ITTO20111132A1

ITTO20111132A1 - HIGH PERFORMANCE HEAT PUMP UNIT

Info

Publication number: ITTO20111132A1
Application number: IT001132A
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Pellegrini
Original assignee: Innovation Factory Scarl; Stp Srl
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-13
Also published as: US20140318171A1; WO2013088356A1; EP2791588A1; EP2791588B1

Description

â€œUNITAâ€™ A POMPA DI CALORE AD ALTE PRESTAZIONIâ€ â € œHIGH PERFORMANCE HEAT PUMP UNITâ €

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo dellâ€™invenzione Field of invention

La presente invenzione riguarda il settore delle pompe di calore. In particolare, l'invenzione si riferisce ad una unitÃ a pompa di calore adatta all'impiego per riscaldamento/raffrescamento di ambienti e produzione di acqua calda sanitaria con alte prestazioni in termini di efficienza energetica e di flessibilitÃ di impiego. Stato della tecnica The present invention relates to the heat pump sector. In particular, the invention refers to a heat pump unit suitable for use for space heating / cooling and for the production of domestic hot water with high performance in terms of energy efficiency and flexibility of use. State of the art

Le pompe di calore rappresentano una soluzione tecnica sempre piÃ¹ diffusa per soddisfare le esigenze di riscaldamento/raffrescamento di ambienti e/o di fluidi. Le ragioni di tale successo sono da ricondursi principalmente alle elevate efficienze energetiche, alla possibilitÃ di utilizzare un unico dispositivo sia per riscaldare sia per raffrescare (pompe di calore cosiddette "reversibili"), alla flessibilitÃ nella gestione di utenze termiche con esigenze differenti, e alla possibilitÃ , nel caso di uso per riscaldamento, di ridurre drasticamente l'impiego di combustibili fossili e quindi l'emissione di gas serra nocivi per l'ambiente. Heat pumps represent an increasingly widespread technical solution to meet the heating / cooling needs of environments and / or fluids. The reasons for this success are mainly due to the high energy efficiency, the possibility of using a single device for both heating and cooling (so-called "reversible" heat pumps), the flexibility in the management of thermal users with different needs, and the possibility, in the case of use for heating, to drastically reduce the use of fossil fuels and therefore the emission of greenhouse gases harmful to the environment.

Al fine di rendere l'impiego delle pompe di calore sempre piÃ¹ competitivo, l'attenzione di progettisti e produttori Ã ̈ rivolta ad un costante miglioramento delle loro prestazioni, sia in termini di efficienza energetica, sia in termini di flessibilitÃ di impiego (possibilitÃ di uso sia per riscaldamento sia per raffrescamento, possibilitÃ di soddisfare, anche contemporaneamente, piÃ¹ utenze termiche con esigenze differenti in termini di richiesta di potenza termica/frigorifera e/o di temperature di esercizio, capacitÃ di funzionamento a carichi parziali senza decadimento dell'efficienza energetica, ecc.). L'esigenza di ottimizzazione Ã ̈ particolarmente sentita per unitÃ a pompa di calore di elevata potenza termica/frigorifera (ad esempio, >100kW), tipicamente destinate all'impiego in grandi edifici con utenze termiche centralizzate, come ad esempio condomini, alberghi, ospedali, caserme, centri sportivi, piscine, ecc. In order to make the use of heat pumps more and more competitive, the attention of designers and manufacturers is aimed at a constant improvement of their performance, both in terms of energy efficiency and in terms of flexibility of use (possibility of use for both heating and cooling, possibility to satisfy, even at the same time, several thermal users with different needs in terms of demand for heating / cooling power and / or operating temperatures, operating capacity at partial loads without decaying energy efficiency , etc.). The need for optimization is particularly felt for heat pump units with high thermal / cooling power (for example,> 100kW), typically intended for use in large buildings with centralized thermal utilities, such as condominiums, hotels, hospitals. , barracks, sports centers, swimming pools, etc.

Nel caso delle pompe di calore a compressione di gas destinate al riscaldamento, una modalitÃ nota per migliorare il COP (Coefficient of Performance) consiste nell'eseguire un sottoraffreddamento del fluido operativo dopo la sua condensazione e nello sfruttare la potenza termica di sottoraffreddamento cosÃ¬ ottenuta per preriscaldare il fluido termovettore proveniente da un pozzo termico prima di inviarlo all'evaporatore per determinare l'evaporazione del fluido operativo. In the case of gas compression heat pumps intended for heating, a known way to improve the COP (Coefficient of Performance) consists in performing a subcooling of the operating fluid after its condensation and in exploiting the subcooling thermal power thus obtained. to preheat the heat transfer fluid coming from a thermal well before sending it to the evaporator to determine the evaporation of the operating fluid.

I documenti DE 3311505 A1 e WO 2011/045752 A1 descrivono l'impiego della soluzione sopramenzionata in particolare in pompe di calore a compressione di gas cosiddette "ad alta temperatura". Tali pompe di calore permettono di raggiungere temperature di condensazione di 80-85°C - indispensabili per il funzionamento dei convenzionali impianti di riscaldamento ad alta temperatura, i quali necessitano tipicamente di una temperatura di mandata del fluido termovettore almeno di circa 80°C - anche quando si dispone di un pozzo termico la cui temperatura media non supera i 7-10°C, come capita normalmente ad esempio con l'acqua di falda. Per poter operare con differenze di temperatura cosÃ¬ grandi si devono tipicamente impiegare pompe di calore a due stadi, le quali hanno perÃ² in genere COP relativamente bassi. Documents DE 3311505 A1 and WO 2011/045752 A1 describe the use of the aforementioned solution in particular in so-called "high temperature" gas compression heat pumps. These heat pumps allow to reach condensing temperatures of 80-85 ° C - indispensable for the operation of conventional high temperature heating systems, which typically require a delivery temperature of the heat transfer fluid of at least about 80 ° C - even when you have a thermal well whose average temperature does not exceed 7-10 ° C, as is normally the case, for example, with groundwater. In order to operate with such large temperature differences, two-stage heat pumps must typically be used, which however generally have relatively low COPs.

Nelle pompe di calore a due stadi descritte nei documenti sopramenzionati Ã ̈ presente uno scambiatore di calore addizionale connesso a valle del condensatore e a monte dei mezzi di espansione nel circuito di ciascuno stadio. Gli scambiatori di calore addizionali sono inoltre connessi in una linea di mandata di un fluido termovettore di un pozzo termico, a monte dell'evaporatore dello stadio a temperatura inferiore. E' cosÃ¬ possibile preriscaldare il fluido termovettore proveniente dal pozzo termico prima di inviarlo all'evaporatore del ciclo a pompa di calore a temperatura inferiore tramite la potenza termica derivante dal sottoraffreddamento dei fluidi operativi che compiono i cicli a pompa di calore a temperatura superiore e inferiore. Grazie a tale configurazione Ã ̈ possibile ottenere COP uguali o superiori a 3 anche in pompe di calore a due stadi. In the two-stage heat pumps described in the aforementioned documents there is an additional heat exchanger connected downstream of the condenser and upstream of the expansion means in the circuit of each stage. The additional heat exchangers are also connected in a delivery line of a heat transfer fluid of a heat well, upstream of the evaporator of the lower temperature stage. It is thus possible to preheat the heat transfer fluid coming from the thermal well before sending it to the evaporator of the heat pump cycle at a lower temperature by means of the thermal power deriving from the subcooling of the operating fluids that carry out the heat pump cycles at a higher temperature and inferior. Thanks to this configuration, it is possible to obtain COP equal to or greater than 3 even in two-stage heat pumps.

Sommario dell'invenzione Summary of the invention

II problema tecnico alla base della presente invenzione consiste nel mettere a disposizione una pompa di calore avente prestazioni migliorate rispetto a quelle di pompe di calore di pari tipologia e potenza della tecnica nota. In particolare, si desidera un'unitÃ a pompa di calore in grado di garantire un'elevata efficienza energetica, con COP in caso di riscaldamento o EER (Energy Efficiency Ratio) in caso di raffrescamento uguali o superiori a 3, in un ampio spettro di condizioni operative, anche in presenza di utenze termiche con esigenze differenti in termini di potenza termica/frigorifera e/o di temperature di esercizio richieste. The technical problem underlying the present invention consists in providing a heat pump having improved performances with respect to those of heat pumps of the same type and power of the known art. In particular, we want a heat pump unit capable of guaranteeing high energy efficiency, with COP in case of heating or EER (Energy Efficiency Ratio) in case of cooling equal to or greater than 3, in a broad spectrum of operating conditions, even in the presence of thermal users with different needs in terms of thermal / cooling capacity and / or required operating temperatures.

Le Richiedenti hanno percepito la possibilitÃ di risolvere tale problema tecnico sfruttando potenza termica derivante da un sottoraffreddamento successivo alla condensazione del fluido operativo in un ciclo a pompa di calore in maniera alternativa e piÃ¹ efficace rispetto alla soluzione presentata nella tecnica nota sopra descritta. The Applicants have perceived the possibility of solving this technical problem by exploiting the thermal power deriving from a subcooling subsequent to the condensation of the operating fluid in a heat pump cycle in an alternative and more effective way with respect to the solution presented in the prior art described above.

Lâ€™invenzione riguarda pertanto un'unitÃ a pompa di calore comprendente almeno un circuito principale atto a realizzare un ciclo a pompa di calore principale con un rispettivo fluido operativo, detto almeno un circuito principale comprendendo: The invention therefore relates to a heat pump unit comprising at least one main circuit suitable for realizing a main heat pump cycle with a respective operating fluid, called at least one main circuit comprising:

un condensatore principale atto a realizzare la condensazione del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale e destinato ad essere connesso con un circuito esterno di un primo impianto utilizzatore termico in una modalitÃ operativa per riscaldamento di detta unitÃ a pompa di calore; un primo scambiatore di calore connesso a valle di detto condensatore principale e a monte di mezzi di espansione di detto almeno un circuito principale, atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale dopo la condensazione del medesimo in detto condensatore principale, e a main condenser suitable for carrying out the condensation of the operating fluid of said main heat pump cycle and intended to be connected with an external circuit of a first thermal user plant in an operating mode for heating of said heat pump unit; a first heat exchanger connected downstream of said main condenser and upstream of expansion means of said at least one main circuit, adapted to provide a subcooling of the operating fluid of said main heat pump cycle after its condensation in said main condenser , And

un evaporatore principale atto a realizzare lâ€™evaporazione del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale e destinato ad essere connesso con un circuito esterno di un pozzo termico in una modalitÃ operativa per riscaldamento di detta unitÃ a pompa di calore, a main evaporator adapted to carry out the evaporation of the operating fluid of said main heat pump cycle and intended to be connected with an external circuit of a thermal well in an operating mode for heating of said heat pump unit,

caratterizzata dal fatto di comprendere un circuito secondario atto a realizzare un ciclo a pompa di calore secondario con un rispettivo fluido operativo, detto circuito secondario comprendendo: characterized in that it comprises a secondary circuit suitable for carrying out a secondary heat pump cycle with a respective operating fluid, said secondary circuit comprising:

un evaporatore secondario atto a realizzare almeno lâ€™evaporazione del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore secondario ed in relazione di scambio termico con detto primo scambiatore di calore per trasferire potenza termica rilasciata dal fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale durante detto sottoraffreddamento al fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore secondario, e a secondary evaporator capable of carrying out at least the evaporation of the operating fluid of said secondary heat pump cycle and in a heat exchange relationship with said first heat exchanger to transfer thermal power released by the operating fluid of said main heat pump cycle during said subcooling to the operating fluid of said secondary heat pump cycle, e

- un condensatore secondario atto a realizzare la condensazione del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore secondario e destinato ad essere connesso con il circuito esterno di detto primo impianto utilizzatore termico o con un circuito esterno di un secondo impianto utilizzatore termico, distinto da detto primo impianto utilizzatore termico. - a secondary condenser suitable for carrying out the condensation of the operating fluid of said secondary heat pump cycle and intended to be connected with the external circuit of said first thermal user system or with an external circuit of a second thermal user system, distinct from said first thermal user system.

Ne ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni Within the scope of the present description and the subsequent claims

- con l'espressione "ciclo a pompa di calore" si intende indicare un generico ciclo termodinamico inverso, cioÃ ̈ un ciclo termodinamico atto a trasferire potenza termica da un mezzo o sistema a temperatura inferiore ad un mezzo o sistema a temperatura superiore, o allo scopo di aumentare o mantenere elevata la temperatura del mezzo o sistema a temperatura superiore (funzionamento per riscaldamento), o allo scopo di diminuire o mantenere bassa la temperatura del mezzo o sistema a temperatura inferiore (funzionamento per raffrescamento), e - the term "heat pump cycle" means a generic inverse thermodynamic cycle, that is a thermodynamic cycle capable of transferring thermal power from a medium or system at a lower temperature to a medium or system at a higher temperature, or to for the purpose of raising or maintaining the temperature of the higher temperature medium or system (heating operation), or for the purpose of decreasing or maintaining low the temperature of the lower temperature medium or system (cooling operation), and

- con l'espressione "pozzo termico" si intende indicare un mezzo o sistema in grado di cedere o assorbire potenza termica senza variazioni apprezzabili della sua temperatura media. - the term "thermal well" refers to a medium or system capable of yielding or absorbing thermal power without appreciable variations in its average temperature.

Nellâ€™unitÃ a pompa di calore dell'invenzione, grazie alla realizzazione di un ciclo a pompa di calore secondario con le caratteristiche citate, Ã ̈ vantaggiosamente possibile portare la potenza termica rilasciata durante il sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale sostanzialmente alla stessa temperatura alla quale viene rilasciata la potenza termica di condensazione nel condensatore principale. In questo modo anche la potenza termica di sottoraffreddamento del fluido operativo principale puÃ² essere trasferita all'impianto utilizzatore termico servito dal ciclo a pompa di calore principale o ad un'altro impianto utilizzatore termico operante con temperature analoghe, aumentando la potenza termica utile complessiva che puÃ² essere fornita dallâ€™unitÃ a pompa di calore. In the heat pump unit of the invention, thanks to the realization of a secondary heat pump cycle with the aforementioned characteristics, it is advantageously possible to bring the thermal power released during the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle substantially at the same temperature at which the condensing heat output in the main condenser is released. In this way also the subcooling thermal power of the main operating fluid can be transferred to the thermal user system served by the main heat pump cycle or to another thermal user system operating at similar temperatures, increasing the overall useful thermal power that can be supplied by the heat pump unit.

Le Richiedenti hanno sorprendentemente trovato che, differentemente da quanto avviene ad esempio nel caso dell'accoppiamento in cascata di due cicli a pompa di calore secondo la tecnica nota, in questo caso l'aumento di potenza termica utile suddetto porta ad un miglioramento del COP globale. CiÃ² Ã ̈ fondamentalmente legato al fatto che tale aumento di potenza termica utile puÃ² essere raggiunto con un minimo dispendio aggiuntivo di energia, in particolare energia elettrica per la compressione del fluido operativo nel ciclo a pompa di calore secondario. Si Ã ̈ verificato che con una opportuna scelta dei fluidi operativi e dei parametri di funzionamento Ã ̈ vantaggiosamente possibile ottenere un aumento del COP fino al 20% rispetto ai valori ottenibili in pompe di calore convenzionali di pari tipologia e potenza. The Applicants have surprisingly found that, differently from what happens for example in the case of the cascade coupling of two heat pump cycles according to the prior art, in this case the increase in the aforesaid useful thermal power leads to an improvement in the overall COP . This is fundamentally linked to the fact that this increase in useful thermal power can be achieved with a minimum additional expenditure of energy, in particular electrical energy for the compression of the operating fluid in the secondary heat pump cycle. It has been verified that with an appropriate choice of operating fluids and operating parameters it is advantageously possible to obtain an increase in COP up to 20% compared to the values obtainable in conventional heat pumps of the same type and power.

