acqua di riscaldamento) nel serbatoio e se si supera un determinato valore di potenza impostato nell’impianto solare in W/m<2>, allora la pompa 15 nel ramo inferiore 13 viene disinserita e la pompa 19 nel ramo superiore 20 viene attivata. Le pompe 8 e 19 sono regolate nel numero di giri e la temperatura T1 (regolabile) viene alzata a per esempio 55°C e la temperatura T3 (regolabile) a per esempio 50° e mantenute costanti. Il rilevamento della potenza avviene per esempio ogni dieci minuti.

Per la misurazione dell’antigelo attraverso la capacità termica nel circuito secondario 3 tramite il misuratore di portata 33 e attraverso al differenza di temperatura T3 e T6 viene rilevata la potenza dell’impianto solare (capacità termica dell’acqua 4,186 kJ/kg K) .

Nel circuito primario 2 tramite il misuratore di portata 34 e attraverso la differenza di temperatura T1 e T2 viene rilevato un valore.

Vale l’equazione:

(T1 - T 2 ) X portata di 34 X capacità fluido = (T3-T6) X portata di 33 X capacità fluido, il fluido del veicolo di calore essendo la incognita e venendo determinato dall’equazione.

La sicurezza antigelo nel circuito primario 2 viene indicata attraverso i valori memorizzati del fabbricante (tabella miscela glicole-acqua).

La limitazione delle temperature nel circuito primario 2 (protezione contro temperature eccessive) avviene come segue: se i valori impostati regolabili T1 o T2 vengono oltrepassati verso l’alto, allora vengono attivati la pompa 35 e lo scambiatore di calore aria- acqua 29. Attraverso il canale d’aria 32 viene contemporaneamente aspirata aria fredda e tramite lo scambiatore di calore aria-acqua 29 l’aria viene scaricata attraverso il canale d’aria 31.

La limitazione della temperatura nel serbatoio 11 avviene come segue:

Se viene superata la temperatura di 95°C (massima ammissibile dalla legge) nel serbatoio 11 per qualsiasi ragione verso l’alto, allora viene aperta la valvola 36 e viene scaricata acqua calda di consumo.

La regolazione della pressione sul circuito principale 2 (circuito solare) si svolge come segue:

Se il vaso di espansione 41 , prescritto per legge, o la valvola di soprapressione 43, prescritta per legge, non dovesse più funzionare regolarmente, allora la pressione nel circuito primario 2 viene limitata attraverso la valvola preregolata 37 ad un massimo (per esempio 3 bar) e il rispettivo fluido del veicolo di calore viene scaricato attraverso il condotto 42 al recipiente di raccolta aperto 40. Se si passasse al di sotto del minimo della pressione dell’impianto (per esempio 1,5 bar) allora attraverso il manometro 39 viene attivata la pompa di mandata 38 e fluido del veicolo di calore viene versato nel condotto 7 fino a che è raggiunta la pressione regolata nel manometro 39.

Garanzia di funzionamento nel caso di mancanza di corrente elettrica:

Se per via di una mancanza di corrente elettrica non dovesse essere assicurata più la tensione di rete 44, allora dall’accumulatore a corrente continua 45 e dall’invertitore 46 viene garantita per un certo tempo l’intera funzione dell’impianto solare 1. L’accumulatore 46 viene alimentato attraverso il regolatore di carico.

Ovviamente l'impianto secondo l'invenzione sarà dotato di tutti quegli accorgimenti e dispositivi di sicurezza, come vasi di espansione, valvole ecc. del tipo noto che non richiedono alcuna ulteriore illustrazione all'esperto.

