ITTV20120108A1 - Unita' per il condizionamento ambientale per uso residenziale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“UNITA' PER IL CONDIZIONAMENTO AMBIENTALE PER USO RESIDENZIALEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una unità per il condizionamento ambientale per uso residenziale.

Più in dettaglio, la presente invenzione à ̈ relativa ad una unità per il condizionamento ambientale e la produzione di acqua calda per usi sanitari con tecnologia a pompa di calore adatta per la climatizzazione indipendente di singole unità abitative di estensione inferiore a 180 metri quadrati, impiego a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

É tecnica nota nel campo del condizionamento di grandi complessi residenziali l’utilizzo di sistemi centralizzati a pompa di calore in cui un singolo impianto a pompa di calore di grandi dimensioni fornisce acqua calda e fredda ai termosifoni e/o termoconvettori di tutte le unità abitative del complesso residenziale.

Più in dettaglio, i moderni sistemi centralizzati a pompa di calore si compongono di un grande impianto a pompa di calore solitamente collocato in un grande spazio tecnico comune localizzato nelle immediate vicinanze del complesso residenziale, e di un vasto circuito idraulico strutturato in modo tale da convogliare l’acqua calda o fredda prodotta dall’impianto ai termosifoni e/o termoconvettori delle singole unità abitative.

I sistemi centralizzati a pompa di calore sopra menzionati sono inoltre dotati di una complessa rete di apparecchiature di rilevamento che servono per la contabilizzazione dei consumi di energia termica di ogni singola unità abitativa, e che incidono pesantemente sui costi complessivi del sistema centralizzato a pompa di calore.

I sistemi centralizzati attuali sono inoltre concepiti per poter soddisfare il fabbisogno di acqua calda per usi sanitari di tutte le unità abitative del complesso residenziale.

Nel corso degli ultimi anni, la sempre maggiore attenzione che à ̈ stata posta nella progettazione e nella costruzione dei nuovi complessi residenziali ha consentito di aumentare in modo significativo i livelli di efficienza energetica delle singole unità abitative. Questo fatto, unito alla drastica riduzione delle dimensioni medie delle nuove unità abitative, ha reso i costi di istallazione e di gestione dei grandi sistemi centralizzati a pompa di calore non più giustificabili.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema compatto per il condizionamento ambientale a ciclo annuale e per la produzione integrata di acqua calda sanitaria con tecnologia a pompa di calore, che sia in grado di riscaldare e raffreddare efficacemente una singola unità abitativa di piccole dimensioni, garantendo un elevato livello di comfort interno in funzione del rinnovo dell’aria desiderato ed una adeguata produzione di acqua calda per usi sanitari, il tutto con un rendimento energetico calcolato su base annua superiore ai sistemi centralizzati utilizzati fino ad oggi.

In accordo con questi obiettivi, secondo la presente invenzione viene realizzata una unità per il condizionamento ambientale per uso residenziale come definita nella rivendicazione 1 e preferibilmente, ma non necessariamente, in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista prospettica di una unità per il condizionamento ambientale per uso residenziale realizzata secondo i dettami della presente invenzione; - la figura 2 à ̈ una vista schematica dell’unità per il condizionamento ambientale illustrata in figura 1; mentre - le figure 3, 4 e 5 illustrano l’unità per il condizionamento ambientale di figura 1 in tre diverse modalità di funzionamento.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 1 à ̈ indicata nel suo complesso una unità per il condizionamento ambientale specificamente strutturata per esser utilizzata nella climatizzazione di una piccola unità abitativa di estensione preferibilmente, ma non necessariamente, inferiore a 180 metri quadrati.

L’unità per il condizionamento ambientale 1 comprende un involucro scatolare esterno 2 preferibilmente di forma sostanzialmente parallelepipeda e con struttura autoportante, che à ̈ dimensionato in modo tale da essere posizionabile in uno dei vani/locali all’interno dell’unità abitativa; e due collettori aria 3 e 4 che sono collocati all’interno dell’involucro scatolare 2, preferibilmente nella parte superiore dello stesso involucro 2, e sono strutturati in modo da comunicare con l’esterno ciascuno attraverso una rispettiva bocca di aspirazione dell’aria esterna 3a, 4a che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa tramite un’apposita tubazione di raccordo (non illustrata).

Nell’esempio illustrato, in particolare, le bocche di aspirazione dell’aria esterna 3a e 4a dei collettori aria 3 e 4 sono preferibilmente, ma non necessariamente, posizionate/realizzate sull’involucro scatolare 2 una adiacente all’altra, in modo tale da essere poste in comunicazione diretta con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa tramite una singola tubazione di raccordo (non illustrata).

In aggiunta, il collettore aria 3 à ̈ strutturato in modo tale da poter comunicare con l’esterno anche attraverso una bocca di mandata dell’aria trattata 3b che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con il o i vani/ locali all’interno del perimetro dell’unità abitativa tramite una seconda tubazione di raccordo (non illustrata); e preferibilmente, ma non necessariamente, anche attraverso una bocca di aspirazione dell’aria interna riciclabile 3c che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con uno o più vani/locali all’interno del perimetro dell’unità abitativa tramite una terza tubazione di raccordo (non illustrata).

