ITMI20101301A1 - Pannello solare termico ad elevato rendimento, particolarmente per il riscaldamento di ambienti e/o per la produzione di acqua calda per usi igienico-sanitari. - Google Patents

Description

PANNELLO SOLARE TERMICO AD ELEVATO RENDIMENTO, PARTICOLARMENTE PER IL RISCALDAMENTO DI AMBIENTI

E/O PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA PER USI IGIENICO- SANITARI .

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto un pannello solare termico ad elevato rendimento, particolarmente per il riscaldamento di ambienti e/o per la produzione di acqua calda per usi igienico-sanitari .

Sono noti pannelli solari termici, denominati anche "collettori solari", che svolgono la funzione di sfruttare l'energia termica della radiazione solare per operare il riscaldamento dell'acqua, da utilizzare per il riscaldamento di edifici o per usi igienico-sanitari, in sostituzione dei combustibili fossili.

Generalmente, i pannelli solari termici comprendono uno scambiatore di calore composto da una pluralità di tubicini all'interno dei quali viene fatto circolare un fluido termovettore. Lo scambiatore di calore può essere esposto liberamente alla radiazione solare o disposto in un corpo scatolare e protetto mediante una lastra di vetro.

I pannelli solari con scambiatore di calore esposto liberamente, o scambiatori non vetrati, hanno il vantaggio di essere poco costosi e di avere un ottimo rendimento in condizioni ottimali di irraggiamento quando la temperatura esterna à ̈ alta. A causa della mancanza dell'isolamento, il loro rendimento diminuisce rapidamente all 'allontanarsi dalle condizioni ottimali. Il fluido termovettore à ̈ costituito generalmente da acqua che passa direttamente all'interno dei tubicini dello scambiatore dove viene riscaldata dai raggi solari ed à ̈ pronta per essere usata. Il limite di questi pannelli à ̈ che, non essendo coibentati, funzionano con una temperatura ambientale di almeno 20 °C (al di sotto il bilancio tra energia accumulata ed energia dispersa à ̈ sfavorevole), e la temperatura massima richiesta per l'acqua non supera i 40 °C. Sono adatti perciò al solo uso stagionale ed esclusivamente per la produzione di acqua calda per usi igienico -sanitari. Questi pannelli sono spesso impiegati nel riscaldamento delle piscine.

I pannelli solari con scambiatore di calore protetto da vetro sono provvisti di un corpo scatolare che contiene lo scambiatore di calore e che ne limita le dispersioni sia per convezione con l'aria sia per irraggiamento dato che il vetro che ricopre la parte superiore dello scambiatore di calore à ̈ progettato per questa funzione. Hanno un rendimento leggermente inferiore ai pannelli non vetrati in condizioni ottimali, ovvero con temperatura esterna alta, ma in condizioni meno favorevoli hanno un rendimento decisamente più alto arrivando a produrre acqua calda per usi igienico -sanitari circa da marzo a ottobre.

In ogni caso, fino ad oggi, il rendimento dei pannelli solari termici à ̈ tale da rendere economicamente conveniente il loro impiego pressoché esclusivamente per il riscaldamento dell'acqua per usi igienico -sanitari in sostituzione delle fonti energetiche tradizionali e soltanto in presenza di contributi statali finalizzati ad incrementare e a diffondere l'utilizzo delle fonti energetiche rinnovabili.

Compito precipuo del presente trovato à ̈ quello di risolvere i problemi sopra esposti, realizzando un pannello solare termico che presenti un elevato rendimento, tale da rendere economicamente conveniente il suo utilizzo in sostituzione delle fonti energetiche tradizionali, anche in assenza di sovvenzioni pubbliche.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un pannello solare che possa essere utilizzato non soltanto per il riscaldamento dell'acqua per usi igienicosanitari, ma anche per il riscaldamento di ambienti .

Un altro scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un pannello solare strutturalmente semplice, che possa essere prodotto con costi competitivi .