Si deve infatti notare che il sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale avviene, per sua natura, con una variazione di temperatura. La potenza termica rilasciata durante il sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale rende pertanto possibile ottenere non solo lâ€™evaporazione, ma anche un forte surriscaldamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario. It should in fact be noted that the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle occurs, by its nature, with a temperature variation. The thermal power released during the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle therefore makes it possible to obtain not only evaporation, but also a strong overheating of the operating fluid of the secondary heat pump cycle.

Il grado di surriscaldamento ottenibile sul fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario, che Ã ̈ tanto piÃ¹ marcato quanto piÃ¹ ampia Ã ̈ lâ€™escursione termica del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale durante il sottoraffreddamento, ha due effetti importanti che contribuiscono ad una riduzione sensibile della potenza elettrica di compressione nel ciclo a pompa di calore secondario. The degree of superheating that can be obtained on the operating fluid of the secondary heat pump cycle, which is all the more marked the greater the temperature range of the operating fluid of the main heat pump cycle during subcooling, has two important effects which contribute to a significant reduction in the electrical compression power in the secondary heat pump cycle.

In primo luogo, si ha un aumento del salto entalpico subito dal fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario nello scambio termico con il fluido operativo principale nella fase di sottoraffreddamento. Fissata la potenza termica da trasferire tra i due fluidi, tale aumento di salto entalpico consente una corrispondentemente riduzione di portata massica del fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario, per cui viene richiesto un minore lavoro di compressione. Firstly, there is an increase in the enthalpy jump undergone by the operating fluid of the secondary heat pump cycle in the heat exchange with the main operating fluid in the subcooling phase. Once the thermal power to be transferred between the two fluids is fixed, this increase in enthalpy head allows a corresponding reduction in the mass flow rate of the operating fluid of the secondary heat pump cycle, for which less compression is required.

In secondo luogo, il surriscaldamento allontana il fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario dalle condizioni di saturazione e permette quindi lâ€™impiego di compressori con rendimenti isentropici piÃ¹ elevati, senza che vi sia il rischio di intersecare la curva limite superiore (ovvero curva di saturazione in condizioni di vapore) durante le compressione. Secondly, overheating removes the operating fluid of the secondary heat pump cycle from saturation conditions and therefore allows the use of compressors with higher isentropic efficiencies, without the risk of intersecting the upper limit curve (i.e. saturation curve in vapor conditions) during compression.

Entrambi gli aspetti menzionati contribuiscono ad una riduzione della potenza elettrica spesa per la compressione del fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario e, dunque, per quanto spiegato piÃ¹ sopra, allâ€™aumento del COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione. Both the aspects mentioned contribute to a reduction in the electrical power spent on compressing the operating fluid of the secondary heat pump cycle and, therefore, as explained above, to the increase in the overall COP of the heat pump unit. of the invention.

Lâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione con le caratteristiche sopramenzionate offre inoltre una notevole flessibilitÃ di impiego. Infatti, qualora non serva potenza termica addizionale alla temperatura superiore, o in caso di funzionamento per raffrescamento quando questa opzione Ã ̈ prevista, il ciclo a pompa di calore secondario puÃ² essere facilmente disattivato e la potenza termica derivante dal sottoraffreddamento del fluido operativo principale puÃ² essere scaricata nellâ€™ambiente esterno o sfruttata per altri scopi. The heat pump unit of the invention with the aforementioned characteristics also offers considerable flexibility of use. In fact, if no additional heat output is required at the higher temperature, or in the case of cooling operation when this option is provided, the secondary heat pump cycle can be easily deactivated and the heat output deriving from the subcooling of the main operating fluid can be discharged into the external environment or exploited for other purposes.

A questo proposito, si deve anche notare che lâ€™impiego del ciclo a pompa di calore secondario nell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione Ã ̈ compatibile e facilmente integrabile con altre soluzioni tecniche volte a sfruttare la potenza termica di sottoraffreddamento del fluido operativo principale, come ad esempio il preriscaldamento del fluido termovettore del pozzo termico attuato nei dispositivi della tecnica nota. In this regard, it should also be noted that the use of the secondary heat pump cycle in the heat pump unit of the invention is compatible and easily integrated with other technical solutions aimed at exploiting the subcooling thermal power of the fluid. operating principle, such as for example the preheating of the thermal carrier fluid of the thermal well implemented in the devices of the prior art.

In una forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione sia detto condensatore principale sia detto condensatore secondario sono destinati ad essere connessi con il circuito esterno di detto primo impianto utilizzatore termico e sono connessi tra loro in modo tale da risultare in serie in detto circuito esterno di detto primo impianto utilizzatore termico. In a preferred embodiment of the heat pump unit of the invention, both said main condenser and said secondary condenser are intended to be connected to the external circuit of said first thermal user system and are connected together in such a way as to result in series in said external circuit of said first thermal user system.

Questa forma di realizzazione permette vantaggiosamente di utilizzare sia la potenza termica di condensazione sia la potenza termica di sottoraffreddamento del fluido operativo principale per il medesimo impianto utilizzatore termico. This embodiment advantageously allows to use both the condensation thermal power and the subcooling thermal power of the main operating fluid for the same thermal user plant.

Una situazione di interesse per lâ€™impiego di questa forma di realizzazione Ã ̈ pertanto in combinazione con impianti di riscaldamento ad alta temperatura che prevedano elevate differenze di temperatura tra mandata e ritorno del rispettivo fluido termo vettore. A situation of interest for the use of this embodiment is therefore in combination with high temperature heating systems which provide for high temperature differences between the delivery and return of the respective thermal carrier fluid.

Vantaggiosamente, inoltre, grazie alla possibilitÃ di realizzare il riscaldamento del fluido termovettore dellâ€™impianto utilizzatore termico in due fasi che hanno luogo in successione nel condensatore secondario e nel condensatore principale, con questa forma di realizzazione Ã ̈ possibile migliorare ulteriormente il COP complessivo dell'unitÃ a pompa di calore. PoichÃ© infatti in questo caso il condensatore secondario deve contribuire solamente ad una parte del riscaldamento, a paritÃ di potenza termica da trasferire allâ€™impianto utilizzatore termico, Ã ̈ possibile abbassare la temperatura di condensazione nel ciclo a pompa di calore secondario, ottenendo una contestuale diminuzione del lavoro di compressione richiesto in tale ciclo e, in definitiva, un aumento del COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore. Advantageously, moreover, thanks to the possibility of heating the heat transfer fluid of the thermal user system in two phases which take place in succession in the secondary condenser and in the main condenser, with this embodiment it is possible to further improve the overall COP of the 'heat pump unit. In fact, since in this case the secondary condenser must contribute only to a part of the heating, with the same thermal power to be transferred to the thermal user system, it is possible to lower the condensation temperature in the secondary heat pump cycle, obtaining a simultaneous decrease in the compression work required in this cycle and, ultimately, an increase in the overall COP of the heat pump unit.

In unâ€™altra forma di realizzazione preferita, detto circuito principale comprende un primo sotto-circuito atto a realizzare un ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore con un rispettivo fluido operativo e un secondo sottocircuito atto a realizzare un ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore con un rispettivo fluido operativo, in cui detti primo e secondo sottocircuito sono tra loro in relazione di scambio termico in cascata in modo da realizzare complessivamente un ciclo a pompa di calore principale a due stadi, e in cui detto condensatore principale e detto primo scambiatore di calore sono connessi in detto primo sotto-circuito e detto evaporatore principale Ã ̈ connesso in detto secondo sotto-circuito. In another preferred embodiment, said main circuit comprises a first sub-circuit suitable for realizing a main heat pump cycle at a higher temperature with a respective operating fluid and a second sub-circuit suitable for realizing a heat pump cycle at a lower temperature with a respective operating fluid, in which said first and second sub-circuits are in cascade heat exchange relation to each other so as to achieve a two-stage main heat pump cycle overall, and in which said main condenser is said first heat exchanger are connected in said first sub-circuit and said main evaporator is connected in said second sub-circuit.

Tale configurazione del circuito principale permette di realizzare un ciclo a pompa di calore principale a due stadi, e di poter quindi operare con salti termici nettamente superiori a quelli ottenibili tramite un ciclo a pompa di calore a singolo stadio. Grazie a ciÃ² Ã ̈ vantaggiosamente possibile utilizzare lâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione con impianti utilizzatori termici funzionanti ad alta temperatura (ad esempio, impianti di riscaldamento a radiatori, che normalmente richiedono temperature di mandata attorno a 80°C) anche quando si dispone di un pozzo termico costituito da acqua o fluidi ambientali a bassa temperatura (ad esempio, acqua di falda o corrente in superficie o in profonditÃ , acqua di mare o lago, di acquedotti, acque reflue, ecc., con temperature medie tipicamente non inferiori a circa 7°C). This configuration of the main circuit makes it possible to create a two-stage main heat pump cycle, and therefore to be able to operate with significantly higher thermal jumps than those obtainable through a single-stage heat pump cycle. Thanks to this it is advantageously possible to use the heat pump unit of the invention with thermal user systems operating at high temperatures (for example, radiator heating systems, which normally require flow temperatures around 80 ° C). even when you have a thermal well consisting of water or low temperature environmental fluids (for example, groundwater or current water on the surface or in depth, sea or lake water, aqueducts, waste water, etc., with average temperatures typically not lower than about 7 ° C).

Preferibilmente, detto primo sotto-circuito comprende un secondo scambiatore di calore connesso a valle di detto primo scambiatore di calore e a monte di mezzi di espansione di detto primo sotto-circuito, detto secondo scambiatore di calore essendo atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore dopo la sua condensazione ed essendo selettivamente collegabile con il circuito esterno di detto pozzo termico in modo tale da realizzare un preriscaldamento di un fluido termovettore proveniente da detto pozzo termico per mezzo di potenza termica rilasciata durante detto sottoraffreddamento dal fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore. Preferably, said first sub-circuit comprises a second heat exchanger connected downstream of said first heat exchanger and upstream of expansion means of said first sub-circuit, said second heat exchanger being adapted to provide subcooling of the operating fluid of said main heat pump cycle at a higher temperature after its condensation and being selectively connectable with the external circuit of said heat well in such a way as to carry out a preheating of a heat transfer fluid coming from said heat well by means of thermal power released during said heat sink subcooling by the operating fluid of said higher temperature main heat pump cycle.

Il recupero di potenza termica derivante dal sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore per preriscaldare il fluido termovettore del pozzo termico quando l'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione Ã ̈ attiva in riscaldamento comporta un ulteriore miglioramento del COP complessivo. The recovery of thermal power deriving from the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature to preheat the thermal carrier fluid of the thermal well when the heat pump unit of the invention is active in heating involves a further improvement of the Overall COP.

Preferibilmente, detto secondo scambiatore di calore Ã ̈ inoltre selettivamente collegabile con un circuito esterno di un terzo impianto utilizzatore termico. Preferably, said second heat exchanger can also be selectively connected to an external circuit of a third thermal user plant.

In questo modo la potenza termica derivante dal sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore puÃ² essere utilizzata per servire unâ€™ulteriore utenza termica a media/bassa temperatura, ad esempio un impianto di riscaldamento con pannelli radianti a pavimento o soffitto, ventilconvettori, ecc. Le possibilitÃ di impiego e l'efficienza energetica complessiva dell'unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione risultano cosÃ¬ vantaggiosamente aumentate. In this way the thermal power deriving from the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature can be used to serve an additional medium / low temperature thermal user, for example a heating system with radiant floor panels. or ceiling, fan coils, etc. The possibilities of use and the overall energy efficiency of the heat pump unit of the invention are thus advantageously increased.

Preferibilmente, detto secondo sotto-circuito comprende un terzo scambiatore di calore connesso a valle di un condensatore e a monte di mezzi di espansione di detto secondo sotto-circuito, detto terzo scambiatore di calore essendo atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore dopo la condensazione del medesimo ed essendo selettivamente collegabile con il circuito esterno di detto pozzo termico in modo tale da realizzare, preferibilmente indipendentemente rispetto a detto secondo scambiatore di calore, un preriscaldamento di un fluido termovettore proveniente da detto pozzo termico per mezzo di potenza termica rilasciata durante detto sottoraffreddamento dal fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore. Preferably, said second sub-circuit comprises a third heat exchanger connected downstream of a condenser and upstream of expansion means of said second sub-circuit, said third heat exchanger being adapted to provide subcooling of the operating fluid of said cycle a main heat pump at a lower temperature after its condensation and being selectively connectable with the external circuit of said heat well in such a way as to achieve, preferably independently of said second heat exchanger, a preheating of a heat transfer fluid coming from said well thermal power by means of thermal power released during said subcooling by the operating fluid of said main heat pump cycle at a lower temperature.

Preferibilmente, detto terzo scambiatore di calore Ã ̈ inoltre selettivamente collegabile con il circuito esterno di detto terzo impianto utilizzatore termico. Preferably, said third heat exchanger is also selectively connectable with the external circuit of said third thermal user plant.

Queste forme di realizzazione replicano nel secondo sotto-circuito per la realizzazione del ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore quanto sopra descritto con riferimento al primo sotto-circuito per la realizzazione del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore, permettendo vantaggiosamente di aumentare la potenza termica disponibile per preriscaldare il fluido termovettore del pozzo termico o servire unâ€™utenza termica a media/bassa temperatura. These embodiments replicate in the second sub-circuit for the realization of the main heat pump cycle at a lower temperature as described above with reference to the first sub-circuit for the realization of the main heat pump cycle at a higher temperature, advantageously allowing to increase the thermal power available to preheat the heat transfer fluid of the thermal well or serve a medium / low temperature thermal user.

In una forma di realizzazione preferita, detto primo sotto-circuito comprende un quarto scambiatore di calore connesso a valle di detto condensatore principale e a monte di detto primo scambiatore di calore, detto quarto scambiatore di calore essendo atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore dopo la condensazione del medesimo ed essendo selettivamente collegabile con il circuito esterno di detto primo impianto utilizzatore termico in modo tale da risultare in serie con detto condensatore principale in detto circuito esterno di detto primo impianto utilizzatore. In a preferred embodiment, said first sub-circuit comprises a fourth heat exchanger connected downstream of said main condenser and upstream of said first heat exchanger, said fourth heat exchanger being adapted to provide subcooling of the operating fluid of said main heat pump cycle at a higher temperature after its condensation and being selectively connectable with the external circuit of said first thermal user system in such a way as to be in series with said main condenser in said external circuit of said first user system.

Questa forma di realizzazione permette vantaggiosamente di sfruttare potenza termica derivante da un sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale (ovvero del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore nel caso di ciclo a pompa di calore principale a due stadi) per preriscaldare il fluido termovettore del primo impianto utilizzatore termico, prima che esso giunga nel condensatore principale, con un effetto positivo sul COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore. This embodiment advantageously allows to exploit the thermal power deriving from a subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle (i.e. of the main heat pump cycle at a higher temperature in the case of a two-stage main heat pump cycle) for preheat the heat transfer fluid of the first thermal user system, before it reaches the main condenser, with a positive effect on the overall COP of the heat pump unit.

