ITMI20120438A1 - Sistema per il riscaldamento dell¿acqua, l¿ombreggiamento e la schermatura visiva costituito da una lastra trasparente o traslucida cava e un fluido - Google Patents

Description

sistema per il riscaldamento dell’acqua, l’ombreggiamento e la schermatura visiva costituito da una lastra trasparente o traslucida cava e un fluido.

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

La presente invenzione è relativa ad un sistema versatile costituito da una lastra cava trasparente o traslucida che, per mezzo dell’introduzione di un fluido all’intero delle cavità o camere, varia in modo reversibile il proprio stato in termini di capacità di captazione dell'irraggiamento solare, di trasparenza, colorazione, aspetto visivo, resa termica e peso.

Grazie all’invenzione in oggetto si raggiunge quindi l’obiettivo di avere un sistema in grado di riscaldare l’acqua tramite l’energia solare, di ombreggiare spazi, di schermare termicamente gli edifici, di climatizzare gli ambienti e di realizzare coperture, pareti, setti divisori, il tutto in modo innovativo, semplice ed economico. Allo stato attuale sono conosciuti e diffusi numerosi differenti sistemi per ottenere il riscaldamento dei fluidi sfruttando l’irraggiamento solare, per regolare la visibilità di luoghi o spazi e per la protezione dalla luce del sole.

Tali sistemi sono di differenti concezioni; vista la pluralità di utilizzi del sistema qui descritto, si sintetizzano le tecniche attualmente in uso.

Relativamente alle tipologie di impianti solari termici, la soluzione maggiormente diffusa è quella composta da lastre completamente opache le quali non permettono in nessun modo il passaggio della luce attraverso il pannello stesso.

Le lastre o collettori solari di questo tipo sono generalmente costituiti da tre piani paralleli così organizzati: una prima lastra trasparente esposta ai raggi solari, un sistema di circolazione dell’acqua o di un fluido vettore termico, costituito da tubazioni con colorazione esterna scura ed un pannello opaco che costituisce la base di appoggio del sistema di circolazione realizzato con materiali termicamente isolanti.

Il pannello solare è chiuso ermeticamente sul perimetro da elementi di raccordo tra la base ed il piano trasparente, così da creare una camera d’aria o cavità dove si sviluppa un “effetto serra”.

Per ottimizzare la resa termica del sistema i collettori sono generalmente disposti perpendicolarmente rispetto alla direzione media di incidenza della radiazione solare. In aree geografiche con latitudini medie, la superficie di questi è inclinata rispetto all’orizzonte.

Relativamente alla schermatura visiva ed all’ombreggiamento le soluzioni sono di due tipi: il primo tipo prevede strutture fisse ed invariabili, il secondo individua soluzioni costituite da pannelli mobili, tendaggi, schermi che possono essere modificati nella loro geometria e caratteristiche, attraverso la movimentazione.

Altri sistemi a trasparenza variabile sono tuttora in fase di perfezionamento ed hanno costi ancora troppo elevati per una loro larga diffusione, tuttavia essi si collocano in un ambito della ricerca molto promettente; i materiali cromogenici si possono suddividere in due categorie:

• dispositivi attivati elettronicamente, nella quale troviamo i dispositivi a cristalli liquidi e i dispositivi elettrocromici;

• dispositivi non attivati elettronicamente, nella quale sono compresi i materiali termocromici e fotocromici.

Il sistema oggetto dell’invenzione è composto da una lastra sottile e leggera, che può essere prodotta in varie dimensioni; grazie alla conformazione cava, è possibile inserire, contenere e far circolare al suo interno un fluido, può così variare la propria trasparenza e il proprio colore, in base alle caratteristiche del fluido contenuto. La lastra, come descritto, mediante la presenza del fluido, è in grado di convertire la radiazione solare in energia termica e di emettere energia termica quale elemento radiante di un impianto termico.

