ITUB20156811A1

ITUB20156811A1 - Geothermal heat exchanger, a relative geothermal air conditioning system and a relative process for the management of the plant

Info

Publication number: ITUB20156811A1
Application number: ITUB2015A006811A
Authority: IT
Inventors: Marco Trevisan; Stefano Cavalli
Original assignee: Gnrg S R L
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-11

Description

TITOLO: Scambiatore di calore geotermico, un relativo impianto geotermico di climatizzazione e un relativo procedimento per la gestione dell’impianto TITLE: Geothermal heat exchanger, a related geothermal air conditioning system and a related procedure for managing the system

CAMPO DELLA TECNICA FIELD OF TECHNIQUE

La presente invenzione si riferisce a uno scambiatore di calore geotermico di facile installazione, adatto all'impiego in impianti di climatizzazione (raffreddamento e/o riscaldamento), a un relativo impianto di climatizzazione e a un relativo procedimento per la gestione di tale impianto. The present invention relates to an easy-to-install geothermal heat exchanger, suitable for use in air-conditioning systems (cooling and / or heating), to a relative air-conditioning system and to a relative procedure for managing this system.

STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE

È noto che attualmente trovano crescente impiego impianti di climatizzazione (riscaldamento e raffreddamento) che utilizzano sistemi in grado di sfruttare fonti energetiche rinnovabili quali, ad esempio, il free cooling per il raffreddamento ed il solare termico per il riscaldamento. It is known that air conditioning systems (heating and cooling) are currently increasingly used which use systems capable of exploiting renewable energy sources such as, for example, free cooling for cooling and solar thermal for heating.

È altresì noto che tali tecnologie benché efficaci non possano mai essere impiegate se non in impianti ibridi a causa della imprevedibilità della fonte energetica che li alimenta. Ciò comporta un sostanziale svantaggio economico nel loro impiego poiché non si riducono i costi di realizzazione dell’impianto dovendo essere dimensionato per il 100% del fabbisogno termico sia l’impianto a fonte rinnovabile che quello a fonte tradizionale e si riducono solo parzialmente i costi operativi non potendo utilizzare - se non raramente - solo ed esclusivamente l’impianto alimentato a fonte rinnovabile soprattutto nelle giornate più calde e più fredde. It is also known that these technologies, although effective, can never be used except in hybrid plants due to the unpredictability of the energy source that feeds them. This involves a substantial economic disadvantage in their use since the construction costs of the plant are not reduced since both the renewable source and the traditional source plant have to be sized for 100% of the thermal needs and only partially reduce operating costs. not being able to use - if not rarely - only and exclusively the system powered by renewable sources, especially on the hottest and coldest days.

È noto che attualmente trovano crescente impiego impianti di climatizzazione (riscaldamento e raffreddamento) che utilizzano sistemi di sfruttamento di giacimenti geotermici localizzati (geotermia ad alta entalpia) o più semplicemente adoperano il terreno come mezzo per lo stoccaggio di calore nel ciclo stagionale (geotermia a bassa entalpia), in alternativa ai tradizionali impianti a combustibile per il riscaldamento o delle tradizionali pompe di calore aria/aria o acqua/aria per il condizionamento. It is known that air conditioning systems (heating and cooling) are currently increasingly used which use systems for the exploitation of localized geothermal fields (high enthalpy geothermal) or more simply use the ground as a means for storing heat in the seasonal cycle (low enthalpy), as an alternative to traditional fuel systems for heating or traditional air / air or water / air heat pumps for air conditioning.

Tali impianti possono essere sommariamente suddivisi in impianti orizzontali, in cui gli scambiatori di calore sono costituiti da fasci tubieri posizionati entro alcuni metri dalla superficie del terreno orizzontalmente rispetto alla stessa, e impianti verticali, in cui gli scambiatori di calore sono costituiti da tubazioni posizionate verticalmente nel terreno. Tra questi ultimi si possono, a sua volta, distinguere due tipologie di impianto: gli impianti di profondità, in cui le sonde vengono inserite ad una profondità superiore ai 50 metri dalla superficie del terreno, e gli impianti a bassa profondità, in cui le sonde vengono inserite ad una profondità inferiore ai 50 metri dalla superficie del terreno. These systems can be briefly divided into horizontal systems, in which the heat exchangers are made up of tube bundles positioned horizontally within a few meters from the ground surface with respect to it, and vertical systems, in which the heat exchangers are made up of vertically positioned pipes. in the ground. Among the latter, two types of systems can be distinguished: deep systems, in which the probes are inserted at a depth greater than 50 meters from the surface of the ground, and low-depth systems, in which the probes are they are inserted at a depth of less than 50 meters from the ground surface.

