ITPN20100004A1 - Sistema radiante per trasferimento e accumulo del calore medianti elementi ottenuti dal reciclo di inerti. - Google Patents

Description

TITOLO : SISTEMA RADIANTE PER TRASFERIMENTO E ACCUMULO DEL CALORE MEDIANTI ELEMENTI OTTENUTI DAL RECICLO DI INERTI.

DESCRIZIONE:

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento industriale per ottenere un sistema radiante per il trasferimento e/o accumulo del calore in ambienti per uso domestico, industriale, civile o pubblico. Il sistema radiante à ̈ composto ed à ̈ realizzato mediante un agglomerato di materiale inerte derivante da scarti della lavorazione delle pietre naturali nel quale à ̈ immerso il corpo da cui à ̈ generato il calore. La forma del sistema radiante à ̈ determinata dallo stampo a freddo nel quale Γ agglomerato à ̈ colato insieme all’elemento che genera il calore.

Stato della tecnica:

Nella tecnica attuale il problema dell’accumulo e/o del trasferimento del calore all’ambiente à ̈ risolto in diversi modi a seconda del tipo del tipo di riscaldamento. Per il riscaldamento di tipo elettrico l’elemento che trasferisce il calore all’ambiente può essere di tipo metallico, oppure può essere di pietra nel caso di riscaldamento a secco per convezione dell’aria. Per gli elementi a fluido vettore, ove la generazione del calore à ̈ a monte per mezzo di una caldaia, il tipo di elementi radianti o corpi scaldanti à ̈ solitamente di tipo metallico (acciaio, alluminio e ghisa in passato).

Nel caso di ri scaldamento elettrico a secco, l’energia sotto forma di calore ottenuta per effetto Joule da un elemento riscaldante à ̈ ceduto all’ambiente in modo graduale utilizzando dei corpi a pietra naturale. Tali elementi a pietra sono ricavati da cave naturali ove vengono estratti blocchi di materiale per le successive lavorazioni. La estrazione della pietra porta alla conseguente deturpazione del territorio, con pesanti conseguenze dal punto di vista paesaggistico e ambientale.

Per aumentarne la valenza estetica, nella tecnica corrente, vengono anche utilizzati degli elementi ceramici (superfìcie e lastre stampate e ricotte) utilizzate sia per l’accumulo e la trasmissione del calore nel riscaldamento di tipo elettrico che in quello a fluido come vettore di calore.

Un esempio di tali applicazioni sono (nella tecnica corrente) evidenziati dai trovati descritti da EP 2034797 A2 per Γ utilizzo di materiali ceramici accoppiati a sandwich con l’elemento scaldante o EP 1921388 Al nel quale un elemento a lastra di materiale ceramico, à ̈ accoppiato con un elemento riscaldante per mezzo di uno strato di materiale metallico e polimeri per incrementare le proprietà di accoppiamento termico.

Secondo il primo trovato, l’accoppiamento fra l’elemento che genera calore e il corpo radiante che trasferisce calore non coinvolge l’intera superfìcie dell’elemento scaldante. L’accoppiamento termico Ira i corpi a pietra e/o ceramica e gli elementi scaldanti à ̈ spesso approssimativo con conseguente perdita delle prestazioni nel trasferimento del calore all’ambiente.

Con riferimento alla figura 1, à ̈ rappresentata una vista in sezione dell’accoppiamento fra pietra 1 ed elemento riscaldante 2. La superfìcie irregolare della pietra non consente all’elemento scaldante di permanere perfettamente aderente. Si possono notare come sull’elemento riscaldante 2 permangano tratti scoperti dal diretto contatto termico. Tale condizione comporta un aumento della temperatura degli elemento scaldante ed incide sulla durata in vita degli stessi. La conseguente temperatura superficiale del corpo di emissione radiante risulta ridotta.

