ITMI20120132A1 - Dispositivo di condizionamento aria-acqua - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“DISPOSITIVO DI CONDIZIONAMENTO ARIA-ACQUAâ€

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di condizionamento di tipo ariaacqua. Più in dettaglio, l’invenzione si riferisce ad un dispositivo di condizionamento per il riscaldamento e il raffreddamento di acqua destinata ad un impianto (o circuito) di climatizzazione (o condizionamento) e ad un impianto (o circuito) di acqua ad uso sanitario. Nell’ambito della presente invenzione, con il termine “condizionamento†si intende in generale la selezione, la modifica, la regolazione e/o il controllo, tipicamente continuo nel tempo, della temperatura dell’acqua di un impianto e/o dell’aria di un locale.

Sono noti dispositivi di condizionamento aria-acqua destinati ad immobili ad uso residenziale, commerciale o industriale. Tali dispositivi prevedono l’impiego di un primo scambiatore di calore, che scambia calore con l’aria esterna all’ambiente, e di un secondo scambiatore, il quale anziché raffreddare o riscaldare direttamente l’aria dell’ambiente, raffredda o riscalda una quantità di acqua - contenuta in un circuito d’acqua - che viene quindi inviata a dispositivi utilizzatori posti nell’ ambiente, quali ventilatori, convettori, ventilconvettori, oppure termosifoni o pannelli radianti, che consentono di scambiare calore con l’ambiente da climatizzare mediante convezione e/o irraggiamento. I due scambiatori sono connessi tramite un circuito di fluido frigorigeno, che ne consente un’efficace interscambio di calore.

I dispositivi di condizionamento noti possono essere di tipo cosiddetto “split†, ossia costituiti da un’unità esterna, da installare al di fuori dell’ambiente da condizionare e comprendente il primo scambiatore di calore nonché il compressore, la valvola di laminazione, le tubazioni e la scheda elettronica per il controllo dell’unità esterna stessa, e un’unità interna collocata all’intemo dell’ambiente da condizionare e comprendente il secondo scambiatore di calore, che genera lo scambio termico tra il fluido frigorigeno proveniente dall’unità esterna e l’acqua proveniente dall’impianto di climatizzazione, gli accessori idraulici quali pompa, flussostato o pressostato differenziale, le sonde di temperatura e la scheda elettronica di controllo della parte idronica e di interfaccia con l’unità esterna. In alternativa, i dispositivi di condizionamento di tipo aria-acqua possono essere di tipo monoblocco, ossia costituiti da un unico telaio nel quale sono alloggiati entrambi gli scambiatori e i componenti necessari alla macchina termica. In questo caso, il dispositivo di condizionamento à ̈ montato all’ esterno.

II primo e il secondo scambiatore del dispositivo di condizionamento possono operare alternativamente da condensatore o da evaporatore a seconda che il dispositivo di condizionamento funzioni in raffreddamento o in modalità pompa di calore per il riscaldamento dell’acqua nel locale da climatizzare. In particolare, il primo scambiatore - che scambia calore con l’aria esterna - funziona da condensatore del fluido frigorigeno durante il raffreddamento del locale da climatizzare, mentre funziona da evaporatore durante il funzionamento in pompa di calore e quindi durante il riscaldamento del locale; in modo complementare, il secondo scambiatore di calore - che scambia calore con l’acqua del circuito di climatizzazione - funziona sempre nella modalità opposta al primo scambiatore.

Un dispositivo di condizionamento in grado di funzionare in entrambe le modalità -raffreddamento e riscaldamento - à ̈ detto “reversibile†.

Tipicamente il primo scambiatore (per lo scambio del fluido frigorigeno con l’aria esterna) à ̈ uno scambiatore alettato con tubi in rame e il secondo scambiatore (per lo scambio termico tra fluido frigorigeno e acqua dell’impianto) à ̈ uno scambiatore a piastre saldobrasate o tubo in tubo.

L’applicazione tipica dei dispositivi di condizionamento aria-acqua à ̈ un impianto domestico a ventilconvettori o a pannelli radianti: questi dispositivi operano con acqua calda o fredda a seconda che si intenda riscaldare o raffreddare l’ambiente. I dispositivi di condizionamento aria-acqua per la climatizzazione di un locale, quando impiegati in modalità riscaldamento, sono tipicamente considerati dispositivi ad energia rinnovabile; infatti, sebbene necessitino di energia elettrica per funzionare, in questa modalità sottraggono calore all’aria esterna e lo trasmettono al circuito di acqua. Al contrario, in un tradizionale impianto di riscaldamento a caldaia il calore trasmesso all’acqua che alimenta convettori o termosifoni proviene unicamente da combustibili fossili. Per di più, se il dispositivo di condizionamento impiega energia elettrica prodotta mediante fonti rinnovabili, può diventare un dispositivo funzionante completamente ad energia rinnovabile.

Tali vantaggi hanno determinato una crescente richiesta di dispositivi di condizionamento aria-acqua reversibili ed un loro impiego anche per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS).

Sono altresì noti dispositivi di condizionamento aria-acqua del tipo sopra descritto e dotati inoltre di una valvola a tre vie posizionata sul condotto che trasporta l’acqua riscaldata: normalmente tale acqua viene inviata al circuito di climatizzazione che alimenta i ventilatori o i termosifoni; tuttavia, in aggiunta, commutando la valvola a tre vie à ̈ possibile deviare l’acqua riscaldata verso un serbatoio (ad esempio un boiler) contenente acqua calda ad uso sanitario. In sostanza il dispositivo di condizionamento produce acqua calda selettivamente per due differenti destinazioni, ossia rimpianto di climatizzazione o rimpianto di acqua sanitaria. La commutazione avviene tipicamente quando nel serbatoio dell’acqua sanitaria la temperatura scende al di sotto di un livello o di una temperatura preimpostati ( a significare che à ̈ in atto un prelievo di acqua dal boiler, ovvero una richiesta di acqua calda sanitaria); una volta che il contenuto, o la temperatura dell’acqua, viene ristabilito, la valvola a tre vie commuta nuovamente in modo tale che il dispositivo di condizionamento invii nuovamente acqua calda al circuito di climatizzazione.

Sono inoltre noti impianti di condizionamento, tipicamente destinati ad un intero edificio o ad insieme di locali, comprendenti una prima e una seconda pompa di calore sostanzialmente indipendenti tra loro e strutturate per fornire acqua condizionata rispettivamente ad un circuito di climatizzazione e ad un circuito di acqua calda sanitaria, e comprendenti inoltre un insieme di componenti aggiuntivi per collegare i diversi punti dell’impianto. Tali impianti hanno un’architettura distribuita all’ interno dell’ edificio e presentano una serie di svantaggi legati alla complessità di progettazione, realizzazione, installazione e manutenzione, all’ingombro complessivo e ai costi elevati di realizzazione ed esercizio. Inoltre, tali impianti non presentano una gestione centralizzata e un controllo coordinato della prima e della seconda pompa di calore.

La Richiedente ha riscontrato che gli attuali dispositivi e impianti di condizionamento di tipo aria-acqua non sono esenti da inconvenienti e sono migliorabili sotto diversi aspetti, in particolare con riferimento ad un loro impiego combinato nella climatizzazione e nella produzione di acqua calda sanitaria.

Più in dettaglio, la Richiedente ha constatato come i dispositivi noti, quando vengono impiegati per la produzione di acqua calda sanitaria, non sono in grado di servire contemporaneamente anche il circuito di climatizzazione; questa interruzione nel servizio si ripercuote negativamente sulle prestazioni dell’ impianto di climatizzazione e sul comfort dell'ambiente e risulta particolarmente svantaggiosa durante i mesi estivi, quando non à ̈ sufficiente commutare la valvola a tre vie ma, in aggiunta, à ̈ necessario invertire il funzionamento del dispositivo di condizionamento (che sta raffreddando l’acqua per rimpianto di climatizzazione) perché operi come pompa di calore e riscaldi acqua da inviare all’impianto sanitario; in tali condizioni la pompa di calore si trova ad operare fuori dai limiti massimi di funzionamento (la tipica massima temperatura dell’aria esterna per il corretto funzionamento di una pompa di calore in riscaldamento à ̈ di 20-25 °C, mentre in estate la temperatura dell’aria può arrivare a 45 °C) e quindi non à ̈ in grado di garantire il corretto funzionamento e la sua affidabilità; inoltre, una volta riscaldata l’acqua sanitaria, il dispositivo di condizionamento deve nuovamente passare in modalità raffreddamento per servire il circuito di climatizzazione. Ciascuna commutazione comporta un dispendio energetico e, conseguentemente, un costo elevato d’esercizio e un calo del rendimento complessivo.