Similmente, il collettore aria 4 à ̈ strutturato in modo tale da poter comunicare con l’esterno anche attraverso una bocca di scarico dell’aria viziata 4b che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa tramite una quarta tubazione di raccordo (non illustrata); e preferibilmente, ma non necessariamente, anche attraverso una bocca di aspirazione dell’aria interna viziata 4c che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con la cucina, il o i bagni dell’unità abitativa e/o qualsiasi altro locale all’interno del perimetro della medesima unità abitativa che possa conferire all’aria odori particolarmente sgradevoli, tramite una quinta tubazione di raccordo (non illustrata).

In altre parole, l’involucro scatolare 2 à ̈ preferibilmente dotato

- di una doppia bocca di aspirazione dell’aria esterna 3a, 4a, che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa tramite una prima tubazione di raccordo (non illustrata);

- di una bocca di mandata dell’aria trattata 3b, che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con il o i vani/locali all’interno del perimetro dell’unità abitativa tramite una seconda tubazione di raccordo (non illustrata);

- di una bocca di aspirazione dell’aria interna riciclabile 3c che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con il o i vani/locali all’interno del perimetro dell’unità abitativa tramite una terza tubazione di raccordo (non illustrata);

- di una bocca di scarico dell’aria viziata 4b, che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa tramite una quarta tubazione di raccordo (non illustrata); ed infine

- di una bocca di aspirazione dell’aria interna viziata 4c, che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione diretta il o i locali dell’unità abitativa che possa conferire all’aria odori particolarmente sgradevoli, tramite una quinta tubazione di raccordo (non illustrata).

Nell’esempio illustrato, in particolare, l’involucro scatolare 2 à ̈ di forma sostanzialmente parallelepipeda ed ha preferibilmente un’altezza compresa tra 160 e 270 cm, una larghezza compresa tra 50 e 140 cm ed una profondità compresa tra 40 e 60 cm. Preferibilmente le varie bocche 3a, 4a, 3b 4,b, 3c, 4c sono inoltre posizionate sulla sommità dell’involucro scatolare 2.

Con riferimento alle figure 1 e 2, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ inoltre provvista di due pompe di circolazione dell’aria 5 e 6 ad azionamento elettrico, che sono posizionate all’interno dei collettori aria 3 e 4 in modo tale da far circolare aria all’interno degli stessi collettori aria 3 e 4, ed opzionalmente anche di un gruppo di filtraggio dell’aria 7 che à ̈ posizionato lungo il collettore aria 3 in modo tale da trattenere le impurità che sono presenti nell’aria che entra nel collettore aria 3.

Più in dettaglio, la pompa di circolazione dell’aria 5 à ̈ posizionate lungo il collettore aria 3, ed à ̈ strutturata in modo tale da generare un flusso d’aria che entra all’interno del collettore aria 3 attraverso la bocca di aspirazione dell’aria esterna 3a e, se presente, la bocca di aspirazione dell’aria interna 3c, e fuoriesce dal collettore aria 3 attraverso la bocca di mandata dell’aria trattata 3b. La pompa di circolazione dell’aria 6 à ̈ invece posizionate lungo il collettore aria 4, ed à ̈ strutturata in modo tale da generare un flusso d’aria che entra all’interno del collettore aria 4 attraverso la bocca di aspirazione dell’aria esterna 4a e, se presente, la bocca di aspirazione dell’aria interna viziata 4c, e fuoriesce dal collettore aria 4 attraverso la bocca di scarico dell’aria viziata 4b.

Nell’esempio illustrato, in particolare, le pompe di circolazione dell’aria 5 e 6 sono preferibilmente costituite da due ventole ad azionamento elettrico con velocità regolabile, che consentono di regolare in tempo reale la portata dell’aria che circola nei due collettori aria 3 e 4, separatamente uno dall’altro.

Il gruppo di filtraggio dell’aria 7 à ̈ invece preferibilmente, ma non necessariamente, costituito da un filtro elettrostatico di tipo noto, ad alta efficienza. Preferibilmente il gruppo di filtraggio dell’aria 7 à ̈ inoltre strutturato in modo tale da trattenere le impurità che sono presenti nell’aria che entra nel collettore aria 4 tramite la bocca di aspirazione dell’aria esterna 4a.

Sempre con riferimento alle figure 1 e 2, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ preferibilmente, ma non necessariamente, provvista anche di due valvole parzializzatrici a comando elettrico, preferibilmente del tipo a saracinesca o similari, di seguito indicate con i numeri 8 e 9, che sono posizionate una in corrispondenza della bocca di aspirazione dell’aria interna 3c del collettore aria 3, e l’altra in corrispondenza della bocca di aspirazione dell’aria esterna 4a del collettore aria 4.