Un ulteriore scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un pannello solare che risulti di semplice installazione.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un pannello solare termico ad elevato rendimento, particolarmente per il riscaldamento di ambienti e/o per la produzione di acqua calda per usi igienico- sanitari , caratterizzato dal fatto di comprendere un corpo scatolare con definita una camera di captazione della radiazione solare delimitata inferiormente da un fondo, lateralmente da pareti laterali ergentisi da detto fondo e superiormente da una lastra trasparente, essendo previsti mezzi di erogazione di un liquido termovettore su detto fondo e mezzi di raccolta di detto liquido termovettore; detto corpo scatolare essendo destinato ad essere posto in opera con detto fondo disposto secondo un piano inclinato rispetto all'orizzontale, detti mezzi di erogazione essendo atti ad erogare detto liquido termovettore su una prima zona di detto fondo e detti mezzi di raccolta essendo atti a prelevare detto liquido termovettore da una seconda zona di detto fondo situata inferiormente rispetto a detta prima zona dopo l'esposizione diretta di detto liquido termovettore alla radiazione solare, entrante in detta camera, tra detta prima zona e detta seconda zona.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del pannello solare secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra il pannello solare secondo il trovato in vista prospettica in esploso ;

la figura 2 illustra il pannello solare secondo il trovato in vista prospettica in esploso, visto da una diversa angolazione rispetto alla figura 1;

la figura 3 illustra il pannello solare secondo il trovato in vista prospettica, parzialmente assemblato;

la figura 4 illustra il pannello solare secondo il trovato assemblato;

la figura 5 illustra il pannello solare secondo il trovato visto in pianta dall'alto e parzialmente sezionato;

la figura 6 Ã ̈ una sezione ingrandita della figura 5 eseguita lungo l'asse VI-VT;

le figure 7 e 8 illustrano un possibile utilizzo del pannello solare secondo il trovato in un impianto di riscaldamento e di produzione di acqua calda per usi igienico-sanitari .

Con riferimento alle figure citate, il pannello solare termico secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un corpo scatolare 2 nel quale à ̈ definita una camera 3 di captazione della radiazione solare. Tale camera 3 à ̈ delimitata inferiormente da un fondo 4, lateralmente da pareti laterali 5, 6, 7, 8 che si ergono dal fondo 4 e superiormente da una lastra trasparente 9.

Il pannello solare in oggetto comprende mezzi di erogazione 10, sul fondo 4, di un liquido termovettore e mezzi di raccolta 11 del liquido termovettore erogato.

Il corpo scatolare 2 à ̈ destinato ad essere posto in opera con il fondo 4 disposto secondo un piano inclinato rispetto all'orizzontale. I mezzi di erogazione 10 sono atti ad erogare il liguido termovettore su una prima zona 4a del fondo 4 mentre i mezzi di raccolta 11 sono atti a prelevare il liquido termovettore da una seconda zona 4b del fondo 4 che à ̈ situata inferiormente rispetto alla prima zona 4a, in modo tale che il liquido termovettore, erogato dai mezzi di erogazione 10, pervenga, per gravità, ai mezzi di raccolta 11 dopo essere stato esposto direttamente alla radiazione solare, che entra nella camera 3, durante la sua discesa dalla prima zona 4a alla seconda zona 4b del fondo 4.

Preferibilmente, il fondo 4 à ̈ costituito da una lastra piana metallica, ad esempio in alluminio, che à ̈ destinata ad essere posizionata, quando il corpo scatolare 2 viene posto in opera, in un piano inclinato rispetto all'orizzontale. La prima zona 4a del fondo 4, sulla quale viene erogato il liquido termovettore dai mezzi di erogazione 10, à ̈ costituita preferibilmente dal lato superiore del fondo 4 e la seconda zona 4b del fondo 4, in corrispondenza della quale il liquido termovettore viene prelevato dai mezzi di raccolta 11, à ̈ costituita dal lato inferiore del fondo 4, in modo tale da sfruttare pressoché completamente tutta l'estensione superficiale del fondo 4 ai fini dello scambio termico che ottiene il riscaldamento del liquido termovettore per azione della radiazione solare.