Il fluido può circolare nella camera o cavità, può stazionare o essere rimosso, in modo che la lastra, a seconda degli usi che se ne vogliono fare, possa variare il suo aspetto e quindi essere totalmente trasparente, completamente o parzialmente opaca e schermante, o essere colorata in modo variabile così come può variare il grado di filtro parziale o totale alla luce.

Le innovazioni intrinseche all’invenzione proposta consistono, a titolo esemplificativo, nella possibilità di poter, in base a necessità o condizioni ambientali, rendere opaca e colorata, per un periodo di tempo desiderato, una parete divisoria trasparente o riflettere l’irraggiamento solare incidente una parete di un edificio in estate e permettere di sfruttarne l'apporto termico nella stagione invernale o ombreggiare in una giornata assolata, uno spazio coperto da lastre trasparenti producendo al contempo acqua calda per gli usi sanitari, il tutto mantenendo inalterata la geometria e la dimensione delle strutture descritte e senza movimentazione meccanica di parti o elementi.

L’invenzione qui descritta, nell’utilizzo come sistema solare termico, permette di convertire l’irraggiamento solare in energia termica trasferita al fluido presente all’interno della cavità. Così come avviene nei tradizionali collettori solari vetrati, il fluido circola all'interno di un circuito che in questo caso non è più costituito da tubazioni opache ma da una o più camere trasparenti alla luce.

La conversione in energia termica avviene per mezzo del riscaldamento diretto del fluido per via della sua colorazione preferibilmente scura ed opaca che permette di recepire gran parte della radiazione incidente. Il fluido diviene quindi il vettore che fornisce energia termica all’esterno della lastra. Le modalità del trasferimento all’esterno della lastra possono essere di vario tipo fra quelle conosciute. Una di queste modalità, prevede che il fluido vettore trasferisca il calore dalla lastra ad un accumulo, tramite una pompa detta 'cireolatore' che parte automaticamente riempiendo la cavità della lastra solo in presenza di irraggiamento e quando la temperatura del fluido contenuto nell’accumulatore è inferiore ad un determinato valore. L’accumulo rappresenta un volano termico ed è l’elemento dove avviene lo scambio di calore tra il fluido e l'impianto idrico dell’acqua calda.

L’innovazione introdotta dalla presente invenzione, nella sua applicazione come sistema solare termico, risiede anche nel fatto che la lastra può modificare continuamente le sue caratteristiche di trasparenza e permeabilità alla luce poiché l’afflusso del fluido vettore può essere attivato su richiesta o necessità; questa peculiarità offre vantaggi in termini di economicità, efficienza e di funzionalità dato che il sistema può assolvere anche alla funzione di copertura luminosa di spazi, patii e serre o essere utilizzata nella realizzazione di lucernai e cupolini nelle coperture di edifici, in sostituzione di lastre o pannelli tradizionali in vetro o materie plastiche. Si consegue così un elevato grado di integrazione architettonica del sistema solare. In base alle caratteristiche del fluido (completamente opaco, traslucido o trasparente, colorato o neutro, chiaro o scuro) si può ottimizzare la conversione della radiazione luminosa in energia termica e la lastra può divenire parzialmente o totalmente schermante, alla luce ed alla vista attraverso la lastra stressa.

Visto lo stato attuale della tecnica, si rileva che un ulteriore fattore di evoluzione ed innovazione offerto dall'invenzione qui descritta risiede ne economicità e nella semplicità di produzione che permette di ottenere facilmente lastre molto leggere e di dimensioni superiori rispetto ai collettori solari tradizionali; grazie all’utilizzo della lastra in argomento è quindi possibile realizzare superfici di captazione orizzontali o verticali con buone rese termiche sebbene con estensioni superiori a quelle tradizionali inclinate.

Il fluido utilizzato può essere composto da sola acqua con coloranti in grado quindi di assorbire la radiazione solare.

Il sistema di circuitazione del fluido può essere del tipo a vaso aperto, in modo da riempire la lastra solo quando le condizioni di soleggiamento lo consentono, non è necessario in questo caso additivare il fluido con sostanze anticongelamento.