Nel caso del secondo trovato, l’accoppiamento fra la parte frontale ceramica che accumula il calore e gli elementi riscaldanti (resistenza elettrica) à ̈ realizzato con un compound di elementi metallici e polimerici che realizzano un collante per l’elemento scaldante. In tal caso si ha un miglioramento nella trasmissione del calore ma gli elementi frontale (che trasmette il calore) e elemento riscaldante sono ancora disgiunti e il sistema così realizzato à ̈ difficilmente reciclabile.

In tutte queste condizioni, ove gli elementi che generano/portano il calore e il corpo radiante sono disgiunti, si ha quindi una serie di svantaggi qui sotto riassunti:

• l’accoppiamento termico ed il conseguente trasferimento di calore verso l’ambiente non à ̈

ottimale;

- l’assiemaggio fra elementi scaldanti e corpo radiante à ̈ realizzato spesso con colle o leganti chimici difficilmente riciclabili e separabili, realizzate con processi chimici non ecocompatibili.

- à ̈ difficile ridurre lo spessore e gli ingombri del sistema realizzato dall’assiemaggio del corpo radiante e dell’elemento scaldante che genera calore.

Nella tecnica classica, nel caso di elementi scaldanti in cui il calore à ̈ trasportato alla superficie di emissione da un fluido vettore (radiatori a fluido), il corpo scaldante riceve il calare per convezione. Questa ultima condizione comporta delle temperature superficiali non uniformi ed il trasferimento del calore all’ambiente avviene principalmente per il fenomeno della convezione.

In figura 2 à ̈ rappresentato un radiatore elettrico a fluido visto in sezione. Il corpo scaldante 3 riceve il calore dai moti convettivi 4 del fluido interni al radiatore che si instaurano per effetto dell’elemento scaldante S. All’esterno del corpo scaldante, per effetto della temperatura superficiale non uniforme, si instaurano fenomeni convettivi 6 dell’aria immediatamente adiacente al radiatore. Le temperature sulla parte alta sono decisamente più elevate della parte bassa, riducendo fortemente l’effetto radiante.

Nella tecnica corrente le principali innovazioni nel settore del riscaldamento si sono svolte negli ultimi anni nel campo della riduzione dei consumi, e verso sistemi di riscaldamento più salutari, che limitando le componenti convettive riducano il rimescolamento delle polveri. I sistemi radianti a pavimento presenti nel mercato costituiscono un esempio, consentendo l’uso di tecniche di riscaldamento a basse temperature per effetto radiante, da abbinare a sistemi di generazione efficienti, quali le caldaie a condensazione. Tali sistemi presentano però rinconveniente d’esser molto complessi nell’installazione (e per questo anche l’investimento inziale à ̈ ancora elevato), e data la enorme capacità termica dei solai dove sono inglobati, solitamente conducono alla complessità nella regolazione della temperatura ambientale.

E’ sentito quindi il bisogno di soluzioni che migliorino lo scambio termico fra elementi scaldanti e l’ambiente, che portino un vantaggio per il costo, per la valenza estetica e che siano sostenibili dal punto di vista ambientale sia per la reciclabilità del prodotto sia per la sostenibilità ed ecocompatibilità del processo.

Sommario dell’invenzione:

Il presente trovato descrive come può essere realizzato un sistema radiante per il riscaldamento di ambienti, in cui la componente prevalente per il trasferimento del calore aH’ambiente sia di tipo radiante, realizzato utilizzando materiali inerti provenienti dagli scarti delle lavorazioni delle pietre naturali.

Il corpo scaldante, grazie al procedimento costruttivo, più sotto descritto, à ̈ costituito di materiali inerti recidati derivanti dagli scarti della lavorazione delle pietre naturali e contiene aH’intemo l’elemento scaldante che genera il calore. Gli elementi scaldanti possono essere ad alimentazione elettrica (resistenze elettriche) oppure dei condotti a fluido scaldante quali trasportatori di calore altrove generato, n risultato che si ottiene à ̈ un corpo unico, chiamato di seguito sistema radiante che comprende airintemo, inglobato, l’elemento scaldante, degli eventuali dissipatori per aumentare il trasferimento del calore, elementi di misura e controllo delle temperature e sistemi di sicurezza o protezione.