Si deve notare che i benefici sul COP ottenibili tramite tale soluzione sono legati alla frazione di potenza termica di sottoraffreddamento effettivamente utilizzabile rispetto a quella teoricamente disponibile, la quale Ã ̈ determinata dalla temperatura minima raggiungibile con il sottoraffreddamento, cioÃ ̈ la temperatura di evaporazione del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale (o del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore). It should be noted that the benefits on COP obtainable through this solution are linked to the fraction of the subcooling thermal power actually usable compared to that theoretically available, which is determined by the minimum temperature that can be reached with subcooling, i.e. the evaporation temperature of the fluid. operating mode of the main heat pump cycle (or of the main heat pump cycle at higher temperature).

Essendo la potenza termica di sottoraffreddamento utilizzabile tanto maggiore quanto piÃ¹ bassa Ã ̈ la temperatura di ritorno del fluido termovettore da riscaldare, la forma di realizzazione sopramenzionata risulta particolarmente vantaggiosa per un funzionamento dellâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione in tutte quelle condizioni operative in cui sia accettabile un abbassamento del livello di temperatura nellâ€™impianto utilizzatore termico a paritÃ di potenza termica ad esso trasferita. Tale situazione si presenta ad esempio in impianti di riscaldamento ad alta temperatura nel funzionamento durante le mezze stagioni. Since the subcooling heat output can be used the greater the lower the return temperature of the heat transfer fluid to be heated, the aforementioned embodiment is particularly advantageous for the operation of the heat pump unit of the invention in all those operating conditions in which a lowering of the temperature level in the thermal user plant is acceptable for the same thermal power transferred to it. This situation occurs, for example, in high-temperature heating systems when operating during the mid-seasons.

In generale, dunque, questa forma di realizzazione trova un impiego vantaggioso in combinazione con impianti di riscaldamento ad alta temperatura che prevedano la possibilitÃ di variare la temperatura di ritorno del fluido termovettore al fine di ottimizzare il funzionamento dellâ€™impianto di riscaldamento. In general, therefore, this embodiment finds an advantageous use in combination with high temperature heating systems which provide for the possibility of varying the return temperature of the heat carrier fluid in order to optimize the operation of the heating system.

Preferibilmente, lâ€™unitÃ a pompa di calore secondo lâ€™invenzione comprende mezzi di commutazione atti a consentire uno scambio delle connessioni dei circuiti esterni di almeno detto primo impianto utilizzatore termico e di detto pozzo termico rispettivamente con almeno detto condensatore principale e con detto evaporatore principale. Preferably, the heat pump unit according to the invention comprises switching means adapted to allow an exchange of the connections of the external circuits of at least said first thermal user plant and of said heat sink, respectively, with at least said main condenser and with said main evaporator.

CiÃ² permette di ottenere unâ€™unitÃ a pompa di calore reversibile, in grado di funzionare sia per riscaldamento sia per raffrescamento. Vantaggiosamente, la scelta di realizzare lâ€™inversione di ciclo scambiando tra loro i circuiti esterni rispettivamente della/e utenza/e termica/che e del pozzo termico svincola la commutazione tra le due modalitÃ di funzionamento dalla specifica configurazione dellâ€™unitÃ a pompa di calore (circuito principale con uno o due stadi, numero di scambiatori di calore connessi ad una medesima linea di mandata del o degli impianti utilizzatori termici, ecc.). This makes it possible to obtain a reversible heat pump unit, capable of operating for both heating and cooling. Advantageously, the choice of carrying out the cycle inversion by exchanging the external circuits respectively of the thermal user (s) and of the thermal well releases the switching between the two operating modes from the specific configuration of the pump unit heat (main circuit with one or two stages, number of heat exchangers connected to the same delivery line of the heating user plant (s), etc.).

Preferibilmente, il fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore principale, ovvero i fluidi operativi rispettivamente di detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore e detto ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore, e il fluido operativo di detto ciclo a pompa di calore secondario sono scelti dal gruppo costituito da: (E)-2-butene, (Z)-2-butene, 1-butiliene, dimetilchetone, metilacetilene, metil alcol, metilpentano, metilpropene, n-esano, R1270, R290, R600, R600a, R601 , R601a, RE-170, tetrametilmetano o RC-270. Preferably, the operating fluid of said main heat pump cycle, i.e. the operating fluids of said higher temperature main heat pump cycle and said lower temperature main heat pump cycle, respectively, and the operating fluid of said lower temperature cycle, respectively. secondary heat pump are selected from the group consisting of: (E) -2-butene, (Z) -2-butene, 1-butylene, dimethylketone, methylacetylene, methyl alcohol, methylpentane, methylpropene, n-hexane, R1270, R290, R600, R600a, R601, R601a, RE-170, tetramethylmethane or RC-270.

I fluidi refrigeranti suddetti sono caratterizzati da curve limite nel diagramma h - p (entalpia specifica - pressione) fortemente inclinate verso le entalpie crescenti, con inclinazione crescente al crescere della pressione. CiÃ² permette vantaggiosamente di realizzare sottoraffreddamenti anche molto spinti, i quali, come giÃ spiegato, permettono di esaltare tutti gli effetti benefici sullâ€™efficienza energetica complessiva delle forme di realizzazione piÃ¹ sopra descritte dellâ€™unitÃ a pompa di calore. The above mentioned refrigerant fluids are characterized by limit curves in the h - p diagram (specific enthalpy - pressure) strongly inclined towards increasing enthalpies, with increasing inclination as pressure increases. This advantageously allows to realize even very high subcooling, which, as already explained, allow to enhance all the beneficial effects on the overall energy efficiency of the above described embodiments of the heat pump unit.

L'invenzione riguarda anche un sistema per il riscaldamento/raffrescamento di ambienti e/o per la produzione di acqua calda sanitaria comprendente un'unitÃ a pompa di calore avente le caratteristiche precedentemente descritte. The invention also relates to a system for heating / cooling rooms and / or for the production of domestic hot water comprising a heat pump unit having the characteristics described above.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione di alcune sue forme di realizzazione preferite, fatta qui di seguito, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the following description of some of its preferred embodiments, made hereinafter, by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la Fig. 1 mostra un diagramma circuitale di una prima forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Fig. 1 shows a circuit diagram of a first preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

la Fig. 1A mostra schematicamente in un diagramma h - p i cicli a pompa di calore realizzati nellâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione nella forma di realizzazione di Fig. 1 ; Fig. 1A schematically shows in a diagram h - p the heat pump cycles carried out in the heat pump unit of the invention in the embodiment of Fig. 1;

la Fig. 2 mostra un diagramma circuitale di una seconda forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Fig. 2 shows a circuit diagram of a second preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

la Fig. 2A mostra schematicamente in un diagramma h - p i cicli a pompa di calore realizzati nellâ€™unitÃ a pompa di calore dellâ€™invenzione nella forma di realizzazione di Fig. 2; Fig. 2A schematically shows in a diagram h - p the heat pump cycles carried out in the heat pump unit of the invention in the embodiment of Fig. 2;

la Fig. 3 mostra un diagramma circuitale di una variante della forma di realizzazione di Fig. 2; Fig. 3 shows a circuit diagram of a variant of the embodiment of Fig. 2;

la Fig. 4 mostra un diagramma circuitale di una terza forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Fig. 4 shows a circuit diagram of a third preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

la Fig. 5 mostra un diagramma circuitale di una quarta forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Fig. 5 shows a circuit diagram of a fourth preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

la Fig. 6 mostra un diagramma circuitale di una quinta forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Fig. 6 shows a circuit diagram of a fifth preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

le Figg. 7A e 7B mostrano diagrammi circuitali di due configurazioni operative di una sesta forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Figs. 7A and 7B show circuit diagrams of two operating configurations of a sixth preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

le Figg. 8A e 8B mostrano diagrammi circuitali di due configurazioni operative di una settima forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Figs. 8A and 8B show circuit diagrams of two operating configurations of a seventh preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

le Figg. 9A e 9B mostrano diagrammi circuitali di due configurazioni operative di una ottava forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione; Figs. 9A and 9B show circuit diagrams of two operating configurations of an eighth preferred embodiment of the heat pump unit of the invention;

le Figg. 10A e 10B mostrano diagrammi circuitali di due configurazioni operative di una nona forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore dell'invenzione, e Figs. 10A and 10B show circuit diagrams of two operating configurations of a ninth preferred embodiment of the heat pump unit of the invention, and

la Fig. 11 mostra un diagramma circuitale di una decima forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore dell'invenzione. Fig. 11 shows a circuit diagram of a tenth preferred embodiment of the heat pump unit of the invention.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dellâ€™invenzione Detailed description of preferred embodiments of the invention

Nelle figure unâ€™unitÃ a pompa di calore in accordo con lâ€™invenzione viene complessivamente indicata con il riferimento numerico 1 . In the figures, a heat pump unit in accordance with the invention is indicated as a whole with the numerical reference 1.

In tali figure lâ€™unitÃ a pompa di calore 1 Ã ̈ rappresentata come parte di un sistema 100 per il riscaldamento/raffrescamento di ambienti e/o per la produzione di acqua calda sanitaria, comprendente almeno un circuito esterno di un impianto utilizzatore termico 10 ed un circuito esterno di un pozzo termico 20, i quali sono solo schematicamente rappresentati. In these figures the heat pump unit 1 is represented as part of a system 100 for space heating / cooling and / or for the production of domestic hot water, comprising at least one external circuit of a thermal user system 10 and an external circuit of a heat sink 20, which are only schematically represented.

In situazioni di impiego dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 nelle quali sia richiesta contemporaneamente sia produzione di caldo sia produzione di freddo, il pozzo termico 20 puÃ² essere sostituito da un ulteriore impianto utilizzatore termico in grado di utilizzare la potenza frigorifera o termica altrimenti smaltita tramite tale pozzo termico. In situations of use of the heat pump unit 1 in which both heat and cold production are required at the same time, the heat well 20 can be replaced by an additional thermal user system capable of using the cooling or thermal power otherwise disposed of through this thermal well.

La Fig. 1 , mostra una prima forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 in particolare per riscaldamento, comprendente un circuito principale 2 ed un circuito secondario 3 atti a realizzare rispettivi cicli a pompa di calore tra loro in relazione di scambio termico, con rispettivi fluidi operativi. Fig. 1 shows a first preferred embodiment of the heat pump unit 1 in particular for heating, comprising a main circuit 2 and a secondary circuit 3 suitable for carrying out respective heat pump cycles in relation to each other. heat exchange, with respective operating fluids.

Il circuito principale 2 per la realizzazione di un ciclo a pompa di calore principale HPCM comprende: un condensatore principale S4 atto a realizzare la condensazione del fluido operativo ad una pressione superiore del ciclo a pompa di calore principale HPCM e destinato ad essere connesso con il circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 10 in una modalitÃ operativa per riscaldamento dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 ; un evaporatore principale S8 atto a realizzare lâ€™evaporazione del fluido operativo ad una pressione inferiore del ciclo a pompa di calore principale HPCM e destinato ad essere connesso con il circuito esterno del pozzo termico 20 in una modalitÃ operativa per riscaldamento dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 ; un compressore C2 atto a portare il fluido operativo evaporato dalla pressione inferiore alla pressione superiore del ciclo a pompa di calore principale HPCM, e mezzi di espansione L2 - ad esempio, una valvola di laminazione o un altro dispositivo noto funzionalmente equivalente - atti a realizzare lâ€™espansione del fluido operativo dalla pressione superiore alla pressione inferiore del ciclo a pompa di calore principale HPCM. The main circuit 2 for the realization of a main heat pump cycle HPCM comprises: a main condenser S4 suitable for carrying out the condensation of the operating fluid at a higher pressure than the main heat pump cycle HPCM and intended to be connected with the circuit external heating user system 10 in an operating mode for heating the heat pump unit 1; a main evaporator S8 suitable for evaporating the operating fluid at a lower pressure than the HPCM main heat pump cycle and intended to be connected with the external circuit of the thermal well 20 in an operating mode for heating the unit heat pump 1; a compressor C2 suitable for bringing the operating fluid evaporated from the lower pressure to the upper pressure of the main heat pump cycle HPCM, and expansion means L2 - for example, a lamination valve or other functionally equivalent known device - suitable for realizing the € ™ expansion of the operating fluid from the upper pressure to the lower pressure of the HPCM main heat pump cycle.

Il circuito principale 2 comprende inoltre uno scambiatore di calore connesso a valle del condensatore principale S4 e a monte dei mezzi di espansione L2, atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo dopo la condensazione del medesimo nel condensatore principale S4 ed in relazione di scambio termico con il circuito secondario 3. The main circuit 2 also comprises a heat exchanger connected downstream of the main condenser S4 and upstream of the expansion means L2, adapted to provide a subcooling of the operating fluid after its condensation in the main condenser S4 and in a heat exchange relationship with the secondary circuit 3.

Nellâ€™ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni, le espressioni â€œa monteâ€ e â€œa valleâ€ vanno intese con riferimento ai versi di circolazione di fluido indicati nelle figure tramite frecce e determinati in generale rispettivamente dai compressori nel caso dei circuiti per la realizzazione del cicli a pompa di calore, e dalle pompe di circolazione nel caso dei circuiti esterni degli impianti utilizzatori termici e del pozzo termico. In the context of this description and the subsequent claims, the expressions `` upstream '' and `` downstream '' must be understood with reference to the fluid circulation directions indicated in the figures by arrows and determined in general respectively by the compressors in the case of circuits for the realization of heat pump cycles, and by circulation pumps in the case of external circuits of thermal user systems and of the thermal well.

Analogamente, il circuito secondario 3 per la realizzazione di un ciclo a pompa di calore secondario HPCS comprende: un condensatore secondario S1 atto a realizzare la condensazione del fluido operativo ad una pressione superiore del ciclo a pompa di calore secondario HPCS e destinato ad essere connesso con il circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 10 o con il circuito esterno di un altro e distinto impianto utilizzatore termico (v. impianto utilizzatore termico 11 in Fig. 3); un evaporatore secondario atto a realizzare almeno lâ€™evaporazione del fluido operativo ad una pressione inferiore del ciclo a pompa di calore secondario HPCS ed in relazione di scambio termico con detto scambiatore di calore del circuito principale 2 per trasferire potenza termica rilasciata dal fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale HPCM durante detto sottoraffreddamento al fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario HPCS; un compressore C3 atto a portare il fluido operativo evaporato dalla pressione inferiore alla pressione superiore del ciclo a pompa di calore secondario HPCS, e mezzi di espansione L3 - ad esempio, una valvola di laminazione o un altro dispositivo noto funzionalmente equivalente - atti a consentire lâ€™espansione del fluido operativo dalla pressione superiore alia pressione inferiore del ciclo a pompa di calore secondario HPCS. Similarly, the secondary circuit 3 for the realization of a secondary heat pump cycle HPCS comprises: a secondary condenser S1 suitable for carrying out the condensation of the operating fluid at a higher pressure than the secondary heat pump cycle HPCS and intended to be connected with the external circuit of the thermal user system 10 or with the external circuit of another and distinct thermal user system (see thermal user system 11 in Fig. 3); a secondary evaporator capable of at least evaporating the operating fluid at a lower pressure than the HPCS secondary heat pump cycle and in a heat exchange relationship with said heat exchanger of the main circuit 2 to transfer thermal power released by the operating fluid of the HPCM main heat pump cycle during said subcooling to the operating fluid of the HPCS secondary heat pump cycle; a compressor C3 adapted to bring the operating fluid evaporated from the lower pressure to the upper pressure of the secondary heat pump cycle HPCS, and expansion means L3 - for example, a lamination valve or other functionally equivalent known device - suitable to allow the € ™ expansion of the operating fluid from the upper pressure to the lower pressure of the HPCS secondary heat pump cycle.

