ITTO20080315A1 - Apparecchiatura automatica di regolazione e/o rinnovo dell'aria - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo "APPARECCHIATURA AUTOMATICA DI REGOLAZIONE E/O RINNOVO DELL'ARIA",

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un'apparecchiatura automatica che è destinata ad assicurare contemporaneamente le funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale e può adattarsi ad una centrale di trattamento dell'aria che assicura l'una e/o l'altra di dette funzioni.

In particolare, l'invenzione riguarda un'apparecchiatura automatica di questo tipo collegata ad almeno una valvola di ammissione di aria nuova, una valvola di estrazione di aria evacuata ed una valvola di miscelazione per formare una miscela dell'aria nuova con aria rimessa in circolo ricavata dall'aria evacuata, un ventilatore di soffiatura della miscela, un ventilatore di estrazione dell'aria evacuata ed un'unità di controllo termico per apportare calorie o frigorie a detta miscela prima di soffiarla nel locale, questi elementi essendo comandati da una regolazione di detta centrale in funzione di criteri di comfort termico misurati dalla temperatura dell'aria nuova, dalla temperatura dell'aria evacuata e dalla temperatura dell'aria che esce dall'unità di controllo termico.

L'invenzione riguarda anche l'allestimento di una centrale di trattamento dell'aria che assicura l'una e/o l'altra delle funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale e comprende un'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione.

Nella letteratura scientifica sono descritti numerosi sistemi che permettono di assicurare una regolazione della portata d'aria ventilata in funzione della presenza misurata nella sala o nell'edificio servito.

Le variazioni tecnologiche si differenziano per il sistema di rilevazione o di conteggio della presenza (misura ottica, rivelazione di presenza ad infrarossi, misura di anidride carbonica, ecc.) o per il sistema di regolazione di portata (chiusura di valvole dell'aria, variatori di tensione sui ventilatori, variatori di frequenza, ecc.).

Alcuni sistemi sono oggetto di brevetti e descrivono sistemi integrati comprendenti tutti gli elementi della funzione di ventilazione. Essi sono proposti sotto forma di cassoni di ventilazione che integrano funzioni di misura della qualità dell'aria e di regolazione della ventilazione.

Le tecniche di ventilazione modulata o di ventilazione regolata secondo la necessità sono state sviluppate a partire dagli anni 1980, principalmente nei paesi dell'Europa settentrionale e negli Stati Uniti d'America.

Queste tecniche consistono nell'asservire il regime di ventilazione degli edifici alle necessità reali e misurate di questi edifici. Con queste tecniche, si inietta nell'edificio e se ne estrae una minor quantità di aria nuova. Si economizza così l'energia di trasporto di quest'aria, cioè l'energia elettrica utilizzata dai ventilatori di estrazione o di soffiatura. Si economizza anche l'energia di trattamento dell'aria interna, cioè il suo riscaldamento, il suo raffreddamento, la sua umidificazione, ecc.

Queste economie sono ottenute senza deteriorare la qualità dell'aria interna dell'edificio, poiché il tasso di ventilazione è adattato con precisione alle necessità reali dell'edificio. Si misura per esempio il tasso di anidride carbonica contenuta nella sala per asservire il regime dei ventilatori.

Questi sistemi sono redditizi quando sono installati su grandi unità di trattamento dell'aria che trattano un volume d'aria la cui economia di trattamento ripaga le apparecchiature. In generale, si pone la soglia di redditività per Centrali di Trattamento dell'Aria (CTA) la cui portata di alimentazione con aria nuova supera 2500 m<3>/h.

Nel caso di queste grandi CTA, la gestione del volume d'aria iniettato è complessa, perché l'aria è utilizzata come un fluido termico che deve assicurare il riscaldamento o il raffreddamento dell'aria. Non si può gestire la quantità d'aria apportata nell'edificio in funzione del solo inquinamento di quest'aria. Si devono prendere in considerazione altri fattori necessari per il mantenimento di condizioni climatiche attese per il locale.

L'esperienza mostra che un sistema che tiene conto solamente della qualità dell'aria per regolare la quantità d'aria nuova fornita da una CTA non è in grado di regolare il comfort climatico della sala se questa CTA fornisce l'aria utilizzata come fluido termico.