Il corpo scaldante à ̈ composto da inerti con la seguente composizione:

- particolato 17 di scarti della lavorazione delle pietre con dimensione da 1 a 5mm in proporzione del 45 - 55% in peso;

- polveri di pietra 18 con dimensione da 0,01mm a 0,5mm in proporzione del 30 - 35% in peso - resina a base acquosa con componente acrilica in proporzione del 20 - 25% in peso;

In figura 3 Ã ̈ rappresentato un corpo scaldante 8 con la composizione sopra descritta in cui si possono evidenziare i componenti: particolato 17 di scarto della lavorazione della pietra, polveri di pietra 18, superficie radiante 15.

Il procedimento costruttivo del sistema radiante 7 si compone di quattro fasi:

fase 1: preparazione dell’agglomerato;

In questa fase i tre composti base sono mescolati in una miscela con acqua a preparare un agglomerato. Tale miscela ha la caratteristica di essere non solida, a bassa viscosità e colabile in diverse forme e stampi. In questa fase possono essere aggiunti anche elementi che aumentano la resistenza meccanica del composto, come ad esempio fibra vetro,

fase 2: colatura nello stampo;

H preparato à ̈ colato in uno stampo in silicone che ne consente il riempimento e la forma desiderata. In questa fase la parte più liquida e fine, costituita dalle polveri unite alla resina acquosa, si dispone sulla parte dello stampo che corrisponde alla superfìcie in vista. Tale condizione consente al termine del processo di ottenere la superficie in vista con un enorme dettaglio nella riproduzione della forma stampo. E’ inoltre possibile addittivare dei pigmenti naturali sulla superfìcie dello stampo prima dell’operazione di colatura. Π processo consente di riprodurre in modo realistico diversi tipi di pietra naturale, riproducendo le venature ed altri effetti tipici di un processo naturale.

Fase 3: immersione dell’elemento scaldante nell’agglomerato;

L’elemento scaldante 9 (per il caso di riscaldamento elettrico) o 20 (nel caso di riscaldamento a fluido) à ̈ immerso all’ interno dell’agglomerato totalmente o in parte, quando l’agglomerato à ̈ nella fase non solida. Al fine di evitare la deposizione degli elementi scaldanti nelle parti in vista e sulla superfìcie frontale, possono essere disposti dei distanziali sul fondo dello stampo.

La costruzione consente la ottima adesione delle parti dell’agglomerato all’elemento scaldante. Anche in questo caso, la componente in polvere dell’agglomerato, più fine, ricopre gli interstizi e le rugosità dell’elemento scaldante, favorendo un ottimo scambio termico per conduzione.

fase 4: stagionatura;

Il sistema scaldante à ̈ lasciato in stagionatura a freddo, in ambiente secco al fine di favorire la disidratazione dell’agglomerato. Dopo almeno 12 ore il prodotto può essere liberato dallo stampo per la successiva stagionatura. Al termine di questa fase, la componente acquosa non à ̈ più presente nel sistema radiante, e il prodotto risulta compatto, a corpo unico e meccanicamente resistente.

E’ da notare che in tutte queste fasi del nel processo produttivo, non sono utilizzati agenti chimici per il decappaggio, per il trattamento o per la lavorazione dei materiali che necessiterebbero di cura e attenzione per lo smaltimento. Non vi à ̈ l’uso di attrezzature complesse quali forni ad alta temperatura, combustibili fossili o lo spreco di energia per la essicazione (il processo à ̈ a freddo).

In riferimento alla figura 4 à ̈ rappresentata una realizzazione preferenziale del sistema radiante 7 con vista in sezione, ove il sistema radiante à ̈ composto da un corpo scaldante 8 agglomerato di materiale inerte, un elemento scaldante 9 preferibilmente elettrico, eventuali elementi di misura della temperatura 10 del corpo scaldante, elementi di misura della temperatura ambiente 11, elementi di controllo e regolazione della temperatura 12, e degli elementi deputati alla sicurezza elettrica 13.