Nelle forme di realizzazione preferite mostrate nelle figure detto scambiatore di calore del circuito principale 2 e lâ€™evaporatore secondario circuito secondario 3 sono integrati in un singolo dispositivo di scambio termico S2, allo scopo di una maggiore compattezza costruttiva e di una migliore efficienza di scambio termico. Non si escludono comunque forme di realizzazione in cui tali componenti sono separati e posti in relazione di scambio termico tramite un circuito intermedio per la circolazione di un opportuno fluido termovettore. In the preferred embodiments shown in the figures, said heat exchanger of the main circuit 2 and the secondary evaporator of the secondary circuit 3 are integrated in a single heat exchange device S2, for the purpose of greater constructive compactness and better exchange efficiency. thermal. However, embodiments in which these components are separated and placed in a heat exchange relationship by means of an intermediate circuit for the circulation of a suitable heat-carrying fluid are not excluded.

Il compressore C3 Ã ̈ preferibilmente un compressore a portata variabile, ad esempio un compressore a gradini di parzializzazione o con inverter. CiÃ² permette di controllare lâ€™entitÃ del sottoraffreddamento del fluido operativo nel ciclo a pompa di calore principale HPCM in corrispondenza del dispositivo di scambio termico S2 e, di conseguenza, la potenza termica che puÃ² essere resa disponibile in corrispondenza del condensatore secondario S1 , senza sollecitare il compressore con una ripetizione eccessiva di cicli on-off. The C3 compressor is preferably a variable displacement compressor, for example a step compressor or inverter compressor. This allows to control the amount of subcooling of the operating fluid in the main heat pump cycle HPCM at the heat exchange device S2 and, consequently, the thermal power that can be made available at the secondary condenser S1, without stress the compressor with an excessive repetition of on-off cycles.

Tramite il circuito secondario 3 ed il relativo ciclo a pompa di calore secondario HPCS sopra descritto Ã ̈ possibile innalzare il livello di temperatura della potenza termica rilasciata allâ€™atto del sottoraffreddamento del fluido operativo nel ciclo a pompa di calore principale HPCM, rendendo cosÃ¬ anche tale potenza termica utilizzabile dallâ€™impianto utilizzatore termico 10 ovvero da un altro e distinto impianto utilizzatore termico operante a media o alta temperatura. Grazie al fatto che tale risultato Ã ̈ ottenibile minimizzando la spesa energetica addizionale legata al compressore C3, come giÃ spiegato piÃ¹ sopra, lâ€™aumento di potenza termica utile si traduce in un aumento del COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1. La Fig. 1A mostra schematicamente in un diagramma h - p (entalpia specifica -pressione) i cicli a pompa di calore principale HPCM e secondario HPCS realizzabili nellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 di Fig. 1. Through the secondary circuit 3 and the relative HPCS secondary heat pump cycle described above, it is possible to raise the temperature level of the thermal power released upon subcooling of the operating fluid in the HPCM main heat pump cycle, thus making also this thermal power can be used by the thermal user system 10 or by another and distinct thermal user system operating at medium or high temperature. Thanks to the fact that this result can be obtained by minimizing the additional energy expenditure associated with the C3 compressor, as already explained above, the increase in useful thermal power translates into an increase in the overall COP of the heat pump unit 1 Fig. 1A schematically shows in a diagram h - p (specific enthalpy-pressure) the main HPCM and secondary HPCS heat pump cycles that can be carried out in the heat pump unit 1 of Fig. 1.

Si puÃ² in particolare osservare che nel ciclo a pompa di calore principale HPCM il fluido operativo subisce, dopo la condensazione Câ€™-Dâ€™ realizzata nel condensatore principale S4, un sotto raffreddamento Dâ€™-Eâ€™, realizzato nel dispositivo di scambio termico S2. Tramite il dispositivo di scambio termico S2 la potenza termica rilasciata durante il sottoraffreddamento Dâ€™-Eâ€™ viene trasferita al ciclo a pompa di calore secondario HPCS. Tale potenza termica viene impiegata per realizzare lâ€™evaporazione A"-Fâ€ del fluido operativo del ciclo a pompa di calore secondario HPCS ed anche un sostanziale surriscaldamento F"-Bâ€ del medesimo. Come giÃ spiegato piÃ¹ sopra, la possibilitÃ di realizzare tale elevato surriscaldamento ha ripercussioni vantaggiose sul ciclo a pompa di calore secondario HPCS, che a loro volta portano ad un miglioramento del COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 . In particular, it can be observed that in the main heat pump cycle HPCM the operating fluid undergoes, after the condensation Câ € ™ -Dâ € ™ realized in the main condenser S4, a sub-cooling Dâ € ™ -Eâ € ™, realized in the S2 heat exchange. Through the S2 heat exchange device, the thermal power released during the Dâ € ™ -Eâ € ™ subcooling is transferred to the HPCS secondary heat pump cycle. This thermal power is used to carry out the evaporation A "-Fâ € of the operating fluid of the HPCS secondary heat pump cycle and also a substantial overheating F" -Bâ € of the same. As already explained above, the possibility of achieving this high superheating has advantageous repercussions on the HPCS secondary heat pump cycle, which in turn lead to an improvement in the overall COP of the heat pump unit 1.

Le potenze termiche rilasciate rispettivamente durante la fase di condensazione Câ€™-Dâ€™ nel ciclo a pompa di calore principale HPCM in corrispondenza del condensatore principale S4 e durante la fase di condensazione Câ€ -Dâ€ nel ciclo a pompa di calore secondario HPCS in corrispondenza del condensatore secondario S1 , come detto, possono venire trasferite entrambe al medesimo impianto utilizzatore termico oppure a due impianti utilizzatori termici distinti. The thermal powers released respectively during the condensation phase Câ € ™ -Dâ € in the HPCM main heat pump cycle at the main condenser S4 and during the condensation phase Câ € -Dâ € in the secondary heat pump cycle HPCS in correspondence with the secondary condenser S1, as said, both can be transferred to the same thermal user system or to two separate thermal user systems.

Come mostrato in Fig. 1 , quando sia il condensatore principale S4 sia il condensatore secondario S1 sono destinati a servire il medesimo impianto utilizzatore termico, essi sono connessi tra loro in serie, con il condensatore secondario S1 a monte, in una linea FL1 predisposta nellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 per la connessione con il circuito esterno di tale impianto utilizzatore termico. In questo modo Ã ̈ possibile sfruttare il condensatore secondario S1 per effettuare un preriscaldamento del fluido termovettore dell'impianto utilizzatore termico, e il condensatore principale S4 per completare il riscaldamento fino al raggiungimento della temperatura di mandata richiesta. As shown in Fig. 1, when both the main condenser S4 and the secondary condenser S1 are intended to serve the same thermal user system, they are connected together in series, with the secondary condenser S1 upstream, in a line FL1 arranged in the € ™ heat pump unit 1 for connection with the external circuit of this thermal user system. In this way it is possible to use the secondary condenser S1 to preheat the heat transfer fluid of the thermal user system, and the main condenser S4 to complete the heating until the required delivery temperature is reached.

Come giÃ spiegato piÃ¹ sopra, poichÃ© in questo caso il condensatore secondario S1 deve contribuire solamente ad una parte del riscaldamento, a paritÃ di potenza termica da trasferire allâ€™impianto utilizzatore termico, Ã ̈ possibile abbassare la temperatura di condensazione nel ciclo a pompa di calore secondario HPCS, ottenendo una contestuale diminuzione del lavoro di compressione richiesto in tale ciclo e dunque un ulteriore miglioramento del COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 . As already explained above, since in this case the secondary condenser S1 must contribute only to a part of the heating, for the same thermal power to be transferred to the thermal user system, it is possible to lower the condensation temperature in the pump cycle. of secondary heat HPCS, obtaining a simultaneous decrease in the compression work required in this cycle and therefore a further improvement in the overall COP of the heat pump unit 1.

A seconda della temperatura minima del pozzo termico 20 a disposizione, la forma di realizzazione dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 mostrata in Fig. 1 puÃ² essere utilizzata con impianti utilizzatori termici a bassa/media oppure ad alta temperatura. Depending on the minimum temperature of the thermal well 20 available, the embodiment of the heat pump unit 1 shown in Fig. 1 can be used with low / medium or high temperature thermal user systems.

Se si dispone di un pozzo termico 20 con temperatura media non inferiore a circa 7°C, come capita ad esempio nel caso di acqua di falda o corrente in superficie o in profonditÃ , acqua di mare o lago, di acquedotti, acque reflue, ecc., Ã ̈ possibile servire impianti utilizzatori termici che necessitano di temperature fino a 60-65°C, ad esempio impianti di riscaldamento operanti a bassa/media temperatura, come impianti con pannelli radianti a pavimento o a soffitto, ventilconvettori, ecc., o impianti per la produzione di acqua calda sanitaria. If you have a thermal well 20 with an average temperature of no less than about 7 ° C, as happens for example in the case of groundwater or running water on the surface or in depth, sea or lake water, aqueducts, waste water, etc. ., It is possible to serve thermal user systems that require temperatures up to 60-65 ° C, for example heating systems operating at low / medium temperatures, such as systems with radiant floor or ceiling panels, fan coils, etc., or systems for the production of domestic hot water.

Se invece si dispone di un pozzo termico 20 con temperatura media piÃ¹ elevata (almeno 30-35°C), ad esempio calore di scarto/raffreddamento da processi industriali, acque termali, ecc., Ã ̈ possibile servire impianti utilizzatori termici che necessitano di temperature anche superiori a 60-65°C, ad esempio impianti di riscaldamento operanti ad alta temperatura, come impianti con radiatori, aerotermi, ecc. che richiedono tipicamente temperature di mandata di 80°C o superiori, oppure impianti per la produzione di acqua calda sanitaria in tutte quelle situazioni in cui Ã ̈ necessario che lâ€™acqua calda venga prodotta a temperature sensibilmente superiori a 60° per prevenire il possibile manifestarsi della legionella (ospedali, piscine e centri sportivi, caserme, ecc.). If, on the other hand, you have a thermal well 20 with a higher average temperature (at least 30-35 ° C), for example waste heat / cooling from industrial processes, thermal waters, etc., it is possible to serve thermal user systems that require temperatures even higher than 60-65 ° C, for example heating systems operating at high temperatures, such as systems with radiators, unit heaters, etc. which typically require flow temperatures of 80 ° C or higher, or systems for the production of domestic hot water in all those situations in which it is necessary that hot water is produced at temperatures significantly higher than 60 ° to prevent the possible manifestation of legionella (hospitals, swimming pools and sports centers, barracks, etc.).

La Fig. 2 mostra una seconda forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 , che si differenzia da quella di Fig. 1 per il tipo di circuito principale 2. In questo caso, il circuito principale 2 comprende un primo sotto-circuito 2a atto a realizzare un ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT con un rispettivo fluido operativo e un secondo sotto-circuito 2b atto a realizzare un ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_LT con un rispettivo fluido operativo. Il primo e il secondo sotto-circuito 2a, 2b sono tra loro in relazione di scambio termico in cascata in modo da realizzare complessivamente un ciclo a pompa di calore principale HPCM a due stadi. Fig. 2 shows a second preferred embodiment of the heat pump unit 1, which differs from that of Fig. 1 for the type of main circuit 2. In this case, the main circuit 2 comprises a first sub -circuit 2a suitable for realizing a main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT with a respective operating fluid and a second sub-circuit 2b suitable for realizing a main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_LT with a respective operating fluid. The first and second sub-circuits 2a, 2b are in a cascade heat exchange relationship with each other so as to provide a two-stage HPCM main heat pump cycle overall.

In questo caso, il primo sotto-circuito 2a comprende il condensatore principale S4, il dispositivo di scambio termico S2, i mezzi di espansione L2 e il compressore C2 sopra descritti con riferimento alla forma di realizzazione di Fig. 1 , ed un evaporatore. Il secondo sotto-circuito 2b comprende lâ€™evaporatore principale S8, anchâ€™esso giÃ sopra descritto con riferimento alla forma di realizzazione di Fig. 1 , un compressore C1 , un condensatore in relazione di scambio termico con lâ€™evaporatore del primo sotto-circuito 2b, e mezzi di espansione L1 . In this case, the first sub-circuit 2a comprises the main condenser S4, the heat exchange device S2, the expansion means L2 and the compressor C2 described above with reference to the embodiment of Fig. 1, and an evaporator. The second sub-circuit 2b comprises the main evaporator S8, also already described above with reference to the embodiment of Fig. 1, a compressor C1, a condenser in heat exchange relationship with the evaporator of the first sub-circuit 2b, and expansion means L1.

Nelle forme di realizzazione preferite qui mostrate il condensatore del secondo sotto-circuito 2b e lâ€™evaporatore del primo sotto-circuito 2a sono integrati in un singolo dispositivo di scambio termico S7, allo scopo di una maggiore compattezza costruttiva ed una migliore efficienza di scambio termico. Non si escludono comunque forme di realizzazione in cui tali componenti sono separati e posti in relazione di scambio termico tramite un circuito intermedio per la circolazione di un opportuno fluido termovettore. In the preferred embodiments shown here, the condenser of the second sub-circuit 2b and the evaporator of the first sub-circuit 2a are integrated in a single heat exchange device S7, in order to achieve greater constructive compactness and better exchange efficiency. thermal. However, embodiments in which these components are separated and placed in a heat exchange relationship by means of an intermediate circuit for the circulation of a suitable heat-carrying fluid are not excluded.

La forma di realizzazione dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 con ciclo a pompa di calore principale HPCM a due stadi trova un impiego vantaggioso in tutte quelle situazioni in cui Ã ̈ necessario servire impianti utilizzatori termici operanti ad alta temperatura avendo perÃ² a disposizione un pozzo termico a bassa temperatura. La Fig. 2A mostra schematicamente in un diagramma h - p i cicli a pompa di calore principale HPCM e secondario HPCS realizzabili nellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 di Fig. 2. The embodiment of the heat pump unit 1 with two-stage HPCM main heat pump cycle finds an advantageous use in all those situations in which it is necessary to serve thermal user systems operating at high temperatures, having however available a low temperature heat sink. Fig. 2A schematically shows in a diagram h - p the main HPCM and secondary HPCS heat pump cycles that can be carried out in the heat pump unit 1 of Fig. 2.

In questo caso, il ciclo a pompa di calore principale HPCM Ã ̈ costituito dai due cicli a pompa di calore principali rispettivamente a temperatura superiore HPCM_HT e a temperatura inferiore HPCM_LT tra loro in relazione di scambio termico in cascata. In particolare, tramite il dispositivo di scambio termico S7, la potenza termica rilasciata durante la condensazione C-D del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_LT viene trasferita al fluido operativo del ciclo a pompa di calore a temperatura superiore HPCM_HT per realizzarne lâ€™evaporazione (ed eventuale surriscaldamento) Aâ€™-Bâ€™. In this case, the main heat pump cycle HPCM is made up of the two main heat pump cycles respectively at a higher temperature HPCM_HT and at a lower temperature HPCM_LT with each other in a cascade heat exchange relationship. In particular, through the S7 heat exchange device, the thermal power released during the condensation C-D of the operating fluid of the main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_LT is transferred to the operating fluid of the heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT to achieve evaporation (and possible overheating) Aâ € ™ -Bâ € ™.

La relazione tra il ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT e il ciclo a pompa di calore secondario HPCS Ã ̈ del tutto analoga e quella giÃ descritta con riferimento al diagramma di Fig. 1A. The relationship between the main heat pump cycle at higher temperature HPCM_HT and the secondary heat pump cycle HPCS is completely similar to that already described with reference to the diagram in Fig. 1A.