La valvola a saracinesca 8 à ̈ atta a regolare in tempo reale la portata del flusso d’aria che entra all’interno del collettore aria 3 attraverso la bocca di aspirazione dell’aria interna 3c. La valvola a saracinesca 9 à ̈ invece atta a regolare in tempo reale la portata del flusso d’aria che entra all’interno del collettore aria 4 attraverso la bocca di aspirazione dell’aria esterna 4a.

In aggiunta a quanto sopra scritto, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ inoltre dotata anche di un circuito a pompa di calore 20 di tipo reversibile, che à ̈ strutturato in modo tale da poter trasferire calore dall’aria che fluisce attraverso il collettore aria 3, all’aria che fluisce attraverso il collettore aria 4, o viceversa, sottoponendo un fluido frigorigeno allo stato gassoso ad un ciclo termodinamico chiuso come, ad esempio, il ciclo di Carnot. I principi termodinamici che sono alla base di un circuito a pompa di calore sono ampiamente noti e non verranno quindi ulteriormente descritti.

Con riferimento alle figure 1 e 2, il circuito a pompa di calore 20 à ̈ posizionato all’interno dell’involucro scatolare 2, e comprende essenzialmente: due scambiatori di calore aria/frigorigeno 21 e 22 posizionati lungo, rispettivamente, il collettore aria 3 ed il collettore aria 4; un dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 ad azionamento elettrico, che à ̈ atto ad incrementare la pressione e la temperatura del fluido frigorigeno allo stato gassoso che lo attraversa, in modo tale da fornire in uscita un flusso di fluido frigorigeno allo stato gassoso ad alta pressione ed alta temperatura, ossia preferibilmente con pressione superiore a 4-12 bar e temperatura superiore ad 80°C; un distributore a quattro vie 24 ad azionamento elettrico, che à ̈ atto a collegare il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 agli scambiatori di calore 21 e 22; ed infine un dispositivo di espansione del fluido frigorigeno 25, anch’esso preferibilmente ad azionamento elettrico, che à ̈ interposto tra gli scambiatori di calore 21 e 22, ed à ̈ strutturato in modo tale da provocare l’espansione rapida del fluido frigorigeno che fluisce da uno scambiatore di calore 21, 22 all’altro, in modo tale da completare il ciclo termodinamico chiuso.

Preferibilmente, il circuito a pompa di calore 20 à ̈ inoltre dotato di un separatore aria-liquido 26 che à ̈ posizionato immediatamente a monte del dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, in modo tale da essere attraversato dal fluido frigorigeno a bassa temperatura e bassa pressione diretto in ingresso al dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, ed à ̈ strutturato in modo tale da consentire al solo fluido frigorigeno allo stato gassoso di raggiungere il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23.

Più in dettaglio, lo scambiatore di calore aria/frigorigeno 21 à ̈ posizionato all’interno del collettore aria 3, preferibilmente immediatamente a monte della pompa di circolazione dell’aria 5, ed à ̈ strutturato in modo tale che l’aria che fluisce all’interno del collettore aria 3 verso la bocca di mandata dell’ aria trattata 3b, possa, a seconda della differenza di temperatura tra i due fluidi, cedere o sottrarre calore al fluido frigorigeno raffreddandosi o scaldandosi di conseguenza.

Lo scambiatore di calore aria/frigorigeno 22 à ̈ invece posizionato all’interno del collettore aria 4, preferibilmente immediatamente a monte della pompa di circolazione dell’aria 6, ed à ̈ strutturato in modo tale che l’aria che fluisce all’interno del collettore aria 4 verso la bocca di scarico dell’ aria viziata 4b, possa, a seconda della differenza di temperatura tra i due fluidi, cedere o sottrarre calore al fluido frigorigeno raffreddandosi o scaldandosi di conseguenza.

Il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 à ̈ invece posizionato all’interno dell’involucro scatolare 2 preferibilmente al disotto dei collettori aria 3 e 4, ed strutturato in modo tale da poter comprimere in modo continuativo il fluido frigorigeno allo stato gassoso che lo attraversa, in modo tale che la temperatura e la pressione del fluido frigorigeno in uscita dal dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 siano molto maggiori della temperatura e della pressione che lo stesso fluido frigorigeno presentava in ingresso al dispositivo di compressione 23. Preferibilmente il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 à ̈ inoltre strutturato in modo tale da poter variare/regolare, a comando ed in tempo reale, il valore della portata del fluido frigorigeno allo stato gassoso in uscita dallo stesso dispositivo di compressione 23 tra un valore massimo ed un valore minimo prestabiliti.

Più in dettaglio, nell’esempio illustrato il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 à ̈ preferibilmente costituito da un compressore volumetrico 23 ad azionamento elettrico ed a velocità regolabile, con potenza nominale preferibilmente inferiore a 2 Kw, che viene alimentato tramite un inverter di tipo noto.

Con riferimento alla figura 2, il distributore a quattro vie 24 ad azionamento elettrico à ̈ invece interposto tra i due scambiatori di calore 21 e 22 ed il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, ed à ̈ strutturato in modo tale da poter collegare, a comando, la mandata del dispositivo di compressione 23, a scelta ed alternativamente, ad uno qualsiasi dei due scambiatori di calore 21 e 22, e l’aspirazione del dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 al rimanente dei due scambiatori di calore 21 e 22. Nell’esempio illustrato, in particolare, il distributore a quattro vie 24 à ̈ preferibilmente costituito da una valvola a quattro vie ad azionamento elettrico.

