ITMI20131947A1 - Sistema di climatizzazione, relativa unità periferica di climatizzazione e procedimento di riqualificazione di rete idraulica per riscaldamento. - Google Patents

Description

SISTEMA DI CLIMATIZZAZIONE, RELATIVA UNITA' PERIFERICA DI CLIMA-TIZZAZIONE E PROCEDIMENTO DI RIQUALIFICAZIONE DI RETE IDRAULICA PER RISCALDAMENTO

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un impianto di climatizzazione di un edificio ed una sua unità periferica di climatizzazione; in particolare, l'invenzione, affidandosi ad una unità di climatizzazione innovativa, riguarda anche ad un metodo di riqualificazione di una rete idraulica per riscaldamento, al fine di conseguire anche una climatizzazione estiva.

Stato della tecnica anteriore

E’ noto che i sistemi per la climatizzazione di ambienti, tipicamente all’interno dei locali di piccoli e grandi edifici, sono essenzialmente costituiti da una serie di dispositivi terminali (fan-coil o ventilconvettori), destinati a effettuare lo scambio termico con l'aria ambiente, che vengono alimentati con acqua fredda (nella stagione estiva) od acqua calda (nella stagione invernale) prodotta da sistemi centralizzati (gruppi frigoriferi, generatori di calore, o assimilabili).

In fase di nuova costruzione, questi impianti sono equipaggiati con reti idrauliche di distribuzione specificatamente concepite per questa funzione, quindi rivestite con prodotti coibenti e di barriera al vapore, in grado di evitare la formazione di condensa da vapore acqueo sulla loro superficie esterna. Questo rivestimento, oltre che per evidenti motivi di contenimento delle dispersioni, è essenziale ed indispensabile allo scopo di:

- evitare che l’acqua prodotta da detti fenomeni di condensazione del vapore acqueo, provochi infiltrazioni e danneggiamenti alle strutture edili circostanti,

- salvaguardare la durata nel tempo delle tubazioni metalliche, minimizzando gli effetti corrosivi indotti dalla formazione di ruggine.

Inoltre, non meno importante ma di più accessibile risoluzione, gli impianti idonei al funzionamento in climatizzazione estiva dispongono anche di un sistema integrativo di tubazioni destinate allo smaltimento dell’acqua di condensa, che viene a formarsi sulle superfici fredde degli scambiatori di calore delle unità terminali.

Per quanto riguarda invece la gran parte degli edifici esistenti, destinati alla occupazione umana (alloggi residenziali, uffici, scuole, ecc.), i relativi sistemi idraulici di distribuzione di fluido, sono progettati unicamente per il trasporto di fluido di riscaldamento; per esigenze estetiche, le tubazioni di trasporto del fluido sono tipicamente annegate nelle pareti, quindi difficilmente raggiungibili se non a costo di interventi demolitivi.

Questi sistemi idraulici per il riscaldamento tradizionale, tipicamente non soddisfano i sopra descritti requisiti di isolamento e barriera al vapore, e dunque non sono idonei per essere convertiti al trasferimento di fluido refrigerante per il regime di condizionamento estivo. Per tale ragione, ove non si voglia provvedere al rifacimento degli impianti di origine o all'installazione di impianti di climatizzazione paralleli – scelta spesso inaccettabile per il disturbo arrecato e per i costi particolarmente rilevanti – non è possibile installare un impianto di condizionamento centralizzato, ma occorre accettare il compromesso di installare un certo numero di singole unità autonome (climatizzatori split o multi-split equipaggiati con unità esterne di condensazione ad aria, con refrigeratori d’acqua condensati ad acqua potabile a perdere, ecc.).

Anche queste unità autonome comportano evidenti svantaggi, in quanto presentano generalmente:

- un significativo costo di acquisto e installazione,

- un costo notevole di esercizio, sia in termini di efficienza energetica, sia di fabbisogno di manutenzione;

- un aggravio di carico elettrico distribuito sugli impianti elettrici delle unità immobiliari,

- un possibile impatto funzionale esterno, determinato dallo scarico di aria calda verso aree circostanti, nonchè

- un oggettivo impatto ambientale, visivo, a danno del decoro architettonico esterno dell’edificio.

Sarebbe invece desiderato poter sviluppare un impianto centralizzato, così da evitare gli inconvenienti legati alle unità autonome, che però riduca il più possibile la necessità di interventi sulla rete di distribuzione di fluido esistente.

Descrizione sommaria dell'invenzione

Scopo fondamentale della presente invenzione è dunque il riutilizzo – nel suo stato tal quale – della rete idraulica esistente in edifici dotati di soli sistemi di riscaldamento, per configurare un impianto di climatizzazione efficace sia d'inverno che d'estate, senza che si presentino problemi legati alla mancanza di isolamento o di barriera al vapore.

