ITCO20080034A1 - Procedimento ed impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case di tipo mono familiare con impianto solare termico. - Google Patents

Description

“Procedimento ed impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case di tipo monofamiliare con impianto solare termicoâ€

Descrizione dell’invenzione

Campo tecnico

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case di tipo monofamiliare con impianto solare termico secondo i preamboli delle rivendicazioni 1 e 2, laddove con il termine di case monofamiliari vengono intese case di abitazione aventi una superficie di circa 100-300 m<2>, per le quali non si avrebbero praticamente vantaggi miniaturizzando semplicemente i grandi impianti di riscaldamento e raffrescamento noti per grandi edifici, come condomini, ospedali, scuole e così via.

Sfondo tecnologico

Come noto, nelle case di tipo monofamiliare l’uso attuale dell’energia nell’arco dell’anno per il riscaldamento ed il raffrescamento radiante con le tecniche più diffuse à ̈ come segue:

A) riscaldamento invernale mediante la combustione di combustibili fossili, per la produzione di acqua calda sanitaria, generalmente integrabile (nell’ordine di circa il 15% - 20%) con un importo di energia termica prodotta da un impianto di pannelli solari termici, corrispondentemente dimensionato, utilizzato anche per la produzione di acqua calda sanitaria sia nella stagione invernale che in quella estiva;

B) raffrescamento estivo mediante dispositivi ad espansione diretta che, utilizzando l’aria come fluido termovettore, determinano un forte abbattimento delle condizioni di comfort oltre a realizzare un COP (“Coefficient Of Performance†, vale a dire un “coefficiente di prestazione†, che rappresenta il rapporto tra l’energia resa alla sorgente di produzione e l’energia consumata) piuttosto ridotto (nell’ordine di grandezza di 2 – 2,5). Oltre al basso rendimento vengono creati anche problemi di salute per le persone che vengono investite da una corrente di aria molto fredda.

C) raffrescamento estivo mediante un generatore di acqua fredda (chiller) associato all’impianto radiante, il quale chiller provvede sia al raffrescamento dell’ambiente (fornendo all’impianto radiante acqua fredda a ca. 15°C) sia all’alimentazione di batterie di deumidificazione dell’aria (fornendo acqua fredda a temperature molto basse, di circa ca. 7°C), necessaria per la deumidificazione dell’aria in sistemi fan coil, con conseguente penalizzazione del valore di COP, e più precisamente fino a valori paragonabili a quelli realizzati con dispositivi ad espansione diretta, ovvero di ca. 2 – 2,5.

In impianti di riscaldamento e raffrescamento radianti alimentati con lo stesso fluido termovettore, ed in particolare quelli idronici, ovvero utilizzanti acqua come fluido vettore, à ̈ pertanto noto il fatto di combinare il riscaldamento invernale, ottenuto con combustione di combustibili fossili, integrato con un impianto di pannelli solari termici, con un generatore di acqua fredda (chiller) per il periodo estivo, come descritto più sopra. Questo sistema, che si propone di fornire il massimo comfort ambientale e di ridurre i consumi energetici, anche in seguito all’apporto gratuito dell’energia termica fornita dai pannelli solari, presenta in pratica diversi inconvenienti e svantaggi.

In primo luogo, la superficie dei pannelli solari termici dovrà essere considerevolmente sovradimensionata, rispetto a quella necessaria per la sola produzione di acqua calda sanitaria, per integrare il calore richiesto per il riscaldamento invernale. Nella stagione estiva invece contemporaneamente al considerevole aumento dell’energia termica fornita dai pannelli solari termici viene a mancare il calore richiesto dall’impianto di riscaldamento. Ciò provoca diversi inconvenienti dovuti all’eccesso di calore disponibile nel periodo estivo ed alla conseguente necessità del suo smaltimento, laddove la rilevante quantità di energia raccolta deve essere forzatamente dispersa. Nello stesso tempo il generatore di acqua fredda richiede un apporto di energia elettrica necessaria, per un primo importo, per il raffrescamento dell’ambiente e, per un secondo importo, necessaria per la deumidificazione dell’aria, con conseguente aumento dei costi di esercizio.

Sommario dell’invenzione

Alla base della presente invenzione à ̈ posto il compito di creare un procedimento ed un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case di tipo monofamiliare, i quali permettono, durante l’intero periodo estivo richiedente il raffrescamento, di ottenere il raffrescamento con una disposizione dei componenti dell’impianto, di per sé singolarmente noti, tale da eliminare gli svantaggi ed inconvenienti della tecnica nota e da consentire un minore consumo di energia elettrica, ovvero dei costi di esercizio.