Tuttavia, nessun sistema di Ventilazione Regolata secondo la Necessità integra in questi dispositivi funzioni di regolazione adatte per la gestione climatica del locale.

Inoltre, non sono stati proposti sistemi destinati ad inserirsi su centrali di trattamento dell'aria regolate da un'apparecchiatura automatica propria o da una gestione centralizzata dell'edificio e che siano compatibili con la regolazione esistente.

WO 00/43715 descrive un sistema di condizionamento dell'aria che tiene conto della qualità dell'aria, nello spazio condizionato, mediante un sensore sensibile all'anidride carbonica.

L'invenzione mira ad ovviare agli inconvenienti esposti sopra, proponendo un sistema capace di gestire CTA che assicurano l'alimentazione con aria di locali con inquinamento non specifico, cioè locali in cui l'inquinamento è attribuito solo alla presenza di occupanti umani e/o animali. L'invenzione mira anche a economizzare l'energia elettrica consumata per assicurare un condizionamento soddisfacente, con una buona qualità dell'aria condizionata.

Secondo l'invenzione, un'apparecchiatura automatica destinata ad assicurare contempo raneamente le funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale, l'apparecchiatura essendo capace di adattarsi ad una centrale di trattamento dell'aria che assicura l'una e/o l'altra delle due funzioni, o entrambe, e comprendendo:

- una valvola di ammissione di aria nuova;

- una valvola di estrazione di aria evacuata;

- una valvola di miscelazione per formare una miscela dell'aria nuova con aria rimessa in circolo ricavata dall'aria evacuata;

- un ventilatore di soffiatura della miscela;

- un ventilatore di estrazione dell'aria evacuata; e - un'unità di controllo termico per apportare calorie o frigorie a detta miscela prima di soffiarla nel locale;

questi elementi essendo comandati da una regolazione di detta centrale in funzione di criteri di comfort termico misurati dalle temperature dell'aria nuova, dell'aria evacuata e dell'aria che esce dall'unità di controllo termico;

detto apparecchiatura automatica essendo sensibile a parametri di qualità dell'aria scelti tra misure della quantità di CO2o misure dell'umidità o entrambe, effettuate nell'aria evacuata;

è caratterizzata dal fatto di comprendere un variatore per ogni ventilatore di soffiatura e di estrazione, e dal fatto di gestire inizialmente solo il comando di miscelazione aria nuova/aria rimessa in circolo nell'aria soffiata, e poi il comando dei due variatori di ventilazione agenti sui ventilatori, secondo il comfort termico e la qualità dell'aria attesi.

Preferibilmente, l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione comanda, in funzione di questi parametri di qualità, l'apertura:

- della valvola di ammissione dell'aria nuova; e - della valvola di estrazione dell'aria evacuata.

Più in particolare, l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione comprende anche mezzi di umidificazione della miscela di aria nuova e aria rimessa in circolo.

Ancora più in particolare, l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione:

- regola dapprima la qualità dell'aria di detto locale aumentando l'apertura delle valvole di ammissione a velocità di ventilazione minima fino a che non si può più ottenere il valore di regolazione programmato; poi

- aumenta progressivamente la velocità di soffiatura dei ventilatori; poi

- verifica il valore di temperatura programmato;

- regola l'ammissione e la velocità di soffiatura secondo il valore programmato di qualità dell'aria o temperatura che richiede un maggior apporto di aria nuova.

Secondo una forma preferita di realizzazione, l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione prevede anche un modo di raffreddamento o di riscaldamento naturale che permette di evitare l'apporto energetico di calorie o frigorie e in cui, prima di qualsiasi attivazione, si verifica la temperatura esterna e si apre progressivamente la portata d'aria fresca in funzione della differenza tra la temperatura interna e la temperatura esterna.

Secondo un'altra forma preferita di realizzazione, l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione prevede anche un modo di raffreddamento notturno in cui si registra la temperatura esterna attorno alle ore 6.00 e, se questa temperatura supera un valore di temperatura programmato, si forza a titolo preventivo la ventilazione per raffreddare la sala finché la temperatura non è uguale alla temperatura esterna aumentata di 0,5°C, con un massimo di ventilazione di 30 minuti.

Secondo ancora un'altra forma preferita di realizzazione, l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione prevede anche un modo di depurazione dell'aria in cui si forza una depurazione dell'aria di detto locale in funzione di un orario o di una data in cui si sa che la qualità dell'aria esterna sarà degradata durante la giornata, attivando la ventilazione per una durata stabilita, per esempio per 30 minuti.