Un ulteriore inconveniente dei dispositivi di condizionamento noti à ̈ il limite di temperatura ottenibile per l’acqua calda sanitaria, che si attesta tipicamente non oltre i 55°C; ciò rende necessario predisporre un serbatoio di acqua calda sanitaria avente un volume elevato, in quanto ciò consente di avere un’inerzia termica elevata in grado di sopperire al valore non elevato di temperatura dell’acqua. In aggiunta, un serbatoio contenente acqua ferma ad una tale temperatura richiede l’esecuzione di cicli anti-legionella affinché l’acqua sia purificata e sicura per usi sanitari. Infatti, l’intervallo di temperatura tra i 35°C e i 50°C à ̈ ideale per lo sviluppo della legionella pertanto à ̈ necessario eseguire cicli di purificazione che consistono nel riscaldare e mantenere l’accumulo d’acqua ad una determinata temperatura per un certo periodo di tempo, sulla base di tabelle tempo-temperatura; con acqua ad una temperatura di 55°C per eseguire un simile ciclo sarebbero necessarie ore, pertanto negli impianti noti il serbatoio di acqua calda sanitaria, alimentato dal dispositivo di condizionamento, comprende resistenze elettriche che periodicamente vengono attivate e portano la temperatura dell’acqua attorno ai 65-70°. Tuttavia tali resistenze elettriche hanno un’efficienza minima e richiedono energia elettrica aggiuntiva unicamente per evitare che l’acqua proveniente dal dispositivo di condizionamento, di temperatura non sufficientemente elevata, sia salubre.

In questa situazione lo scopo alla base della presente invenzione, nei suoi vari aspetti e/o forme realizzative, à ̈ mettere a disposizione un dispositivo di condizionamento di tipo aria-acqua che possa essere in grado di ovviare ad uno o più degli inconvenienti citati.

E’ in particolare uno scopo tecnico della presente invenzione mettere a disposizione un dispositivo di condizionamento aria-acqua in grado di operare contemporaneamente come alimentatore di acqua condizionata per un impianto di climatizzazione e come fornitore di acqua calda sanitaria.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ ideare un dispositivo di condizionamento aria-acqua in grado di operare con un’efficienza elevata in ogni condizione operativa, sia nel periodo estivo che nel periodo invernale.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ di ideare un dispositivo che sia in grado di produrre acqua calda sanitaria in estate indipendentemente e senza essere influenzato dalla temperatura dell’aria esterna.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ di ideare un dispositivo che sia in grado, in talune condizioni, di massimizzare Γ efficienza attraverso un doppio effetto utile.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ di ideare un dispositivo in grado di produrre acqua calda sanitaria ad alta temperatura.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ ideare un dispositivo di condizionamento d’aria che risulti di semplice ed economica realizzazione e/o installazione.

Tale scopo, e altri eventuali, che meglio risulteranno nel corso della seguente descrizione, viene sostanzialmente raggiunto da un dispositivo di condizionamento aria-acqua secondo una o più delle unite rivendicazioni, ciascuna delle quali presa da sola (senza le relative dipendenze) o in qualsiasi combinazione con le altre rivendicazioni, nonché secondo i seguenti aspetti e/o forme realizzative, variamente combinati, anche con le suddette rivendicazioni.

In un aspetto l’invenzione riguarda un dispositivo di condizionamento aria-acqua comprendente un telaio destinato ad essere installato all’interno o all’ esterno di un locale da climatizzare e nel quale si immettono un tratto di un circuito di acqua di climatizzazione e un tratto di un circuito di acqua calda sanitaria, una prima pompa di calore, almeno parzialmente alloggiata in detto telaio, una seconda pompa di calore, alloggiata in detto telaio, e un circuito ausiliario, posizionato in detto telaio e interposto tra dette prima e seconda pompa di calore per ricevere calore da detta prima pompa di calore o da detto circuito di acqua di climatizzazione, in cui la prima pompa di calore scambia calore tra un flusso di aria esterna al locale da climatizzare e l’acqua passante in detto circuito di climatizzazione, e in cui la seconda pompa di calore scambia calore tra l’acqua passante in detto circuito ausiliario e l’acqua passante in detto circuito di acqua calda sanitaria.

In un aspetto, l’invenzione riguarda un dispositivo di condizionamento aria-acqua comprendente:

- un telaio destinato ad essere installato all’ interno o all’esterno di un locale da climatizzare ed avente almeno una prima apertura di uscita, configurata per consentire il passaggio di un condotto di mandata di un circuito di acqua di climatizzazione, una prima apertura di ingresso, configurata per consentire il passaggio di un condotto di ritorno d’acqua di un circuito di acqua di climatizzazione, una seconda apertura di uscita, configurata per consentire il passaggio di un condotto di mandata d’acqua di un circuito di acqua calda sanitaria, e una seconda apertura di ingresso, configurata per consentire il passaggio di un condotto di ritorno di acqua di un circuito di acqua calda sanitaria, in modo tale che il circuito di acqua di climatizzazione e il circuito di acqua calda sanitaria percorrano almeno un tratto internamente a detto telaio;

- una prima pompa di calore comprendente un primo scambiatore di calore alloggiato in detto telaio, un secondo scambiatore di calore e un primo circuito di fluido frigorigeno passante in detti primo e secondo scambiatore di calore, dove il secondo scambiatore di calore scambia calore tra un flusso di aria esterna al locale da climatizzare e il fluido frigorigeno di detto primo circuito e dove il primo scambiatore di calore scambia calore tra il fluido frigorigeno di detto primo circuito e l’acqua passante in detto circuito di climatizzazione;

- un circuito ausiliario, posizionato in detto telaio, diramantesi da e rientrante in detto circuito di climatizzazione o in detto primo circuito di fluido frigorigeno;

- una seconda pompa di calore comprendente un terzo e un quarto scambiatore di calore, alloggiati in detto telaio, e un secondo circuito di fluido frigorigeno passante in detti terzo e quarto scambiatore di calore, dove il terzo scambiatore di calore scambia calore tra l’acqua passante in detto circuito ausiliario e il fluido frigorigeno di detto secondo circuito e dove il quarto scambiatore di calore scambia calore tra il fluido frigorigeno di detto secondo circuito e l’acqua passante in detto circuito di acqua calda sanitaria;

- un primo e un secondo compressore accoppiati rispettivamente al primo e al secondo circuito di fluido frigorigeno;

- un primo e un secondo organo di laminazione accoppiati rispettivamente al primo e al secondo circuito di fluido frigorigeno;

- mezzi elettrici ed elettronici di controllo associati a detto telaio per controllare e/o comandare il funzionamento del dispositivo di condizionamento;

dove il circuito di climatizzazione à ̈ destinato ad alimentare con acqua uno o più dispositivi di climatizzazione di detto locale e il circuito di acqua calda sanitaria à ̈ destinato ad alimentare con acqua una o più utenze sanitarie.

Nell’ambito della presente invenzione, con l’espressione “circuito di climatizzazione†si identifica un circuito chiuso, tipicamente un insieme di tubature e condotti, che si estende all’ interno di un locale (ad esempio una stanza) o di più locali (ad esempio più stanze adiacenti o piani di un edificio) con l’obiettivo di fornire acqua ad una determinata temperatura a dispositivi di climatizzazione (tipicamente a muro o a pavimento) quali termosifoni, ventilatori, convettori, pannelli radianti, che consentono di condizionare la temperatura all’ interno del locale mediante convezione naturale, convezione forzata o irraggiamento. Il circuito di climatizzazione consente la circolazione dell’acqua dal dispositivo di condizionamento verso i dispositivi di climatizzazione e il ritorno della medesima acqua (a differente temperatura) nuovamente al dispositivo di condizionamento; in pratica l’acqua di climatizzazione funge da vettore per il trasporto di calore di condizionamento (per raffreddamento o riscaldamento) prodotto dal dispositivo di condizionamento mediante la suddetta prima pompa di calore.