Rientra inoltre nel compito indicato il migliorare il rendimento del chiller. Questo compito viene risolto, secondo l’invenzione, con un procedimento ed un impianto radiante che presentano le caratteristiche del procedimento e dell’impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case di tipo monofamiliare con impianto solare termico indicate rispettivamente nella rivendicazione 1 e nella rivendicazione 2.

Con il procedimento e l’impianto radiante secondo l’invenzione si conseguono diversi ed importanti vantaggi.

In primo luogo nel periodo estivo, ovvero di forte irraggiamento, si evita la necessità di, e relativi accorgimenti per, disperdere il calore in eccesso fornito dall’impianto solare termico. Inoltre durante la stagione estiva si utilizza vantaggiosamente l’apporto gratuito di energia termica per deumidificare l’aria di raffreddamento.

La richiesta di energia elettrica da parte del chiller durante il raffrescamento viene così ridotta al solo importo necessario per il raffrescamento dell’aria secca, che comporta un consumo nettamente inferiore rispetto a quello dell’aria umida. Il chiller potrà pertanto lavorare direttamente alla temperatura di esercizio dell’impianto radiante, ovvero in un intervallo tra 13°C e 16°C, e si otterrà quindi un considerevole aumento del valore del COP del chiller, dell’ordine del 40%.

Secondo il procedimento proposto il necessario importo di potenza termica al sistema di deumidificazione dell’aria ambiente, previsto come sistema di desiccant cooling, viene fornito gratuitamente a quest’ultimo dall’impianto solare termico.

Nell’impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante secondo l’invenzione come sistema di trattamento dell’aria viene utilizzato un sistema di dessicant cooling, il quale, relativamente all’alimentazione dell’energia necessaria, à ̈ collegato direttamente all’impianto solare termico.

Si migliora il rendimento dell’intero impianto e si riducono i costi di esercizio.

Si prescinde qui dalla descrizione delle costruzioni e dei funzionamenti dei sistemi di deumidificazione dell’aria ambiente tipo fan coil e desiccant cooling, nonche dei chiller, in quanto di per sé noti.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche, vantaggi e dettagli del procedimento e dell’impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante secondo l’invenzione per case di tipo monofamiliare con impianto solare termico risulteranno ulteriormente dalla loro descrizione esemplificativa seguente, con riferimento al disegno schematico allegato, nel quale:

la figura 1 mostra a blocchi un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante con impianto solare termico secondo la tecnica nota, rappresentato nel funzionamento estivo, e la figura 2 mostra analogamente a blocchi un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante con impianto solare termico secondo l’invenzione, parimenti rappresentato nel funzionamento estivo.

Descrizione della forma di esecuzione preferita

In entrambe le figure componenti uguali presentano uguali indici di riferimento.

Si fa dapprima riferimento alla figura 1, nella quale l’impianto di riscaldamento e raffrescamento noto comprende sostanzialmente un impianto di riscaldamento e raffreddamento radiante 1, un sistema di accumulo per acqua calda sanitaria e riscaldamento (2), una caldaia 3 collegata al boiler 2 e un impianto solare termico 4, parimenti collegato al sistema di accumulo 2, nonché, per il raffrescamento estivo, un generatore di acqua fredda (chiller) 5, alimentato con energia elettrica ed il quale fornisce, da un lato, acqua fredda a ca. 15° C all’impianto radiante 1 e, dall’altro lato, acqua fredda a ca. 7° C al sistema 6 di deumidificazione dell’aria, previsto come fan coil.

Il funzionamento nel periodo estivo dell’impianto radiante noto di fig. 1 à ̈ come segue:

l’impianto solare termico 4 fornisce la potenza termica QS, ACSper la produzione di acqua calda sanitaria al sistema di accumulo 2. Se questo importo non à ̈ sufficiente esso viene integrato dall’importo QCfornito dalla caldaia 3. Se, di contro, detto importo QS, ACSà ̈ eccessivo, la qual cosa si verifica più frequentemente, sarà allora necessario smaltire in qualche modo l’importo QX, come indicato con freccia punteggiata. Nello stesso tempo il chiller 5 trasferisce l’importo Qrdi potenza termica all’impianto radiante 1, il quale deve essere alimentato con acqua a ca. 15°C, nonché l’importo Qddi potenza termica al sistema 6 di trattamento dell’aria, ovvero fan coil, che deve essere alimentato/a con acqua fredda a ca. 7°C. Con questa disposizione si ha, come noto, un COP nell’ordine di 2,6.

Con un tale impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante si hanno gli inconvenienti e svantaggi illustrati più sopra.