In questa realizzazione, l’elemento scaldante 9 à ̈ comandato dalla elettronica di controllo mediante un interruttore di potenza. La elettronica di controllo 12 misura la temperatura ambiente per mezzo del sensore di temperatura ambiente 11 e sulla base delle impostazioni dell’utente sulla temperatura desiderata regola la potenza della resistenza.

L’elemento scaldante elettrico 9 à ̈ preferibilmente di forma piatta a superficie e ha sulla superficie dei fori 26. Questi ultimi hanno la funzione di realizzare un collegamento fra la parte frontale del corpo scaldante 8 e la parte posteriore. Il sistema scaldante 7, nel suo insieme, risulta cosi più compatto e meccanicamente robusto. La distribuzione dei fori sulla superficie dell’elemento scaldante 9 à ̈ uniforme. La somma delle aree ricoperta dai fori 26 à ̈ almeno il 15% del totale della area della superficie dell’elemento scaldante 9.

La posizione del sensore 11 à ̈ scelta al fine di ridurre il più possibile l’influenza del calore prodotto dal sistema sulla misura della temperatura ambiente. Π sensore à ̈ posto in basso rispetto al sistema radiante, nella parte posteriore, rivolta verso la parete ove il sistema à ̈ installato, ma rimanendo all’interno deH’involucro dei comandi 12.

Sulla parte frontale, in alto rispetto al sistema, à ̈ posto il sensore di temperatura 10 che misura la temperatura del corpo scaldante. La componente di irraggiamento dipende direttamente da tale temperatura, ed à ̈ quindi possibile controllarla con la elettronica 11.

Il sensore 10 consente alla elettronica di controllo di misurare correttamente la temperatura superficiale del corpo e di limitare tale temperatura a valori prefissati. Quest’ultima possibilità à ̈ molto utile quando si vogliano utilizzare questi sistemi radianti in ambienti frequentati da bambini, asili, ospedali. In tutti questi casi, la temperatura superficiale del sistema radiante può essere limitata o controllata, per mezzo del sistema di controllo 12, per garantire maggiori condizioni di sicurezza.

Le staffe di fissaggio 19 sono integrate nell’agglomerato 8 e consentono l’installazione a parete del sistema. La posizione delle staffe di Fissaggio 19, preferibilmente di tipo metallico, à ̈ in asse con il centro dei fori 26, così da consentire una adeguata distanza di sicurezza fra le parti elettriche attive dell’elemento scaldante 9 e la parte metallica della staffa di supporto 19, accessibile dall'esterno.

Nelle figure 5 e 6 à ̈ rappresentata una diversa realizzazione preferenziale dove il sistema radiante e composto dall’agglomerato di inerti 8, da un elemento scaldante a condotti tubolare 20 nei quali fissato un dissipatore metallico 21 per aumentarne la conduttività termica al corpo scaldante (inglobato aH’intemo del corpo scaldante), da un elemento di misura 22 della temperatua ambiente e/o dal controllo della temperatura 23 mediante il controllo del flusso, e da un elemento di sicurezza 24 (ad es. valvola di sovra pressione) integrati nel corpo scaldante.

In questa realizzazione preferenziale, il fluido che trasporta il calore scorre attraverso i condotti 20 cedendo il calore in modo ottimale al corpo scaldante per mezzo dei dissipatori 21.