Il sistema nell’utilizzo come impianto solare termico, si compone dalla lastra trasparente, da un impianto di circolazione, da un accumulo contenente il fluido, da un cireolatore, da un sistema di alimentazione elettrico che può essere costituito da un impianto fotovoltaico e da un termostato.

Rispetto a quanto noto allo stato attuale dell’arte, il sistema può anche essere utilizzato negli impianti di riscaldamento o raffrescamento come lastra o pannello radiante. L’utilizzo di questo ritrovato, nella modalità funzionale di elemento radiante, permette di cedere o assorbire quantità di calore in ambienti confinati, regolandone la temperatura. In questo caso all’interno della lastra circola fluido proveniente da un impianto termico. Questa applicazione offre vantaggi in termini di economicità, efficienza e di funzionalità dato che l’elemento radiante può coincidere con una parete divisoria; la lastra può quindi essere utilizzata in questa duplice funzione.

Viste le possibilità d’uso derivanti dalle molteplici combinazioni tra le caratteristiche dell’involucro e del fluido contenuto, il sistema offre vantaggi funzionali ed estetici nei settori dell’architettura, nell’arredo, nell’isolamento termico di edifici, per realizzare coperture e pensiline, chiusure e coperture di serre, pannelli d’arredo e scenografici, come elemento variabile di tamponamento di infissi e serramenti, elemento di schermatura nelle pareti ventilate e in genere per proteggersi dall’azione degli agenti atmosferici con prestazioni funzionali ed estetiche innovative rispetto ai pannelli di normale produzione.

Si specifica che per lastra o pannello si intende un solido parallelepipedo rettangolo avente due dimensioni spaziali molto più sviluppate della terza. Con il termine lastra si intende anche un solido che può essere generato dall’estrusione di una superficie rettangolare curva, ondulata, segmentata o altro.

Con il termine camera o cavità si intende uno spazio vuoto compreso tra due superfici parallele, all’interno della lastra.

La camera o cavità può essere aperta e comunicante verso l’esterno o può assicurare il contenimento e la circolazione, in modo controllato e senza perdite, del fluido in uno stato di pressione superiore o uguale rispetto alla pressione ambientale esterna alla cavità.

In questo caso la cavità definisce il circuito di movimento del fluido.

Per “spazio di circolazione del fluido” si intende quindi il volume vuoto, costituito da una singola camera o cavità o da un’insieme di camere comunicanti, che garantisce al suo interno la presenza senza perdite di un fluido, con uguale pressione in punti di pari altezza assoluta.

Le necessita di contenere un fluido in pressione, produce delle conseguenze in termini di design dell’oggetto. Per evitare deformazioni delle superfici trasparenti parallele e sono presenti elementi di collegamento tra queste, che esercitano forze di trazione.

Questi elementi possono essere di varie dimensioni, materiali e forme che a titolo esemplificativo possono essere: puntuali o lineari, circolari, curve, ondulate, segmentati ecc.

I setti lineari che collegano tra loro le due superfici, e gli elementi di collegamento puntulali, sono interni alla cavità.

Le peculiarità di questa lastra sono dettagliate anche attraverso la descrizione che segue e che si riferisce alle figure da 1 a 21 allegate.

In figura 1 è mostrata una vista assonometrica di una lastra o pannello costituita da un involucro esterno definito geometricamente da sei superfici.

In figura 2 è rappresentata una vista in sezione assonometrica di un modo di realizzazione della presente invenzione a profilo piano, con una cavità e una serie di setti in un unico livello.

In figura 3 è rappresentata una vista in sezione assonometrica di un modo di realizzazione della presente invenzione a profilo piano, con unica cavità ed elementi di raccordo tra le superfici più estese.

Nelle figure 4, 5, 6, 7 e 8 sono rappresentate cinque viste in sezione, di diverse forme di cavità, in lastre con profilo piano ed un solo livello di cavità.