Più precisamente, è scopo della presente invenzione di proporre una soluzione tecnica che superi le problematiche descritte e che, in particolare:

- agevoli l’esigenza di perseguire la diffusione di migliori condizioni climatiche ambientali negli edifici ad occupazione umana, anche non tecnicamente predisposti, a costi contenuti,

- consenta il riutilizzo e riqualificazione delle strutture impiantistiche (rete idraulica) esistenti evitandone la radicale, onerosa ed invasiva opera di demolizione e sostituzione,

- consenta di realizzare un risparmio energetico ricorrendo a principi di compensazione termica fra zone a diverso fabbisogno e/o ricorrendo all’uso di energia rinnovabili (es. pompa di calore geotermica).

Questi scopi vengono raggiunti attraverso le caratteristiche menzionate nella rivendicazione indipendenti qui allegate. Le rivendicazioni subordinate descrivono caratteristiche preferenziali dell’invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risultano comunque meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1 rappresenta uno schema di impianto in condizioni di utilizzazione per un ciclo di riscaldamento invernale;

fig. 2 rappresenta lo stesso schema di impianto di fig. 1, in condizioni di utilizzazione per un ciclo di riscaldamento invernale integrato con pompa di calore;

fig. 3 rappresenta lo stesso schema di impianto di fig. 1, in condizioni di utilizzazione per un ciclo di raffrescamento estivo;

figg. 4 e 5 rappresentano lo stesso schema di impianto di fig. 1, in condizioni di utilizzazione per un ciclo intermedio rispettivamente in fase di raffrescamento e in fase di riscaldamento.

Descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita

Si ricorda innanzitutto che lo scopo fondamentale della presente invenzione è quello di consentire l'installazione di un impianto di climatizzazione sfruttando la più parte di preesistenti impianti di riscaldamento tradizionali, ossia con tubazioni idrauliche di acqua calda, così da ridurre al minimo l'impatto economico e di intervento murario. Gli impianti tradizionali di riscaldamento, infatti, già prevedono una rete di tubi di alimentazione, installati e inglobati nelle opere murarie, che definiscono almeno un circuito di mandata ed uno di ritorno per acqua calda da un generatore centrale di acqua calda (generatore centrale per un intero stabile, od anche per un solo appartamento) ed una pluralità di radiatori od eventualmente di fan-coil (scambiatori liquido/aria).

La rete di distribuzione esistente tipicamente non è dotata di adeguati isolamenti o schermi vapore per poter essere utilizzata per la circolazione del fluido di raffreddamento tipicamente impiegato in impianti di condizionamento estivo tradizionali.

Secondo l'invenzione, si fornisce invece una configurazione idonea a mantenere del tutto invariata la rete di tubi di alimentazione originale, mantenere eventualmente invariato il generatore centrale di acqua calda, mediante una semplice sostituzione delle unità terminali e di pochi altri elementi di controllo, come meglio descritto nel seguito.

Caratteristica essenziale dell'invenzione è quella di sfruttare la rete di distribuzione per far circolare un liquido di scambio termico primario, tipicamente acqua, ma anche altri fluidi appositi, ad una temperatura minima di 25-30°, tra un generatore/pozzo di calore centrale ed una pluralità di unità periferiche in forma di ventilconvettori (scambiatori liquido/aria) attivi, appositamente configurati, a loro volta provvisti di un circuito autonomo per fluido di scambio termico secondario.

Lo schema generale dei componenti verrà presentato nel seguito facendo ricorso al circuito schematico rappresentato nelle figure allegate, di cui poi si illustreranno le varie modalità di funzionamento.

In una posizione idonea dell'edificio, quale un locale caldaia o ampio vano di un appartamento, è installata una unità centrale di trattamento termico (non illustrata nelle figure), in grado di raffreddare (refrigeratore d’acqua pozzo di calore) o riscaldare (generatore di calore o sorgente di calore) il liquido di scambio termico circolante nella rete di distribuzione esistente. Per esempio, l'unità centrale funziona come una classica pompa di calore. Questa unità centrale termica è collegata agli estremi della rete di distribuzione, in particolare al lato di mandata M ed al lato di ritorno R dell'impianto.

Quando sia già disponibile un efficiente generatore centrale di acqua calda, del tipo a caldaia con un bruciatore di gas o simile, ad esso deve essere affiancato un refrigeratore centrale del liquido di scambio termico (fluido primario dell'impianto). In questo caso, occorre anche disporre una valvola di distribuzione centrale, per collegare alternativamente il generatore di acqua calda o rispettivamente il refrigeratore di liquido alla rete di distribuzione del fluido primario. Se tuttavia, il generatore centrale è un sistema a pompa di calore, questa è già in grado di fornire acqua calda o rispettivamente acqua fredda e dunque non è necessario un altro generatore se non per assolvere a funzioni di esercizio in emergenza o di integrazione termica.