Con l’espressione “circuito di acqua calda sanitaria†si intende invece un circuito di acqua ad uso civile, tipicamente per i servizi igienici. Esso comprende condotti, tubature e serbatoi che alimentano utenze sanitarie quali rubinetti, docce, bagni. Nell’ambito della presente invenzione, con l’espressione “pompa di calore†si identifica in generale una macchina termica reversibile in grado di trasferire energia termica. Tale macchina termica à ̈ costituita tipicamente da un circuito di fluido frigorigeno sul quale operano quattro componenti fondamentali: un primo scambiatore di calore, un organo di laminazione (o di espansione), un secondo scambiatore di calore e un compressore. I due scambiatori di calore fungono uno da condensatore e l’altro da evaporatore per il fluido frigorigeno e consentono a quest’ultimo rispettivamente di cedere e assorbire calore. A seconda che il dispositivo di condizionamento operi in riscaldamento o raffreddamento, ciascuno scambiatore di calore delle suddette prima e seconda pompa di calore può operare alternativamente come condensatore o evaporatore.

In un aspetto i suddetti secondo scambiatore di calore e primo circuito di fluido frigorigeno sono alloggiati in detto telaio e il dispositivo di condizionamento à ̈ di tipo monoblocco. In un aspetto alternativo il dispositivo di condizionamento comprende un telaio aggiuntivo, distinto e separato da detto telaio e installato all’estemo di detto locale da climatizzare, e detto secondo scambiatore e una porzione di detto primo circuito di fluido frigorigeno sono alloggiati in detto telaio aggiuntivo. Quest’ultima soluzione corrisponde alla struttura di dispositivo di condizionamento cosiddetto “split†, che prevede un’unità interna (il telaio) e un’unità esterna (il telaio aggiuntivo). In sostanza, il dispositivo di condizionamento oggetto della presente invenzione può essere vantaggiosamente realizzato sia nella forma monoblocco sia in quella split: ciò aumenta la flessibilità d’impiego e la varietà di possibili installazioni. In un aspetto detto circuito ausiliario comprende un condotto di prelievo collegato al circuito di climatizzazione per ricevere acqua da esso e un condotto di rientro collegato, più a valle rispetto al condotto di prelievo, al circuito di climatizzazione per immettere acqua in esso, in modo tale che il circuito ausiliario sia una maglia in parallelo al circuito di climatizzazione.

In un aspetto detti condotto di prelievo e condotto di rientro del circuito ausiliario sono collegati a detto condotto di ritorno d’acqua del circuito di climatizzazione. In un aspetto il dispositivo di condizionamento comprende una valvola di regolazione posizionata al raccordo del condotto di prelievo del circuito ausiliario al circuito di climatizzazione e strutturata per selezionare in modo variabile una frazione della portata di acqua di climatizzazione da convogliare dal circuito di climatizzazione al circuito ausiliario e per consentire alla frazione restante di proseguire nel circuito di climatizzazione.

In un aspetto detta valvola di regolazione à ̈ una valvola a tre vie manuale o automatica e/o à ̈ connessa a, e comandabile da, detti mezzi elettrici ed elettronici di controllo.

In un aspetto la prima pompa di calore comprende un sensore di temperatura collocato sul circuito di climatizzazione per misurare la temperatura dell’acqua di climatizzazione. Preferibilmente il sensore di temperatura à ̈ collocato sul condotto di ritorno del circuito di climatizzazione e/o a valle di detto circuito ausiliario.

In un aspetto la seconda pompa di calore comprende un rispettivo sensore di temperatura collocato sul circuito di acqua calda sanitaria per misurare la temperatura dell'acqua cada sanitaria, detto rispettivo sensore di temperatura essendo collocato preferibilmente sul condotto di mandata del circuito di acqua calda sanitaria.

In un aspetto il dispositivo comprende una pompa di circolazione dell’acqua del circuito di climatizzazione e/o una rispettiva pompa di circolazione dell’acqua del circuito di acqua sanitaria.

In un aspetto il dispositivo comprende un primo e/o un secondo sensore di flusso dell’acqua configurati per regolare il corretto afflusso di acqua rispettivamente al primo scambiatore di calore e al quarto scambiatore.

In un aspetto il suddetto telaio à ̈ un corpo scatolare montabile a parete o a pavimento. In un ulteriore aspetto la presente invenzione riguarda un impianto di condizionamento aria-acqua per un locale, rimpianto comprendente un dispositivo di condizionamento secondo uno o più degli aspetti sopra e/o delle rivendicazioni, un circuito di acqua di climatizzazione e un circuito di acqua calda sanitaria connessi a detto dispositivo di condizionamento, una pluralità di dispositivi di climatizzazione collegati a e alimentati da detto circuito di acqua di climatizzazione per climatizzare il locale, una o più utenze sanitarie collegate a e alimentate da detto circuito di acqua calda sanitaria.

In un ulteriore aspetto indipendente la presente invenzione riguarda un metodo per regolare la temperatura dell’acqua di un circuito di climatizzazione e dell’acqua di un circuito di acqua sanitaria, comprendente le fasi di:

- predisporre un dispositivo di condizionamento secondo uno o più degli aspetti sopra e/o delle rivendicazioni;

- selezionare per il dispositivo di condizionamento, in tempi successivi, almeno una condizione operativa scelta tra una pluralità di condizioni operative, tra le quali almeno una prima condizione operativa in cui la prima pompa di calore à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua sanitaria, e una seconda condizione operativa in cui la prima pompa di calore à ̈ attiva e opera per raffreddare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua calda sanitaria.

In un aspetto in detta prima condizione operativa il secondo scambiatore di calore preleva calore dall’aria esterna al locale e il primo scambiatore di calore fornisce calore all’acqua del circuito di climatizzazione, il circuito ausiliario preleva una quantità di acqua dal circuito di climatizzazione, il terzo scambiatore di calore preleva calore dall’acqua del circuito ausiliario e il quarto scambiatore di calore fornisce calore all’acqua del circuito di acqua calda sanitaria.

In un aspetto in detta seconda condizione operativa il secondo scambiatore di calore trasferisce calore dall’aria esterna al locale e il primo scambiatore di calore preleva calore all’acqua del circuito di climatizzazione, il circuito ausiliario preleva una quantità di acqua dal circuito di climatizzazione, il terzo scambiatore di calore preleva calore dall’acqua del circuito ausiliario e il quarto scambiatore di calore fornisce calore all’acqua del circuito di acqua calda sanitaria.

In un aspetto il metodo comprende la fase di regolare la portata di acqua passante dal circuito di acqua di climatizzazione al circuito ausiliario.

In un aspetto il metodo comprende la fase di misurare la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione e/o di misurare la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria.

Preferibilmente la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione à ̈ misurata in un punto - preferibilmente immediatamente - a valle del circuito ausiliario.

In un aspetto detta pluralità di condizioni operative comprende una terza condizione operativa in cui la prima pompa di calore à ̈ disattivata e la seconda pompa di calore à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua sanitaria, e/o una quarta condizione operativa in cui la prima pompa di calore à ̈ attiva e opera per riscaldare o raffreddare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore à ̈ disattivata, e/o una quinta condizione operativa in cui sia la prima sia la seconda pompa di calore sono disattivate.

In un ulteriore aspetto il metodo comprende la fase di monitorare la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione e/o la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria e di confrontarle con un determinato valore di temperatura di climatizzazione dell’acqua di climatizzazione e con un determinato valore di temperatura di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, e di selezionare la condizione operativa nel modo che segue:

- con il dispositivo di condizionamento in prima condizione operativa, quando la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione supera il valore di temperatura di climatizzazione, selezionare la terza condizione operativa;

- con il dispositivo di condizionamento in seconda condizione operativa, quando la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione scende al di sotto del valore di temperatura di climatizzazione, selezionare la terza condizione operativa;

- con il dispositivo di condizionamento in terza condizione operativa, se la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione si discosta inferiormente dal valore di temperatura di climatizzazione di un intervallo di setpoint, selezionare la prima o la seconda condizione operativa a seconda che, rispettivamente, la prima pompa di calore stia operando in riscaldamento o raffreddamento dell’acqua di climatizzazione;

- con il dispositivo di condizionamento in prima o seconda condizione operativa, se la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria raggiunge detto valore di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, selezionare la quarta condizione operativa.