In figura 9 è rappresentata una vista in sezione di un modo di realizzazione con profilo planare con superficie ondulata ed un solo livello di cavità.

In figura 10 è rappresentata una vista in sezione di un modo di realizzazione con profilo planare con superficie ondulata e due livelli di cavità.

Nelle figure 11 e 12 sono rappresentate due viste in sezione di un modi di realizzazione con profilo planare e tre livelli di cavità.

In figura 13 è rappresentata una vista in sezione di un modo di realizzazione con profilo ondulato ed un livello di cavità.

In figura 14 è rappresentata una vista in sezione di un modo di realizzazione con profilo ondulato e due livelli di cavità.

In figura 15 è rappresentata una vista in sezione di un modo di realizzazione con profilo grecato ed un livello di cavità.

In figura 16 è rappresentata una vista in assonometria di un modo di realizzazione di una lastra, disposta in orizzontale, con una serie di cave parallele rettilinee e punti di inserimento ed uscita del sistema di circolazione del fluido realizzati mediante innesti mobili puntuali.

In figura 17 è rappresentata una vista in assonometria di un modo di realizzazione di una lastra, disposta in verticale, con una serie di cave parallele rettilinee e con collegamento al sistema di circolazione del fluido tramite profili cavi.

In figura 18 è rappresentato una sezione, parallela alle superfici principali di una lastra con unica cavità che raffigura uno schema di distribuzione dei setti con forma segmentata, con un punto di ingresso del fluido ed un punto di uscita.

In figura 19 è rappresentato una sezione, parallela alle superfici principali di una lastra con unica cavità, che raffigura uno schema di distribuzione degli elementi di raccordo tra le superfici principali, con una serie di punti di ingresso del fluido e un punto di uscita.

In figura 20 è rappresentato una sezione, parallela alle superfici principali di una lastra con una serie di setti con disegno ondulato, con un singolo punto di ingresso/ uscita del fluido.

In figura 21 è rappresentato una sezione, parallela alle superfici principali di una lastra con unica cavità con uno schema di distribuzione dei setti con forma lineare, con un punto di ingresso del fluido ed un punto di uscita.

In figura 22 è rappresentato uno schema di un sistema di produzione di acqua calda che utilizza una lastra come elemento captante dell'irraggiamento solare, con un sistema di circolazione del fluido (19), un accumulo (16) con scambiatore di calore, un cireolatore (17) e l'impianto idrico servito (18).

Come mostrato in figura 1 l’invenzione consiste in un sistema che comprende una lastra cava (10) composta geometricamente da sei superfici, delle quali la prima (1) e la seconda (2), le più estese e parallele tra loro, sono trasparenti o traslucide.

Le superfici principali più estese (1) e (2), hanno un trattamento superficiale che può essere, a titolo esemplificativo: liscio o irregolare, riflettente o parzialmente permeabile alla radiazione luminosa incidente le superfici stesse, in base alla funzione cui la lastra assolve.

Nelle figure 2 e 3 sono illustrati alcuni elementi che caratterizzano la cavità della lastra: tra le due superfici più estese (1) e (2), e quindi all’interno dello spessore della lastra, sono disposti i setti lineari (7) o i singoli elementi di collegamento (9) interni alla cavità (8). I setti (7) hanno, uno sviluppo che può essere diritto, curvo, ondulato, segmentato o di altra geometria.

Come mostrato nelle figure 18,19,20 e 21 la cavità (8) avere uno o più punti di ingresso e di uscita del fluido punti posti sulle varie superfici o facce (1 , 2, 3, 4, 5 e 6) dell’involucro esterno (10). Questi punti possono essere posizionati sulla stessa faccia o su facce diverse. Il fluido può circolare o occupare completamente o parzialmente lo sviluppo della cavità.

Rispetto a quanto noto allo stato dell’arte, la lastra realizzata secondo la presente invenzione è caratterizzata dal fatto che è possibile definire e realizzare un sistema di due superfici parallele trasparenti collegate tra loro da elementi continui disposti sul perimetro (3, 4, 5 e 6) e da elementi che congiungono dette superfici in modo da costituire una cavità ermeticamente chiusa.

