ITMI20090346A1 - Impianto per la termo-regolazione di un primo ed un secondo fluido per la climatizzazione di ambienti - Google Patents

Impianto per la termo-regolazione di un primo ed un secondo fluido per la climatizzazione di ambienti Download PDF

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Description

DESCRIZIONE
Forma oggetto del presente trovato un impianto per la termo-regolazione di un primo ed un secondo fluido utilizzabili per la climatizzazione estiva/invernale di ambienti.
E' nota, nel settore tecnico della climatizzazione di ambienti abitativi e/o industriali l'utilizzo di macchine di condizionamento che, sfruttando un ciclo frigorifero, sono atte a rinfrescare un ambiente prelevando calore dall'interno e dissipandolo all'esterno.
Tali macchine funzionano per mezzo di una apparecchiatura elettrica (=compressore) che consente di attuare le fasi di compressione/espansione necessarie al ciclo di funzionamento della macchina.
E' anche noto che tali condizionatori possono funzionare come pompe di calore, ovvero apportando calore all'ambiente interno, tramite una inversione del ciclo del fluido refrigerante, ottenuta a mezzo di valvole reversibili..
E' tuttavia anche noto che tali pompe di calore non consentono di ottenere elevate efficienze di funzionamento in quanto il loro posizionamento all'esterno degli ambienti, quindi a temperatura elevata d'estate e a temperatura bassa d'inverno, ne penalizzano il rendimento.
Oltre alle pompe di calore sono anche note le macchine ad assorbimento ovvero apparecchiature al cui interno circola il fluido frigorigeno formato da una speciale soluzione comprendente un soluto e un solvente; la soluzione viene fatta circolare attraverso una prima zona ad elevata pressione nella quale apportando energia termica dall'esterno (Generatore) si determina l'evaporazione del solvente che perviene ad un condensatore nel quale passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore ad un fluido esterno (acqua o aria) ; a questo punto il liquido refrigerante passa ad un evaporatore a pressione molto inferiore a quella del condensatore e inizia ad assorbire calore da un liquido esterno (acqua) da raffrescare, il vapore refrigerante viene assorbito dalla soluzione concentrata e passa all'assorbitore da cui viene rimandato al generatore tramite una pompa, mentre il calore di condensazione e diluizione viene rimosso tramite acqua di raffreddamento.
Tutte le macchine sopra descritte presentano dei limiti di efficienza intrinseci che ne determinano un basso rendimento essendo in sostanza concepite per funzionare o come condizionatori d'estate o come riscaldatori d'inverno.
Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare un impianto di termoregolazione di fluidi atti ad essere utilizzati mantenendo elevata efficienza di funzionamento, per entrambi i cicli di funzionamento: condizionamento e riscaldamento, in un ampio intervallo di temperature che possono variare da alcune decine di gradi al di sotto dello zero ad alcune decine di gradi al di sopra dello zero .
Oltre a ciò si richiede che l'impianto possa funzionare con emissione di C02sostanzialmente nulla .
Nell'ambito di tale problema si richiede inoltre che tale impianto sia di contenuti ingombri, di facile ed economica produzione ed assemblaggio e facilmente installabile presso qualunque utente. Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da un impianto per la termo-regolazione di un primo ed un secondo fluido utilizzabili per la climatizzazione di ambienti e comprendente: una fonte di energia termica primaria atta ad alimentare un fluido caldo; una macchina frigorifera ad assorbimento alimentata da detto fluido caldo e comprendente un primo circuito ausiliario di ricircolo di detto primo fluido che esce caldo dalla macchina ad assorbimento e rientra freddo nella stessa; un secondo circuito ausiliario di ricircolo di detto secondo fluido che esce freddo dalla macchina e rientra caldo nella stessa; e in cui si prevede una massa di scambio termico atta ad erogare/assorbire calore, mezzi atti a collegare alternativamente il primo o il secondo circuito ausiliario della macchina ad assorbimento a detta massa termica o alle utenze per il relativo scambio termico ;-detto fluido caldo primario essendo costituito da acqua calda .
Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:
in figura 1 : un diagramma schematico dell'impianto di termoregolazione secondo il presente trovato in funzionamento estivo come condizionatore ;
in figura 2 : un diagramma schematico dell'impianto di termoregolazione secondo il presente trovato in funzionamento invernale come pompa di calore;
in figura 3 : un diagramma schematico dell 'impianto secondo il presente trovato completo di mezzi di deviazione dei flussi per il doppio funzionamento alternato;
in figura 4a-4e: esempi di forme di attuazione dei mezzi di generazione della energia termica primaria da alimentare all'impianto e
in figura 5a-5d: esempi di forme di attuazione della massa di scambio termico.
Come illustrato in fig.l nella quale à ̈ illustrato l'impianto secondo il trovato in forma semplificata in condizione di funzionamento estivo come erogatore di un fluido freddo per l'uso in condizionatori, l'impianto di termoregolazione comprende sostanzialmente:
una fonte 10 di energia termica primaria atta ad alimentare un fluido caldo, preferibilmente acqua calda 1C con temperatura >60°C ad
una macchina frigorifera 20 ad assorbimento preferibilmente del tipo con soluzione formata da Acqua (H20 refrigerante) e Bromuro di Litio (LiBr) oppure H0 e gel di silicio.
La macchina frigorifera ad assorbimento 20 Ã ̈ sostanzialmente convenzionale e presenta
un generatore 21 al quale viene alimentata la H20 calda 1C per portare ad ebollizione la soluzione H20-LiBr che, bollendo, libera vapore acqueo che passa ad
un condensatore 22 nel quale il vapore condensa liberando calore che viene assorbito da
un primo circuito ausiliario 30 di ricircolo di un primo fluido che esce caldo 2C e rientra freddo 2F nella macchina ad assorbimento per poter assorbire nuovamente calore;
. un evaporatore 23 nel quale la pressione à ̈ molto più bassa di quella del condensatore 22 e al cui interno il liquido refrigerante assorbe calore da un secondo circuito ausiliario 40 nel quale ricircola un secondo fluido che esce freddo 3F dal evaporatore 23 e rientra caldo 3C per cedere calore all'evaporatore stesso;
- un assorbitore 24 nel quale ritorna il vapore refrigerante che viene nuovamente assorbito dal soluto di LiBr che si diluisce nuovamente e viene pompato al generatore 21 per un nuovo ciclo; all'assorbitore 24 viene inoltre alimentata H20 fredda 4F recuperata ad esempio da 2F.
Secondo forme preferite di attuazione del trovato si prevede che:
le utenze che possono essere un impianto di condizionamento 61 (estivo) oppure un impianto di riscaldamento 62 (invernale) siano collegate ad uno scambiatore di calore 60 e che un secondo scambiatore di calore 51 sia collegato ad una massa 50 di scambio termico atta ad erogare/assorbire calore a seconda del tipo di funzionamento estivo/invernale dell'impianto.
Con la configurazione sopra descritta il funzionamento dell'impianto di climatizzazione può essere
ESTIVO (Fig.l)
In questo caso l'impianto deve alimentare i condizionatori 61 con fluido freddo, si prevede pertanto che
+) nello scambiatore di calore 60 delle utenze 61 entri H20 fredda 3F proveniente dal secondo circuito ausiliario 40 della macchina ad assorbimento 20 ed esca H20 calda 3C che ritorna al circuito ausiliario stesso per alimentare l'evaporatore 22 e mantenere il ciclo della macchina 20;
+) nello scambiatore di calore 51 della massa termica 50 entri H20 calda 2C proveniente dal primo circuito ausiliario 30 della macchina ad assorbimento 20, ed esca H20 fredda 2F che ritorna al circuito ausiliario stesso per alimentare il condensatore 23 e mantenere il ciclo della macchina 20.