La Fig. 3 mostra una variante della forma di realizzazione di Fig. 2, in cui il condensatore principale S4 ed il condensatore secondario S1 sono destinati ad essere collegati a circuiti esterni di due distinti impianti utilizzatori termici 10, 11. Questa variante, che puÃ² essere implementata in modo analogo anche in forme di realizzazione dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 con ciclo a pompa di calore principale HPCM a singolo stadio (Fig. 1 ), Ã ̈ vantaggiosa in tutte quelle situazioni in cui sia necessario servire due impianti utilizzatori termici a media/alta temperatura aventi esigenze operative differenti (differenti temperature operative, differenti periodi di funzionamento, ecc.). Fig. 3 shows a variant of the embodiment of Fig. 2, in which the main capacitor S4 and the secondary capacitor S1 are intended to be connected to external circuits of two separate thermal user plants 10, 11. This variant, which can be implemented in a similar way also in embodiments of the heat pump unit 1 with single-stage HPCM main heat pump cycle (Fig. 1), it is advantageous in all those situations in which it is necessary to serve two systems medium / high temperature thermal users with different operating needs (different operating temperatures, different operating periods, etc.).

La Fig. 4 mostra una terza forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 , che si differenzia da quella di Fig. 2 essenzialmente per la presenza, nel primo sotto-circuito 2a per la realizzazione del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT, di un ulteriore scambiatore di calore S5 connesso a valle del dispositivo di scambio termico S2 e a monte dei mezzi di espansione L2. Fig. 4 shows a third preferred embodiment of the heat pump unit 1, which differs from that of Fig. 2 essentially for the presence, in the first sub-circuit 2a for the realization of the heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT, of a further heat exchanger S5 connected downstream of the heat exchange device S2 and upstream of the expansion means L2.

Lo scambiatore di calore S5 Ã ̈ atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT dopo la sua condensazione nel condensatore principale S4, ed eventualmente dopo un primo sottoraffreddamento nel dispositivo di scambio termico S2, ed Ã ̈ selettivamente collegabile con il circuito esterno del pozzo termico 20 in modo tale da realizzare un preriscaldamento del fluido termovettore proveniente da questâ€™ultimo per mezzo della potenza termica rilasciata durante detto sottoraffreddamento. The heat exchanger S5 is designed to perform a subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT after its condensation in the main condenser S4, and possibly after a first subcooling in the heat exchange device S2, and Ã It can be selectively connected to the external circuit of the thermal well 20 in such a way as to carry out a preheating of the thermovector fluid coming from the latter by means of the thermal power released during said subcooling.

In particolare, un primo lato dello scambiatore di calore S5 Ã ̈ connesso nel primo sotto-circuito 2a come sopra descritto, ed un secondo lato dello scambiatore di calore S5 Ã ̈ connesso a monte dellâ€™evaporatore principale S8 in una linea FL2 predisposta nellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 per la connessione con il circuito esterno del pozzo termico 20. In tale linea FL2 Ã ̈ anche presente una valvola V7, preferibilmente una elettrovalvola modulante, per regolare la portata di fluido termovettore del pozzo termico 20 che attraversa lo scambiatore di calore S5, e dunque lâ€™entitÃ del sottoraffreddamento del fluido operativo nel ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT. La linea FL2 comprende preferibilmente anche un primo collettore M1 connesso a monte dello scambiatore di calore S5 ed un secondo collettore M2 connesso a monte dellâ€™evaporatore principale S8 e a valle delle valvola V7. Preferibilmente, i collettori M1 ed M2 sono anche collegati da una linea di by-pass BPL per by-passare lo scambiatore di calore S5, dotata di una valvola V5, anchâ€™essa preferibilmente una elettrovalvola modulante. In particular, a first side of the heat exchanger S5 is connected in the first sub-circuit 2a as described above, and a second side of the heat exchanger S5 is connected upstream of the main evaporator S8 in a line FL2 arranged in the € ™ unit with heat pump 1 for connection with the external circuit of the heat well 20. In this line FL2 there is also a valve V7, preferably a modulating solenoid valve, to regulate the flow of heat transfer fluid of the heat well 20 which passes through the heat exchanger S5, and therefore the amount of subcooling of the operating fluid in the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT. Line FL2 preferably also comprises a first manifold M1 connected upstream of the heat exchanger S5 and a second manifold M2 connected upstream of the main evaporator S8 and downstream of the valve V7. Preferably, the manifolds M1 and M2 are also connected by a by-pass line BPL to by-pass the heat exchanger S5, equipped with a valve V5, also preferably a modulating solenoid valve.

Questa ulteriore forma di realizzazione della pompa di calore 1 permette dunque di sfruttare la potenza termica ottenuta con il sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT per preriscaldare il fluido termovettore del pozzo termico 20, in aggiunta o in alternativa allo sfruttamento tramite il ciclo a pompa di calore secondario HPCS realizzabile nel circuito secondario 3 piÃ¹ sopra descritto. This further embodiment of the heat pump 1 therefore makes it possible to exploit the thermal power obtained with the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT to preheat the heat carrier fluid of the heat well 20, in addition or alternatively. exploitation by means of the HPCS secondary heat pump cycle which can be created in the secondary circuit 3 described above.

In particolare, quando il compressore C3 del circuito secondario 3 Ã ̈ spento, il sottoraffreddamento Ã ̈ realizzato solo nello scambiatore di calore S5. Quando il compressore C3 Ã ̈ parzializzato o opera con numero di giri ridotto, il sottoraffreddamento Ã ̈ realizzato in parte nel dispositivo di scambio termico S2 e in parte nello scambiatore di calore S5. In questo caso, la valvola V7 viene corrispondentemente parzializzata. Quando il compressore C3 opera a pieno carico, preferibilmente tutta la potenza termica di sottoraffreddamento disponibile viene utilizzata nel dispositivo di cambio termico S2 e lo scambiatore di calore S5 viene disabilitato tramite chiusura della valvola V7. Preferibilmente, al fine di mantenere una portata di fluido termovettore del pozzo termico 20 costante nell'evaporatore principale S8, una modulazione o chiusura della valvola V7 viene compensata tramite una corrispondente modulazione o apertura della valvola V5. Preferibilmente, in questa forma di realizzazione ed in quelle che verranno di seguito descritte i compressori C1 e C2 sono compressori a portata variabile, ad esempio compressori a gradini di parzializzazione o con inverter. CiÃ² garantisce una maggior adattabilitÃ dell'unitÃ a pompa di calore 1 ai possibili sbilanciamenti nello scambio di potenza termica tra ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT e ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_HT che possono verificarsi a causa dei sottoraffreddamenti. Tale maggiore adattabilitÃ ha, a paritÃ di tutte le altre condizioni, un'influenza positiva sull'efficienza energetica complessiva dell'unitÃ a pompa di calore 1. In particular, when the compressor C3 of the secondary circuit 3 is off, the subcooling is carried out only in the heat exchanger S5. When the compressor C3 is partialized or operates with a reduced number of revolutions, the subcooling is carried out partly in the heat exchange device S2 and partly in the heat exchanger S5. In this case, the valve V7 is correspondingly throttled. When the compressor C3 operates at full load, preferably all the available subcooling thermal power is used in the thermal exchange device S2 and the heat exchanger S5 is disabled by closing the valve V7. Preferably, in order to maintain a constant flow rate of heat transfer fluid of the thermal well 20 in the main evaporator S8, a modulation or closure of the valve V7 is compensated by means of a corresponding modulation or opening of the valve V5. Preferably, in this embodiment and in those which will be described hereafter, the compressors C1 and C2 are compressors with variable flow rates, for example compressors with capacity steps or with inverters. This guarantees a greater adaptability of the heat pump unit 1 to the possible imbalances in the heat power exchange between the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT and the main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_HT that can occur due to subcooling. . This greater adaptability has, all other conditions being equal, a positive influence on the overall energy efficiency of the heat pump unit 1.

La Fig. 5 mostra una quarta forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore 1 , che si differenzia da quella di Fig. 4 per la presenza, nel secondo sottocircuito 2b per la realizzazione del ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_LT, di un ulteriore scambiatore di calore S6 connesso a valle del dispositivo di scambio termico S7 e a monte dei mezzi di espansione L1. Fig. 5 shows a fourth preferred embodiment of the heat pump unit 1, which differs from that of Fig. 4 for the presence, in the second sub-circuit 2b for the realization of the main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_LT, of a further heat exchanger S6 connected downstream of the heat exchange device S7 and upstream of the expansion means L1.

Similmente allo scambiatore di calore S5, lo scambiatore di calore S6 Ã ̈ atto a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_LT dopo la sua condensazione nel dispositivo di scambio termico S7, ed Ã ̈ selettivamente collegabile con il circuito esterno del pozzo termico 20 in modo tale da realizzare un preriscaldamento del fluido termovettore proveniente da questâ€™ultimo per mezzo della potenza termica rilasciata durante detto sottoraffreddamento. Similarly to the heat exchanger S5, the heat exchanger S6 is suitable for subcooling the operating fluid of the main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_LT after its condensation in the heat exchange device S7, and is selectively connectable with the external circuit of the thermal well 20 in such a way as to carry out a preheating of the thermal carrier fluid coming from the latter by means of the thermal power released during said subcooling.

Preferibilmente, lo scambiatore di calore S5 e lo scambiatore di calore S6 sono predisposti in modo tale da effettuare il preriscaldamento del fluido termovettore del pozzo termico 20 in modo indipendente lâ€™uno dall'altro, ovvero operando in parallelo su due distinti flussi di tale fluido termovettore. Preferably, the heat exchanger S5 and the heat exchanger S6 are arranged in such a way as to carry out the preheating of the thermal carrier fluid of the thermal well 20 independently of each other, or by operating in parallel on two distinct flows of this heat transfer fluid.

In particolare, come mostrato in Fig. 5, lo scambiatore di calore S5 e la valvola V7 sono connessi in un primo ramo FL2â€™ della linea FL2 per la connessione con il circuito esterno del pozzo termico 20 e lo scambiatore calore S6 Ã ̈ connesso in un secondo ramo FL2â€ , in parallelo con il primo ramo FL2', della linea FL2. Nel ramo FL2â€ Ã ̈ anche presente una valvola V6, preferibilmente una elettrovalvola modulante, per regolare la portata di fluido termovettore del pozzo termico 20 che attraversa lo scambiatore di calore S6. Analogamente a quanto menzionato con riferimento alla valvola V7, anche la modulazione o chiusura della valvola V6 puÃ² essere compensata tramite un corrispondente intervento sulla valvola V5 nella linea di by-pass BPL, al fine di mantenere una portata di fluido termovettore del pozzo termico 20 costante nellâ€™evaporatore principale S8. In particular, as shown in Fig. 5, the heat exchanger S5 and the valve V7 are connected in a first branch FL2â € ™ of the line FL2 for the connection with the external circuit of the heat well 20 and the heat exchanger S6 is connected in a second branch FL2â €, in parallel with the first branch FL2 ', of line FL2. In the branch FL2â € there is also a valve V6, preferably a modulating solenoid valve, to regulate the flow rate of the heat transfer fluid of the thermal well 20 which passes through the heat exchanger S6. Similarly to what was mentioned with reference to valve V7, also the modulation or closing of valve V6 can be compensated by means of a corresponding intervention on valve V5 in the by-pass line BPL, in order to maintain a constant flow of heat transfer fluid of the thermal well 20. in the main evaporator S8.

Questa forma di realizzazione della pompa di calore 1 permette di realizzare anche nel ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_LT un sottoraffreddamento del fluido operativo dopo la sua condensazione e di utilizzare la potenza termica cosÃ¬ rilasciata per preriscaldare il fluido termovettore del pozzo termico 20. This embodiment of the heat pump 1 allows to realize also in the main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_LT a subcooling of the operating fluid after its condensation and to use the thermal power thus released to preheat the thermal carrier fluid of the thermal well. 20.

La Fig. 6 mostra una quinta forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 , che si differenzia da quella di Fig. 5 per il fatto che gli scambiatori di calore S5 ed S6 sono inoltre selettivamente collegabili con un circuito esterno di un ulteriore impianto utilizzatore termico 12, in particolare un impianto utilizzatore termico operante a media/bassa temperatura, ad esempio un impianto di riscaldamento con pannelli radianti a pavimento o soffitto, un impianto per la produzione di acqua calda sanitaria, ecc. Fig. 6 shows a fifth preferred embodiment of the heat pump unit 1, which differs from that of Fig. 5 in that the heat exchangers S5 and S6 are also selectively connectable with an external circuit of a further thermal user system 12, in particular a thermal user system operating at medium / low temperature, for example a heating system with radiant floor or ceiling panels, a system for the production of domestic hot water, etc.

CiÃ² viene preferibilmente realizzato con lâ€™impiego di una valvola a tre vie V8, preferibilmente una elettrovalvola, e di due valvole V9 e V12, preferibilmente elettrovalvole modulanti, predisposte in modo tale da permettere il collegamento del secondo lato degli scambiatori di calore S5 ed S6 alternativamente con il circuito esterno del pozzo termico 20 o con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 12. This is preferably achieved with the use of a three-way valve V8, preferably a solenoid valve, and two valves V9 and V12, preferably modulating solenoid valves, arranged in such a way as to allow the connection of the second side of the heat exchangers S5 and S6 alternatively with the external circuit of the thermal well 20 or with the external circuit of the thermal user system 12.

In particolare, quando la potenza termica rilasciata in corrispondenza degli scambiatori di calore S5 ed S6 deve essere utilizzata per servire l'impianto utilizzatore termico 12 la valvola a tre vie V8 Ã ̈ in deviazione verso il circuito esterno di tale impianto, le valvole V6 e V7 sono completamente chiuse e le valvole V9 e V12 sono completamente o parzialmente aperte. Una regolazione del grado di apertura delle valvole V9 e V12 consente di regolare la potenza termica trasferita all'impianto utilizzatore termico 12. In particular, when the thermal power released in correspondence with the heat exchangers S5 and S6 must be used to serve the thermal user system 12, the three-way valve V8 is in deviation towards the external circuit of this system, the valves V6 and V7 are fully closed and V9 and V12 valves are fully or partially open. An adjustment of the degree of opening of the valves V9 and V12 allows to regulate the thermal power transferred to the thermal user system 12.

Quando invece la potenza termica rilasciata in corrispondenza degli scambiatori di calore S5 ed S6 deve essere utilizzata per preriscaldare il fluido termovettore del pozzo termico 20, come nelle forme di realizzazione precedentemente descritte con riferimento alle Figg. 4 e 5, la valvola a tre vie V8 Ã ̈ in deviazione verso il circuito esterno del pozzo termico, le valvole V9 e V12 sono completamente chiuse e le valvole V6 e V7 sono completamente o parzialmente aperte. On the other hand, when the thermal power released at the heat exchangers S5 and S6 must be used to preheat the heat carrier fluid of the thermal well 20, as in the embodiments previously described with reference to Figs. 4 and 5, the three-way valve V8 is diverted to the external circuit of the heat well, the valves V9 and V12 are completely closed and the valves V6 and V7 are completely or partially open.

In tutte le forme di realizzazione in cui sono presenti le coppie di valvole a due vie V6 V9 e V7 V12, ciascuna di tali coppie puÃ² essere sostituita da una valvola a tre vie predisposta in modo tale da espletare le funzioni sopra descritte delle corrispondenti valvole a due vie. In all the embodiments in which the pairs of two-way valves V6 V9 and V7 V12 are present, each of these pairs can be replaced by a three-way valve arranged in such a way as to perform the functions described above of the corresponding valves two ways.

Le Figg. 7A e 7B mostrano una sesta forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 atta al funzionamento sia per riscaldamento sia per raffrescamento, ovvero di tipo reversibile. Figs. 7A and 7B show a sixth preferred embodiment of the heat pump unit 1 suitable for operation for both heating and cooling, ie of the reversible type.