Infine, la presente invenzione riguarda una centrale di trattamento dell'aria che assicura l'una e/o l'altra delle funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale e comprende un'apparecchiatura automatica secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione presentate sopra.

L'innovazione presentata ha la funzione di regolare, su una centrale di trattamento dell'aria, la quantità d'aria ventilata utile per mantenere la qualità dell'aria e le condizioni climatiche attese della sala servita. E' il coordinamento delle funzioni di rinnovo dell'aria e delle funzioni di riscaldamento-climatizzazione mediante il flusso d'aria, integrate nello stesso sistema di modulazione della ventilazione in funzione delle necessità misurate del locale, che conferisce al sistema il suo carattere inventivo.

Anche se questo non è lo scopo principale dell'invenzione, una CTA comprendente l'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione potrà per esempio essere utilizzata anche per mantenere una temperatura di processo in un locale industriale, indipendentemente da qualsiasi vincolo sulla qualità dell'aria.

L'invenzione presenta numerosi vantaggi e, in particolare, la possibilità di installare l'apparecchiatura automatica, che rappresenta un sistema autonomo, su centrali di trattamento dell'aria esistenti, dotate di una propria regolazione, ciò che costituisce un'innovazione importante.

Il sistema è progettato principalmente per integrarsi su una CTA esistente munita del proprio automatismo. Si parlerà di automatismo preesistente. Questa funzione è realizzata da un'apparecchiatura automatica industriale programmabile o da una Gestione Tecnica Centralizzata. L'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione è un sistema autonomo indipendente che funziona in parallelo all'automatismo esistente e come complemento di questo.

L'invenzione si applica alla regolazione di una centrale di trattamento dell'aria che alimenta un locale esclusivo con inquinamento non specifico, dove si ritiene che l'occupazione dei locali e la qualità dell'aria siano omogenee. Il sistema può anche gestire edifici con più zone, a condizione che siano soddisfatti certi criteri di omogeneità dell'aria.

Si considera che la sala sia riscaldata o raffreddata dalla CTA, ciò che non esclude che la sala possa essere dotata di elementi di riscaldamento aggiuntivi, in particolare per vincere le perdite in corrispondenza delle pareti.

L'invenzione sarà compresa meglio leggendo la descrizione dettagliata fatta nel seguito con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la fig. 1 rappresenta una CTA classica e i suoi elementi di funzionamento;

- la fig. 2 rappresenta la CTA di fig. 1 munita dell'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione;

- la fig. 3 rappresenta la percentuale di aria nuova in funzione della quantità di CO2nel modo di riscaldamento della CTA, comandata dall'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione a velocità minima del variatore;

- la fig. 4 rappresenta la variazione del variatore in funzione della quantità di CO2nel modo di riscaldamento della CTA, comandata dall'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione una volta raggiunta la soglia di CO2alla velocità minima del variatore;

- la fig. 5 rappresenta la variazione del variatore in funzione della differenza tra la temperatura di soffiatura e la temperatura programmata (qui fissata a 40°C);

- la fig. 6 rappresenta la variazione del variatore in funzione della differenza tra la temperatura ambiente (qui fissata a 19°C) e la temperatura dell'aria evacuata;

- la fig. 7 rappresenta la variazione del variatore in funzione della differenza tra la temperatura dell'aria evacuata e la temperatura di climatizzazione (qui fissata a 24°C);

- la fig. 8 rappresenta la variazione del variatore in funzione della differenza tra la temperatura minima dell'aria soffiata e la temperatura di soffiatura;

- la fig. 9 rappresenta la variazione della miscela aria nuova/aria rimessa in circolo in funzione della differenza tra la temperatura dell'aria evacuata e la temperatura ambiente (qui fissata a 19°C);

- la fig. 10 rappresenta la variazione della miscela aria nuova/aria rimessa in circolo in funzione della differenza tra la temperatura di soffiatura e la temperatura minima dell'aria soffiata;

- la fig. 11 rappresenta il diagramma di flusso del funzionamento dell'apparecchiatura relativo al comando della valvola di aria nuova;

- la fig. 12 rappresenta il diagramma di flusso di funzionamento dell'apparecchiatura relativo al comando dei variatori dei ventilatori di estrazione e d'introduzione della miscela di aria; e

- la fig. 13 presenta la registrazione delle prestazioni dell'apparecchiatura su un sito dì installazione durante una giornata di assemblea in un auditorium.