In tale condizione la massa termica 50 che à ̈ a temperatura inferiore a quella del fluido del primo circuito ausiliario che circola nello scambiatore 51, assorbe calore e rende fluido raffrescato.
INVERNALE (fig.2)
In questo caso l'impianto deve alimentare 1'impianto di riscaldamento di utenza 62 con fluido caldo, si prevede pertanto che:
+) nello scambiatore di calore 60 delle utenze 62 entri H20 calda 2C proveniente dal condensatore 22 della macchina ad assorbimento 20 ed esca H20 fredda 2F che ritorna al condensatore 22 stesso per mantenere il ciclo della macchina 20;
+) nello scambiatore di calore 51 del secondo circuito ausiliario 40 entri H20 fredda 3F proveniente dal condensatore 23 della macchina ad assorbimento 20 ed esca H20 calda 3C che ritorna al condensatore 23 stesso per mantenere il ciclo della macchina 20.
In tale condizione la massa termica 50 che à ̈ a temperatura superiore a quella del fluido che circola nel secondo circuito ausiliario 51 cede calore e rende un fluido riscaldato.
Come schematicamente illustrato in fig.3 l'impianto à ̈ dotato di valvole a tre vie 71,72,73,74 disposte lungo il percorso dei fluidi dei circuiti ausiliari rispettivamente primario 30 e secondario 40 in modo da poter determinare il differente funzionamento estivo/invernale , comandando opportunamente in apertura/chiusura le dette valvole per scambiare il percorso del fluido 2C-2F del primo circuito ausiliario 30 con il percorso del fluido 3F-3C del secondo circuito ausiliario 40.
Le valvole 71,72,73,74 e il loro funzionamento risultano di tipo convenzionale e alla portata dell'esperto e pur essendo illustrate non verranno pertanto descritte in dettaglio nel seguito; essendo inoltre alla portata del tecnico sostituire tali valvole con equivalenti mezzi controllabili. Secondo il trovato si prevede inoltre (Fig 4a-4d) che l 'H20 alimentata come fonte primaria di energia alla macchina ad assorbimento 20 possa essere ottenuta secondo differenti forme modalità quali, ad esempio:
una caldaia 10 (fig.4a) alimentata con combustibile 11 e dalla/alla quale esce/entra acqua calda lc/fredda lf;
un generatore misto 110 di energia termica ed elettrica che, alimentato da combustibile 111, eroga acqua calda 1C e riceve acqua fredda 1F e può anche erogare energia elettrica dalla rete R;
un assorbitore 210 di energia solare termica (fig. 4c);
- una fonte geotermica 310 ad alta entalpia quale una fonte termale (fig.4d);
- energia termica di recupero da ciclo tecnologico e/o teleriscaldamento 410 (fig.4e).
Secondo il trovato si prevede inoltre che (Fig 5a-5d) la massa di scambio termico possa essere attuata secondo forme di attuazione diverse quali ad esempio:
una fonte geotermica a bassa entalpia 50 costituita da pozzi a falda 51 nei quali vengono immersi i condotti di resa 51a e di presa 51b (fig.5a);
- una massa geotermica a bassa entalpia 150 nella quale vengono immerse sonde a circuito chiuso di mandata 151a e presa 151b (fig.5b);
- una fonte di idrotermia 250 nella quale vengono affogati i condotti 251a di resa e 251b di presa (fig.5c);
- un assorbitore 350 di energia solare termica al quale vengono collegati condotti 351a di resa e 351b di presa (fig. 5d);
Risulta pertanto come 1'impianto secondo il trovato consenta di utilizzare una macchina frigorifera ad assorbimento, nota per l'utilizzo di alimentazione di un fluido freddo per il condizionamento estivo, anche come cosiddetta pompa di calore per il riscaldamento invernale, con sostanziale incremento della efficienza complessiva dell'impianto e senza sostanziale emissione di C02nell'atmosfera, essendo l'energia primaria per la climatizzazione fornita senza combustione riferibile al servizio.