A tal fine, in questa forma di realizzazione sono previsti mezzi di commutazione atti a consentire uno scambio delle connessioni dei circuiti esterni dell'impianto utilizzatore termico 10 e del pozzo termico 20 rispettivamente con il condensatore principale S4 e con lâ€™evaporatore principale S8. Preferibilmente, tali mezzi di commutazione comprendono due valvole a quattro vie V1 e V2, preferibilmente elettrovalvole, opportunamente predisposte nelle linee per la connessione dei suddetti circuiti esterni con il condensatore principale S4 e lâ€™evaporatore principale S8. To this end, in this embodiment, switching means are provided which are suitable for allowing an exchange of the connections of the external circuits of the thermal user system 10 and of the thermal well 20 respectively with the main condenser S4 and with the main evaporator S8. Preferably, these switching means comprise two four-way valves V1 and V2, preferably solenoid valves, suitably arranged in the lines for the connection of the aforementioned external circuits with the main condenser S4 and the main evaporator S8.

In particolare, nella configurazione operativa mostrata in Fig. 7A, corrispondente ad un funzionamento per riscaldamento (invernale o per le mezze stagioni), il circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 10 viene connesso al condensatore principale S4 (e al condensatore secondario S1 ), mentre il circuito esterno del pozzo termico 20 viene connesso allâ€™evaporatore principale S8, in modo del tutto analogo alle forme di realizzazione precedentemente descritte. Nella configurazione mostrata in Fig. 7B, corrispondente ad un funzionamento per raffrescamento (estivo), il circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 10 viene connesso allâ€™evaporatore principale S8 cosÃ¬ da fornire a tale impianto la potenza frigorifera richiesta, mentre il circuito esterno del pozzo termico 20 viene connesso ai condensatore principale S8. In particular, in the operating configuration shown in Fig. 7A, corresponding to operation for heating (winter or mid-season), the external circuit of the thermal user system 10 is connected to the main condenser S4 (and to the secondary condenser S1) , while the external circuit of the thermal well 20 is connected to the main evaporator S8, in a way which is entirely analogous to the embodiments previously described. In the configuration shown in Fig. 7B, corresponding to operation for cooling (summer), the external circuit of the thermal user system 10 is connected to the main evaporator S8 so as to supply this system with the required cooling capacity, while the external circuit of the thermal well 20 is connected to the main condenser S8.

Si fa notare che nel funzionamento in raffrescamento lâ€™impiego degli scambiatori di calore S5 e S6 per il sottoraffreddamento del fluido operativo rispettivamente nel ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT e nel ciclo a pompa di calore principale a temperatura inferiore HPCM_LT consente di aumentare in modo sostanziale la potenza frigorifera utile, senza un corrispondente incremento di potenza elettrica spesa, a tutto vantaggio dellâ€™efficienza energetica complessiva. Simulazioni numeriche condotte hanno mostrato che questa forma di realizzazione dell'unitÃ a pompa di calore 1 quando funzionante per permette di raggiungere valori di EER pari a 3.5 -4.0, contro un valore di circa 2.2 in assenza di sottoraffreddamenti. It should be noted that in cooling operation, the use of the S5 and S6 heat exchangers to subcool the operating fluid respectively in the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT and in the main heat pump cycle at a lower temperature HPCM_LT allows to substantially increase the useful cooling capacity, without a corresponding increase in the electrical power spent, to the benefit of overall energy efficiency. Numerical simulations carried out have shown that this embodiment of the heat pump unit 1, when operating, allows to reach EER values equal to 3.5 -4.0, against a value of about 2.2 in the absence of subcooling.

La potenza termica di sottoraffreddamento rilasciata in questa configurazione operativa in corrispondenza degli scambiatori di calore S5 e S6 puÃ² venire vantaggiosamente utilizzata ad esempio per la produzione di acqua calda sanitaria in un apposito impianto (in Fig. 7B schematizzato dallâ€™impianto utilizzatore termico 12). Qualora non sia possibile sfruttare la potenza termica di sottoraffreddamento, questa dovrÃ essere opportunamente smaltita nellâ€™ambiente esterno. The subcooling thermal power released in this operating configuration at the heat exchangers S5 and S6 can be advantageously used for example for the production of domestic hot water in a special system (in Fig. 7B schematized by the thermal user system 12) . If it is not possible to exploit the subcooling thermal power, this must be appropriately disposed of in the external environment.

Nel caso di funzionamento per raffrescamento, il circuito secondario 3 per la realizzazione del ciclo a pompa di calore secondario HPCS tipicamente non Ã ̈ attivo (compressore C3 spento). In alternativa, ad esempio in situazioni di impiego in cui anche in stagioni calde Ã ̈ richiesta la produzione di grandi quantitÃ di acqua calda sanitaria, si puÃ² prevedere di trasferire anche la potenza rilasciata in corrispondenza del condensatore secondario S1 ad un impianto per produzione di acqua calda sanitaria. In the case of cooling operation, the secondary circuit 3 for the realization of the HPCS secondary heat pump cycle is typically not active (compressor C3 off). Alternatively, for example in situations of use in which the production of large quantities of domestic hot water is required even in hot seasons, it is also possible to transfer the power released at the secondary condenser S1 to a water production plant. domestic hot.

Le Figg. 8A e 8B mostrano una settima forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 che si differenzia da quella delle Figg. 7A e 7B per il fatto di poter servire in modo dedicato, sia in una configurazione operativa per riscaldamento (Fig. 8A), sia in una configurazione operativa per raffrescamento (Fig. 8B), anche un impianto utilizzatore termico 13 per la produzione di acqua calda sanitaria, in aggiunta agli impianti utilizzatori termici 10, 12 ed eventualmente 11 , giÃ menzionati. Questa forma di realizzazione permette in particolare di servire un impianto utilizzatore termico per la produzione di acqua calda sanitaria ad alta temperatura (superiore a 60°C, per prevenire il possibile manifestarsi della Iegionella). Figs. 8A and 8B show a seventh preferred embodiment of the heat pump unit 1 which differs from that of Figs. 7A and 7B due to the fact of being able to serve in a dedicated way, both in an operating configuration for heating (Fig.8A) and in an operating configuration for cooling (Fig.8B), also a thermal user system 13 for the production of water domestic hot water, in addition to the thermal user systems 10, 12 and possibly 11, already mentioned. This embodiment allows in particular to serve a thermal user plant for the production of domestic hot water at a high temperature (higher than 60 ° C, to prevent the possible occurrence of Iegionella).

La forma di realizzazione mostrata nelle Figg. 8A e 8B prevede, a titolo di esempio, che lo scambio termico con l'impianto utilizzatore termico 13 avvenga indirettamente in corrispondenza di un accumulatore termico (bollitore) 13a, ma sono possibili anche altre soluzioni, note al tecnico del settore, per connettere l'unitÃ a pompa di calore 1 con il circuito esterno di tale impianto utilizzatore termico. The embodiment shown in Figs. 8A and 8B provides, by way of example, that the heat exchange with the heat user plant 13 takes place indirectly in correspondence with a heat accumulator (boiler) 13a, but other solutions, known to the skilled in the art, are also possible to connect the 'heat pump unit 1 with the external circuit of this thermal user system.

Rispetto alla forma di realizzazione delle Figg. 7A e 7B, sono in questo caso ulteriormente previste connessioni per un circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 13 e due valvole a tre vie V3 e V11 , preferibilmente elettrovalvole. With respect to the embodiment of Figs. 7A and 7B, in this case further connections are provided for an external circuit of the thermal user system 13 and two three-way valves V3 and V11, preferably solenoid valves.

La valvola a tre vie V3 Ã ̈ predisposta in modo tale da consentire, nella configurazione operativa per riscaldamento (Fig. 8A), di connettere la linea FL1 , nella quale sono connessi il condensatore principale S4 e il condensatore secondario S1 , alternativamente con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 10 oppure con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 13. In questo modo Ã ̈ possibile utilizzare la potenza termica rilasciata in corrispondenza del condensatore principale S4 (e del condensatore secondario S1 quando il circuito secondario 3 Ã ̈ attivo) alternativamente per riscaldamento o produzione di acqua calda sanitaria ad alta temperatura. The three-way valve V3 is arranged in such a way as to allow, in the operating configuration for heating (Fig.8A), to connect the FL1 line, in which the main condenser S4 and the secondary condenser S1 are connected, alternatively with the circuit external thermal user system 10 or with the external circuit of the thermal user system 13. In this way it is possible to use the thermal power released in correspondence of the main condenser S4 (and of the secondary condenser S1 when the secondary circuit 3 is active ) alternatively for heating or production of high temperature domestic hot water.

La valvola a tre vie V11 Ã ̈ predisposta in modo tale da consentire, nella configurazione operativa per raffrescamento (Fig. 8B), di connettere la linea FL1 con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 13. In questo modo Ã ̈ possibile sfruttare la potenza termica rilasciata dal condensatore principale S4 (e del condensatore secondario S1 quando il circuito secondario 3 Ã ̈ attivo, condizione che puÃ² verificarsi anche durante il funzionamento per raffrescamento, per far fronte un elevato fabbisogno di acqua calda) per produrre acqua calda sanitaria ad alta temperatura, invece che disperdere tale potenza in corrispondenza del pozzo termico 20. The three-way valve V11 is arranged in such a way as to allow, in the operating configuration for cooling (Fig. 8B), to connect the FL1 line with the external circuit of the thermal user system 13. In this way it is possible to exploit the thermal power released by the main condenser S4 (and by the secondary condenser S1 when the secondary circuit 3 is active, a condition that can also occur during operation for cooling, to meet a high demand for hot water) to produce high domestic hot water temperature, instead of dispersing this power in correspondence with the thermal well 20.

Le Figg. 9A e 9B mostrano una ottava forma di realizzazione preferita dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 , la quale, rispetto alla forma di realizzazione delle Figg. 8A e 8B permette in aggiunta di soddisfare, tramite l'impianto utilizzatore termico 13 per la produzione di acqua calda sanitaria giÃ menzionato, anche fabbisogni di acqua calda sanitaria a bassa temperatura. La forma di realizzazione delle Figg. 9A e 9B si differenzia da quella delle Figg. 8A e 8B in particolare per la presenza di una ulteriore valvola a tre vie V4, preferibilmente una elettrovalvola. Figs. 9A and 9B show an eighth preferred embodiment of the heat pump unit 1, which, with respect to the embodiment of Figs. 8A and 8B also allows to satisfy, by means of the thermal user system 13 for the production of domestic hot water already mentioned, also the needs of domestic hot water at low temperature. The embodiment of Figs. 9A and 9B differs from that of Figs. 8A and 8B in particular due to the presence of a further three-way valve V4, preferably a solenoid valve.

La valvola a tre vie V4 Ã ̈ predisposta in modo tale da consentire di connettere selettivamente le linee FL2â€™ ed FL2â€ , nelle quali sono connessi gli scambiatori di calore S5 ed S6, anche con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 13 per la produzione di acqua calda sanitaria, in modo da creare con esso un circuito chiuso. In questo modo Ã ̈ possibile utilizzare la potenza termica rilasciata in corrispondenza dei due scambiatori di calore S5 ed S6 alternativamente per produrre acqua calda sanitaria, sia nella configurazione operativa per riscaldamento (Fig. 9A) sia nella configurazione operativa per raffrescamento (Fig. 9B), oppure per preriscaldare il fluido termovettore del pozzo termico 20 nella configurazione operativa per riscaldamento. The three-way valve V4 is set up in such a way as to selectively connect the FL2â € ™ and FL2â € lines, in which the heat exchangers S5 and S6 are connected, also with the external circuit of the thermal user system 13 for the production of domestic hot water, so as to create a closed circuit with it. In this way it is possible to use the thermal power released at the two heat exchangers S5 and S6 alternatively to produce domestic hot water, both in the operating configuration for heating (Fig.9A) and in the operating configuration for cooling (Fig.9B) , or to preheat the heat carrier fluid of the heat well 20 in the operating configuration for heating.

Per un funzionamento ottimale di questa forma di realizzazione nella configurazione operativa per raffrescamento (Fig. 9B) Ã ̈ opportuno prevedere esternamente allâ€™unitÃ a pompa di calore 1 mezzi per il by-pass del circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 10, destinato al raffrescamento in questa configurazione operativa. Tali mezzi comprendono preferibilmente una valvola a tre vie V13, preferibilmente una elettrovalvola, predisposta tra il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 10 e il circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 13. La valvola a tre vie V13 esterna, insieme alla giÃ descritta valvola a tre vie V11 dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 , permette di connettere la linea FL1 con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 13 by-passando il circuito esterno dellâ€™impianto utilizzatore termico 10. For an optimal operation of this embodiment in the operating configuration for cooling (Fig. 9B) it is advisable to provide externally to the heat pump unit 1 means for the by-pass of the external circuit of the thermal user system 10, intended for cooling in this operating configuration. These means preferably comprise a three-way valve V13, preferably a solenoid valve, arranged between the external circuit of the thermal user system 10 and the external circuit of the thermal user system 13. The external three-way valve V13, together with the already described three-way valve V11 of the heat pump unit 1, allows the FL1 line to be connected to the external circuit of the thermal user system 13 by-passing the external circuit of the thermal user system 10.

In particolare, nella configurazione operativa per raffrescamento mostrata in Fig. 9B la valvola a tre vie V1 1 connette la linea FL1 al circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 13, mentre la valvola a tre vie esterna V13 consente di bypassare il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 10. In questo modo Ã ̈ possibile sfruttare la potenza termica rilasciata dal condensatore principale S4 (e del condensatore secondario S1 quando il circuito secondario 3 Ã ̈ attivo, condizione che puÃ² verificarsi anche durante il funzionamento per raffrescamento, per far fronte ad un elevato fabbisogno di acqua calda) per produrre acqua calda sanitaria ad alta temperatura, invece che disperdere tale potenza in corrispondenza del pozzo termico 20. Questa modalitÃ di funzionamento necessita che il circuito FL1 sia un circuito chiuso. In particular, in the operating configuration for cooling shown in Fig.9B, the three-way valve V1 1 connects the line FL1 to the external circuit of the thermal user system 13, while the external three-way valve V13 allows to bypass the external circuit of the thermal user system 10. In this way it is possible to exploit the thermal power released by the main condenser S4 (and of the secondary condenser S1 when the secondary circuit 3 is active, a condition that can also occur during cooling operation, to cope with a high demand for hot water) to produce domestic hot water at high temperatures, instead of dispersing this power in correspondence with the thermal well 20. This operating mode requires circuit FL1 to be a closed circuit.

Le Figg. 10A e 10B mostrano una nona forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore 1 , che si differenzia da quella delie Figg. 9A e 9B principalmente per il fatto di comprendere un ulteriore scambiatore di calore S3 nel primo sottocircuito 2a per la realizzazione del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT. Figs. 10A and 10B show a ninth preferred embodiment of the heat pump unit 1, which differs from that of Figs. 9A and 9B mainly due to the fact of comprising a further heat exchanger S3 in the first sub-circuit 2a for the realization of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT.

In particolare, lo scambiatore di calore S3 Ã ̈ connesso nel primo sotto-circuito 2a in modo tale da risultare a valle del condensatore principale S4 e a monte del dispositivo di scambio termico S2 e dello scambiatore di calore S5, ed Ã ̈ atto, come questi ultimi, a realizzare un sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT dopo la condensazione del medesimo nel condensatore principale S4. In particular, the heat exchanger S3 is connected in the first sub-circuit 2a in such a way as to be downstream of the main condenser S4 and upstream of the heat exchange device S2 and the heat exchanger S5, and it is suitable, as these last, to realize a subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT after its condensation in the main condenser S4.