Il gruppo di espansione del fluido frigorigeno 25 à ̈ infine interposto tra lo scambiatore di calore 21 e lo scambiatore di calore 22, ed à ̈ strutturato in modo tale da sottoporre il fluido frigorigeno che lo attraversa fluendo dallo scambiatore di calore 21 allo scambiatore di calore 22, o viceversa, ad una espansione rapida in modo tale che la pressione e la temperatura del fluido frigorigeno in ingresso allo scambiatore di calore 22 (o in ingresso allo scambiatore di calore 21 se il flusso à ̈ invertito), siano inferiori alla pressione ed alla temperatura del fluido frigorigeno in uscita dallo scambiatore di calore 21 (o in uscita dallo scambiatore di calore 22 se il flusso à ̈ invertito).

Il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, il distributore a quattro vie 24, il gruppo di espansione del fluido frigorigeno 25 ed il separatore arialiquido 26 sono preferibilmente posizionati all’inter-no dell’involucro scatolare 2, immediatamente al disotto dei collettori aria 3 e 4, ossia nella parte centrale dell’involucro scatolare 2.

Inoltre, con riferimento alle figure 1 e 2, l’unità per il condizionamento ambientale 1 comprende anche almeno un serbatoio 30 di accumulo dell’acqua sanitaria che à ̈ posizionato all’interno dell’involucro scatolare 2, preferibilmente nella parte inferiore dell’involucro scatolare 2, ed à ̈ strutturato/dimensionato in modo tale da contenere una quantità di acqua per usi sanitari, ossia acqua potabile, superiore a 20, o meglio superiore a 50 litri, e preferibilmente, ma non necessariamente, inferiore a 200 litri; ed un circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31 che à ̈ posizionato all’interno dell’involucro scatolare 2, ed à ̈ strutturato in modo tale da poter trasferire calore dal fluido frigorigeno circolante nel circuito a pompa di calore 20, all’acqua contenuta all’interno del serbatoio 30.

Più in dettaglio, il circuito di riscaldamento 31 dell’acqua sanitaria à ̈ preferibilmente strutturato in modo tale da estrarre calore dal fluido frigorigeno che esce dal dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, e trasferire tale calore all’acqua contenuta all’interno del serbatoio 30.

In aggiunta, il circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31 à ̈ anche strutturato in modo tale da poter selettivamente trasferire calore dall’acqua contenuta all’interno del serbatoio 30, all’aria che fluisce attraverso il collettore aria 3, in modo tale da poter riscaldare, a comando, l’aria che fuoriesce dalla bocca di mandata dell’aria trattata 3b del collettore aria 3.

L’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ inoltre provvista di una linea di ingresso dell’acqua potabile 32 che à ̈ atta a collegare il serbatoio 30 al ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa (non illustrato) che distribuisce all’interno della medesima unità abitativa l’acqua potabile fredda proveniente dall’acquedotto; e di una linea di uscita dell’acqua potabile 33 che à ̈ atta a collegare il serbatoio 30 al ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa (non illustrato) che distribuisce all’interno della medesima unità abitativa l’acqua potabile calda, ossia l’acqua calda per usi sanitari.

La linea di ingresso dell’acqua potabile 32 à ̈ strutturata in modo tale da regolare l’afflusso di acqua potabile a temperatura ambiente ed in pressione, dal ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa (non illustrato) che distribuisce l’acqua potabile fredda proveniente dall’acquedotto, verso il serbatoio 30, così da mantenere il serbatoio 30 preferibilmente sempre completamente pieno di acqua potabile.

La linea di uscita dell’acqua potabile 33 à ̈ strutturata in modo tale da regolare il deflusso dell’acqua potabile calda dal serbatoio 30 verso il ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa (non illustrato) che distribuisce l’acqua potabile calda, ossia l’acqua calda per usi sanitari.

Preferibilmente, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ inoltre dotata di un miscelatore termostatico 34 o altro dispositivo similare preferibilmente, ma non necessariamente, ad azionamento elettrico, che à ̈ posizionato lungo la linea di uscita dell’acqua potabile 33, à ̈ collegato anche alla linea di ingresso dell’acqua potabile 32, ed à ̈ strutturato in modo tale da poter miscelare in modo automatico l’acqua potabile calda che esce dal serbatoio 30 attraverso la linea di uscita dell’acqua potabile 33, con l’acqua potabile fredda in arrivo dall’acquedotto attraverso la linea di ingresso dell’acqua potabile 32, in modo tale che l’acqua calda che entra nel ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa (non illustrato) che distribuisce l’acqua potabile calda, ossia l’acqua calda per usi sanitari, non superi una temperatura limite prefissata preferibilmente, ma non necessariamente, uguale a 55°C.