Il fluido immesso nella cavità dall’esterno della lastra, attraverso un impianto di circolazione, può essere contenuto in serbatoi di accumulo, o nel caso di uso della lastra con funzione di elemento radiante può derivare dal circuito di impianti termici. Così come detto, la lastra costituisce un involucro che viene riempito e nel quale circola un fluido. Al fine di garantire la funzionalità della presente invenzione e di evitare deformazioni della lastra stessa dovute all’azione esercitata della pressione del fluido contenuto è necessario che gli elementi di collegamento tra le due superfici principali che compongono il rivestimento, siano diffusi e resistenti. È quindi possibile realizzare il sistema con punti di raccordo (9) tra le due superfici principali (1) e (2) costituiti da elementi solidi generati dall’estrusione di figure geometriche semplici quali punti, segmenti, porzioni di curve, e forme geometriche piane in genere.

I materiali utilizzati per la realizzazione delle lastre sono, a titolo puramente esemplificativo, i seguenti:

polipropilene (PP) alveolare e compatto, Policarbonato (PC) alveolare e compatto, Polimetilmetacrilato (PMMA) alveolare e compatto, polietilene tereftalato (PET) alveolare e compatto, ETFE (Etilene Tetrafluoro Etilene) alveolare e compatto, Stiroloacrilonitrile (SAN) alveolare e compatto e qualsiasi altro materiale termoplastico o vetroso o comunque trasparente o semitrasparente idoneo alla realizzazione della lastra secondo la presente invenzione.

Il sistema oggetto della presente invenzione è composto quindi da una lastra trasparente o traslucida che contiene un fluido immesso tramite un sistema di circolazione.

L’organizzazione del flusso del fluido, è definito dalla disposizione degli elementi compresi tra le superfici (1 e 2) e dalla forma e disposizione di questi (raccordi, setti, aperture, punti di ingresso e di uscita del fluido). In base alla disposizione ed alla geometria dei suddetti elementi, è possibile:

• definire il livello e la percentuale di riempimento;

• eliminare residui di aria presenti nella cavità;

• rendere omogeneo e continuo il flusso del fluido;

• eliminare effetti di turbolenza nel moto del fluido all’interno della cavità;

• orientare il riempimento e lo svuotamento totale della lastra.

Esiste un’ulteriore modalità di produzione della presente invenzione, che come illustrato nella figura 11 , permette di ottenere lastre che presentano più superfici (11 e 12) trasparenti o semitrasparenti parallele a quelle già descritte in precedenza (1 e 2).

Si vengono quindi a creare due o più strati idonei ad accogliere un fluido.

Le cavità presenti nei vari strati o livelli compresi tra le superfici trasparenti o semitrasparenti, possono essere tra loro parallele o disposte secondo altri angoli o essere di differente tipologia.

Questa particolare conformazione permette di ottimizzare l’uso del sistema nella sua funzione di impianto solare termico, infatti in lastre con tre o più livelli di cavità, è possibile concentrare il flusso del fluido esclusivamente nel circuito del livello centrale, utilizzando le camere degli altri livelli, più esterni, come strati termicamente isolanti. Questa soluzione permette di convertire la radiazione luminosa in energia termica trasferita al fluido presente all’interno delle celle del livello centrale, riducendo lo scambio termico del fluido stesso con l’esterno grazie alla presenza delle cavità vuote dei livelli esterni.

Il sistema può essere composto da una serie di lastre e le cavità di una lastra possono essere messe in comunicazione con cavità di altre così da avere un unico spazio di circolazione del fluido.

La scelta della posizione dei punti di ingresso ed uscita dipende dall’utilizzo finale della lastra e dalla sua disposizione spaziale vale a dire se posizionata in verticale, in orizzontale, obliqua o di taglio. La disposizione deve altresì permettere, quando necessario, di riempire totalmente il volume della cavità e di svuotarlo del tutto.