Una unità termica così predisposta è in grado di immettere nella rete di distribuzione sia un fluido (acqua) caldo (con temperature variabili tra 30° - come negli impianti a media temperatura - e almeno 60°C - come negli impianti con radiatori/termosifoni ad alta temperatura) sia un fluido (tipicamente acqua) sostanzialmente freddo e comunque ad una temperatura non inferiore a 20°C (o alla temperatura di rugiada dell'ambiente).

In corrispondenza di punti di raffrescamento/riscaldamento prescelti dell'edificio sono installate unità periferiche di scambio termico. Nell'ipotesi che l'impianto esistente presenti una pluralità di radiatori (i classici termosifoni), questi vengono sostituiti con le unità periferiche di scambio termico; nel caso in cui l'impianto esistente sia del tipo a pannelli radianti a media temperatura, occorre predisporre opportune diramazioni a vista a cui collegare le unità periferiche di scambio termico.

Secondo l'invenzione, le unità periferiche di scambio termico sono in forma di ventilconvettori attivi, così come meglio descritto qui di seguito.

Come rappresentato nello schema della fig. 1, un ventilconvettore attivo secondo la presente invenzione comprende:

- due batterie 1 e 2 di scambio termico e, più precisamente, una batteria 1 di scambio ad espansione diretta gas/aria (o, meglio detto, fluido/aria), ed una batteria 2 idronica per lo scambio acqua/aria (o, meglio detto, liquido/aria); a questi due scambiatori è associata una vaschetta 3 sottostante, od altro equivalente dispositivo noto per raccogliere e/o scaricare l’acqua di condensa, nonché un sistema di ventilazione 4, per esempio un ventilatore tangenziale, per favorire lo scambio termico;

-una unità di trattamento del fluido frigorigeno, in comunicazione con lo scambiatore fluido/aria 1, comprendente almeno una valvola di laminazione termostatica 7 ed un compressore 10 del gas frigorigeno;

- una valvola 11 a quattro vie, di inversione del ciclo del fluido frigorigeno;

- uno scambiatore di calore a piastre 8 liquido/gas-liquido, predisposto per scambiare calore tra il liquido di scambio termico primario ed il fluido frigorigeno (in stato gassoso o generalmente fluido).

Vantaggiosamente è anche prevista una valvola idraulica elettrocomandata 21, predisposta per escludere il funzionamento dello scambiatore liquido/aria 2 nel regime di funzionamento per la climatizzazione estiva (come si illustrerà meglio più avanti).

Eventualmente, può essere inoltre previsto un filtro per il gas frigorigeno 6, un serbatoio 9 di raccolta dell’acqua di condensa, proveniente dal dispositivo di raccolta 3, ed un dispositivo contatore di calori 5, la cui utilità si illustrerà nel seguito.

Tutti questi elementi sono rappresentati nel circuito del ventilconvettore attivo, che è identico in ciascuna delle figg. 1 a 5, in cui si nota che la prima batteria di scambiatore di calore gas/aria 1 appartiene al circuito del fluido frigorigeno (fluido di scambio termico secondario), mentre la seconda batteria di scambiatore di calore liquido/aria 2 appartiene al circuito del fluido di scambio termico primario. I due fluidi di scambio termico primario e secondario possono scambiare calore fra di loro all'interno del terzo scambiatore di calore (a piastre) 8.

Si descrive ora il funzionamento di tale unità terminale, con riferimento alle diverse condizioni di ciclo previste.

Riscaldamento in fase invernale

In fig. 1 è rappresentato il ventilconvettore attivo nella condizione di esercizio tipica della fase invernale.

In questo caso il servizio è totalmente ed esclusivamente assicurato dal fluido di scambio termico primario prodotto (in modo tradizionale o da energie rinnovabili) dall'unità centrale di produzione dell’energia termica. Nell'unità centrale vengono mantenuti attivi i soli sistemi di produzione di fluido caldo (ad esempio il bruciatore di una caldaia a gas), che consentono al sistema centrale di alimentare la rete di distribuzione con un fluido di scambio termico primario ad alta temperatura; per “alta temperatura” deve intendersi la temperatura di esercizio progettualmente prevista per le unità periferiche terminali costituenti l’equipaggiamento originale dell’edificio (per esempio radiatori, pannelli radianti, ventilconvettori tradizionali, o simili), quindi una temperatura da circa 25 °C a circa 70 °C e ciò in relazione al tipo di terminale ed alle condizioni climatiche vigenti.