Opportunamente, la faccia del fondo 4 che à ̈ rivolta verso la lastra trasparente 9, à ̈ colorata di nero.

Preferibilmente, il corpo scatolare 2 presenta una conformazione sostanzialmente parallelepipeda e la lastra metallica che costituisce il fondo 4 presenta una conformazione rettangolare con un'estensione che à ̈ pressoché uguale all'estensione di una delle basi del corpo scatolare 2, nel quale le due basi rappresentano le due facce di maggiore estensione. La lastra trasparente 9, che costituisce una delle due basi del corpo scatolare 2, à ̈ realizzata preferibilmente in vetro temprato.

I mezzi di erogazione 10 comprendono un tubo 12 che à ̈ disposto almeno lungo il lato superiore del fondo 4 e che à ̈ provvisto, lungo tale lato superiore, di una pluralità di fori 13 attraverso i quali il liquido termovettore viene erogato sul fondo 4. Più particolarmente, il tubo 12 corre anche, ma senza fori 13, lungo uno dei lati del fondo 4 contiguo alla parete laterale 6 della camera 3 e fuoriesce dal corpo scatolare 2 per essere collegato ad un circuito di circolazione del liquido termovettore 20.

I mezzi di raccolta 11 comprendono un collettore a canale 14 che à ̈ disposto lungo il lato inferiore del fondo 4 e che à ̈ collegato anch'esso al circuito di circolazione del liquido termovettore 20.

Opportunamente, nel corpo scatolare 2, inferiormente al fondo 4, à ̈ disposto uno strato di materiale termicamente isolante 15, costituito preferibilmente da poliuretano espanso ad alta densità protetto da fibra di vetro.

Il corpo scatolare 2 può essere realizzato in lamiera di alluminio anodizzato.

Opportunamente, il corpo scatolare 2 può essere realizzato come elemento modulare di una copertura per edifici in modo tale da poter essere installato in sostituzione dei tetti di tipo tradizionale sui lati dell'edificio esposti maggiormente alla radiazione solare.

La lastra trasparente 9 à ̈ posta a chiusura della base superiore del corpo scatolare 2 e, per ottenere un'adeguata tenuta della chiusura, à ̈ prevista una guarnizione 16 perimetrale che à ̈ interposta tra la lastra trasparente 9 ed il corpo scatolare 2 .

Il liquido termovettore à ̈ preferibilmente costituito da olio di sintesi biodegradabile.

Il funzionamento del pannello solare secondo il trovato à ̈ il seguente.

Il liquido termovettore viene erogato sul fondo 4, in corrispondenza del suo lato superiore, attraverso i fori 13 definiti nel tubo 12. Il liquido termovettore erogato scende, per gravità, verso il lato inferiore del fondo 4 ove si raccoglie all'interno del collettore a canale 14 collegato al circuito di circolazione del liquido termovettore 20.

È da notare che, diversamente dai pannelli solari termici di tipo tradizionale, nel pannello solare secondo il trovato il liquido termovettore, nella camera 3, à ̈ esposto direttamente alla radiazione solare, conseguendo così un elevato rendimento nella trasmissione del calore dalla radiazione solare al liquido termovettore.

Tale migliore rendimento consente di ottenere, a parità di condizioni ambientali, maggiori temperature per il liquido termovettore in uscita dal pannello solare secondo il trovato e tali maggiori temperature rendono possibile l'utilizzo del pannello solare secondo il trovato non soltanto per operare il riscaldamento di acqua per usi<’>igienico-sanitari, ma anche per il riscaldamento di ambienti.

Nelle figure 7 e 8 Ã ̈ illustrato un possibile utilizzo del pannello solare secondo il trovato in un impianto per il riscaldamento di ambienti e per il riscaldamento di acqua per usi igienicosanitari .