Gli ingressi e le uscite del fluido previsti dalla presente invenzione sono realizzati tramite raccordi fissi o rimovibili figura 16 (14) a spina, a vite e a pressione, che possono essere singoli o multipli, e anche profilati cavi figura 17 (13) in metallo o materiale plastico che garantiscono la tenuta del fluido.

La lastra può avere dimensioni variabili così come può variare lo spessore delle superfici parallele esterne, dei setti e la distanza relativa tra dette superfici e tra i setti.

La forma della cavità o dei canali interni, determinata dal profilo dei setti, può essere varia, cioè, a titolo semplificativo, quadrangolare, triangolare, poligonale, circolare, ovale, ondulata o altro, così come il profilo delle superfici esterne può essere piano come illustrato nelle figure da 4 a 8, ma anche ondulato come rappresentato in figura 9 e 10, o curvo o segmentato.

Claims (9)

1. Rivendicazioni 1. sistema versatile per la produzione di acqua calda da fonte solare, per l’ombreggiamento, per la realizzazione di coperture, pareti ed elementi divisori, per la schermatura visiva o per il riscaldamento degli ambienti, comprendente: • almeno una lastra cava trasparente o traslucida (10) al cui interno è presente almeno una cavità idonea a contenere e far circolare un fluido; • un fluido che viene immesso nella suddetta cavità; caratterizzato dal fatto che, detto fluido immesso all'interno di almeno una delle suddette cavità per mezzo di un sistema di circolazione, modifica le caratteristiche termiche, di trasparenza e colorazione della lastra stessa.
2. 2. sistema secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta lastra comprende almeno due superfici trasparenti o traslucide parallele (1 e 2), fra le quali è presente almeno uno strato formato da una o più cavità (8).
3. 3. sistema secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta lastra ha superfici trasparenti o traslucide parallele (1 e 2) rese solidali tra loro tramite elementi di varia forma (9) o setti (7) che definiscono la forma della cavità.
4. 4. sistema secondo tutte le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che la cavità ha sezione geometrica di tipo quadrangolare, triangolare, poligonale, circolare, ovale, ondulata e con angoli vivi o smussati.
5. 5. sistema, secondo le rivendicazione 1, 2 e 3 caratterizzato dal fatto che le superfici trasparenti o traslucide parallele (1 e 2) sono costituite da almeno una lastra in polipropilene (PP) alveolare o compatto, in Policarbonato (PC) alveolare o compatto, in Polimetilmetacrilato (PMMA) alveolare o compatto, in polietilene tereftalato (PET) alveolare e compatto, in ETFE (Etilene Tetrafluoro Etilene) alveolare o compatto, in Stiroloacrilonitrile (SAN) alveolare e compatto e qualsiasi altro materiale termoplastico o vetroso trasparente e semitrasparente.
6. 6. sistema, secondo una delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detta lastra ha un profilo piano, ondulato o grecato e che la superficie planare della lastra ha finitura liscia, ondulata, segmentata.
7. 7. sistema, secondo la rivendicazione 1 e 2 caratterizzato dal fatto che detto fluido viene immesso e rimosso nella cavità della lastra tramite almeno un punto di immissione/emissione.
8. 8. Elemento di immissione/emissione del fluido secondo la rivendicazione 8, in grado di garantire la tenuta del fluido, comprendente un raccordo solidale a detta lastra o rimovibile (14) a spina, a vite e a pressione, in metallo o materiale plastico
9. 9. Elemento di immissione/emissione del fluido secondo la rivendicazione 8, in grado di garantire la tenuta del fluido, costituito da profilato cavo (13) in metallo o materiale plastico posto in corrispondenza delle superfici minori (3, 4, 5 o 6) della lastra. 10. sistema, secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato dal fatto che detto fluido ha un aspetto scuro, chiaro, colorato, neutro, traslucido, o opaco.