Si fa ora riferimento alla figura 2, nella quale à ̈ illustrato un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante secondo l’invenzione, nel quale, rispetto all’impianto di riscaldamento e raffrescamento noto della fig. 1 si à ̈ sostituito il sistema di deumidificazione a fan coil con un sistema di deumidificazione dell’aria desiccant cooling 6, il quale viene alimentato direttamente dall’impianto solare termico 4 anziché dal chiller 5.

Pertanto, secondo il procedimento proposto, l’impianto solare termico 4 fornirà l’importo di potenza termica QS, ACSper la produzione di acqua calda sanitaria, integrata come noto dall’importo di potenza termica QCfornito dalla caldaia 3, qualora necessario, mentre in presenza di un irraggiamento solare molto elevato, e pertanto richiedente di raffrescare e deumidificare l’ambiente, l’impianto solare termico 4 trasferirà un ulteriore importo di potenza termica Qdgratuita, e che verrà utilizzata dal sistema di deumidificazione dell’aria 6 previsto, secondo l’invenzione, come un noto sistema desiccant cooling.

E’ pertanto evidente che oltre a massimizzare l’utilizzo di energia proveniente dall’impianto solare termico 4, e pertanto disponibile gratuitamente, si utilizzerà il chiller 5, richiedente costosa energia elettrica, per trasferire all’impianto radiante 1 soltanto l’importo di potenza termica Qr, fornendo così a quest’ultimo soltanto acqua fredda a ca. 15°C. In tal modo si ottiene vantaggiosamente un considerevole incremento del COP, e più precisamente sino all’ordine di ca. 3,5.

Secondo l’invenzione pertanto nella stagione estiva si utilizza l’apporto gratuito di energia termica da parte dell’impianto solare termico 4 per la deumidificazione dell’aria di raffrescamento e, nello stesso tempo si elimina in tal modo la necessità di disperdere il calore in eccesso fornito dall’impianto termico solare 4 e si riduce anche la richiesta di energia elettrica del chiller al solo importo necessario al raffrescamento dell’ambiente, laddove vengono ridotti nello stesso tempo i costi di esercizio. Il valore di COP del chiller 5 viene inoltre considerevolmente aumentato, sino all’ordine del 40%, in quanto il chiller potrà lavorare direttamente alla temperatura di esercizio dell’impianto radiante 1, ovvero dovrà fornire solo acqua fredda a ca. 15° C, ovvero in un intervallo di temperatura compreso fra 13°C e 16°C.

Dalla descrizione strutturale e funzionale dell’impianto e del procedimento secondo l’invenzione à ̈ agevolmente rilevabile che con il procedimento e l’impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case di tipo monofamiliari con impianto solare termico secondo l’invenzione si risolve efficacemente il compito indicato e si ottengono i vantaggi menzionati.

In pratica gli esperti del ramo nell’ambito dell’invenzione potranno introdurre eventuali modifiche e varianti, come ad esempio sostituire singoli componenti con altri tecnicamente equivalenti, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione come descritta e rivendicata.

Claims (2)

1. “Procedimento ed impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante per case monofamiliari con impianto solare termico†Rivendicazioni 1. Procedimento per l’esecuzione del riscaldamento e raffrescamento radiante in impianti di riscaldamento e raffrescamento radiante in case di tipo monofamiliare comprendenti: - un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante con produzione di acqua calda sanitaria, - un impianto solare termico per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, - una caldaia di riscaldamento di integrazione dell’acqua calda sanitaria, - un chiller alimentato con energia elettrica associato all’impianto radiante, e - un sistema di deumidificazione dell’aria associato all’impianto radiante, caratterizzato dal fatto che, nel funzionamento estivo, - al sistema di deumidificazione dell’aria, previsto come sistema di desiccant cooling, viene fornita potenza termica dall’impianto solare termico, e - il chiller viene alimentato con energia elettrica esclusivamente per la produzione di acqua fredda alla temperatura prevista per alimentare direttamente l’impianto radiante.
2. 2. Impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante in case di tipo momofamiliare comprendente: - un impianto di riscaldamento e raffrescamento radiante (1) con sistema di accumulo per acqua calda sanitaria e riscaldamento (2), - un impianto solare termico (4) per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, - una caldaia di riscaldamento (3) di integrazione dell’acqua calda sanitaria, - un chiller (5) alimentato con energia elettrica per la produzione di acqua fredda associato all’impianto radiante (1), - un sistema di deumidificazione dell’aria ambiente associato all’impianto radiante (1), caratterizzato dal fatto che, per il funzionamento estivo, - il sistema di deumidificazione dell’aria ambiente à ̈ costituito da un sistema di desiccant cooling (6), il quale viene alimentato dall’energia termica fornita dal sistema solare termico (4), e - il chiller (5) alimentato con energia elettrica à ̈ previsto per alimentare con acqua fredda soltanto l’impianto di raffrescamento radiante (1).