In fig. 1 è rappresentata una centrale di trattamento dell'aria per assicurare contemporaneamente le funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale L.

Questa centrale comprende:

- una valvola di ammissione di aria nuova 1;

- una valvola di estrazione di aria evacuata 2;

- una valvola di miscelazione 3 per formare una miscela dell'aria nuova con aria rimessa in circolo ricavata dall'aria evacuata;

- un ventilatore di soffiatura della miscela 4;

- un ventilatore di estrazione dell'aria evacuata 5; e

- un'unità di controllo termico 6 per apportare calorie 6a o frigorie 6b a detta miscela prima di soffiarla nel locale.

Questi elementi sono comandati da una regolazione 7 di detta centrale in funzione di criteri di comfort termico, essenzialmente la temperatura, eventualmente il tasso d'umidità o la velocità di soffiatura dell'aria entrante, misurati per l'aria nuova A.N., l'aria evacuata A.Ev. e l'aria uscente dall'unità di controllo termico A.P.

In fig. 2, la CTA di fig. 1 è completata con l'apparecchiatura automatica A oggetto della presente invenzione.

Come si vede nella figura, detta apparecchiatura automatica A è sensibile a parametri di qualità dell'aria diversi dalla temperatura e in particolare, in questo caso misure 8a, 8b, 8c della quantità di CO2rispettivamente sull'aria nuova A.N., sull'aria evacuata A.Ev. e sull'aria uscente dall'unità di controllo termico A.P.

L'invenzione si basa quindi su:

- un'apparecchiatura automatica industriale autonoma che assicura le funzioni di acquisizione, registrazione di dati, regolazione, comando di organi, programmazione industriale e comunicazione su rete telefonica o via Internet;

- una sonda di qualità dell'aria, installata nel condotto di evacuazione dell'aria o nella zona ventilata. La sonda è una sonda di concentrazione di anidride carbonica nell'aria ambiente o qualsiasi altro dispositivo che permetta di misurare la presenza nella zona ventilata;

- sonde di temperatura o duplicazioni di misure di temperatura, cioè temperatura dell'aria ambiente, temperatura dell'aria soffiata, temperatura dell'aria esterna, temperatura dell'aria estratta, ed eventualmente

- sonde d'umidità o duplicazioni di misure d'umidità ambiente ed esterna;

- entrate logiche che forniscono informazioni sul funzionamento della CTA e sulle condizioni climatiche o ambientali del luogo geografico d'installazione della CTA (come dettagliato in seguito);

- un sistema di regolazione della proporzione di aria nuova nell'aria soffiata, cioè un motore che alimenta le valvole di miscelazione dell'aria nella CTA allestita;

- variatori elettronici di frequenza o qualsiasi altro sistema di regolazione delle portate d'aria assicurate dai ventilatori.

Il tutto può essere integrato in un armadio elettrico autonomo.

Principio generale di regolazione L'apparecchiatura automatica A gestisce inizialmente solo il comando 3 di miscelazione di aria nuova/aria rimessa in circolo nell'aria soffiata, e poi il comando dei due variatori B4, B5 di ventilazione agenti sui ventilatori 4, 5.

L'apparecchiatura automatica A non agisce sulla valvola a tre vie delle batterie calde 6a o fredde 6b della CTA.

Invece, il sistema automatico preesistente 7 cede la sua autorità sui due comandi dell'apparecchiatura automatica, in particolare sul comando 3 di miscelazione. Esso non assicura più la regolazione della miscelazione in funzione della temperatura.

L'ingresso principale dell'apparecchiatura automatica è la qualità dell'aria, ma tutte le misure citate in precedenza possono comandare le uscite, secondo un processo di regolazione specifico.

Regolazione dettagliata

Si dettaglieranno qui diversi modi di funzionamento dell'apparecchiatura automatica in funzione delle condizioni e della regolazione desiderate.

Nel seguito, si utilizzeranno le abbreviazioni seguenti per commentare le figure. Si ritroveranno queste abbreviazioni anche nelle figure.

I dati numerici sono indicativi e potranno variare secondo la regolazione desiderata.