Nell’esempio illustrato, in particolare, il serbatoio 30 à ̈ preferibilmente, ma non necessariamente, costituito da due contenitori stagni di forma preferibilmente sostanzialmente cilindrica, che sono collegati in cascata uno all’altro, e le linee di ingresso ed uscita dell’acqua potabile 32 e 33 sono preferibilmente collegate ciascuna ad un rispettivo contenitore stagno. Preferibilmente i due contenitori stagni sono inoltre dotati di un rivestimento termoisolante esterno in grado di minimizzare le perdite di calore.

Con riferimento alla figura 2, il circuito di riscaldamento 31 comprende invece: uno scambiatore di calore 35 acqua/frigorigeno che à ̈ posizionato lungo il circuito a pompa di calore 20, preferibilmente immediatamente a valle della mandata del dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, in modo tale da essere attraversato dal fluido frigorigeno ad alta pressione ed alta temperatura che fluisce dal dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23 verso il distributore a quattro vie 24; una serie di tubazioni atte a collegare lo scambiatore di calore 35 con il serbatoio 30; ed una pompa di circolazione 36 dell’acqua ad azionamento elettrico che, a comando, à ̈ in grado di far circolare l’acqua potabile del serbatoio 30 attraverso lo scambiatore di calore 35, in modo tale che l’acqua potabile possa sottrarre calore dal fluido frigorigeno ad alta pressione ed alta temperatura che esce dal dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23, scaldandosi di conseguenza.

Nell’esempio illustrato, in particolare, il circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31 à ̈ preferibilmente strutturato in modo tale da immettere l’acqua potabile riscaldata proveniente dallo scambiatore di calore 35 nel contenitore stagno che à ̈ collegato alla linea di uscita dell’acqua potabile calda 33, e da estrarre l’acqua potabile da riscaldare diretta allo scambiatore di calore 35, dal contenitore stagno che à ̈ collegato alla linea di ingresso dell’acqua potabile fredda 32.

Con riferimento alla figura 2, il circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31 à ̈ infine provvisto di uno scambiatore di calore 37 aria/acqua aggiuntivo che à ̈ posizionato all’interno del collettore aria 3, preferibilmente a ridosso dello scambiatore di calore aria/frigorigeno 21, e di un gruppo valvole 38 ad azionamento elettrico che, a comando, à ̈ in grado di collegare lo scambiatore di calore 37 in serie/cascata allo scambiatore di calore 35, in modo tale che l’acqua potabile del serbatoio 30 sia costretta a circolare in rapida successione attraverso i due scambiatori di calore 35 e 37 prima di rientrare nel serbatoio 30.

Nell’esempio illustrato, in particolare, il gruppo valvole 38 preferibilmente comprende una valvola a tre vie 38a che à ̈ posizionata lungo la tubazione che collega il serbatoio 30 all’ingresso dello scambiatore di calore 35, ed à ̈ orientata in modo tale da avere l’ingresso rivolto verso il serbatoio 30, ed una delle due uscite collegata all’aspirazione della pompa di circolazione 36. La seconda uscita della valvola a tre vie 38a à ̈ invece collegata all’ ingresso dello scambiatore di calore 37, mentre l’uscita dello scambiatore di calore 37 à ̈ collegata all’aspirazione della pompa di circolazione 36, a valle della valvola a tre vie 38a, preferibilmente con l’interposizione di una valvola di non ritorno 38b orientata in modo tale da permettere il solo deflusso dell’acqua dallo scambiatore di calore 37 verso all’aspirazione della pompa di circolazione 36.

Preferibilmente, ma non necessariamente, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ inoltre provvista anche di un dispositivo di riscaldamento dell’acqua sanitaria 40 ad azionamento elettrico, che à ̈ strutturato in modo tale da poter riscaldare l’acqua potabile contenuta nel serbatoio 30 in aggiunta o in alternativa al circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31.

Nell’esempio illustrato, il dispositivo di riscaldamento dell’acqua sanitaria 40 à ̈ preferibilmente costituito da un resistore collocato all’interno del serbatoio 30, o meglio all’interno del contenitore collegato alla linea di alimentazione dell’acqua potabile calda 33.

Con riferimento alle figure 1 e 2, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ infine dotata di una centralina elettronica di controllo 50 che à ̈ posizionata all’interno dell’involucro scatolare 2, ed à ̈ atta a pilotare le pompe di circolazione dell’aria 5 e 6, le valvole a saracinesca 8 e 9, l’inverter del compressore 23, il distributore a quattro vie 24, la pompa di circolazione 36, la valvola a tre vie 38a, il dispositivo di riscaldamento dell’acqua sanitaria 40, sulla base dei segnali provenienti da una serie di sensori di temperatura 51 e/o di pressione 52 opportunamente distribuiti all’interno dell’unità.

Nell’esempio, illustrato, in particolare, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ preferibilmente, ma non necessariamente, dotata di tre sensori di temperatura 51 posizionati in corrispondenza rispettivamente della bocca di aspirazione dell’aria esterna 3a, in corrispondenza della bocca di mandata dell’aria trattata 3b, ed in corrispondenza della bocca di aspirazione dell’aria interna riciclabile 3c; di due sensori di temperatura 51 posizionati in corrispondenza dell’ingresso e dell’uscita della’acqua dallo scambiatore di calore acqua/frigorigeno 37; e di due sensori di pressione 52 posizionati lungo il circuito a pompa di calore 20, uno in uscita dal compressore 23, e l’altro a valle del dispositivo di compressione del fluido frigorigeno 23.