Più particolarmente, con riferimento a tali figure, lungo il circuito di circolazione del liquido termovettore 20 à ̈ disposto un serbatoio 21 nel quale viene raccolto il liquido termovettore in uscita dal pannello solare 1. Lungo il circuito di circolazione del liquido termovettore 20 à ̈ disposto uno scambiatore di calore 22 che viene alimentato con il liquido termovettore e con acqua attraverso un circuito ausiliario 23. La circolazione del liquido termovettore lungo il relativo circuito 20 à ̈ attuata da una pompa 24, mentre la circolazione dell'acqua lungo il circuito ausiliario 23 viene attuata mediante una pompa 25.

Lungo il circuito ausiliario 23 Ã ̈ disposto un serbatoio di accumulo 26.

L' impianto per il riscaldamento di ambienti e per il riscaldamento di acqua per usi igienicosanitari comprende una caldaia 27 con un condotto di ingresso 28 per l'acqua di riscaldamento e con un condotto di ingresso 29 per l'acqua per usi igienico -sanitari , nonché con un condotto di uscita 30 per l'acqua di riscaldamento e con un condotto di uscita 31 per l'acqua per usi igienico -sanitari . Il condotto di ingresso 29 à ̈ a sua volta collegato alla rete idrica 40 in modo di per sé noto.

Il condotto di uscita 30 à ̈ collegato all'ingresso di radiatori 32, posti negli ambienti da riscaldare, la cui uscita à ̈ collegata al condotto di ingresso 28.

Il condotto di uscita 30 à ̈ collegato all'ingresso dei radiatori 32 attraverso una valvola deviatrice a tre vie pilotabile<'>33 nella quale entra anche un condotto di uscita 34 del serbatoio di accumulo 26. La valvola deviatrice 33 à ̈ pilotabile per collegare selettivamente l'ingresso dei radiatori 32 al condotto di uscita 30 della caldaia 27 oppure al condotto di uscita 34 del serbatoio di accumulo 26, come meglio apparirà in seguito.

Il condotto di ingresso 28 presenta una diramazione 35 che entra nel serbatoio di accumulo 26 e lungo la quale à ̈ posta una pompa 36.

Internamente al serbatoio di accumulo 26 Ã ̈ disposto uno scambiatore di calore 37, schematizzato da una serpentina, collegato, in ingresso, alla rete idrica 40 e, in uscita, al condotto di ingresso 29.

Lungo il circuito di circolazione del liquido termovettore 20, all'uscita del pannello solare secondo il trovato, e in prossimità del fondo ovvero nella zona più fredda del serbatoio di accumulo 26, sono disposti sensori di temperatura 38, 39.

Un altro sensore di temperatura 41 à ̈ disposto in prossimità dell'imbocco del condotto di uscita 34 del serbatoio di accumulo 26.

L'impianto comprende, inoltre, una centralina di gestione 42 e un quadro elettrico 43 che, nel loro complesso, costituiscono un organo di comando e di controllo dell'impianto.

La centralina di gestione 42 Ã ̈ collegata al sensore di temperatura 38 e al sensore di temperatura 39 e comanda l'azionamento della pompa 24 .

Il quadro elettrico 43 Ã ̈ collegato al sensore di temperatura 41 e comanda la valvola deviatrice a tre vie pilotabile 33.

L'impianto à ̈ completato con altri elementi di tipo noto che non vengono descritti nel dettaglio per semplicità.