• CO2: segnale CO2: espresso direttamente in parti per milione (ppm) di CO2: da 0 a 2000 ppm.

• TSO: temperatura di soffiatura in °C.

• TEX: temperatura esterna, o dell'aria nuova, in °C.

• TRE: temperatura dell'aria evacuata in °C.

• Valori programmati dei variatori: VAR, espressi in percentuale della frequenza richiesta nella gamma 0 - frequenza massima (50 Hz). Si noti che si passa direttamente da 0 a 30% (frequenza minima attorno a 15 Hz). MIN e MAX sono le corrispondenti portate minima e massima.

• Miscela aria nuova/aria estratta: MAN, espressa in percentuale da 0 a 100%, 0 essendo la posizione tutta aria recuperata (rimessa in circolo massima) e 100 la posizione tutta aria nuova (nessuna rimessa in circolo).

• Entrata logica d'orologio: HOR, 0 se a riposo, 1 se in funzione.

• Entrata logica di climatizzazione: CLIM, 0 se la climatizzazione è spenta, 1 se funziona.

• Valore programmato della temperatura di attesa:

TVE, in °C. Temperatura minima a cui si mantiene la sala durante l'inverno, anche durante l'arresto delle CTA. In generale uguale a 14°C.

• Valore programmato della temperatura ambiente:

TAM, 19°C.

• Valore programmato della temperatura di climatizzazione: TCL, 24°C;

• Valore programmato della temperatura minima dell'aria soffiata: TBS (temperatura sotto la quale la valvola a tre vie scalda l'aria soffiata): 14 o 16°C (evita la condensazione e correnti d'aria fredda).

• Valore programmato di temperatura che fa scattare il raffreddamento notturno: TRN = 16°C.

In caso di conflitto sul valore VAR o MAN, è il comando corrispondente alla portata maggiore a prevalere.

Modo di riposo

Attivato dall'orologio interno dell'apparecchiatura automatica A o da un segnale logico.

Il modo di riposo significa che non è previsto l'ingresso di persone nel locale in un tempo inferiore a due ore.

L'impianto è fermo ma si mantiene la sala alla temperatura minima di attesa (14°C).

HOR = 0

CTA ferma

Se TRE > TVE

nessuna ventilazione. Rimessa in circolo completa. La sala è sufficientemente calda. La regolazione esistente comanda la valvola a tre vie per mantenere la batteria fuori congelamento.

VAR = 0

MAN = 0

Se TRE < TVE

si invia aria appena sufficiente per riscaldare la sala. Rimessa in circolo completa.

VAR = MIN

MAN = 0

Modo di riscaldamento

L'apparecchiatura automatica A si occupa solo della qualità dell'aria. La CO2pilota dapprima l'apertura della valvola 3 in modo PID (con il variatore B4 del ventilatore di soffiatura 4 a regime minimo secondo la fig. 3), poi la portata in modo PI modificando il regime del ventilatore di soffiatura 4 con il variatore B4, secondo la fig. 4.

L'automatismo esistente 7 si occupa del controllo della temperatura di soffiatura mediante la valvola a tre vie. Esso non ha più alcuna autorità sull'apertura della valvola 3.

HOR = 1

CTA in funzione

Questo ciclo può presentare problemi di cinetica perché un battimento troppo instabile delle valvole può danneggiare i motori. Occorre dunque prevedere una costante di tempo elevata per evitare questi battimenti.

Se TSO > 40°C

la temperatura di soffiatura diventa troppo elevata. Questa temperatura è normalmente limitata dalla regolazione esistente delle valvole per l'acqua calda. Tuttavia, occorre controllare la temperatura del getto di soffiatura. La temperatura di recupero comanda allora la velocità dell'aria, secondo lo schema di fig. 5, nel modo PI o nel modo P per fornire la stessa quantità di calore con una portata d'aria maggiore ed un'aria soffiata meno calda.

Se non si può raggiungere la temperatura con la portata d'aria minima:

il getto d'aria è troppo sottile e occorre aumentare la portata d'aria, secondo lo schema di fig. 6, per trasmettere la potenza della batteria calda. Occorre una zona morta di 1°C e una TI molto elevata per non regolare la temperatura con la portata d'aria.