Lo scambiatore di calore S3 Ã ̈ inoltre selettivamente collegabile nella linea FL1 per la connessione con il circuito esterno dell'impianto utilizzatore termico 10, nella quale sono connessi anche il condensatore principale S4 ed il condensatore secondario S1. CiÃ² Ã ̈ ottenuto preferibilmente per mezzo di una valvola a tre vie V10, preferibilmente una elettrovalvola modulante, predisposta nella linea FL1 in modo tale da consentire la connessione in tale linea alternativamente dello scambiatore di calore S3 oppure del condensatore secondario S1 . The heat exchanger S3 can also be selectively connected in line FL1 for connection with the external circuit of the thermal user system 10, in which the main condenser S4 and the secondary condenser S1 are also connected. This is preferably obtained by means of a three-way valve V10, preferably a modulating solenoid valve, arranged in line FL1 in such a way as to allow the connection in this line alternatively of the heat exchanger S3 or of the secondary condenser S1.

Lo scambiatore di calore S3, nella configurazione operativa per riscaldamento (Fig. 10A), permette di sfruttare la potenza termica derivante da un sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT per preriscaldare il fluido termovettore del primo impianto utilizzatore termico 10 prima che esso giunga nel condensatore principale S4. Come spiegato piÃ¹ sopra, ciÃ² si traduce in un sensibile miglioramento del COP complessivo dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 in particolare in condizioni operative in cui sia accettabile un abbassamento del livello di temperatura nellâ€™impianto utilizzatore termico 10 a paritÃ di potenza termica ad esso trasferita, come puÃ² accadere ad esempio in un impianto di riscaldamento ad alta temperatura durante le mezze stagioni. The heat exchanger S3, in the operating configuration for heating (Fig.10A), allows to exploit the thermal power deriving from a sub-cooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT to preheat the heat transfer fluid of the first user system thermal 10 before it reaches the main condenser S4. As explained above, this translates into a significant improvement in the overall COP of the heat pump unit 1 in particular in operating conditions in which a lowering of the temperature level in the thermal user system 10 at equal power is acceptable. heat transferred to it, as can happen for example in a high temperature heating system during the mid-seasons.

Facendo quindi riferimento alla configurazione operativa per riscaldamento (Fig. 10A) della nona forma di realizzazione sopra descritta, in condizioni operative in cui il livello di temperatura nell'impianto utilizzatore termico 10 deve essere massimo (ad esempio, in pieno inverno), la valvola a tre vie V10 viene preferibilmente deviata in modo da connettere nella linea FL1 il condensatore secondario S1 e da escludere lo scambiatore di calore S3. Vantaggiosamente, la potenza termica disponibile dal sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT puÃ² cosÃ¬ venire trasferita all'impianto utilizzatore termico 10 ad una temperatura superiore, grazie al ciclo a pompa di calore secondario HPCS realizzato nel circuito secondario 3 (compressore C3 attivo), come giÃ descritto con riferimento alle precedenti forme di realizzazione. Referring therefore to the operating configuration for heating (Fig. 10A) of the ninth embodiment described above, in operating conditions in which the temperature level in the thermal user system 10 must be maximum (for example, in full winter), the valve three-way V10 is preferably diverted so as to connect the secondary condenser S1 in line FL1 and to exclude the heat exchanger S3. Advantageously, the thermal power available from the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT can thus be transferred to the thermal user plant 10 at a higher temperature, thanks to the secondary heat pump cycle HPCS made in the circuit secondary 3 (compressor C3 active), as already described with reference to the previous embodiments.

In condizioni operative in cui il livello di temperatura nell'impianto utilizzatore termico 10 puÃ² essere ridotto, tramite la valvola a tre vie V10 il flusso di fluido termovettore di ritorno dallâ€™impianto utilizzatore termico viene deviato parzialmente o completamente verso lo scambiatore di calore S3. Nel caso di deviazione parziale, il circuito secondario 3 puÃ² essere disattivato o meno (compressore C3 parzializzato o spento), mentre nel caso di deviazione completa, il circuito secondario 3 viene disattivato (compressore C3 spento). Nel caso di deviazione completa verso lo scambiatore di calore S3, la potenza termica disponibile dal sottoraffreddamento del fluido operativo del ciclo a pompa di calore principale a temperatura superiore HPCM_HT viene trasferita all'impianto utilizzatore termico 10 in modo diretto, senza innalzamento termico, tramite lo scambiatore di calore S3. La regolazione della temperatura di mandata per lâ€™impianto utilizzatore termico 10 avviene tramite modulazione della valvola a tre vie V10. Un ulteriore beneficio si puÃ² ottenere parzializzando o riducendo il numero di giri dei compressori C1 e C2, al fine di ridurre la potenza termica erogata. In operating conditions in which the temperature level in the thermal user system 10 can be reduced, by means of the three-way valve V10 the return flow of heat transfer fluid from the thermal user system is partially or completely diverted towards the heat exchanger S3 . In the case of partial deviation, the secondary circuit 3 can be deactivated or not (compressor C3 partialized or off), while in the case of complete deviation, the secondary circuit 3 is deactivated (compressor C3 off). In the case of complete deviation towards the heat exchanger S3, the thermal power available from the subcooling of the operating fluid of the main heat pump cycle at a higher temperature HPCM_HT is transferred to the thermal user system 10 directly, without thermal increase, by means of the heat exchanger S3. The regulation of the delivery temperature for the thermal user system 10 takes place by modulating the three-way valve V10. A further benefit can be obtained by choking or reducing the number of revolutions of the compressors C1 and C2, in order to reduce the thermal power supplied.

Nella configurazione operativa per riscaldamento mostrata in Fig. 10A, il livello di utilizzazione dello scambiatore di calore S5, ovvero la frazione di potenza termica di sottoraffreddamento sfruttata in esso rispetto a quella totale disponibile, dipende dal corrispondente livello di utilizzazione del dispositivo di scambio termico S2 e dello scambiatore di calore S3. In the operating configuration for heating shown in Fig.10A, the utilization level of the heat exchanger S5, i.e. the fraction of subcooling thermal power utilized in it compared to the total available, depends on the corresponding utilization level of the heat exchange device S2 and the heat exchanger S3.

In particolare, il livello di utilizzazione dello scambiatore di calore S5 Ã ̈ massimo quando la valvola a tre vie V10 Ã ̈ deviata in modo tale da escludere lo scambiatore di calore S3 e il circuito secondario 3 non Ã ̈ attivo (compressore C3 spento). Il livello di utilizzazione Ã ̈ invece nullo quando tutta la potenza termica di sottoraffreddamento viene sfruttata nel dispositivo di scambio termico S2 (ad esempio, in condizioni operative in pieno inverno) oppure nello scambiatore di calore S3 (ad esempio, in condizioni operative in mezze stagioni). In questo caso, lo scambiatore di calore S5 viene escluso dalla linea FL1 tramite chiusura della valvola V7. In situazioni intermedie il livello di utilizzazione dello scambiatore di calore S5 Ã ̈ parziale e la valvola V7 deve modulare di conseguenza. In particular, the utilization level of the heat exchanger S5 is maximum when the three-way valve V10 is deviated in such a way as to exclude the heat exchanger S3 and the secondary circuit 3 is not active (compressor C3 off). On the other hand, the utilization level is zero when all the subcooling thermal power is exploited in the heat exchange device S2 (for example, in operating conditions in the middle of winter) or in the heat exchanger S3 (for example, in operating conditions in mid-seasons. ). In this case, the heat exchanger S5 is excluded from line FL1 by closing valve V7. In intermediate situations, the utilization level of the S5 heat exchanger is partial and the V7 valve must modulate accordingly.

Nella configurazione operativa per raffrescamento (Fig. 10B) della nona forma di realizzazione preferita dell'unitÃ a pompa di calore 1 , l'impiego dello scambiatore di calore S3 non Ã ̈ generalmente necessario e la valvola a tre vie V10 Ã ̈ quindi deviata in modo tale da escludere tale scambiatore di calore dalla linea FL1 . In the operating configuration for cooling (Fig.10B) of the ninth preferred embodiment of the heat pump unit 1, the use of the heat exchanger S3 is generally not necessary and the three-way valve V10 is therefore diverted to in such a way as to exclude this heat exchanger from the FL1 line.

In tutte le forme di realizzazione descritte, l'unitÃ a pompa di calore 1 comprende preferibilmente anche un'unitÃ di controllo programmabile, non mostrata nelle figure. In particolare, tale unitÃ di controllo puÃ² essere opportunamente programmata per controllare l'apertura/chiusura, la modulazione o la deviazione delle valvole nonchÃ© accensione/spegnimento, il grado di parzializzazione o il numero di giri dei compressori presenti in ciascuna forma di realizzazione dell'unitÃ a pompa di calore 1 . In all the embodiments described, the heat pump unit 1 preferably also comprises a programmable control unit, not shown in the figures. In particular, this control unit can be suitably programmed to control the opening / closing, the modulation or the deviation of the valves as well as the on / off, the degree of capacity control or the number of revolutions of the compressors present in each embodiment of the 'heat pump unit 1.

I fluidi operativi impiegati nei vari cicli a pompa di calore realizzati nellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 possono essere uguali o differenti tra loro. The operating fluids used in the various heat pump cycles made in the heat pump unit 1 can be the same or different from each other.

Vengono preferibilmente scelti fluidi operativi che permettano di combinare le seguenti caratteristiche, vantaggiose al fine del funzionamento dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 : Operating fluids are preferably chosen which allow to combine the following characteristics, which are advantageous for the operation of the heat pump unit 1:

- curve limite, e in particolare curva limite inferiore, in diagrammi h - p molto inclinate nella direzione delle entalpie crescenti; - limit curves, and in particular lower limit curve, in h - p diagrams very inclined in the direction of increasing enthalpies;

- elevato calore specifico del fluido operativo allo stato liquido rispetto al calore latente di condensazione/evaporazione; - high specific heat of the operating fluid in the liquid state compared to the latent heat of condensation / evaporation;

- elevato calore specifico del fluido operativo allo stato vapore rispetto al calore latente di condensazione/evaporazione. - high specific heat of the operating fluid in the vapor state compared to the latent heat of condensation / evaporation.

Le prime due caratteristiche menzionate sono particolarmente rilevanti per forme di realizzazione o condizioni operative che utilizzano sottoraffreddamenti spinti, mentre la terza Ã ̈ particolarmente rilevante per tutte le forme di realizzazione o condizioni operative che utilizzano surriscaldamenti spinti. The first two features mentioned are particularly relevant for embodiments or operating conditions which use high supercooling, while the third is particularly relevant for all embodiments or operating conditions which use high superheating.

In particolare, per lâ€™ottenimento delle migliori prestazioni dell'unitÃ a pompa di calore 1 si sono dimostrati particolarmente vantaggiosi i seguenti fluidi operativi: (E)-2-butene, (Z)-2-butene, 1-butiliene, dimetilchetone, metilacetilene, metil alcol, metilpentano, metilpropene, n-esano, R1270, R290, R600, R600a, R601 , R601a, RE-170, tetrametilmetano o RC-270. In particular, for obtaining the best performance of the heat pump unit 1, the following operating fluids have proved to be particularly advantageous: (E) -2-butene, (Z) -2-butene, 1-butylene, dimethylketone , methylacetylene, methyl alcohol, methylpentane, methylpropene, n-hexane, R1270, R290, R600, R600a, R601, R601a, RE-170, tetramethylmethane or RC-270.

Oltre a presentare almeno una o piÃ¹ delle caratteristiche desiderate sopraelencate, questi fluidi operativi hanno il vantaggio di essere fluidi refrigeranti cosiddetti â€œnaturaliâ€ , cioÃ ̈ non dannosi per lâ€™ambiente nÃ© dal punto di vista di effetti negativi sullâ€™ozono stratosferico, nÃ© dal punto di vista dellâ€™effetto serra. In addition to presenting at least one or more of the desired characteristics listed above, these operating fluids have the advantage of being so-called â € œnaturalâ € refrigerants, that is, not harmful to the environment or from the point of view of negative effects on ozone. stratospheric, nor from the point of view of the greenhouse effect.

Se la tipologia di fluido operativo scelta, in particolare per la sua natura idrocarburica, pone problemi di sicurezza (pericolo di incendio) nei casi in cui l'unitÃ a pompa di calore 1 deve venire installata in locali interrati o seminterrati, questâ€™ultima viene preferibilmente dotata anche di mezzi per la rilevazione e lâ€™evacuazione di fughe di gas. If the type of operating fluid chosen, in particular due to its hydrocarbon nature, poses safety problems (fire hazard) in cases where the heat pump unit 1 must be installed in underground or basement rooms, the latter it is preferably also equipped with means for detecting and evacuating gas leaks.

La Fig. 11 mostra un forma di realizzazione dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 comprendente un sistema per la rilevazione e lâ€™evacuazione di fighe di gas. A titolo di esempio, la configurazione dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 rappresentata corrisponde a quella della prima forma di realizzazione sopra descritta con riferimento alla Fig. 1 . Fig. 11 shows an embodiment of the heat pump unit 1 comprising a system for the detection and evacuation of gas piles. By way of example, the configuration of the heat pump unit 1 shown corresponds to that of the first embodiment described above with reference to Fig. 1.

Il sistema per la rilevazione e lâ€™evacuazione di gas comprende almeno un rilevatore di gas 31 , posizionato il piÃ¹ possibile in prossimitÃ del fondo dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 e mezzi di ventilazione 32, attivabili dal rilevatore di gas 31 e predisposti in modo tale che la loro aspirazione si trovi anchâ€™essa in prossimitÃ del fondo dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 , mentre la loro mandata sia connessa ad un condotto di evacuazione di gas in comunicazione con l'ambiente esterno. Opzionalmente, puÃ² essere previsto un apposito dispositivo di controllo 34 atto a ricevere segnali dal rilevatore di gas 31 e a comandare conseguentemente i mezzi di ventilazione 32. Il dispositivo di controllo 34 puÃ² anche comandare mezzi avvisatori acustici e/o luminosi 35, se previsti, e/o essere configurato per inviare segnali di allarme ad un eventuale sistema di monitoraggio/supervisione esterno (non mostrato). Le funzioni del dispositivo di controllo 34 potrebbero anche essere svolte dallâ€™unitÃ di controllo programmabile dellâ€™unitÃ a pompa di calore 1 . The gas detection and evacuation system comprises at least one gas detector 31, positioned as close as possible to the bottom of the heat pump unit 1 and ventilation means 32, which can be activated by the gas detector 31 and arranged in such a way that their suction is also located near the bottom of the heat pump unit 1, while their delivery is connected to a gas evacuation duct in communication with the external environment. Optionally, a special control device 34 can be provided, adapted to receive signals from the gas detector 31 and consequently to control the ventilation means 32. The control device 34 can also control acoustic and / or luminous warning means 35, if provided, and / or be configured to send alarm signals to any external monitoring / supervision system (not shown). The functions of the control device 34 could also be performed by the programmable control unit of the heat pump unit 1.

Naturalmente, il tecnico del settore potrÃ sfruttare le caratteristiche tecniche dell'unitÃ a pompa di calore 1 dell'invenzione presentate con riferimento alle forme di realizzazione preferite sopra descritte anche in combinazioni differenti, al fine di soddisfare specifiche e contingenti esigenze applicative. Naturally, the skilled in the art will be able to exploit the technical characteristics of the heat pump unit 1 of the invention presented with reference to the preferred embodiments described above also in different combinations, in order to satisfy specific and contingent application needs.

Sono state eseguite simulazioni numeriche al fine di verificare il miglioramento di efficienza energetica ottenibile con l'unitÃ a pompa di calore 1 rispetto ad unitÃ a pompa di calore della tecnica nota con configurazione analoga. Numerical simulations were carried out in order to verify the improvement in energy efficiency obtainable with the heat pump unit 1 compared to heat pump units of the known art with similar configuration.