La rete di distribuzione del fluido primario può essere alimentata mediante l'unità centrale di generazione di calore oppure da un sistema di produzione dell’acqua calda non convenzionale, per esempio con sistemi di per sè noti quali:

- uno (o più) generatori di calore di tipo ad alto rendimento e/o a condensazione;

- una (o più) pompe di calore geotermiche o aerotermiche (o dispositivi assimilabili);

- uno (o più) sistemi di teleriscaldamento urbano.

La rete di distribuzione esistente, progetta appositamente per questo tipo di temperatura del regime invernale, può operare, per esempio, su due livelli differenziati di temperatura, secondo fasce orarie prescelte, in grado di assicurare un regime di comfort ed un regime ridotto attenuato. Questo doppio regime di temperatura può essere governato da una unità di regolazione elettronica della temperatura, di per sè nota (un tipico regolatore climatico compensato).

La fase di controllo delle condizioni ambientali interne ad ogni singolo locale (in cui insiste una o più unità termiche periferiche) può essere affidata solo al ventilconvettore attivo secondo l'invenzione - da installare in sostituzione delle unità periferiche esistenti (fan coil per solo caldo, radiatore tradizionale, ecc.) - oppure congiuntamente dal ventilconvettore attivo e dai dispositivi esistenti (convettori tradizionali, pannelli radianti, radiatori a termosifone, ecc.).

Il “ventilconvettore attivo” del sistema secondo l'invenzione, rappresentato in fig. 1 nelle condizioni di esercizio invernali ed in regime di comfort, ricorre all’utilizzo esclusivo del fluido di scambio termico primario e della seconda batteria di scambio termico 2. In particolare, il fluido caldo proveniente dalla tubazione di mandata A della rete di distribuzione, entra da un ingresso 2a dello scambiatore 2, circola in esso e poi fuoriesce da un'uscita 2b collegata ad un ramo di ritorno R della rete di distribuzione. Lo scambiatore 2 scambia calore con l'aria ambiente; l'efficacia dello scambio termico è controllata e migliorata dall'unità di ventilazione 4, con modalità di per sè nota.

Tra il secondo scambiatore di calore liquido/aria 2 ed i rami di mandata M e ritorno R della rete di distribuzione, è prevista una valvola di apertura/chiusura 21, automaticamente comandata dal sistema di regolazione del ventilconvettore attivo.

Come visto, secondo una forma di esecuzione preferita, ai due terminali di mandata M e di ritorno R della rete di distribuzione, è installato un dispositivo conta calorie 5, idoneo a determinare la quantità di calorie erogate o ricevute al/dal singolo ventilconvettore terminale, a scopo di contabilizzazione e ripartizione puntuale dei costi di esercizio fra i singoli utilizzatori del sistema. In altre parole, tramite il dispositivo conta calorie 5 è possibile rilevare quante calorie sono state scambiate localmente tra il fluido di scambio termico primario, circolante nella rete di distribuzione, ed il singolo ventilconvettore attivo.

Secondo una caratteristica essenziale dell'invenzione, il circuito del fluido primario, tra la mandata M e il ritorno R, passa anche attraverso uno terzo scambiatore di calore 8, preferibilmente del tipo a piastre per scambio termico fluido/fluido. In particolare, il fluido di scambio termico primario entro dall'ingresso primario 8a dello scambiatore termico 8 ed esce dall'uscita primaria 8b prima di dirigersi verso il ramo di ritorno della rete di distribuzione.

In questa condizione di esercizio ogni altra sezione del dispositivo, ivi compresi i dispositivi 3 e 9 di recupero dell'acqua di condensa, è esclusa ed isolata dal ciclo funzionale.

E' interessante notare che in questa condizione di esercizio, è dunque possibile escludere e rimuovere completamente l'intera sezione frigorifera/pompa di calore (cioè il complesso delle parti 1, 6, 7, 8, 9, 10 e 11) che fa capo al primo scambiatore di calore gas/aria 1, salvaguardando l'integrità del circuito gas, per provvedere all'esecuzione di attività manutentive annuali. Predisponendo questi dispositivi, compreso il primo scambiatore di calore 1, su propri elementi di fissaggio autonomi rispetto alla sezione idronica di riscaldamento (composta almeno dal secondo scambiatore di calore 2, dalla relativa valvole 21, dal ventilatore 4 e dal contatore di calore 5) che è connessa fisicamente al circuito (rete di distribuzione) del fluido di scambio termico primario, è possibile disassemblare facilmente la sezione inattiva per una manutenzione ordinaria o straordinaria.

Riscaldamento in fase invernale a regime attenuato

In fig. 2 è rappresentata ancora una condizione di esercizio tipica della fase invernale, però in condizioni di ciclo di riscaldamento integrato con pompa di calore.