Oltre a ciò la possibilità di poter utilizzare a circuito chiuso masse di scambio termico disponibili in natura e produrre energia termica primaria tramite dispositivi a basso costo, consente di determinare un sostanziale risparmio economico nella gestione dell'impianto.
Benché descritta nel contesto di alcune forme di realizzazione e di alcuni esempi preferiti di attuazione dell'invenzione si intende che l'ambito di protezione del presente brevetto sia determinato solo dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (18)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la termo-regolazione di un primo (2C,2F) ed un secondo (3F,3C) fluido per la climatizzazione di ambienti comprendente, una fonte (10;110 ;210;310;410 )) di energia termica primaria atta ad erogare un fluido caldo (1C), una macchina frigorifera (20) ad assorbimento alimentata da detto fluido caldo (1C); un primo circuito ausiliario (30) di ricircolo di detto primo fluido (2C,2F) che esce caldo (2C) dalla macchina ad assorbimento (20) e rientra freddo (2F) nella stessa; un secondo circuito ausiliario (40) di ricircolo di detto secondo fluido (3F,3C) che esce freddo (3F) dalla macchina e rientra caldo (3C) nella stessa ; caratterizzato dal fatto che comprende - una massa (50;150 ;250;350) di scambio termico atta ad erogare/assorbire calore, - mezzi (71,72,73,74) atti a collegare alternativamente il primo (30) o il secondo (40) circuito ausiliario della macchina ad assorbimento (20) a detta massa termica (50;150 ;250;350) o alle utenze (61,62) per il relativo scambio termico; - detto fluido caldo primario (1C) Ã ̈ acqua calda.
  2. 2. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta macchina ad assorbimento (20) Ã ̈ del tipo con soluzione formata da Acqua (H20) e Bromuro di Litio (LiBr).
  3. 3. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta macchina ad assorbimento (20) Ã ̈ del tipo con soluzione formata da Acqua (H20) e gel di silicio.
  4. 4. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che comprende uno scambiatore di calore (60) interposto tra il primo circuito ausiliario (30) e le utenze (61,62).
  5. 5. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che comprende uno scambiatore di calore (51) interposto tra il secondo circuito ausiliario (40) e la massa (50) di scambio termico.
  6. 6. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti mezzi (71,72,73,74) atti a collegare alternativamente il primo (30) o il secondo (40) circuito ausiliario della macchina ad assorbimento (20) a detta massa termica (50) o alle utenze (61,62) sono valvole a tre vie.
  7. 7. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta macchina ad assorbimento (20) Ã ̈ alimentata con H20 a temperatura > 60°C.
  8. 8. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette utenze comprendono un impianto di condizionamento (61).
  9. 9. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette utenze comprendono un impianto di riscaldamento (62).
  10. 10. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta fonte di energia termica primaria à ̈ una caldaia (10) alimentata con combustibile (11) e dalla/alla quale esce/entra acqua calda (1C) / fredda (1F).
  11. 11. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta fonte di energia termica primaria à ̈ un generatore misto (110) di energia termica ed elettrica.
  12. 12. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta fonte di energia termica primaria à ̈ un assorbitore (210) di energia solare termica.
  13. 13. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta fonte di energia termica primaria à ̈ una fonte geotermica (310) ad alta entalpia.
  14. 14. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta fonte di energia termica primaria à ̈ un impianto tecnologico e/o di teleriscaldamento (410).
  15. 15. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta massa di scambio termico à ̈ una fonte geotermica a bassa entalpia (50;150).
  16. 16. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta massa di scambio termico à ̈ una fonte di idrotermia (250).
  17. 17. Impianto secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta massa di scambio termico à ̈ un assorbitore (350) di energia solare termica .
  18. 18. Uso di un impianto secondo rivendicazione 1 come pompa di calore.
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