Modo di climatizzazione

Se CLIM = 1 e TRE > TCL

La climatizzazione è attaccata e la temperatura ambiente è superiore al valore programmato. La portata d'aria di soffiatura non può fornire abbastanza frigorie. Occorre aumentarla e asservirla alla temperatura di recupero in modo PI. Si veda la fig. 7.

Se CLIM = 1 e TSO < TBS

Il getto d'aria fredda è troppo intenso. Effetto di doccia fredda e rischio di condensazione, anche a piccola portata. In questo caso, occorre aumentare la portata per diminuire lo scarto tra temperatura ambiente e temperatura di soffiatura, nel modo PI (si veda la fig. 8).

In tutti questi modi, l'automatismo esistente può recuperare i suoi valori programmati abituali pilotando soltanto la valvola a tre vie.

Modo di raffreddamento naturale o "free cooling" E' un modo di aerazione importante che mira a risparmiare l'energia di climatizzazione.

Si cerca di raffreddare la sala senza apporto di climatizzazione, aprendo progressivamente la portata d'aria fresca. Il funzionamento è identico sia d'inverno sia d'estate. In inverno, si controlla di non soffiare un'aria troppo fredda, diminuendo l'apporto di aria nuova.

Per questo scopo, si prende come ordine il minimo del comando dell'aletta dell'aria di due regolatori (9, 10, figure 11, 12) asserviti alla temperatura ambiente e alla temperatura di soffiatura. E' questo minimo che sarà confrontato a MAX nel comparatore logico d'ordine superiore.

Nel periodo di climatizzazione, questo modo prevale.

Se CLIM = 0 e

se TRE > TEX e se TRE > TAM

Si apre la valvola di miscelazione su tutta aria fresca.

Si prende il minimo tra i due comandi di MAN, che è confrontato con il MAX del comando di CO2. Si vedano le figure 9 e 10

Nessun comando supplementare sulla portata d'aria. Se CLIM = 1 e

se TRE > TEX e se TRE > TCL

lo schema è identico.

La messa in funzione del modo di climatizzazione non cambia niente in questo scenario. Tuttavia, in questo caso, si confronta la temperatura ambiente con la temperatura programmata per l'estate.

Si può prevedere lo stesso ciclo in "free heating": ciò significa che si invia un'aria esterna più calda di quella del locale, prima di riscaldarlo. Si noterà che questo modo, già abbastanza raro in un edificio normale, è qui ancora più eccezionale perché il locale a zona unica è generalmente ben isolato e la sua occupazione fa aumentare rapidamente la temperatura.

Modo di raffreddamento notturno

Funziona unicamente nel periodo estivo.

Principio: si registra la temperatura esterna (temperatura dell'aria nuova) alle ore 6 del mattino (minimo teorico della giornata). Se questa temperatura supera un valore programmato TRN, si forza a titolo preventivo la ventilazione per raffreddare la sala finché la temperatura ambiente non è uguale alla temperatura esterna aumentata di 0,5°C, con un massimo di ventilazione di una mezz'ora.

Verso le ore 6 del mattino occorre quindi togliere la CTA dallo stato di riposo, farla funzionare in free cooling un po' prolungato, e poi riportare a riposo la CTA attendendone l'ora di funzionamento.

Se CLIM = 1 e TRE > TRN

finché TRE > TEX 0,5

HOR = 1

VAR = 100%

MAN = 100%

HOR = 0

Modo di depurazione dell'aria

Modo progettato per le CTA in ambiente urbano, in particolare nelle metropoli che dispongono di un sistema di sorveglianza della qualità dell'aria.

Il principio si basa sul fatto che l'inquinamento urbano subisce variazioni diurne dovute alle fluttuazioni della circolazione: i picchi sono raggiunti tra le 8 e le 10 e poi tra le 17 e le 19. L'idea è quindi di forzare il riempimento delle sale con aria ventilando al massimo per una mezz'ora, prima dei picchi d'inquinamento. Si lascia così una riserva d'aria non inquinata nella sala, aspettando il servizio.

Le reti di sorveglianza della qualità dell'aria trasmettono una previsione per un indicatore di qualità dell'aria al server centrale che controlla più sistemi come l'apparecchiatura automatica A. Questo indicatore subisce un trattamento adeguato. In funzione di questo, un programma specializzato decide che occorre fornire un comando di depurazione dell'aria. Questo comando è indirizzato all'apparecchiatura automatica A via Internet o via modem.