Quando l'unità di generazione termica centrale, come già accennato, funziona con valori di regolazione a regime ridotto attenuato, può rendersi utile – almeno in alcune zone dell'edificio – un eventuale ciclo di integrazione di calore condotto selettivamente in modo periferico, utilizzando l'unità di ventilconvettore attivo in modalità a pompa di calore. Questo ciclo risulta utile, non solo quando l'unità centrale di generazione di calore stia funzionando a regime attenuato o difettoso, ma anche quando essa è originariamente predisposta per erogare calore ad impianti a media temperatura (con pannelli radianti incassati nell’opera muraria), in cui siano stati abbandonati e sostituiti, in tutto o in parte, i dispositivi radianti ricorrendo all’impiego del ventilconvettore attivo.

In entrambi questi casi (o altri assimilabili), l'unità centrale di generazione e distribuzione dell’energia termica opera con regimi di temperatura media, insufficienti a garantire una completa e confortevole climatizzazione invernale.

In questa modalità di funzionamento, la sezione in cui è circolante il fluido frigorigeno - provvista del primo scambiatore di calore gas/aria 1 -opera come pompa di calore e provvede quindi alla copertura del fabbisogno complementare. In tali circostanze, con pesi, proporzioni e costi individuali ovviamente differenti, l'utente può, da un lato, fruire di tutto l'apporto energetico fornito dall'unità centrale attraverso la sezione idronica 2 del ventilconvettore attivo (nella modalità di riscaldamento vista sopra con riferimento alla fig. 1) e può, d'altro lato, integrare la parte di calore ulteriormente necessaria ricorrendo all’utilizzo della sezione a fluido frigorigeno 1 in regime di pompa di calore.

La sezione a fluido frigorigeno 1 comprende la prima batteria 1 di scambio termico gas/aria che, in regime pompa di calore, è alimentata dal fluido frigorigeno circolante nel circuito chiuso e riscaldato dallo stesso fluido primario mediamente caldo. In particolare, in questo stato, la valvola a quattro vie 11 è impostata in modo da far circolare il fluido frigorigeno a valle del compressore 10, inizialmente nella prima batteria di scambio termico 1 e poi nella valvola di laminazione 7.

Il fluido frigorigeno passa attraverso la valvola di laminazione 7 - dopo essere transitato per un filtro 6 - ed arriva allo stato gassoso all'interno del terzo scambiatore di calore 8, entrando dall'ingresso secondario 8c ed uscendo dall'uscita secondaria 8d. Il gas frigorigeno viene così riscaldato alla temperatura (a meno dei rendimenti dello scambiatore) del fluido di scambio termico primario: in questa condizione, lo scambiatore termico 8 agisce da evaporatore del ciclo frigorifero. Il fluido frigorigeno viene poi compresso dal compressore frigorifero 10, fino ad essere ulteriormente riscaldato allo stato liquido prima di entrare nella prima batteria di scambio termico 1, dove avviene lo scambio termico con l'aria ambiente (in modo coadiuvato dal ventilatore 4). In uscita dalla prima batteria di scambio termico 1, il fluido frigorigeno allo stato liquido viene laminato dalla valvola 7 e passa nuovamente allo stato gassoso con sottrazione di calore dal terzo scambiatore di calore 8, e così via.

Il ciclo in regime di pompa di calore sottrae dunque calore dal fluido primario, tramite il terzo scambiatore di calore 8, e lo fornisce all'ambiente tramite la prima batteria di scambiatore di calore 1. L'abbondante disponibilità di calorie ottenibile dal fluido di scambio termico primario (sebbene ad una temperatura superiore al punto di rugiada), non produce un abbassamento di temperatura dello scambiatore termico 8 (agente da evaporatore) al di sotto della temperatura di rugiada, per cui non si produce condensa e non è necessario alcun collettore di acqua di condensa.

Raffrescamento in fase estiva

In fig. 3 è rappresentata la condizione di esercizio tipica della fase estiva, in condizioni di utilizzazione del ciclo di raffrescamento. Il servizio è totalmente assicurato dalla sezione con fluido frigorigeno del ventilconvettore attivo secondo l'invenzione, in cui viene sfruttato il pozzo di calore costituito dal fluido di scambio termico primario circolante nel terzo scambiatore di calore a piastra 8.

Infatti, in questa modalità operativa, il fluido di scambio termico primario viene fatto circolare a bassa temperatura, con tale termine indicandosi una temperatura appena al di sopra del punto di rugiada dell'ambiente, per esempio non inferiore a 25°C. La rete di distribuzione viene quindi utilizzata per far circolare il fluido a questa bassa temperatura all'interno del terzo scambiatore di calore a piastre 8: come rappresentato in fig. 3, la valvola 21 viene chiusa in modo che il fluido primario circoli tra la mandata M e il ritorno R senza entrare nella seconda batteria di scambio termico 2 (utile solo in regime invernale). Per quanto riguarda l'unità centrale, nelle condizioni di esercizio descritte vengono mantenuti attivi i soli sistemi di produzione di fluido freddo (refrigeratori d’acqua / pompe di calore), che consentono all'unità centrale di agire da pozzo di calore alla temperatura adeguata (al di sopra del punto di rugiada).