Il funzionamento dell'impianto à ̈ il seguente. Quando la temperatura rilevata dal sensore di temperatura 38 à ̈ inferiore alla temperatura rilevata dal sensore di temperatura 39, ovvero quando la temperatura del liquido termovettore in uscita dal pannello 1 à ̈ minore della temperatura dell'acqua nella zona fredda del serbatoio di accumulo 26, la centralina di gestione 42 non aziona la pompa 25 e quindi l'impianto funziona in modo tradizionale senza l'apporto energetico del pannello solare 1 secondo il trovato. Il tale condizione, la caldaia 27 riscalda l'acqua per il riscaldamento e l'acqua per usi igienico-sanitari mentre la valvola deviatrice a tre vie pilotabile 33 collega il condotto di uscita 30 della caldaia 27 all'ingresso dei radiatori 32 ed impedisce il collegamento del condotto di uscita 34 del serbatoio di accumulo 26 con l'ingresso dei radiatori 32. L'acqua di riscaldamento, in uscita dai radiatori 32, ritorna alla caldaia 27 attraverso il condotto di ingresso 28.

Quando la temperatura rilevata dal sensore di temperatura 38 Ã ̈ maggiore della temperatura rilevata dal sensore di temperatura 39, ovvero quando la temperatura del liquido termovettore in uscita dal pannello solare 1 Ã ̈ maggiore della temperatura dell'acqua nella zona fredda del serbatoio di accumulo 26, la centralina di gestione 42 aziona la pompa 25 iniziando a riscaldare progressivamente, mediante lo scambiatore di calore 22, l'acqua che viene prelevata e ri-immessa nel serbatoio di accumulo 26 .

Il progressivo riscaldamento dell'acqua nel serbatoio di accumulo 26 può essere utilizzato per riscaldare l'acqua per usi igienico -sanitari che fluisce nello scambiatore di calore 37 posto nel serbatoio di accumulo 26.

Quando la temperatura rilevata dal sensore di temperatura 41 à ̈ superiore ad un valore prefissato ritenuto idoneo per il riscaldamento degli ambienti, generalmente tra 40 e 45 °C, il quadro elettrico 43 commuta la posizione della valvola deviatrice a tre vie pilotabile 33 collegando il condotto di uscita 34 del serbatoio di accumulo 26 all'ingresso dei radiatori 32 ed interrompendo il collegamento con il condotto di uscita 30 della caldaia 27. L'acqua in uscita dai radiatori 32 viene riconvogliata nel serbatoio di accumulo 26 dalla pompa 36. In pratica, in questa condizione di funzionamento, l'apporto termico per il riscaldamento à ̈ attuato dal calore ceduto dalla radiazione solare al liquido termovettore e questa condizione permane finché la temperatura rilevata dal sensore di temperatura 41 à ̈ superiore al valore prefissato ritenuto idoneo per il riscaldamento degli ambienti.

Quando tale temperatura scende al di sotto del valore prefissato, il quadro elettrico 43 commuta nuovamente la valvola deviatrice a tre vie pilotabile 33 collegando i radiatori 32 alla caldaia 27 ed interrompendo il collegamento con il condotto di uscita 34 del serbatoio di accumulo 26 .

Mentre i radiatori 32 sono alimentati con l'acqua del serbatoio di accumulo 26, la caldaia 27 resta spenta o si accende solo dopo periodi di spegnimento tanto più lunghi quanto maggiore à ̈ il contributo termico fornito dal pannello solare secondo il trovato.

In pratica, con l'apporto di calore assicurato dal pannello solare secondo il trovato à ̈ possibile ridurre i tempi di accensione della caldaia e quindi ridurre i consumi di combustibili fossili.

Eventualmente, à ̈ possibile prevedere un sensore di temperatura anche nel serbatoio 21 e subordinare l'azionamento della pompa 24 al rilevamento di una temperatura del pannello solare 1, rilevabile mediante il sensore di temperatura 38 posto a ridosso del pannello solare 1, superiore alla temperatura del liquido termovettore nel serbatoio 21 in modo tale da evitare dispersioni di calore attraverso il pannello solare 1 quando la radiazione solare à ̈ insufficiente .

Qualora il pannello solare secondo il trovato venga utilizzato come elemento modulare di una copertura, in caso di abbondanti nevicate, à ̈ possibile comandare la circolazione di liquido termovettore e di acqua all'interno dello scambiatore di calore 22 quando la temperatura del liquido termovettore à ̈ minore della temperatura dell'acqua nel serbatoio di accumulo 26. Con tale azionamento, si provoca il riscaldamento del liquido termovettore che viene inviato al pannello solare e quindi il rapido scioglimento della neve ripristinando l'efficienza del pannello solare secondo il trovato.