In uso, la centralina elettronica di controllo 50 pilota i vari componenti dell’unità per il condizionamento ambientale 1 in modo tale da mantenere, nell’intorno di una valore prestabilito e liberamente impostabile dall’utente, la temperatura dell’aria all’interno dell’unità abitativa che ospita l’unità per il condizionamento ambientale 1, producendo contemporaneamente acqua calda per usi sanitari. Il tutto cercando contemporaneamente di massimizzare l’efficienza energetica dell’unità per il condizionamento ambientale 1.

Più in dettaglio, con riferimento alla figura 3 nella stagione fredda la centralina elettronica di controllo 50 configura il circuito a pompa di calore 20 in modo tale da

trasferire calore dall’aria che circola nel collettore aria 4, all’aria che circola nel collettore aria 3, in modo tale da immettere nell’unità abitativa aria più calda di quella all’esterno, riscaldando contemporaneamente anche l’acqua potabile contenuta nel serbatoio 30.

In questa configurazione, la centralina elettronica di controllo 50 mantiene il compressore 23 sempre in funzione, variandone la velocità in funzione della quantità di calore che deve essere trasferita dall’aria che circola nel collettore aria 4, all’aria che circola nel collettore aria 3. La quantità di calore trasferita à ̈ infatti funzione della quantità di fluido frigorigeno che viene fatta circolare, per unità di tempo, nel circuito a pompa di calore 20.

In aggiunta la centralina elettronica di controllo 50 può miscelare opportunamente l’aria fredda che viene aspirata dall’esterno con l’aria calda che rientra nei collettori aria 3 e 4 attraverso, rispettivamente, la bocca di ricircolo dell’aria interna riciclabile 3c e la bocca di aspirazione dell’aria interna viziata 4c, in modo tale da massimizzare lo scambio termico con gli scambiatori di calore 21 e 22.

La centralina elettronica di controllo 50 regola inoltre la temperatura del fluido frigorigeno in uscita dal compressore 23 e la portata della pompa di circolazione 36 del circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31, in modo tale da portare e mantenere la temperatura dell’acqua potabile contenuta all’interno del serbatoio 30 al valore più alto possibile.

Con riferimento alla figura 4, qualora la richiesta di calore da trasferire al collettore aria 3 sia momentaneamente superiore alle capacità del circuito a pompa di calore 20, la centralina elettronica di controllo 50 aziona la valvola a tre vie 38a in modo tale da mettere lo scambiatore di calore 37 in serie allo scambiatore di calore 35. In questo modo, lo scambiatore di calore aria/acqua 37 può trasferire il calore dall’acqua potabile contenuta nel serbatoio 30 all’aria che esce dal collettore aria 3 attraverso la bocca di mandata dell’aria trattata 3b.

In altre parole, la centralina elettronica di controllo 50 utilizza la massa d’acqua potabile ad alta temperatura contenuta nel serbatoio 30 come volano termico per sopperire ai picchi di potenza termica richiesti per riscaldare l’unità abitativa.

La centralina elettronica di controllo 50 può inoltre utilizzare il calore accumulato nell’acqua potabile ad alta temperatura contenuta nel serbatoio 3 per fare fronte alle richieste di calore per il riscaldamento dell’unità abitativa, in ogni occasione in cui il circuito a pompa di calore 20 à ̈ inattivo, ossia quando il compressore 23 à ̈ spento. Situazione che si presenta molto spesso nelle stagioni intermedie, quando la temperatura dell’aria all’interno dell’unità abitativa à ̈ sostanzialmente uguale alla temperatura media esterna.

Con riferimento ala figura 5, nella stagione calda, invece, la centralina elettronica di controllo 50 configura il circuito a pompa di calore 20 in modo tale da trasferire calore dall’aria che circola nel collettore aria 3, all’aria che circola nel collettore aria 4, in modo tale da immettere nell’unità abitativa aria più fredda di quella all’esterno, riscaldando contemporaneamente anche l’acqua potabile contenuta nel serbatoio 30.

Grazie alla sua particolare struttura, l’unità per il condizionamento ambientale 1 garantisce numerosi vantaggi.

In primo luogo, il riscaldamento ed il raffreddamento diretto dell’aria che viene immessa all’interno dell’unità abitativa, ossia l’eliminazione di un vettore intermedio di trasporto del calore, consente di migliorare in modo significativo l’efficienza energetica dell’unità. Inoltre, questa peculiarità consente di semplificare il circuito idraulico dell’unità abitativa con i risparmi che questo comporta.