- con il dispositivo di condizionamento in terza condizione operativa, se la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria raggiunge detto valore di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, selezionare la quinta condizione operativa. In un aspetto detto valore di temperatura di climatizzazione dell’acqua di climatizzazione à ̈ selezionato sulla base della temperatura desiderata nel locale e detto valore di temperatura di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria à ̈ selezionato sulla base della temperatura desiderata per il circuito di acqua calda sanitaria.

La Richiedente ritiene che la combinazione delle suddette caratteristiche tecniche, in particolare la presenza - integrati in un unico telaio - di una prima pompa di calore, per il riscaldamento e il raffreddamento dell’acqua di climatizzazione, di una seconda pompa di calore, per il riscaldamento dell’acqua sanitaria, e di un circuito ausiliario interposto tra le due pompe di calore, consente di ottenere numerosi vantaggi.

Anzitutto l’aggiunta di una seconda pompa di calore, che opera preferibilmente sull’acqua di ritorno dal circuito di climatizzazione, e del circuito ausiliario consente complessivamente di disaccoppiare, a livello di ciclo termodinamico, la produzione di acqua per la climatizzazione dalla produzione di acqua calda riscaldata ma nel contempo permette di mantenere collegati i due circuiti d’acqua in modo tale che parte del calore prodotto dalla prima pompa di calore possa essere vantaggiosamente impiegato dalla seconda pompa di calore. In pratica il dispositivo di condizionamento combina, in una macchina unitaria (di tipo “split†o monoblocco) in quanto gestita da un’unica centralina di controllo, due differenti cicli termodinamici attivi uno sul circuito di climatizzazione e l’altro sul circuito di acqua calda sanitaria.

Ciò consente di non interrompere l’alimentazione di acqua riscaldata o raffreddata al circuito di climatizzazione quando vi à ̈ richiesta di acqua calda sanitaria, come avviene invece negli impianti noti. Inoltre, la presenza della seconda pompa di calore dedicata e l’impiego dell’acqua calda del circuito ausiliario consentono di ottenere prestazioni migliori in termini di temperatura raggiungibile per l’acqua calda sanitaria, potendo utilizzare, nella prima pompa di calore, un compressore ottimizzato per le temperature operative della climatizzazione e, nella seconda pompa di calore, un compressore ottimizzato per il funzionamento con temperature più elevate, caratteristiche dell’acqua calda sanitaria: ebbene, la Richiedente ha verificato come tale temperatura raggiungibile si attesti attorno ai 70-75°, almeno 20°C maggiore rispetto alle soluzioni note. Ciò permette di disporre di acqua calda direttamente ad una temperatura elevata e di non dover predisporre alcun ciclo antilegionella nei serbatoi in cui confluisce l’acqua calda riscaldata.

Ancora, la presenza di due pompe di calore distinte, ciascuna destinata al rispettivo circuito d’acqua, consente di impiegare la prima pompa di calore sempre al servizio del circuito di climatizzazione e sempre nelle condizioni di temperatura più favorevoli: infatti la prima pompa di calore non deve superare un salto di temperatura elevato per produrre direttamente acqua calda sanitaria (in quanto di ciò si occupa la seconda pompa di calore che lavora con il circuito ausiliario) e questo consente di ottenere elevati valori di efficienza termodinamica (COP, coefficiente di prestazione) e non avere i vincoli sulla temperatura esterna (in inverno se troppo fredda, in estate se troppo calda) tipici degli impianti noti. In sostanza la produzione di acqua calda sanitaria avviene vantaggiosamente mediante due stadi separati e posti in cascata, il primo ad opera della prima pompa di calore, che effettua un primo riscaldamento dell’acqua di climatizzazione, e il secondo ad opera della seconda pompa di calore, che lavora su una frazione dell’acqua ritorno del circuito di climatizzazione già riscaldata (variabile a seconda del tipo di dispositivi di climatizzazione, ventilconvettori o pannelli radianti, esemplarmente pari a circa 30°C in inverno e 12°C in estate).

Inoltre, viene risolto anche l’inconveniente delle soluzioni note che consiste nella necessità, oltre che di interrompere il funzionamento, anche di invertirlo (ossia di passare da raffreddamento a riscaldamento) durante i mesi estivi: infatti con una sola pompa di calore ogni richiesta di acqua calda sanitaria nei mesi estivi (nei quali la sola pompa di calore lavora in raffreddamento) richiede l’interruzione e l’inversione del funzionamento in modalità riscaldamento. Nella presente invenzione, la prima pompa nei mesi invernali continua a riscaldare l’acqua di climatizzazione e a inviarne parte all’ausiliario, e in estate invia al circuito di climatizzazione sempre acqua raffreddata ma sufficientemente calda per fornire comunque una quantità di calore, tramite il circuito ausiliario, alla seconda pompa di calore.

In aggiunta, si rileva come nel periodo estivo il dispositivo di condizionamento descritto possa godere di un vantaggio aggiuntivo: infatti, la seconda pompa di calore (che lavora sempre in riscaldamento per produrre acqua calda sanitaria) sottrae calore all’acqua che scorre nel circuito ausiliario, raffreddandola: l’acqua del circuito ausiliario toma quindi nel circuito di climatizzazione, determinandone un abbassamento di temperatura che diminuisce il lavoro richiesto alla prima pompa di calore (e quindi l’energia consumata dal dispositivo di condizionamento), che nel periodo estivo sta per l’appunto raffreddando l’acqua del circuito di climatizzazione. Ciò significa che la seconda pompa di calore funziona generando un doppio effetto utile: a pari potenza elettrica consumata, essa produce contemporaneamente acqua sanitaria per uso sanitario ed acqua refrigerata per la climatizzazione, risultato non ottenibile con alcuna soluzione nota.

Durante il periodo invernale la seconda pompa di calore sottrae calore al circuito ausiliario e ciò richiede un piccolo reintegro di tale calore all’acqua del circuito di climatizzazione, al fine di riportarla alla temperatura richiesta per il circuito di climatizzazione. Tale reintegro à ̈ ad opera della prima pompa di calore, alla quale à ̈ pertanto richiesto un lavoro aggiuntivo: tuttavia la prima pompa di calore opera nelle sue condizioni termodinamiche ideali, con un elevato rendimento, quindi tale reintegro comporta un ridotto dispendio energetico.

La Richiedente ha inoltre verificato come la presenza dei mezzi elettrici ed elettronici di controllo consente di controllare l’interazione tra i due cicli termodinamici della prima e della seconda pompa di calore. Ciò consente di regolare con precisione la temperatura dei circuiti di climatizzazione e di acqua calda sanitaria e di gestire ogni variazione introdotta dal circuito ausiliario (il quale “trasporta†calore tra la prima e la seconda pompa si calore).

La Richiedente ha inoltre constatato come il posizionamento del circuito ausiliario -in parallelo - sul condotto di ritorno di acqua del circuito di climatizzazione consente vantaggiosamente alla seconda pompa di calore di operare su un’acqua avente una temperatura più stabile e al dispositivo di controllare più facilmente le variazioni di temperatura del circuito di climatizzazione. Infatti, dal momento che la prima pompa di calore lavora per fornire acqua ad una determinata temperatura al condotto di mandata del circuito di climatizzazione, se il circuito ausiliario operasse sulla mandata ciò comporterebbe una variazione della temperatura non “visibile†alla prima pompa di calore e trasmessa al circuito di climatizzazione; al contrario ogni variazione introdotta dal circuito ausiliario - e misurata dal sensore di temperatura proprio a valle di esso - à ̈ facilmente recuperata dalla prima pompa di calore a monte della mandata di acqua la circuito di climatizzazione.

Inoltre, lavorando sul ritorno di acqua di climatizzazione, à ̈ possibile usufruire di una determinata inerzia termica di tale acqua; ciò significa che se l’acqua di ritorno ha una temperatura elevata, posso sfruttarne il calore - trasferendolo alla seconda pompa di calore - anche mantenendo spenta la prima pompa di calore.