Benchè la temperatura del fluido primario non sia molto bassa - ad evitare scrupolosamente, come desiderato, che possa verificarsi condensazione dell'aria ambiente, con i connessi svantaggi sulle operare murarie - la portata del fluido assicura comunque una elevata capacità di sottrazione di calorie che lo configura come pozzo di calore.

Preferibilmente, in queste condizione il fluido di scambio termico primario è mantenuto ad una temperatura compresa fra 25 e 35 °C, , preferibilmente di 30°C. Al fine di avere sempre il fluido di scambio termico primario alla temperatura più bassa possibile - compatibilmente alle condizioni ambientali correnti - il sistema è preferibilmente dotato di un rilevatore di temperatura di rugiada (non illustrato), connesso all'unità centrale in modo da pilotarne il funzionamento e ottenere l'erogazione nella rete di distribuzione di un fluido primario alla temperatura corretta.

Nel regime di raffrescamento, la valvola a quattro vie 11 della sezione a liquido frigorigeno è impostata in modo che, lungo la direzione di movimento del fluido, la prima batteria di scambiatore di calore 1 sia posta a valle della valvola di laminazione 7: in questo modo, lo scambiatore 1 agisce da evaporatore e quindi sottrae calore all'aria ambiente in contatto con esso.

In particolare, facendo riferimento alla fig. 3, lo scambiatore di calore a piastre 8 viene mantenuto ad una temperatura bassa (comunque superiore al punto di rugiada) tramite il fluido primario circolante. Il fluido frigorigeno viene sospinto allo stato liquido, dal compressore 10, nella luce di uscita secondaria 8d e fuoriesce, a temperatura più bassa, dalla luce di entrata secondaria 8c. Il fluido attraversa poi la valvola di laminazione 7 e viene portato ad espandersi nella prima batteria di scambiatore di calore 1. Durante l'espansione sino alla fase gassosa, il fluido frigorigeno sottrae calore allo scambiatore di calore 1, come in un tradizionale ciclo frigorifero. L'aria che lambisce lo scambiatore 1, coadiuvata dal ventilatore 4, si raffredda e tende a condensare: l'acqua di condensa viene raccolta dalla bacinella di raccolta 3 e quindi indirizzata al serbatoio 9. Quest'ultimo provvede alla raccolta/smaltimento dell’acqua di condensa prodotta in condizioni di esercizio; più precisamente, questo sistema può essere costituito, a seconda delle opportunità, da un dispositivo di scarico per gravità collegato ad una rete di smaltimento acque, da una pompa di rilancio acqua di condensa fino alla rete di scarico più vicina, da una pompa di iniezione acqua di condensa entro reti termoidrauliche, oppure da un serbatoio di raccolta acqua di condensa a svuotamento manuale dotato di un dispositivo di rilevamento del livello, atto ad arrestare il funzionamento al raggiungimento del riempimento.

Il fluido frigorigeno allo stato gassoso fuoriesce dallo scambiatore 1 e, tramite la valvola 11, viene compresso dal compressore 10 per essere nuovamente reintrodotto nello scambiatore di calore 8 e continuare il ciclo frigorifero.

Raffrescamento/riscaldamento in ciclo intermedio

Nelle figg. 4 e 5 sono rappresentate le condizioni di esercizio tipiche delle stagioni autunnali e primaverili, quando possono determinarsi, anche nello stesso momento, richieste variabili di raffrescamento o riscaldamento.

In entrambi i casi, il fluido di scambio termico primario viene fatto circolare a bassa temperatura, escludendo la seconda batteria di scambiatore di calore 2 tramite la valvola 21 di apertura/chiusura.

L'esercizio dell'unità centrale è condotto a temperature opportunamente moderata.

L’interazione con il ventilconvettore attivo consente, in modo indipendente per ciascuno degli apparecchi situati nei locali dell'edificio, di produrre riscaldamento e/o raffrescamento a seconda del fabbisogno specifico individuale di ogni ambiente.

Il fluido di scambio termico primario restituito all'unità centrale tramite il ramo di ritorno R di ciascuna unità periferica sarà, a seconda dei casi, più caldo o più freddo del fluido ricevuto dall'unità centrale: in condizione teorica di equilibrio perfetto (50% utenti consumano caldo, 50% utenti consumano freddo), l'unità centrale fungerebbe solo da equilibratore (a meno delle perdite della rete di distribuzione) ed alla stessa non sarebbe richiesta alcuna integrazione termica, con evidenti vantaggi economici.