Ulteriori varianti e modifiche sono possibili senza uscire dall'ambito di protezione, così come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di riscaldamento solare (1) comprendente un collettore solare (4) che è collegato con un serbatoio d'acqua calda (11) tramite un condotto di mandata (5) e uno di ritorno (7), con infrapposizione di almeno una pompa di circolazione (8) , caratterizzato dal fatto che il condotto di mandata (13) è collegabile alternativamente attraverso un ramo inferiore (9) con la zona inferiore del serbatoio (11) e attraverso un ramo superiore (20) con la zona superiore del serbatoio(1 1 ) tramite un sistema di commutazione comprendente un misuratore di portata (33) almeno nel condotto di ritorno (7), un sensore di temperatura (T1) sul condotto di andata (5), un sensore di temperatura (T2) sul condotto di ritorno, linee di collegamento fra il misuratore di portata (33, 34) e i sensori con una unità di elaborazione dati atta a formare un segnale rappresentante la quantità di calore dal prodotto della portata e dalla differenza di temperatura, un elemento di confronto nella unità di elaborazione atto a comparare il segnale rappresentante la quantità di calore con una quantità di calore impostabile, un organo direzionale (15, 19), atto a convogliare il fluido alternativamente nel ramo superiore (20) o nel ramo inferiore (9), una linea di collegamento fra l’unità di elaborazione segnali e l’organo direzionale per convogliare il fluido in uno o l’altro ramo a seconda che il segnale rappresentante la quantità di calore è maggiore o minore della quantità di calore i 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel serbatoio (11) è previsto almeno un sensore di temperatura (T7, T8, T9) collegato attraverso una linea con l’elemento di confronto dell’unità di elaborazione segnali per la comparazione della temperatura misurata con una temperatura impostata e emettere un segnale per l’intervento dell’organo direzionale nell’uno o nell’altro ramo a seconda che la quantità di calore al di sotto o al di sopra della quantità impostata e la temperatura nel serbatoio si trova al di sopra o al di sotto alla temperatura impostata. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’organo direzionale è formato da una pompa (19) nel ramo superiore (20 e da una pompa (15) nel ramo inferiore (9) rispettivamente attivabili dal segnale proveniente dalla unità di elaborazione, l’una se la quantità di calore è maggiore rispetto a quella impostata, l’altra se la quantità di calore è minore rispetto a quella impostata. 4. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’organo direzionale è formata da una valvola a tre vie. 5. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che fra il circuito primario comprendente il collettore solare e i condotti di entrata e di ritorno, è infrapposto uno scambiatore di calore (6) a sua volta collegato con un circuito secondario (3) formato dal condotto di mandata e di ritorno collegati con il serbatoio, il condotto di mandata essendo deviabile tramite l’organo direzionale nella zona superiore o quella inferiore del serbatoio. 6. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che se i valori impostati regolabili T1 o T2 vengono oltrepassati verso l’alto, allora vengono attivati una pompa (35) e uno scambiatore di calore aria- acqua (29, attraverso un canale d’aria (32) venendo contemporaneamente aspirata aria fredda e tramite lo scambiatore di calore aria-acqua (29) l’aria viene scaricata attraverso il canale d’aria (31). 7. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, se viene superata la temperatura di 95°C (massima ammissibile dalla legge) nel serbatoio (11) per qualsiasi ragione verso l’alto, allora viene aperta una valvola (36) e viene scaricata acqua calda di consumo. 8. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che se un vaso di espansione (41), prescritto per legge, o una valvola di soprapressione (43), prescritta per legge, non dovesse più funzionare regolarmente, allora la pressione nel circuito primario (2) viene limitata attraverso una valvola preregolata (37) ad un massimo (per esempio 3 bar) e il rispettivo fluido del veicolo di calore viene scaricato attraverso un condotto (42) ad un recipiente di raccolta aperto (40), se passando al di sotto del minimo della pressione dell’impianto (per esempio 1 ,5 bar) allora attraverso un pressostato (39) viene attivata una pompa di mandata (38) e fluido del veicolo di calore viene versato nel condotto (7) fino a che è raggiunta la pressione regolata nel pressostato (39). 9. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, se per via di una mancanza di corrente elettrica non dovesse essere assicurata più la tensione di rete (44), allora un accumulatore di corrente continua (45) e da un invertitore (46) viene garantita per un certo tempo l’intera funzione dell’impianto solare (1), l’accumulatore (45) venendo alimentato attraverso il regolatore di carico.