All’interno del corpo scaldante 8 sono integrate staffe 19 per il fissaggio del 7 a parete e sono fissate sui condotti tubolari 20. Le staffe di fissaggio 19 sono unite fra loro a garantire la planarità dei condotti tubolari ed il coretto posizionamento durante il processo produttivo.

hi riferimento alla figura 7, nella vista del sistema scaldante 7 in sezione, la posizione dell’elemento scaldante 9 (resistenza elettrica) o 20 (condotto tubolare del fluido scaldante all’interno del sistema scaldante rispetto alla superfìcie radiante 15 influisce sulla dinamica di riscaldamento della temperatura: più à ̈ grande la distanza d fra superficie e corpo scaldante, più sarà grande la inerzia termica. Al fine di controllare la dinamica con cui sale la temperatura della superfìcie del sistema radiante 7 e quindi cambiare la inerzia termica del sistema à ̈ possibile pre-de termi n are la distanza d. La distanza d à ̈ definita durante il processo di costruzione per mezzo dei distanziali 25 inseriti all'intemo dell’agglomerato 8. Modificando la distanza d à ̈ inoltre possibile definire quale delle superfici ha temperatura più elevata. Se l’elemento scaldante 9 o 20 à ̈ spostato verso la superfìcie radiante 15, riducendo la distanza d, allora le temperature della superficie aumentano; viceversa, all’aumentare di d si riduce la temperatura della superfìcie radiante 15, ma aumenta la temperatura della superfìcie rivolta verso la parete di installazione. In quest'ultima condizione il fenomeno convettivo della superficie non in vista compensa la riduzione dell’ irraggiamento.

Il parametro d determina pertanto il bilanciamento fra effetto convettivo posteriore ed effetto radiante frontale.

Per mezzo dell’ottimale accoppiamento termico fra l’elemento scaldante sorgente di calore (in cui la generazione può essere a fluido o elettrica) e la superficie emissiva si ottengono delle importanti prestazioni per il riscaldamento degli ambienti quali:

- migliore trasferimento del calore dall’elemento scaldante alla superfìcie emissiva;

- incremento della capacità termica e possibilità di mantenere la temperatura molto piti a lungo dei radiatori a fluido;

- l’integrazione fra elemento scaldante (che genera calore) e corpo scaldante consente la riduzione dei volumi ed in particolare dello spessore del sistema radiante.

- miglior uniformità di temperatura della superficie emissiva;

- la possibilità di diverse finiture estetiche e forme anche complesse, facilmente riproducibili.

Lista delle figure:

Figura 1: soluzione non ottimale di accoppiamento fra corpo scaldante ed elemento scaldante nella tecnica classica;

Figura 2: riscaldamento a fluido su corpi scaldanti metallici con componente prevalente convettiva; Figura 3: corpo scaldante agglomerato;

Figura 4: sistema radiante con agglomerato di inerti, resistenza elettrica, controlli e sicurezze inglobati;

Figura 5: sistema radiante con agglomerato di inerti con condotti per il riscaldamento a fluido, controlli e sicurezze inglobati (vista sezione);

Figura 6: sistema radiante con agglomerato di inerti e connessioni dei condotti per il riscaldamento a fluido controlli e sicurezze inglobati (vista laterale);

Figura 7: posizionamento dell’elemento scaldante con i distanziali.

Claims (1)