Sulla base della descrizione sopra riportata, risultano ora evidenti i significativi vantaggi della soluzione proposta.

Innanzitutto, poichè il fluido di scambio termico primario non scende mai al di sotto la temperatura di rugiada, è possibile utilizzare una rete di distribuzione esistente, tra l'unità centrale di sorgente/pozzo di calore e le singole unità periferiche di ventilconvettore attivo. Ciò rende possibile interventi di ristrutturazione dell'impianto di climatizzazione senza interventi significativi sull'opera muraria esistente.

Nonostante la temperatura del fluido primario non scenda al di sotto di una temperatura dell'ordine dei 25-30°C, la sua portata nella rete di distribuzione assicura un'elevata asportazione di calorie, che rende efficace ed energeticamente efficiente il funzionamento delle unità periferiche in regime di raffrescamento. L'efficienza energetica delle unità periferiche, fa sì che si necessaria una minima energia localizzata (pari a quella di funzionamento del compressore), ciò che minimizza l'impatto di carico elettrico nei diversi locali da climatizzare.

All'interno di interi edifici, ma anche all'interno delle singole unità immobiliari, l'applicazione dei ventilconvettori attivi può avvenire anche “a macchia di leopardo”, cioè senza che esista l'obbligo di equipaggiare ogni e qualsiasi punto terminale dell'impianto idraulico esistente. Le unità terminali esistenti possono continuare a funzionare come nell'impianto originale (tipicamente da radiatori o pannelli radianti durante il regime invernale), accanto alle nuove unità ventilconvettori attivi che presentano l'innovativa flessibilità di operare nei diversi regimi climatici.

Una singola rete di distribuzione del fluido di scambio termico primario, all'interno di una singola unità abitativa, ma soprattutto all'interno di un intero edificio (condominio) o di una pluralità di edifici, consente di compensare richieste di calore/raffrescamento differenziate tra le singole unità periferiche, durante la stagione climatica intermedia. Il fluido primario circolante a bassa temperatura, infatti, permette di asportare o apportare calorie a seconda della modalità di funzionamento impostata sull'unità periferica. L'unità centrale equilibra queste richieste, eventualmente intervenendo (raffreddando o riscaldando il fluido primario, a seconda dei casi) per la parte energetica mancante.

A prescindere dalla stagione intermedia, il sistema secondo l'invenzione consente comunque un recupero di energia: quando l’impianto viene equipaggiato con sistemi centrali di produzione di fluido sia freddo che caldo, che prevedono l’utilizzo di unità reversibili di raffreddamento e riscaldamento a pompa di calore, nel periodo di funzionamento in regime di raffrescamento estivo (condizione della figure 3), risulta possibile realizzare un ciclo di recupero termico. Per esempio, in tale regime l’energia termica calda estratta dai ventilconvettori attivi può convenientemente essere:

- utilizzata in ciclo immediato di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria (se e quando presente), o altro servizio equivalente

- immagazzinata nel terreno attraverso sonde geotermiche, così da essere resa disponibile per il successivo periodo di riscaldamento invernale.

I costi di esercizio possono essere facilmente ripartiti in base all'effettivo consumo individuale. L’energia termica prodotta e fornita dall'unità centrale ad ogni ventilconvettore attivo, viene contabilizzata attraverso misurazione diretta eseguita dal contatore di calore 5; al fine di raccogliere gli elementi utili e necessari alla gestione amministrativa dei servizi/spese di parte comune, la contabilizzazione avviene in modo puntuale tenendo conto in modo distinto dei prelievi di energia calda e di energia fredda.

I consumi energetici riconducibili al ventilconvettore attivo (energia elettrica per il ventilatore, per il compressore e per le eventuali pompe dell'acqua di condensa) della sezione frigorifera/pompa di calore sono invece sostenuti direttamente dal proprietario dei locali climatizzati e quindi non è necessario che vengano contabilizzati nella gestione amministrativa comune.

S’intende comunque che l’invenzione non deve considerarsi limitata alla particolare disposizione illustrata sopra, che costituisce soltanto una forma di esecuzione esemplificativa di essa, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall’ambito di protezione dell’invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Per esempio, è ipotizzabile una versione del ventilconvettore attivo semplificata, con minori dotazioni e corrispondenti minori prestazioni, la quale sia in grado, per esempio, di garantire esclusivamente i regimi di riscaldamento idronico e raffrescamento estivo, ma non l'ausilio della pompa di calore (omettendo quindi le parti necessarie alla inversione del ciclo frigorifero a pompa di calore, quali la valvola a quattro vie, la circuiteria idraulica di inversione del flusso ed altri regolatori).