Un metodo più semplice consiste nell'attivare il comando "depurazione dell'aria" in funzione di un orario o di un calendario in cui si sa che la qualità dell'aria esterna sarà degradata durante la giornata.

Se si è in regime di depurazione dell'aria, il comando è il seguente:

Finché il contatore di funzionamento < 30 minuti HOR = 1

VAR = 100%

MAN = 100%

HOR = 0

L'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione permette la registrazione continua delle misure di qualità dell'ambiente, ciò che garantisce che la ventilazione sia stata sempre conforme alle prescrizioni regolamentari e alle esigenze degli occupanti della sala. Questo è un fattore importante per l'ottenimento di un parere tecnico o di un certificato regolamentare.

La parametrizzazione della regolazione è effettuata in seguito ad una verifica strumentale svolta preventivamente sulla CTA. Questa verifica si basa sulla registrazione di misure di pressione, temperatura, tasso di anidride carbonica nelle diverse arie gestite dalla CTA, nonché su consumi energetici rilevati. La verifica calcola anche la redditività dell'allestimento sul sito.

Le figure 11 e 12 presentano un riassunto sinottico dei vari modi di funzionamento dell'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione. Esse presentano in particolare le fasi successive di ognuno di questi modi di funzionamento secondo i valori programmati impostati e le variabili da prendere in considerazione.

In fig. 11, per esempio, sono presentate le sequenze e i parametri che comandano la miscela aria nuova/aria estratta (MAN), con il variatore al minimo. In parallelo, la fig. 12 presenta le sequenze e i parametri che comandano i variatori (VAR) dei ventilatori, quando non si possono più rispettare i valori programmati imposti agendo unicamente sulla miscela (MAN).

La prima sequenza di fig. 11 (PID1) mostra che si effettua una misura di CO2. Si confronta questa misura con il valore programmato 600-CO2max1 a partire dal quale si inizia ad agire sul selettore 11 della valvola di miscelazione MAN. La variabile HOR = 1 precisa che l'apparecchiatura è in funzione.

Una volta superato questo valore programmato, cioè quando non lo si può più rispettare agendo unicamente sull'apertura della valvola della miscelazione, si passa allora alla prima sequenza di fig. 12 (PID2). In questa, si misura CO2, che deve restare inferiore a CO2max1 - CO2max2.

Le altre sequenze vanno interpretate in modo simile in funzione delle variabili definite e del modo di funzionamento definito dell'apparecchiatura.

Nel seguito, si presenta un esempio di progetto di realizzazione dell'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione.

L'apparecchiatura è destinata ad una CTA di un auditorium.

Il locale è un auditorium di prestigio con una capacità di 160 posti. La portata nominale d'aria nuova è 8800 m<3>/h. Il riscaldamento, la climatizzazione e il trasporto dell'aria nuova corrispondono ad un consumo energetico di circa 80 MWh/anno.

La verifica dimostra che il tasso d'occupazione di questo locale è basso, ma tipico per questo tipo di utilizzazione: 15%.

Bilancio di previsione dell'allestimento:

- guadagno di comfort termico grazie ad una diminuzione sensibile delle portate d'aria sotto le sedie dei presenti;

- diminuzione misurata della turbolenza dell'aria; - riduzione del rumore di ventilazione durante la fase di penetrazione nell'auditorium: da 2 a 3 dB acustici;

- temperatura ambiente e qualità sanitaria dell'aria non alterate;

- guadagni di energia: circa 30 MWh termici e 8 MWh elettrici distribuiti su un anno.

Questa prova di messa in opera dell'apparecchiatura automatica secondo l'invenzione ha dato i risultati illustrati dalla fig. 13 durante un'assemblea.

Questa fig. 13 comprende più curve tracciate secondo un sistema di assi rettangolari che comprendono, in ascissa, il tempo espresso in ore, e sulle ordinate, sull'asse verticale di destra, la scala di temperatura in °C, le cui graduazioni servono anche come percentuale d'energia consumata, e, sull'asse verticale di sinistra, il tenore in CO2dell'aria, espresso in ppm.

La temperatura, mantenuta a 21°C, è tracciata in linea continua sottile. La misura di CO2, tracciata in linea punteggiata, esprime la qualità dell'aria (la soglia regolamentare è 1000 ppm). L'energia consumata, espressa in percentuale dell'energia utilizzata senza l'installazione, è tracciata in grassetto: la spesa di energia è adattata alle variazioni di presenza.