1. TITOLO : SISTEMA RADIANTE PER TRASFERIMENTO E ACCUMULO DEL CALORE MEDIANTI ELEMENTI ΟΤΤΕΠΙΠΊ DAL RECICLO DI INERTI. RIVENDICAZIONI: 1. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, il trasferimento e/o accumulo del calore in ambienti per uso domestico, industriale, civile o pubblico caratterizzato dal fatto che à ̈ realizzato mediante un agglomerato 8 di materiale inerte derivante da scarti della lavorazione delle pietre naturali nel quale à ̈ immerso l’elemento scaldante 9 o 20 da cui à ̈ generato e/o trasferito il calore. L’agglomerato 8 à ̈ composto da inerti con la seguente composizione: - particolato 17 di scarti della lavorazione delle pietre con dimensione da 1 a 5mm in proporzione del 45 - 55% in peso; - polveri di pietra 18 con dimensione da 0,01mm a 0,5mm in proporzione del 30 - 35% in peso - resina a base acquosa con componente acrilica in proporzione del 20 - 25% in peso; 2. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il procedimento costruttivo del sistema radiante si compone di quattro fasi: fase 1: preparazione dell’agglomerato 8 con il mescolamento dei tre composti base in una miscela con acqua a preparare un agglomerato. In questa fase possono essere aggiunti anche elementi cbe aumentano la resistenza meccanica del composto, come ad esempio fibra vetro. fase 2: colatura dell’agglomerato nello stampo preferibilimente in silicone che ne consente il riempimento e la forma desiderata. fase 3: immersione dell’elemento scaldante 9 (nel caso di riscaldamento elettrico) o 20 (nel caso di riscaldamento a fluido) e di eventuali altri elementi di controllo misura della temperatur a e sicurezza all’intemo dell’agglomerato totalmente o in parte, quando l’agglomerato à ̈ nella fase non solida. fase 4: stagionatura del sistema scaldante a freddo, in ambiente secco al fine di favorire la disidratazione dell’agglomerato. Dopo circa 12 ore il prodotto può essere liberato dallo stampo per la successiva stagionatura. 3. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l’elemento riscaldante 9 à ̈ di tipo elettrico piatto, distribuito su una superficie, che presenta dei fori 26 la cui somma delle aree sia almeno il 15% dell’area della superficie dell’elemento riscaldante 9. 4. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che sono integrati aU’intemo dell’agglomerato 8 un sensore di temperatura ambiente 11 posto sulla parte in basso a lato del sistema radiante 7, un sensore di temperatura della superficie radiante 10 posto in alto sulla parte frontale rispetto al sistema 7, elementi e circuiti 12 di controllo e regolazione della temperatura ambiente in grado di comandare l’elemento riscaldante 9 con un interruttore di potenza e di limitare la temperatura della superficie radiante. 5. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1 , 2, e 3 caratterizzato dal fatto che à ̈ integrato all’itemo dell’agglomerato 8 un elemento elettromeccanico di sicurezza elettrica 13 di tipo termofusibile o elemento termostatico. 6. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che le staffe 19 per il fissaggio del sistema radiante 7, preferibilmente di tipo metallico, sono integrate nell’agglomerato 8 ed in asse con il centro dei fori 26, così da consentire una adeguata distanza di sicurezza fra le parti elettriche attive dell’elemento scaldante 9 e la parte metallica della staffa di supporto 19 accessibile dall’esterno. 7. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1, 2 caratterizzato dal fatto che l’elemento scaldante a condotti tubolare 20 realizza un circuito idraulico all’interno del corpo 8. Un dissipatore metallico 21 di forma planare à ̈ fissato a incastro, a pressione, o saldato sui condotti tubolari dell’elemento scaldante 20 per aumentare la conduttività termica al corpo scaldante 8. 8. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1, 2 e 7 caratterizzato dal fatto che un elemento di misura 22 della temperatura ambiente e/o dal controllo della temperatura 23 mediante il controllo del flusso ( per esempio valvola termostatica), e da un elemento di sicurezza 24 (ad es. valvola di sovra pressione) integrati nel corpo scaldante. 9. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1 , 2, 7 e 8 caratterizzato dal fatto che le staffe 19 per il fissaggio del sistema 7 a parete sono integrate nel corpo scaldante agglomerato 8 e fissate sui condotti tubolari 20. Le staffe di fissaggio 19 sono unite fra loro a garantire la planarità dei condotti tubolari ed il corretto posizionamento durante il processo produttivo. 10. Sistema radiante 7 per il riscaldamento, secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la posizione dell’elemento scaldante 9 (resistenza elettrica) o 20 (condotto tubolare del fluido scaldante) aU’intemo del sistema scaldante rispetto alla superficie radiante 15 à ̈ determinata dalla distanza d definita durante il processo di costruzione per mezzo dei distanziali 25 inseriti all’interno dell'agglomerato 8. Modificando la distanza d à ̈ possibile modificare la inerzia termica del sistema e definire quale delle superfici, frontale o posteriore, ha temperatura più elevata.