Si à ̈ in pratica constatato come il pannello solare secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto l'esposizione diretta del liquido termovettore alla radiazione solare consente di ottenere un elevato rendimento nella trasmissione del calore dalla radiazione solare al liquido termovettore e quindi un elevato rendimento del pannello solare nel suo complesso. Tale elevato rendimento, unitamente alla semplicità costruttiva e al basso costo di produzione, rendono lo sfruttamento dell'energia solare mediante il pannello solare secondo il trovato un'alternativa economicamente competitiva alle fonti di energia tradizionali.

Un ulteriore vantaggio del pannello solare secondo il trovato à ̈ quello di poter essere installato in modo estremamente semplice e di non richiedere praticamente interventi periodici di manutenzione .

Il pannello solare, così concepito, à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti .

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (9)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Pannello solare termico ad elevato rendimento, particolarmente per il riscaldamento di ambienti e/o per la produzione di acqua calda per usi igienico -sanitari , caratterizzato dal fatto di comprendere un corpo scatolare (2) con definita una camera (3) di captazione della radiazione solare delimitata inferiormente da un fondo (4), lateralmente da pareti laterali ergentisi da detto fondo (4) e superiormente da una lastra trasparente (9), essendo previsti mezzi di erogazione (10) di un liquido termovettore su detto fondo (4) e mezzi di raccolta (11) di detto liquido termovettore; detto corpo scatolare (2) essendo destinato ad essere posto in opera con detto fondo (4) disposto secondo un piano inclinato rispetto all'orizzontale, detti mezzi di erogazione (10) essendo atti ad erogare detto liquido termovettore su una prima zona (4a) di detto fondo (4) e detti mezzi di raccolta (11) essendo atti a prelevare detto liquido termovettore da una seconda zona (4b) di detto fondo (4) situata inferiormente rispetto a detta prima zona (4a) dopo l'esposizione diretta di detto liquido termovettore alla radiazione solare, entrante in detta camera (3), tra detta prima zona (4a) e detta seconda zona (4b).
2. 2. Pannello solare, secondo la rivendicazione, caratterizzato dal fatto che detto fondo (4) Ã ̈ costituito da una lastra piana metallica destinata ad essere posizionata, con detto corpo scatolare (2) in opera, in un piano inclinato rispetto all'orizzontale, detta prima zona (4a) del fondo (4) essendo costituita dal lato superiore di detto fondo (4) e detta seconda zona (4b) del fondo (4) essendo costituita dal lato inferiore di detto fondo (4).
3. 3. Pannello solare, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto fondo (4), almeno sulla sua faccia rivolta verso detta lastra trasparente (9), Ã ̈ colorato di nero.
4. 4. Pannello solare, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fondo (4) à ̈ costituito da una lastra piana rettangolare.
5. 5. Pannello solare, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di erogazione (10) comprendono un tubo (12) disposto lungo detto lato superiore del fondo (4) e provvisto di una pluralità di fori (13) attraverso i quali detto liquido termovettore viene erogato su detto fondo (4).
6. 6. Pannello solare, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di raccolta (11) comprendono un collettore a canale (14) disposto lungo detto lato inferiore del fondo (4) e collegato ad un circuito di circolazione di detto liquido termovettore collegato a detti mezzi di erogazione (10).
7. 7. Pannello solare, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, in detto corpo scatolare (2), inferiormente a detto fondo (4), à ̈ disposto almeno uno strato di materiale termicamente isolante (15) .
8. 8. Pannello solare, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo scatolare (2) à ̈ realizzato come elemento modulare di una copertura per edifici .
9. 9. Pannello solare, secondo una più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto liquido termovettore à ̈ costituito da un olio di sintesi biodegradabile.