L’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ inoltre strutturata in modo tale da recuperare calore dall’aria calda che abbandona l’unità abitativa, all’aria fresca che entra nell’unità abitativa, migliorando sensibilmente il rendimento energetico complessivo. Inoltre, la miscelazione, all’interno del collettore aria 4, tra l’aria fredda proveniente dall’esterno e l’aria calda viziata che esce dall’unità abitativa consente di aumentare la temperatura dell’aria che lambisce direttamente lo scambiatore di calore 22, con ciò migliorando sensibilmente il trasferimento di calore dall’aria al fluido frigorigeno durante il periodo invernale.

Il fatto poi che il serbatoio 30 sia composto da due contenitori stagni collegati tra loro in cascata, favorisce la stratificazione dell’acqua calda all’interno del serbatoio 30, consentendo al circuito di riscaldamento 31 di prelevare l’acqua calda dal serbatoio 30 nel punto in cui essa ha approssimativamente la temperatura minore, e reimmettere l’acqua calda nel serbatoio 30 nel punto in cui essa ha approssimativamente la temperatura maggiore.

La presenza del miscelatore termostatico 34 a cavallo tra la linea di ingresso dell’acqua potabile 32 e la linea di uscita dell’acqua potabile 33, consente inoltre di svincolare completamente la temperatura massima dell’acqua all’interno del serbatoio 30, dalla temperatura limite di erogazione dell’acqua calda per usi sanitari, con ciò permettendo all’acqua potabile contenuta all’interno del serbatoio 30 di raggiungere temperature anche superiori a 70-80°C. Possibilità che si traduce in un maggior accumulo di energia termica all’interno dell’unità per il condizionamento ambientale 1. Energia termica che, ovviamente, può essere all’occorrenza trasferita rapidamente all’aria che viene immessa all’interno dell’unità abitativa, evitando di attivare o aumentare temporaneamente la portata del compressore 23 del circuito a pompa di calore.

Ultimo, ma non meno importante, l’unità per il condizionamento ambientale 1 à ̈ in grado di mantenere stabilmente l’unità abitativa alla temperatura desiderata con consumi di energia elettrica particolarmente ridotti, con tutti i vantaggi economici che questo comporta.

Risulta infine chiaro che all’unità per il condizionamento ambientale 1 sopra descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.

Per esempio, in una forma di realizzazione meno sofisticata l’ingresso e l’uscita lato acqua dello scambiatore di calore aria/acqua 37 del circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31 potrebbero essere collegati direttamente al serbatoio 30. In questo caso, il circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria 31 comprende anche una seconda pompa di circolazione dell’acqua ad azionamento elettrico, che à ̈ interposta tra lo scambiatore di calore 37 ed il serbatoio 30 ed à ̈ in grado di far circolare, a comando, l’acqua potabile calda del serbatoio 30 attraverso lo scambiatore di calore 37, senza ovviamente interessare lo scambiatore di calore 35, in modo tale da trasferire calore dall’acqua potabile contenuta nel serbatoio 30, all’aria che circola nel collettore aria 3.