Tuttavia, à ̈ tecnicamente realizzabile anche la soluzione alternativa nella quale il circuito ausiliario à ̈ collegato in parallelo al condotto di mandata del circuito di climatizzazione oppure al primo circuito di fluido frigorigeno.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, tra cui anche una forma di esecuzione preferita, esemplari ma non esclusive, di un dispositivo di condizionamento ariaacqua in accordo con la presente invenzione. Tale descrizione verrà esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegno, fomiti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali:

- la figura 1 à ̈ una vista schematica di una possibile forma realizzativa di un dispositivo di condizionamento aria-acqua in accordo con la presente invenzione, tale vista illustrando in particolare i componenti del dispositivo e i collegamenti, fìsici e/o funzionali, tra di essi;

- la figura 2 à ̈ una vista prospettica dal basso di una possibile forma realizzativa di un dispositivo di condizionamento aria-acqua in accordo con la presente invenzione. Con riferimento alle figure allegate, un dispositivo di condizionamento aria-acqua secondo la presente invenzione à ̈ globalmente indicato con il numero di riferimento 1. In generale, lo stesso numero di riferimento à ̈ utilizzato per elementi uguali o simili, eventualmente nelle loro varianti realizzative.

Il dispositivo 1 comprende un telaio 2 installabile alTintemo o all’ esterno di un locale da climatizzare (non mostrato, ad esempio una stanza o più stanze) ed avente almeno una prima apertura di uscita 3, che consente il passaggio di un condotto di mandata 7a di un circuito di acqua di climatizzazione 7, una prima apertura di ingresso 4, che consente il passaggio di un condotto di ritorno 7b d’acqua del circuito di acqua di climatizzazione, una seconda apertura di uscita 5, che consente il passaggio di un condotto di mandata 8a d’acqua di un circuito di acqua calda sanitaria 8, e una seconda apertura di ingresso 6, che consente il passaggio di un condotto di ritorno 8b di acqua del circuito di acqua calda sanitaria. In tal modo il circuito di acqua di climatizzazione 7 e il circuito di acqua calda sanitaria 8 percorrono almeno un tratto internamente al telaio 2.

Il dispositivo 1 comprende una prima pompa di calore 10 dotata di un primo scambiatore di calore 11 alloggiato nel telaio, di un secondo scambiatore di calore 12 e di un primo circuito di fluido frigorigeno 13 passante nel primo e nel secondo scambiatore di calore. Il secondo scambiatore di calore scambia calore tra un flusso di aria esterna al locale da climatizzare e il fluido frigorigeno del primo circuito 13 e il primo scambiatore di calore 11 scambia calore tra il fluido frigorigeno del primo circuito 13 e l’acqua passante nel circuito di climatizzazione.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un circuito ausiliario 30, posizionato nel telaio, che si dirama da e rientra nel circuito di climatizzazione 7 (come mostrato in figura 1). Preferibilmente, il dispositivo 1 può comprende inoltre una pompa di circolazione dell’acqua 37 del circuito di climatizzazione.

Il dispositivo 1 comprende inoltre una seconda pompa di calore 20 dotata di un terzo 21 e di un quarto scambiatore di calore 22, alloggiati nel telaio 2, e di un secondo circuito di fluido frigorigeno 23 passante nel terzo e nel quarto scambiatore di calore. Il terzo scambiatore di calore 21 scambia calore tra l’acqua passante nel circuito ausiliario 30 e il fluido frigorigeno del secondo circuito 23 e il quarto scambiatore di calore 22 scambia calore tra il fluido frigorigeno del secondo circuito 23 e l’acqua passante nel circuito di acqua calda sanitaria 8.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un primo 14 e un secondo compressore 24, accoppiati rispettivamente al primo 13 e al secondo circuito di fluido frigorigeno 23 e un primo 15 e un secondo organo di laminazione 25 accoppiati rispettivamente al primo e al secondo circuito di fluido frigorigeno.

I compressori e gli organi di laminazione sono preferibilmente di tipo convenzionale, e il loro impiego à ̈ noto per la realizzazione di pompe di calore che implementano cicli termodinamici. Il compressore 14 e l’organo di laminazione 15 sono posizionati alFintemo del telaio 2 nel caso di soluzione monoblocco o all’intemo del telaio aggiuntivo 2a - sito all’ esterno del locale da climatizzare - nel caso di soluzione di tipo “split†.

Preferibilmente, il dispositivo 1 può comprendere inoltre una pompa di circolazione 39 dell’acqua del circuito di acqua sanitaria.

Il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi elettrici ed elettronici di controllo 60 (quali una centralina elettronica, ad esempio di tipo noto) associati al telaio per controllare e/o comandare il funzionamento dell’intero dispositivo di condizionamento. In particolare, i mezzi di controllo comandano almeno la prima e la seconda pompa di calore, ovvero sono configurati per comandare e coordinare in modo opportuno almeno il primo 11, il secondo 12, il terzo 21 e il quarto scambiatore di calore 22 e il primo 14 e il secondo compressore 24 e le pompe di circolazione 37 e 39 dell’acqua. Preferibilmente il dispositivo 1 comprende le sonde di temperatura 36 e 38 che permettono il controllo della temperatura dell’acqua rispettivamente del circuito di climatizzazione e del circuito acqua calda sanitaria.

Preferibilmente il dispositivo 1 comprende inoltre due sensori di flusso dell’acqua 41 e 42 (flussostati o pressostati differenziali) che permettono il controllo del corretto afflusso di acqua agli scambiatori 11 e 22.

Nella soluzione descritta e illustrata nelle figure, il circuito di climatizzazione 7 alimenta con acqua uno o più dispositivi di climatizzazione 40 del locale e il circuito di acqua calda sanitaria 8 alimenta con acqua una o più utenze sanitarie, quali ad esempio un serbatoio (boiler) 51 che alimenta un rubinetto domestico 50 (ad esempio il miscelatore di una doccia).

Preferibilmente, come mostrato in modo esemplare in figura 2, il secondo scambiatore di calore 12 e l’intero primo circuito di fluido frigorigeno 13 sono alloggiati nel telaio: in tal caso il dispositivo 1 à ̈ di tipo monoblocco. Alternativamente, come mostrato schematicamente in figura 1, il dispositivo 1 comprende un telaio aggiuntivo 2a, distinto e separato dal telaio 2 e installato all’ esterno del locale da climatizzare, e l’intero secondo scambiatore 12 e una porzione del primo circuito di fluido frigorigeno 13 sono alloggiati nel telaio aggiuntivo. Quest’ultima soluzione corrisponde alla struttura di dispositivo di condizionamento cosiddetto “split†, che prevede un’unità interna (il telaio 2) e un’unità esterna (il telaio aggiuntivo 2a) collegate mediante il primo circuito di fluido frigorigeno 13.

Preferibilmente il dispositivo 1 comprende mezzi di interconnessione 70 alloggiati nel telaio e configurati per essere selettivamente e removibilmente accoppiati al circuito di climatizzazione e/o al circuito di acqua calda sanitaria. Tali mezzi di interconnessione comprendendo almeno un primo terminale di uscita 73 in corrispondenza della prima apertura di uscita 3, un primo terminale di ingresso 74 in corrispondenza della prima apertura di ingresso 4, un secondo terminale di uscita 75 in corrispondenza della seconda apertura di uscita 5 e un secondo terminale di ingresso 76 in corrispondenza della seconda apertura di ingresso 6.