La Tab. 1 mostra in modo comparato i risultati di simulazioni relative ad una configurazione a singolo stadio, nel caso dellâ€™invenzione corrispondente alla prima forma di realizzazione preferita sopra descritta con riferimento alle Figg. 1 e 1A. Table 1 shows in a comparative way the results of simulations relating to a single-stage configuration, in the case of the invention corresponding to the first preferred embodiment described above with reference to Figs. 1 and 1A.

Tab. 1 : UnitÃ a pompa di calore a singolo stadio Tab. 1: Single stage heat pump unit

Invenzione Tecnica nota Invention known technique

HPCM HPCM

potenza termica utile [kW] 100 138,1 useful thermal power [kW] 100 138.1

portata massica [kg/s] 0,337 0,466 mass flow [kg / s] 0.337 0.466

h [kJ/kg] Tin Tout h [kJ/kg] Tin [ C1 Tout evaporazione h [kJ / kg] Tin Tout h [kJ / kg] Tin [C1 Tout evaporation

347,5 40,0 45,0 247,7 40 45 surriscaldamento (S8) 347.5 40.0 45.0 247.7 40 45 overheating (S8)

compressione (C2) 48,9 45,0 81,8 48,9 45 81 ,8 desurriscaldamento compression (C2) 48.9 45.0 81.8 48.9 45 81, 8 desuperheating

296,6 81,8 80,0 296,6 81,8 80 condensazione (S4) 296.6 81.8 80.0 296.6 81.8 80 condensation (S4)

cottoraffreddamento (S2) 99,9 80,0 43,0 cooking cooling (S2) 99.9 80.0 43.0

HPCS HPCS

potenza termica utile [kW] 38,1 useful thermal power [kW] 38.1

portata massica fkg/sl 0,101 mass flow rate fkg / sl 0.101

h [kJ/kg] Tin [°C] Tout [°C] h [kJ/kg] Tin [°C] Tout evaporazione h [kJ / kg] Tin [° C] Tout [° C] h [kJ / kg] Tin [° C] Tout evaporation

334 40,0 79,0 ~ -surriscaldamento (S2) 334 40.0 79.0 ~ -overheating (S2)

compressione (C3) 44 79,0 107 compression (C3) 44 79.0 107

desurriscaldamento desuperheating

378 107 73,0 - - -condensazione (S1 ) 378 107 73.0 - - -condensation (S1)

Ciclo complessivo Overall cycle

potenza termica utile [kW] 138,1 138,1 useful thermal power [kW] 138.1 138.1

potenza elettrica [kW] 20,9 22,8 electric power [kW] 20.9 22.8

COP 6,61 6,07 COP 6.61 6.07

La Tab. 2 mostra in modo comparato i risultati si simulazioni relative ad una configurazione a due stadi, nel caso dellâ€™invenzione corrispondente alla seconda forma di realizzazione preferita sopra descritta con riferimento alle Figg. 2 e 2A. Nelle tabelle sono riportati, per ciascun ciclo a pompa di calore realizzato nella specifica unitÃ a pompa di calore (HPCM, ovvero HPCM_HT e HPCM_LT, HPCMS), la potenza termica utile, la portata massica e, per ciascuna trasformazione del ciclo, la variazione di entalpia specifica (h) e le temperature del fluido operativo all'inizio (Tin) ed al termine (Tout) della trasformazione. Vengono infine riportati la potenza termica utile, la potenza elettrica e il COP complessivi dell'unitÃ a pompa di calore considerata (ciclo complessivo). Con riferimento ai diagrammi circuitali delle Figg. 1 e 2, per ciascuna trasformazione viene inoltre indicato tra parentesi il componente in corrispondenza del quale essa Ã ̈ realizzata. Table 2 shows in a comparative way the simulation results relating to a two-stage configuration, in the case of the invention corresponding to the second preferred embodiment described above with reference to Figs. 2 and 2A. The tables show, for each heat pump cycle carried out in the specific heat pump unit (HPCM, i.e. HPCM_HT and HPCM_LT, HPCMS), the useful thermal power, the mass flow rate and, for each cycle transformation, the variation of specific enthalpy (h) and the temperatures of the operating fluid at the beginning (Tin) and at the end (Tout) of the transformation. Finally, the useful thermal power, the electrical power and the overall COP of the heat pump unit considered (overall cycle) are reported. With reference to the circuit diagrams of Figs. 1 and 2, for each transformation the component in correspondence of which it is made is also indicated in brackets.

Tab. 2: UnitÃ a pompa di calore a due stadi Tab. 2: Two-stage heat pump unit

Invenzione Tecnica nota Invention known technique

HPCM_LT HPCM_LT

potenza termica [kW] 118.1 114,0 thermal power [kW] 118.1 114.0

portata massica [kg/s] 0,339 0,331 mass flow [kg / s] 0.339 0.331

h [kJ/kg] Tin [°C] Tout [°C] h [kJ/kg] Tin [°C] Tout [°C] evaporazione h [kJ / kg] Tin [° C] Tout [° C] h [kJ / kg] Tin [° C] Tout [° C] evaporation

293,2 10,0 15,0 285,4 10,0 15,0 surriscaldamento (S8) 293.2 10.0 15.0 285.4 10.0 15.0 overheating (S8)

compressione (C1) 55,2 15,0 52,5 59,1 15,0 55,3 desurriscaldamento compression (C1) 55.2 15.0 52.5 59.1 15.0 55.3 desuperheating

348,5 52,5 47,0 344,5 55,3 50,0 condensazione (S7) 348.5 52.5 47.0 344.5 55.3 50.0 condensation (S7)

HPCM_HT HPCM_HT

potenza termica utile [kW] 100,0 136,4 useful thermal power [kW] 100.0 136.4

portata massica [kg/s] 0,337 0,460 mass flow [kg / s] 0.337 0.460

350,8 44,0 49,0 247,7 40 45 surriscaldamento (S7) 350.8 44.0 49.0 247.7 40 45 overheating (S7)

compressione (C2) 43,6 49,0 82,0 48,9 45 81,8 desurriscaldamento compression (C2) 43.6 49.0 82.0 48.9 45 81.8 desuperheating

297,1 82,0 80,0 296,6 81,8 80 condensazione (S4) 297.1 82.0 80.0 296.6 81.8 80 condensation (S4)

sottoraffreddamento (S2) 97,3 80,0 44,0 â€” â€” -HPCS subcooling (S2) 97.3 80.0 44.0 â € ”â €” -HPCS

potenza termica utile [kW] 36,4 useful thermal power [kW] 36.4

portata massica [kg/s] 0,098 â€” mass flow [kg / s] 0.098 â € "

333 44,0 79,0 - - -surriscaldamento (S2) 333 44.0 79.0 - - -overheating (S2)

compressione (C3) 38 79,0 104,9 - â€” â€” desurriscaldamento compression (C3) 38 79.0 104.9 - â € ”â €” desuperheating

370 104,9 73,0 -- - -condensazione (S1 ) 370 104.9 73.0 - - -condensation (S1)

Ciclo complessivo Overall cycle

potenza termica utile 136,4 136,4 useful thermal power 136.4 136.4

potenza elettrica 37,1 42,0 electric power 37.1 42.0

COP 3,68 3,25 COP 3.68 3.25

Come fluido operativo si Ã ̈ considerato R600. Nelle configurazioni che prevedono piÃ¹ cicli a pompa di calore, il fluido operativo era lo stesso per tutti i cicli. R600 was considered as the operating fluid. In configurations involving multiple heat pump cycles, the operating fluid was the same for all cycles.

Le simulazioni sono state condotte a paritÃ di potenza termica utile dell'unitÃ a pompa di calore (ciclo complessivo), rispettivamente uguale a 138,1 kW nelle simulazioni relative alle configurazioni a singolo stadio e a 136,4 kW nelle simulazioni relative alle configurazioni a due stadi. The simulations were carried out with the same useful thermal power of the heat pump unit (overall cycle), respectively equal to 138.1 kW in the simulations relating to the single-stage configurations and to 136.4 kW in the simulations relating to the two-stage configurations. stages.

Come si puÃ² osservare, il COP delle unitÃ a pompa di calore dell'invenzione Ã ̈ superiore a quello dell'unitÃ a pompa di calore della tecnica nota di configurazione analoga. In particolare, si ha un aumento di COP del 9% circa per una configurazione a singolo stadio e del 13% circa per una configurazione a due stadi. As can be observed, the COP of the heat pump units of the invention is higher than that of the known art heat pump unit of similar configuration. In particular, there is an increase in COP of about 9% for a single-stage configuration and of about 13% for a two-stage configuration.

Si osserva inoltre, nel caso delle unitÃ a pompa di calore dell'Invenzione, che le portate massiche di fluido operativo nei cicli a pompa di calore secondari HPCS sono sostanzialmente inferiori alle portate massiche di fluido operativo nei cicli a pompa di calore principali HPCM, ovvero HPCM_HT e HPCM_LT. In particolare, il rapporto tra le suddette portate Ã ̈ circa di 1 :3. Come giÃ spiegato piÃ¹ sopra, la possibilitÃ di realizzare i cicli a pompa di calore secondari HPCS con portate massica di fluido operativo minime Ã ̈ uno dei principali fattori a cui si puÃ² ricondurre il miglioramento di COP ottenibile con le unitÃ a pompa di calore dell'invenzione. It is also observed, in the case of the heat pump units of the invention, that the mass flow rates of operating fluid in the secondary heat pump cycles HPCS are substantially lower than the mass flow rates of operating fluid in the main heat pump cycles HPCM, or HPCM_HT and HPCM_LT. In particular, the ratio between the aforementioned flow rates is approximately 1: 3. As already explained above, the possibility of carrying out the secondary HPCS heat pump cycles with minimum mass flow rates of operating fluid is one of the main factors to which the improvement in COP obtainable with the heat pump units of the invention.

Claims

CLAIMS 1. Heat pump unit (1) comprising at least one main circuit (2) suitable for realizing a main heat pump cycle (HPCM) with a respective operating fluid, called at least one main circuit (2) comprising: - a main condenser (S4) suitable for carrying out the condensation of the operating fluid of said main heat pump cycle (HPCM) and intended to be connected with an external circuit of a first thermal user plant (10) in an operating mode for heating of said heat pump unit (1); - a first heat exchanger (S2) connected downstream of said main condenser (S4) and upstream of expansion means (L2) of said at least one main circuit (2), capable of providing subcooling of the operating fluid of said cycle main heat pump (HPCM) after its condensation in said main condenser (S4), e - a main evaporator (S8) adapted to carry out the evaporation of the operating fluid of said main heat pump cycle (HPCM) and intended to be connected with an external circuit of a thermal well (20) in an operating mode for heating of said heat pump unit (1), characterized by the fact of comprising a secondary circuit (3) suitable for realizing a secondary heat pump cycle (HPCS) with a respective operating fluid, said secondary circuit (3) comprising: - a secondary evaporator (S2) suitable for at least evaporating the operating fluid of said secondary heat pump cycle (HPCS) and in a heat exchange relationship with said first heat exchanger (S2) to transfer thermal power released by the operating fluid of said main heat pump cycle (HPCM) during said subcooling to the operating fluid of said secondary heat pump cycle (HPCS), and - a secondary condenser (S1) suitable for carrying out the condensation of the operating fluid of said secondary heat pump cycle (HPCS) and intended to be connected with the external circuit of said first thermal user plant (10) or with an external circuit of a second thermal user system (11), distinct from said first thermal user system (10).

2. Heat pump unit (1) according to claim 1, in which both said main condenser (S4) and said secondary condenser (S1) are intended to be connected with the external circuit of said first thermal user system (10) and they are connected together in such a way as to be in series in said external circuit of said first thermal user system (10).

Heat pump unit (1) according to any one of the preceding claims, wherein said main circuit (2) comprises a first sub-circuit (2a) suitable for realizing a main heat pump cycle at a higher temperature (HPCM_HT) with a respective operating fluid and a second sub-circuit (2b) adapted to realize a main heat pump cycle at a lower temperature (HPCM_LT) with a respective operating fluid, in which said first and second sub-circuits (2a, 2b) are between them in cascade heat exchange relationship so as to provide a two-stage main heat pump cycle (HPCM) overall, and in which said main condenser (S4) and said first heat exchanger (S2) are connected in said first sub-circuit (2a) and said main evaporator (S8) is connected in said second sub-circuit (2b).

4. Heat pump unit (1) according to claim 3, wherein said first sub-circuit (2a) comprises a second heat exchanger (S5) connected downstream of said first heat exchanger (S2) and upstream of means expansion (L2) of said first sub-circuit (2a), said second heat exchanger (S5) being able to subcool the operating fluid of said main heat pump cycle at a higher temperature (HPCM_HT) after its condensation and being selectively connectable with the external circuit of said heat well (20) in such a way as to carry out a preheating of a heat carrier fluid coming from said heat well (20) by means of thermal power released during said subcooling by the operating fluid of said cycle. top temperature main heat pump (HPCMJHT).

5. Heat pump unit (1) according to claim 4, wherein said second heat exchanger (S5) is also selectively connectable with an external circuit of a third thermal user plant (12).

6. Heat pump unit (1) according to claim 4 or 5, wherein said second sub-circuit (2b) comprises a third heat exchanger (S6) connected downstream of a condenser (S7) and upstream of expansion (L1) of said second sub-circuit (2b), said third heat exchanger (S6) being able to provide a subcooling of the operating fluid of said main heat pump cycle at a lower temperature (HPCM_LT) after condensation of the same and being selectively connectable with the external circuit of said heat well (20) in such a way as to achieve, preferably independently of said second heat exchanger (S5), a preheating of a heat carrier fluid coming from said heat well (20) by means of of thermal power released during said subcooling by the operating fluid of said lower temperature main heat pump cycle (HPCM_LT).

Heat pump unit (1) according to claim 6, wherein said third heat exchanger (S6) is also selectively connectable with the external circuit of said third thermal user plant (12).

Heat pump unit (1) according to any one of claims 3 to 7, wherein said first sub-circuit (2a) comprises a fourth heat exchanger (S3) connected downstream of said main condenser (S4) and to upstream of said first heat exchanger (S2), said fourth heat exchanger (S3) being adapted to provide a subcooling of the operating fluid of said main heat pump cycle at a higher temperature (HPCM_HT) after its condensation and being selectively connectable with the external circuit of said first thermal user system (10) in such a way as to be in series with said main condenser (S4) in said external circuit of said first user system (10).

9. Heat pump unit (1) according to any one of the preceding claims, comprising switching means (V1, V2) suitable for allowing an exchange of the connections of the external circuits of at least said first thermal user plant (10) and of said well thermal (20) with at least said main condenser (S4) and with said main evaporator (S8) respectively.

Heat pump unit (1) according to any one of the preceding claims, wherein the operating fluid of said main heat pump cycle (HPCM), i.e. the operating fluids respectively of said main heat pump cycle at higher temperature (HPCM_HT) and said lower temperature main heat pump cycle (HPCM_LT), and the operating fluid of said secondary heat pump cycle (HPCS) are selected from the group consisting of: (E) -2-butene, (Z ) -2-butene, 1-butylene, dimethylketone, methylacetylene, methyl alcohol, methylpentane, methylpropene, n-hexane, R1270, R290, R600, R600a, R601, R601a, RE-1 70, tetramethylmethane or RC-270.

11. Heat pump unit (1) according to any one of the preceding claims, comprising means (31, 32, 33, 34) for detecting and evacuating gas leaks.

System (100) for space heating / cooling and / or for the production of domestic hot water comprising a heat pump unit (1) according to any one of the preceding claims.