Claims (15)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Unità per il condizionamento ambientale (1) di una piccola unità abitativa, del tipo comprendente un involucro scatolare esterno (2) e due collettori aria (3, 4) collocati all’interno di detto involucro scatolare (2); il primo collettore aria (3) essendo dotato di una bocca di aspirazione dell’aria esterna (3a) la quale à ̈ atta ad essere posta in comunicazione con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa, e di una bocca di mandata dell’aria trattata (3b) la quale à ̈ atta ad essere posta in comunicazione con il o i vani/locali all’interno del perimetro della stessa unità abitativa; il secondo collettore aria (4) essendo dotato di una bocca di aspirazione dell’aria esterna (4a) la quale à ̈ atta ad essere posta in comunicazione con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa, e di una bocca di scarico dell’aria viziata (4b) la quale à ̈ atta ad essere posta in comunicazione con l’ambiente all’esterno del perimetro dell’unità abitativa; l’unità per il condizionamento ambientale (1) comprendendo inoltre - un circuito a pompa di calore (20) che à ̈ alloggiato all’interno dell’involucro scatolare (2), ed à ̈ strutturato per poter trasferire calore dall’aria che fluisce attraverso il primo collettore aria (3), all’aria che fluisce attraverso il secondo collettore aria (4), o viceversa; ed - un serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) che à ̈ posizionato all’interno dell’involucro scatolare (2), ed à ̈ strutturato/dimensionato in modo tale da contenere acqua potabile; l’unità per il condizionamento ambientale (1) essendo caratterizzata dal fatto di comprendere anche un circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria (31) che à ̈ posizionato all’interno dell’involucro scatolare (2), ed à ̈ strutturato in modo tale da poter trasferire calore dal fluido frigorigeno circolante nel circuito a pompa di calore (20), all’acqua contenuta all’interno del serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30), ed in modo tale da poter selettivamente trasferire calore dall’acqua contenuta all’interno del serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) all’aria che fluisce attraverso il primo collettore aria (3).
2. 2. Unità per il condizionamento ambientale secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria (31) comprende: uno scambiatore di calore acqua/frigorigeno (35) posizionato lungo il circuito a pompa di calore (20); una serie di tubazioni atte a collegare lo scambiatore di calore acqua/ frigorigeno (35) con il serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30); una pompa di circolazione dell’acqua (36) che à ̈ in grado di far circolare l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) attraverso lo scambiatore di calore acqua/frigorigeno (35); ed uno scambiatore di calore aria/acqua (37) che à ̈ posizionato all’interno del primo collettore aria (3), ed à ̈ atto ad essere attraversato dall’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30).
3. 3. Unità per il condizionamento ambientale secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria (31) comprende anche un gruppo valvole (38) ad azionamento elettrico che, a comando, à ̈ in grado di collegare lo scambiatore di calore aria/acqua (37) in serie/cascata allo scambiatore di calore acqua/frigorigeno (35), in modo tale che l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) circoli in entrambi gli scambiatori di calore (35, 37) prima di rientrare nel serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30).
4. 4. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il circuito a pompa di calore (20) comprende: due scambiatori di calore aria/frigorigeno (21, 22) posizionati lungo, rispettivamente, il primo (3) ed il secondo collettore aria (4); un dispositivo di compressione del fluido frigorigeno (23) ad azionamento elettrico; un distributore a quattro vie (24) ad azionamento elettrico, il quale à ̈ atto a collegare il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno (23) ai due scambiatori di calore aria/frigorigeno (21, 22); ed infine un dispositivo di espansione del fluido frigorigeno (25), che à ̈ interposto tra i due scambiatori di calore aria/frigorigeno (21, 22), ed à ̈ strutturato in modo tale da provocare l’espansione rapida del fluido frigorigeno che fluisce da uno scambiatore di calore aria/frigorigeno (21, 22) all’altro.
5. 5. Unità per il condizionamento ambientale secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che lo scambiatore di calore acqua/frigorigeno (35) del circuito di riscaldamento dell’acqua sanitaria (31) à ̈ posizionato immediatamente a valle della mandata del dispositivo di compressione del fluido frigorigeno (23), in modo tale da essere attraversato dal fluido frigorigeno ad alta pressione ed alta temperatura che fluisce dal dispositivo di compressione del fluido frigorigeno (23) verso il distributore a quattro vie (24).
6. 6. Unità per il condizionamento ambientale secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di compressione del fluido frigorigeno (23) à ̈ strutturato in modo tale da poter variare, a comando, il valore della portata del fluido frigorigeno che circola nel circuito a pompa di calore (20).
7. 7. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere anche una linea di ingresso dell’acqua potabile (32) che à ̈ atta a collegare il serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) al ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa che distribuisce all’interno della medesima unità abitativa l’acqua potabile fredda proveniente dall’acquedotto; una linea di uscita dell’acqua potabile (33) che à ̈ atta a collegare il serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) al ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa che distribuisce all’interno della medesima unità abitativa l’acqua potabile calda; ed un miscelatore termostatico o similare (34) che à ̈ posizionato a cavallo tra la linea di ingresso dell’acqua potabile (32) e la linea di uscita dell’acqua potabile (33), ed à ̈ strutturato in modo tale da poter miscelare l’acqua potabile calda che esce dal serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) attraverso la linea di uscita dell’acqua potabile (33), con l’acqua potabile fredda in arrivo dall’acquedotto attraverso la linea di ingresso dell’acqua potabile (32), in modo tale che l’acqua calda che entra nel ramo del circuito idraulico dell’unità abitativa che distribuisce l’acqua potabile calda, non superi una temperatura limite prefissata.
8. 8. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) comprende due contenitori stagni che sono collegati in cascata uno all’altro.
9. 9. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il primo collettore aria (3) à ̈ dotato anche di una bocca di aspirazione dell’aria interna riciclabile (3c) che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione con uno più vani/locali all’interno dell’unità abitativa.
10. 10. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il secondo collettore aria (4) à ̈ dotato anche di una bocca di aspirazione dell’aria interna viziata (4c) che à ̈ atta ad essere posta in comunicazione con alcuni specifici locali all’interno dell’unità abitativa.
11. 11. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere anche una prima pompa di circolazione dell’aria (5) posizionata all’interno del primo collettore aria (3), ed una seconda pompa di circolazione dell’aria (6) posizionata all’interno del secondo collettore aria (4).
12. 12. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere anche un gruppo di filtraggio dell’aria (7) che à ̈ posizionato lungo il primo collettore aria (3) in modo tale da trattenere le impurità che sono presenti nell’aria che entra nel primo collettore aria (3).
13. 13. Unità per il condizionamento ambientale secondo la rivendicazione (12), caratterizzata dal fatto il gruppo di filtraggio dell’aria (7) à ̈ un filtro elettrostatico.
14. 14. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il serbatoio di accumulo dell’acqua sanitaria (30) à ̈ strutturato/dimensionato in modo tale da contenere una quantità di acqua potabile superiore a 20 litri.
15. 15. Unità per il condizionamento ambientale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l’involucro scatolare esterno (2) à ̈ dimensionato in modo tale da essere posizionabile in uno dei vani/locali all’interno dell’unità abitativa.