Preferibilmente tali terminali 73, 74, 75 e 76 sono raccordi e/o rubinetti removibilmente accoppiabili al condotto di mandata 7a del circuito di acqua di climatizzazione, al condotto di ritorno 7b del circuito di acqua di climatizzazione, al condotto di mandata 8a del circuito di acqua calda sanitaria e al condotto di ritorno 8b del circuito di acqua calda sanitaria. Preferibilmente tali raccordi e/o rubinetti possono essere aperti o chiusi selettivamente per consentire il passaggio di acqua o per impedire il passaggio di acqua circolante nel rispettivo circuito. Un possibile esempio realizzativo di tali terminali à ̈ mostrato in figura 2, nella quale sono mostrati i raccordi 73, 74, 75 e 76 che realizzano le suddette aperture di uscita 3 e 5 e le aperture di ingresso 4 e 6. Al fine di consentire ai circuiti di climatizzazione e di acqua calda sanitaria di realizzare un circuito chiuso passante per un tratto all’interno del telaio 2, il dispositivo 1 comprende porzione di condotto interne al telaio e colleganti i terminali con le pompe di calore 10 e 20. In dettaglio, almeno una porzione di condotto collega tra loro, internamente al telaio, i rispettivi terminali della prima apertura di uscita 3 e della prima apertura di ingresso 4, passando - in posizione intermedia tra le aperture - attraverso il primo scambiatore di calore. Analogamente, almeno una porzione di condotto collega tra loro, internamente al telaio, i rispettivi terminali della seconda apertura di uscita 5 e della seconda apertura di ingresso 6, passando - in posizione intermedia tra le aperture - attraverso il quarto scambiatore di calore. In tal modo il dispositivo 1 risulta un integrazione di una pompa di calore di tipo aria-acqua (la prima pompa 10 tra l’aria esterna e l’acqua di climatizzazione) con una pompa di calore di tipo acqua-acqua (la seconda pompa 20 tra il circuito ausiliario e l’acqua calda sanitaria).

Preferibilmente, come mostrato in figura 1, il circuito ausiliario 30 comprende un condotto di prelievo 31 collegato al circuito di climatizzazione 7 per ricevere acqua da esso e un condotto di rientro 32 collegato, più a valle rispetto al condotto di prelievo, al circuito di climatizzazione 7 per immettere acqua in esso, in modo tale che il circuito ausiliario sia una maglia in parallelo al circuito di climatizzazione. Preferibilmente il condotto di prelievo 31 e il condotto di rientro 32 sono collegati al condotto di ritorno 7b di acqua del circuito di climatizzazione 7.

Alternativamente, il condotto di rientro 32 può essere collegato al condotto di mandata 7a del circuito di climatizzazione, preferibilmente in un punto a monte della suddetta pompa di circolazione 37 rispetto al verso di circolazione dell’acqua. Il collegamento del condotto di rientro 32 al condotto di mandata 7a, anziché al condotto di ritorno 7b, del circuito di climatizzazione può essere preferibile nel caso in cui sia necessario limitare la perdita di carico di acqua (prelevata dal circuito ausiliario) sul circuito di climatizzazione 7.

Preferibilmente, il dispositivo 1 comprende una valvola di regolazione 35 posizionata al raccordo del condotto di prelievo 31 del circuito ausiliario 30 al circuito di climatizzazione 7 e strutturata per selezionare in modo variabile una frazione della portata di acqua di climatizzazione da convogliare dal circuito di climatizzazione al circuito ausiliario e per consentire alla frazione restante di proseguire nel circuito di climatizzazione.

Preferibilmente tale valvola di regolazione à ̈ una valvola modulante a tre vie manuale o automatica e connessa a, e comandabile da, i suddetti mezzi elettrici ed elettronici di controllo 60.

La valvola di regolazione consente di ottenere un corretto bilanciamento idraulico, in quanto garantisce una proporzionale ripartizione della portata d'acqua tra il circuito di climatizzazione e il circuito ausiliario parallelo. Inoltre, a seconda del valore di potenza termica della seconda pompa di calore (tipicamente inferiore a quella della prima pompa di calore), viene selezionata la corretta portata d'acqua inviata al circuito ausiliario rispetto a quella di ritorno dal circuito di climatizzazione.

Nella forma di realizzazione preferita, la prima pompa di calore 10 comprende un sensore di temperatura 36 collocato sul circuito di climatizzazione 7 per misurare la temperatura dell’acqua di climatizzazione. Preferibilmente il sensore di temperatura à ̈ collocato sul condotto di ritorno 7b del circuito di climatizzazione e a valle del circuito ausiliario 30 rispetto al verso di circolazione dell’ acqua.

Preferibilmente la pompa di calore 10 può essere equipaggiata con un ulteriore sensore di temperatura collocato sul condotto di mandata 7a del circuito di climatizzazione.

Preferibilmente la seconda pompa di calore 20 comprende un rispettivo sensore di temperatura 38 collocato sul condotto di mandata 8a del circuito di acqua calda sanitaria.

Preferibilmente, come mostrato in figura 2, il telaio 2 Ã ̈ un corpo scatolare (preferibilmente in lamiera metallica opportunamente tagliata e piegata) montabile a parete o a pavimento.

In una forma realizzati va esemplare, la prima pompa di calore 10 ha una potenza di 8-18 kW e la seconda pompa di calore 20 ha una potenza di circa 2-4 kW.

Il funzionamento del dispositivo 1 prevede che i mezzi elettrici ed elettronici di controllo 60 selezionino, in tempi successivi, differenti condizioni operative scelte tra una pluralità di possibili condizioni operative, tra le quali almeno una prima condizione operativa in cui la prima pompa di calore 10 à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di climatizzazione 7 e la seconda pompa di calore 20 à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua sanitaria 8, e una seconda condizione operativa in cui la prima pompa di calore 10 à ̈ attiva e opera per raffreddare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore 20 à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua calda sanitaria 8. In pratica, la prima e la seconda condizione operativa corrispondono rispettivamente al funzionamento in riscaldamento e raffreddamento del locale abbinato al riscaldamento dell’acqua sanitaria.

Inoltre, il funzionamento del dispositivo prevede di regolare la portata di acqua passante dal circuito di acqua di climatizzazione al circuito ausiliario e di misurare la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione e/o di misurare la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria.

La regolazione di portata e le misurazioni di temperatura avvengono preferibilmente con continuità, ovvero con secondo determinati periodi di campionamento, ad esempio dell’ordine di grandezza dei secondi.

Preferibilmente la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione à ̈ misurata in un punto - preferibilmente immediatamente - a valle del circuito ausiliario.

Preferibilmente, il dispositivo opera in ulteriori condizioni operative quali una terza condizione operativa, in cui la prima pompa di calore 10 à ̈ disattivata e la seconda pompa di calore 20 à ̈ attiva, una quarta condizione operativa in cui la prima pompa di calore 10 à ̈ attiva e opera per riscaldare o raffreddare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore 20 à ̈ disattivata, e una quinta condizione operativa in cui sia la prima sia la seconda pompa di calore sono disattivate. In sostanza nella terza condizione operativa lavora soltanto la prima pompa di calore, in riscaldamento o raffreddamento del locale a seconda della stagione, nella quarta condizione operativa lavora soltanto la seconda pompa di calore per riscaldare l’acqua del circuito di acqua sanitaria, e nella quinta condizione operativa il dispositivo 1 non compie alcun lavoro sull’acqua dei circuiti 7 e 8.

Il funzionamento prevede inoltre che venga monitorata la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione 7 e la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria 8 e che tali temperature siano confrontate, mediante i mezzi di controllo 60, rispettivamente con un determinato valore di temperatura di climatizzazione dell’acqua di climatizzazione e con un determinato valore di temperatura di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria. Sulla base di tale confronto, il dispositivo 1 passa tra le diverse condizioni operative descritte sopra, seguendo la seguente logica:

- con il dispositivo di condizionamento in prima condizione operativa (ossia prima pompa 10 e seconda pompa 20 entrambe in riscaldamento), quando la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione supera il valore di temperatura di climatizzazione, viene selezionata la terza condizione operativa (nella quale lavora soltanto la seconda pompa);

- con il dispositivo di condizionamento in seconda condizione operativa (ossia prima pompa 10 in raffreddamento e seconda pompa 20 in riscaldamento), quando la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione si avvicina o scende al di sotto del valore di temperatura di climatizzazione, viene selezionata la terza condizione operativa (nella quale lavora soltanto la seconda pompa);

- con il dispositivo di condizionamento in terza condizione operativa (nella quale lavora soltanto la seconda pompa), se la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione si discosta inferiormente dal valore di temperatura di climatizzazione di un intervallo di setpoint, viene selezionata la prima o la seconda condizione operativa a seconda che, rispettivamente, la prima pompa di calore stia operando in riscaldamento o raffreddamento dell’acqua di climatizzazione;

- con il dispositivo di condizionamento in prima o seconda condizione operativa (ossia prima pompa 10 in riscaldamento o raffreddamento e seconda pompa 20 in riscaldamento), se la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria raggiunge detto valore di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, selezionare la quarta condizione operativa (nella quale la prima pompa 10 rimane attiva e la seconda pompa 20 viene spenta);

- con il dispositivo di condizionamento in terza condizione operativa (nella quale lavora soltanto la seconda pompa 20), se la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria raggiunge il valore di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, viene selezionata la quinta condizione operativa (nella quale nessuna delle due pompe lavora in quanto non c’à ̈ necessità né di condizionare l’acqua per la climatizzazione né di produrre acqua calda sanitaria).