Su certi siti, il risparmio d'energia realizzato dovrebbe consentire di ammortizzare l'installazione in meno di 6 mesi.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura automatica (A) destinata ad assicurare contemporaneamente le funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale (L), l'apparecchiatura essendo capace di adattarsi ad una centrale di trattamento dell'aria che assicura l'una o l'altra delle due funzioni, o entrambe, e comprendendo: - una valvola di ammissione di aria nuova (1); - una valvola di estrazione di aria evacuata (2); - una valvola di miscelazione (3) per formare una miscela dell'aria nuova con aria rimessa in circolo ricavata dall'aria evacuata; - un ventilatore di soffiatura della miscela (4); - un ventilatore di estrazione dell'aria evacuata (5); e - un'unità di controllo termico (6) per apportare calorie (6a) o frigorie (6b) a detta miscela prima di soffiarla nel locale; questi elementi essendo comandati da una regolazione (7) di detta centrale in funzione di criteri di comfort termico misurati dalle temperature dell'aria nuova (A.N.), dell'aria evacuata (A.Ev.) e dell'aria che esce dall'unità di controllo termico (A.P.); detta apparecchiatura automatica (A) essendo sensibile a parametri di qualità dell'aria scelti tra misure della quantità di CO2, o misure dell'umidità, o entrambe, effettuate nell'aria evacuata; caratterizzata dal fatto di comprendere un variatore (B4, B5) per ogni ventilatore di soffiatura (4) e di estrazione (5), e dal fatto che l'apparecchiatura automatica (A) gestisce inizialmente solo il comando (3) di miscelazione aria nuova/aria rimessa in circolo nell'aria soffiata, poi il comando dei due variatori (B4, B5) di ventilazione agenti sui ventilatori (4, 5), secondo il comfort termico e la qualità dell'aria attesi.
2. 2. Apparecchiatura automatica secondo la riv. 1, caratterizzata dal fatto che comanda, in funzione di questi parametri di qualità, l'apertura: - della valvola (1) di ammissione dell'aria nuova; e - della valvola (2) di estrazione dell'aria evacuata.
3. 3. Apparecchiatura automatica secondo la riv. 1 o 2, caratterizzata dal fatto di comprendere anche mezzi di umidificazione della miscela di aria nuova e aria rimessa in circolo.
4. 4. Apparecchiatura automatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che essa: - regola dapprima la qualità dell'aria di detto locale aumentando l'apertura delle valvole di ammissione a velocità di ventilazione minima, fino a che non si può più ottenere il valore programmato di regolazione; poi - aumenta progressivamente la velocità di soffiatura dei ventilatori; poi - verifica il valore programmato di temperatura; - regola l'ammissione e la velocità di soffiatura secondo il valore programmato di qualità dell'aria o temperatura che richiede il maggior apporto di aria nuova.
5. 5. Apparecchiatura automatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto di prevedere anche un modo di raffreddamento o di riscaldamento naturale che permette di evitare l'apporto energetico di calorie o frigorie e in cui, prima di qualsiasi attivazione, si verifica la temperatura esterna e si apre progressivamente la portata d'aria fresca in funzione della differenza tra la temperatura interna e la temperatura esterna.
6. 6. Apparecchiatura automatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto di prevedere anche un modo di raffreddamento notturno in cui si registra la temperatura esterna attorno alle ore 6.00 e, se questa temperatura supera un valore di temperatura programmato, si forza a titolo preventivo la ventilazione per raffreddare la sala finché la temperatura non diventa uguale alla temperatura esterna aumentata di 0,5°C, con un massimo di ventilazione di 30 minuti.
7. 7. Apparecchiatura automatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto di prevedere anche un modo di depurazione dell'aria in cui si forza una depurazione dell'aria di detto locale in funzione di un orario o di una data in cui si sa che la qualità dell'aria esterna sarà degradata durante la giornata, attivando la ventilazione per una durata stabilita.
8. 8. Centrale di trattamento dell'aria che assicura l'una e/o l'altra delle funzioni di regolazione termica e di rinnovo dell'aria di un locale, caratterizzata dal fatto di comprendere un'apparecchiatura automatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.