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di climatizzazione da installare su un impianto di riscaldamento preesistente dotato di una rete di distribuzione di un fluido di scambio termico primario tra un'unità centrale ed una pluralità di unità periferiche di scambio termico con l'aria ambiente, caratterizzato da ciò che detta unità centrale è costituita da una sorgente/pozzo di calore per termoregolare detto fluido di scambio termico primario in un intervallo tra una temperatura calda ed una temperatura fredda, detta temperatura fredda essendo poco superiore alla temperatura di rugiada corrente, dette unità periferiche di scambio termico sono costituite da ventilconvettori attivi, comprendenti almeno una sezione a fluido frigorigeno, con un circuito chiuso in cui è inserita una prima batteria di scambiatori di calore fluido/aria (1), ed una sezione di riscaldamento con una seconda batteria di scambiatori di calore fluido/aria (2), e da ciò che un tratto di mandata (M) e di ritorno (R) di detta rete di distribuzione, in cui è circolante detto fluido di scambio termico primario, sono connessi a detta seconda batteria di scambiatori di calore (2) e ad un terzo scambiatore di calore fluido/fluido (8) connesso al circuito chiuso di detta sezione a fluido frigorigeno.
2. 2. Sistema di climatizzazione come in 1, in cui è prevista inoltre una valvola (21) predisposta per consentire/impedire circolazione di detto liquido di scambio termico primario in detta seconda batteria di scambiatori di calore (2).
3. 3. Sistema di climatizzazione come in 1 o 2, in cui detto circuito chiuso della sezione a fluido frigorigeno comprende inoltre, nell'ordine, almeno una valvola di laminazione (7), detto terzo scambiatore di calore fluido/fluido (8) ed un compressore (10).
4. 4. Sistema di climatizzazione come in 3, in cui detta sezione a fluido frigorigeno comprende inoltre una valvola di commutazione (11) idonea a commutare il verso del fluido frigorigeno nel circuito chiuso per farlo passare in detta prima batteria di scambiatori di calore (1) alternativamente a monte o a valle di detta valvola di laminazione (7) del fluido frigorigeno così da eseguire un ciclo termico rispettivamente a pompa di calore riscaldante o frigorifero.
5. 5. Sistema di climatizzazione come in 1, 2, 3 o 4, comprendente inoltre un dispositivo conta calorie (5) disposto tra un terminale di mandata (M) ed un terminale di ritorno (R) della rete di distribuzione a/dal ventilconvettore attivo.
6. 6. Sistema di climatizzazione come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui è previsto inoltre un ventilatore (4) atto ad aumentare lo scambio termico con l'aria ambiente in prossimità di dette batterie di scambiatori di calore (1, 2).
7. 7. Sistema di climatizzazione come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui è previsto un dispositivo di rilevazione del punto di rugiada nell'aria ambiente, atto a controllare l'azione di termoregolazione di detta unità centrale in modo che la temperatura bassa di detto fluido di scambio termico primario venga continuamente regolata in base alla temperatura di rugiada corrente.
8. 8. Unità ventilconvettore di scambio termico con aria ambiente per un sistema come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata da ciò che comprende almeno una sezione a fluido frigorigeno, con un circuito chiuso in cui è inserita, nell'ordine, una prima batteria di scambiatori di calore fluido/aria (1), almeno una valvola di laminazione (7), uno scambiatore di calore fluido/fluido (8) ed un compressore (10), ed una sezione di riscaldamento con una seconda batteria di scambiatori di calore fluido/aria (2), e da ciò che comprende inoltre un ingresso ed un'uscita di fluido di scambio termico primario, connessi a detta seconda batteria di scambiatori di calore (2) e a detto scambiatore di calore fluido/fluido (8) connesso al circuito chiuso di detta sezione a fluido frigorigeno.
9. 9. Unità ventilconvettore come in 8, in cui è previsto inoltre un ventilatore (4) atto ad aumentare lo scambio termico con l'aria ambiente in prossimità di dette batterie di scambiatori di calore (1, 2).
10. 10. Metodo di costruzione di un impianto di climatizzazione, comprendente la fase di riqualificare un impianto di riscaldamento installato e provvisto di almeno una rete di distribuzione di un fluido di scambio termico primario tra un'unità centrale agente da sorgente di calore ed una pluralità di unità periferiche di scambio termico con l'aria ambiente, caratterizzato dalle fasi di: rimuovere almeno parte di dette unità periferiche e sostituirle con una unità di ventilconvettore attivo come in 7 o 8, fornire a detta unità centrale la capacità di fungere anche da pozzo di calore per termoregolare detto fluido di scambio termico primario in un intervallo tra una temperatura calda ed una temperatura bassa, detta temperatura bassa essendo poco superiore alla temperatura di rugiada corrente.