La particolare architettura descritta consente in sostanza di ottenere un dispositivo di condizionamento caratterizzato da un funzionamento originale. Infatti, il circuito ausiliario, posizionato sul ritorno dell'acqua dal circuito di climatizzazione, preleva calore dall'acqua e lo trasferisce, attraverso la seconda pompa di calore, al circuito di acqua calda sanitaria. Il disaccoppiamento delle operazioni tra la prima e la seconda pompa di calore fa sì che la seconda pompa di calore funzioni sempre in modalità riscaldamento dell’acqua sanitaria, mentre la prima pompa di calore lavora alternativamente in riscaldamento o raffreddamento dell’acqua di climatizzazione. La prima pompa di calore funziona in modalità riscaldamento durante i mesi invernali, pertanto sul ritorno dal circuito di climatizzazione à ̈ presente acqua calda e il primo scambiatore di calore funziona come condensatore. In questa modalità di funzionamento, il calore sottratto all'acqua di ritorno del circuito di climatizzazione dalla seconda pompa di calore deve essere reintegrata dalla prima pompa di calore principale, al fine di garantire al circuito di climatizzazione la giusta potenza termica. In condizioni di temperatura desiderata raggiunta sull'acqua del circuito di climatizzazione, la prima pompa di calore principale si ferma e rimane in attesa sino a quando la temperatura di ritorno dell'acqua non scende al di sotto della temperatura desiderata impostata (solitamente tra 40°C e 50°C per impianti a ventilconvettore e tra 28°C e 35°C per impianti a pannelli radianti). Se, in tali condizioni, la seconda pompa di calore viene attivata per una richiesta di acqua calda sanitaria, il suo funzionamento determina una sottrazione di calore all'acqua del circuito di climatizzazione e pertanto una progressiva anche se lenta riduzione della temperatura; conseguentemente, se la temperatura dell'acqua del circuito di climatizzazione scende al di sotto della temperatura impostata, la prima pompa di calore riparte.

La prima pompa di calore funziona in modalità raffreddamento durante i mesi estivi, pertanto sul ritorno dal circuito di climatizzazione à ̈ presente acqua fredda e il primo scambiatore di calore funziona come evaporatore. In questa modalità di funzionamento, il calore sottratto all'acqua di ritorno del circuito di climatizzazione da parte della seconda pompa di calore contribuisce all'effetto di raffreddamento e pertanto la seconda pompa di calore genera un doppio effetto utile (sull'evaporatore genera potenza frigorifera per la climatizzazione, sul condensatore genera potenza termica per l'acqua calda sanitaria).

Tuttavia, se la pompa di calore principale ha raggiunto la temperatura impostata (solitamente tra 5°C e 12°C per impianti a ventilconvettore e tra 17°C e 25°C per impianti a pannelli radianti), e se la seconda pompa di calore à ̈ in funzione, può avvenire una riduzione della temperatura dell'acqua del circuito di climatizzazione, la quale potrebbe scendere al di sotto della temperatura impostata di una quantità di gradi non accettabile (valore limite inferiore) per il confort o il corretto funzionamento delfimpianto (ad esempio, nel caso di impianto a pannelli radianti, la temperatura dell'acqua potrebbe scendere al di sotto della temperatura di condensazione). Per risolvere il problema, il sensore di temperatura posizionato sul ritorno dell'acqua del circuito di climatizzazione à ̈ installato a valle del circuito ausiliario e controlla la temperatura dell'acqua a valle della seconda pompa di calore; nel caso in cui la temperatura dell'acqua scenda sotto il valore limite inferiore, la prima pompa di calore viene automaticamente attivata in modalità riscaldamento, per riportare la temperatura dell'acqua di climatizzazione al valore desiderato. Tuttavia il rapporto tra la potenza termica tipica della seconda pompa di calore e la potenza termica tipica della prima pompa di calore (la potenza della seconda pompa di calore à ̈ circa 1⁄4 della potenza della prima pompa di calore), e di conseguenza l’inerzia termica dell’impianto di climatizzazione, fanno sì che tale situazione si verifichi molto raramente.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di condizionamento aria-acqua (1) comprendente: - un telaio (2) destinato ad essere installato all’interno o all’esterno di un locale da climatizzare ed avente almeno una prima apertura di uscita (3), configurata per consentire il passaggio di un condotto di mandata (7a) di un circuito di acqua di climatizzazione (7), una prima apertura di ingresso (4), configurata per consentire il passaggio di un condotto di ritorno (7b) di un circuito di acqua di climatizzazione (7b), una seconda apertura di uscita (5), configurata per consentire il passaggio di un condotto di mandata (8a) di un circuito di acqua calda sanitaria (8), e una seconda apertura di ingresso (6), configurata per consentire il passaggio di un condotto di ritorno (8b) di un circuito di acqua calda sanitaria (8); - una prima pompa di calore (10) comprendente un primo scambiatore di calore (11) alloggiato in detto telaio (2), un secondo scambiatore di calore (12) e un primo circuito di fluido frigorigeno (13) passante in detti primo (11) e secondo scambiatore di calore (12), dove il secondo scambiatore di calore scambia calore tra un flusso di aria esterna al locale da climatizzare e il fluido frigorigeno di detto primo circuito (13) e dove il primo scambiatore di calore scambia calore tra il fluido frigorigeno di detto primo circuito (13) e l’acqua passante in detto circuito di climatizzazione (7); - un circuito ausiliario (30), posizionato in detto telaio (2), diramantesi da e rientrante in detto circuito di climatizzazione (7) o in detto primo circuito di fluido frigorigeno (13); - una seconda pompa di calore (20) comprendente un terzo (21) e un quarto scambiatore di calore (22), alloggiati in detto telaio (2), e un secondo circuito di fluido frigorigeno (23) passante in detti terzo e quarto scambiatore di calore, dove il terzo scambiatore di calore (21) scambia calore tra l’acqua passante in detto circuito ausiliario (30) e il fluido frigorigeno di detto secondo circuito (23) e dove il quarto scambiatore di calore (22) scambia calore tra il fluido frigorigeno di detto secondo circuito (23) e l’acqua passante in detto circuito di acqua calda sanitaria (8); - un primo (14) e un secondo compressore (15) accoppiati rispettivamente al primo (13) e al secondo circuito di fluido frigorigeno (23); - un primo (15) e un secondo organo di laminazione (25) accoppiati rispettivamente al primo (13) e al secondo circuito di fluido frigorigeno (23); - mezzi elettrici ed elettronici di controllo (60) associati a detto telaio (2) per controllare e/o comandare il funzionamento del dispositivo di condizionamento (1); dove il circuito di climatizzazione (7) à ̈ destinato ad alimentare con acqua uno o più dispositivi di climatizzazione (40) di detto locale e il circuito di acqua calda sanitaria (8) à ̈ destinato ad alimentare con acqua una o più utenze sanitarie (50).
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui i suddetti secondo scambiatore di calore (12) e primo circuito di fluido frigorigeno (13) sono alloggiati in detto telaio (2) e il dispositivo di condizionamento à ̈ di tipo monoblocco, o in cui il dispositivo comprende un telaio aggiuntivo (2a), distinto e separato da detto telaio (2) e installato all’ esterno di detto locale da climatizzare, e detto secondo scambiatore (12) e una porzione di detto primo circuito di fluido frigorigeno (13) sono alloggiati in detto telaio aggiuntivo.
3. 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il circuito di acqua di climatizzazione (7) percorre almeno un tratto internamente a detto telaio (2), tra detta prima apertura di ingresso (4) e detta prima apertura di uscita (3), e il circuito di acqua calda sanitaria (8) percorre almeno un tratto internamente a detto telaio (2), tra detta seconda apertura di ingresso (6) e detta seconda apertura di uscita (5), e/o in cui detti mezzi elettrici ed elettronici di controllo (60) sono configurati per comandare e coordinare in modo opportuno almeno detti primo, secondo, terzo e quarto scambiatore di calore, e/o detti primo e secondo compressore.
4. 4. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi di interconnessione (70) configurati per essere selettivamente e removibilmente accoppiabili a detto circuito di climatizzazione (7) e/o a detto circuito di acqua calda sanitaria (8), detti mezzi di interconnessione (70) comprendendo almeno un primo terminale di uscita (71) in corrispondenza di detta prima apertura di uscita (73), un primo terminale di ingresso (74) in corrispondenza di detta prima apertura di ingresso (4), un secondo terminale di uscita (75) in corrispondenza di detta seconda apertura di uscita (5), un secondo terminale di ingresso (76) in corrispondenza di detta seconda apertura di ingresso (6), e/o in cui detti primo terminale di uscita, primo terminale di ingresso, secondo terminale di uscita e secondo terminale di ingresso sono raccordi e/o rubinetti destinati ad essere removibilmente accoppiabili rispettivamente a detto condotto di mandata (7a) del circuito di acqua di climatizzazione, detto condotto di ritorno (7b) del circuito di acqua di climatizzazione, detto condotto di mandata (8a) del circuito di acqua calda sanitaria, detto condotto di ritorno (8b) del circuito di acqua calda sanitaria, detti raccordi e/o rubinetti essendo selettivamente apribili e chiudibili rispettivamente per il passaggio di acqua o l’intercettazione di acqua circolante nel rispettivo circuito.
5. 5. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto circuito ausiliario (30) comprende un condotto di prelievo (31) collegato al circuito di climatizzazione (7) per ricevere acqua da esso e un condotto di rientro (32) collegato, più a valle rispetto al condotto di prelievo, al circuito di climatizzazione (7) per immettere acqua in esso, in modo tale che il circuito ausiliario sia una maglia in parallelo al circuito di climatizzazione, e/o in cui detti condotto di prelievo (31) e condotto di rientro (32) del circuito ausiliario (30) sono entrambi collegati a detto condotto di ritorno (7b) del circuito di climatizzazione (7) oppure detto condotto di prelievo (31) à ̈ collegato al condotto di ritorno (7b) e detto condotto di rientro (32) à ̈ collegato al condotto di mandata (7a) del circuito di climatizzazione, preferibilmente in un punto a monte di una pompa di circolazione (37) di acqua nel circuito di climatizzazione.
6. 6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, comprendente una valvola di regolazione (35) posizionata al raccordo del condotto di prelievo (31) del circuito ausiliario con il circuito di climatizzazione (7) e strutturata per selezionare in modo variabile una frazione della portata di acqua di climatizzazione da convogliare dal circuito di climatizzazione al circuito ausiliario e per consentire alla frazione restante di proseguire nel circuito di climatizzazione, preferibilmente detta valvola di regolazione (35) essendo una valvola a tre vie manuale o automatica e/o essendo connessa a, e comandabile da, detti mezzi elettrici ed elettronici di controllo (60).
7. 7. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima pompa di calore (10) comprende un sensore di temperatura (36) collocato sul circuito di climatizzazione (7) per misurare la temperatura dell’ acqua di climatizzazione, detto sensore di temperatura essendo preferibilmente collocato sul condotto di ritorno (7b) del circuito di climatizzazione (7) e/o a valle di detto circuito ausiliario (30), e/o in cui la seconda pompa di calore (20) comprende un rispettivo sensore di temperatura (38) collocato sul circuito di acqua calda sanitaria (8) per misurare la temperatura dell'acqua cada sanitaria, detto rispettivo sensore di temperatura essendo collocato preferibilmente sul condotto di mandata (8a) del circuito di acqua calda sanitaria (8).
8. 8. Metodo per regolare la temperatura dell’acqua di un circuito di climatizzazione (7) e dell’acqua di un circuito di acqua sanitaria (8), comprendente le fasi di: - predisporre un dispositivo di condizionamento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, comprendente una prima pompa di calore (10) dotata di un primo (11) e un secondo scambiatore di calore (12), una seconda pompa di calore (20) dotata di un terzo (21) e un quarto scambiatore di calore (22), e un circuito ausiliario (30), interposto tra dette prima e seconda pompa di calore; - selezionare per il dispositivo di condizionamento (1), in tempi successivi, almeno una condizione operativa scelta tra una pluralità di condizioni operative, tra le quali almeno una prima condizione operativa in cui la prima pompa di calore (10) à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore (20) à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua sanitaria, e una seconda condizione operativa in cui la prima pompa di calore (10) à ̈ attiva e opera per raffreddare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore (20) à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua calda sanitaria.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione precedente, in cui in detta prima condizione operativa il secondo scambiatore di calore (12) preleva calore dall’aria esterna al locale e il primo scambiatore di calore (11) fornisce calore all’acqua del circuito di climatizzazione (7), il circuito ausiliario (30) preleva una quantità di acqua dal circuito di climatizzazione, il terzo scambiatore di calore (21) preleva calore dall’acqua del circuito ausiliario e il quarto scambiatore di calore (22) fornisce calore all’acqua del circuito di acqua calda sanitaria (8); in cui in detta seconda condizione operativa il secondo scambiatore di calore (12) trasferisce calore dall’aria esterna al locale e il primo scambiatore di calore (11) preleva calore all’acqua del circuito di climatizzazione (7), il circuito ausiliario (30) preleva una quantità di acqua dal circuito di climatizzazione(7), il terzo scambiatore di calore (21) preleva calore dall’acqua del circuito ausiliario e il quarto scambiatore di calore (22) fornisce calore all’acqua del circuito di acqua calda sanitaria (8); e/o in cui detta pluralità di condizioni operative comprende una terza condizione operativa in cui la prima pompa di calore (10) à ̈ disattivata e la seconda pompa di calore (20) à ̈ attiva e opera per riscaldare l’acqua del circuito di acqua sanitaria, una quarta condizione operativa in cui la prima pompa di calore (10) à ̈ attiva e opera per riscaldare o raffreddare l’acqua del circuito di climatizzazione e la seconda pompa di calore (20) à ̈ disattivata, e una quinta condizione operativa in cui sia la prima (10) sia la seconda pompa di calore (20) sono disattivate.
10. 10. Metodo secondo una la rivendicazione 8 o 9, comprendente la fase di monitorare la temperatura dell’acqua del circuito di acqua di climatizzazione (7) e/o la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria (8) e di confrontarle rispettivamente con un determinato valore di temperatura di climatizzazione dell’acqua di climatizzazione e con un determinato valore di temperatura di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, e di selezionare la condizione operativa nel modo che segue: - con il dispositivo di condizionamento (1) in prima condizione operativa, quando la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione supera il determinato valore di temperatura di climatizzazione, selezionare la terza condizione operativa; - con il dispositivo di condizionamento (1) in seconda condizione operativa, quando la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione scende al di sotto del determinato valore di temperatura di climatizzazione, selezionare la terza condizione operativa; - con il dispositivo di condizionamento (1) in terza condizione operativa, se la temperatura dell’acqua del circuito di climatizzazione si discosta inferiormente dal determinato valore di temperatura di climatizzazione di un determinato intervallo di setpoint, selezionare la prima o la seconda condizione operativa a seconda che, rispettivamente, la prima pompa di calore stia operando in riscaldamento o raffreddamento dell’acqua di climatizzazione; - con il dispositivo di condizionamento (1) in prima o seconda condizione operativa, se la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria raggiunge detto determinato valore di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, selezionare la quarta condizione operativa; - con il dispositivo di condizionamento (1) in terza condizione operativa, se la temperatura dell’acqua del circuito di acqua calda sanitaria raggiunge detto determinato valore di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, selezionare la quinta condizione operativa.