La principale differenza fra le citate diverse tecnologie è costituita dal fatto che gli impianti verticali di profondità devono operare in condizioni termodinamiche pressoché costanti durante il ciclo annuale, sfruttando fonti termiche puntuali insieme all’alta capacità termica del terreno, che agisce quindi da riserva termica. Viceversa gli impianti di bassa profondità o quelli orizzontali sfruttano la variazione naturale di temperatura dei primi strati del terreno durante il ciclo stagionale, combinando la capacità termica del terreno, che agisce come serbatoio, e la velocità di trasmissione del calore nel terreno, che permette di avere una temperatura operativa del terreno più bassa d’estate e più alta d’inverno. Pertanto è possibile estrarre calore dal sottosuolo, per il riscaldamento invernale, e cedere viceversa al terreno il calore estratto dagli ambienti, per realizzare la refrigerazione di tali ambienti nei mesi estivi. The main difference between the aforementioned different technologies is constituted by the fact that vertical depth systems must operate in almost constant thermodynamic conditions during the annual cycle, exploiting point heat sources together with the high heat capacity of the soil, which therefore acts as a thermal reserve. Conversely, shallow or horizontal systems exploit the natural temperature variation of the first layers of the soil during the seasonal cycle, combining the heat capacity of the soil, which acts as a reservoir, and the speed of heat transmission in the soil, which allows have a lower operating temperature of the ground in summer and higher in winter. Therefore it is possible to extract heat from the subsoil, for winter heating, and vice versa to transfer the heat extracted from the rooms to the ground, to carry out the refrigeration of these rooms in the summer months.

Sono noti all’arte impianti geotermici dotati di una o più sonde geotermiche inserite in apposite perforazioni eseguite nel terreno e collegate a un convenzionale impianto di climatizzazione per il tramite di uno scambiatore di calore. Più in particolare, sono note da tempo sonde geotermiche a bassa entalpia atte a essere inserite in posizione verticale nel terreno e dotate di almeno una tubazione di mandata e una tubazione di ritorno per la circolazione di un fluido di scambio termico, ad esempio acqua. Geothermal systems equipped with one or more geothermal probes inserted in special perforations made in the ground and connected to a conventional air conditioning system by means of a heat exchanger are known to the art. More particularly, low enthalpy geothermal probes have been known for some time, suitable for being inserted in a vertical position in the ground and equipped with at least one delivery pipe and a return pipe for the circulation of a heat exchange fluid, for example water.

Tali tubazioni, nel caso di geotermia verticale, possono essere realizzate con svariate geometrie, che possono essere sommariamente riassunte come segue: a U singola, U doppia, coassiali semplici o coassiali con almeno una tubazione a geometria ellittica. Nel caso di geotermia orizzontale, lo scambiatore di calore è costituito da una tubazione posta a serpentina in cui possono variare la sezione e il materiale di cui è composta la tubazione e la densità o fittezza della serpentina stessa. In the case of vertical geothermal, these pipes can be made with various geometries, which can be summarily summarized as follows: single U, double U, simple coaxial or coaxial with at least one elliptical geometry pipe. In the case of horizontal geothermal energy, the heat exchanger consists of a pipe placed in a coil in which the section and material of which the pipe is made and the density or density of the coil itself can vary.

In tutti i casi sopra descritti è noto all'arte l'utilizzo di diversi fluidi impiegati per lo scambio termico, tra i quali: acqua, acqua miscelata a glicole o ad altri composti liquidi o solidi. L'utilizzo di diversi fluidi di scambio termico è da imputarsi alla necessità di abbassamento della temperatura criogenica al di sotto dello zero Celsius o all'ottimizzazione del coefficiente di scambio termico del fluido stesso con il terreno. In all the cases described above, the use of various fluids used for heat exchange is known to the art, including: water, water mixed with glycol or other liquid or solid compounds. The use of different heat exchange fluids is due to the need to lower the cryogenic temperature below zero Celsius or to the optimization of the heat exchange coefficient of the fluid itself with the ground.

Gli scambiatori di calore per impianti verticali e orizzontali descritti sopra sono generalmente costituiti, indipendentemente dalla loro geometria, da tubazioni in plastica o in acciaio. The heat exchangers for vertical and horizontal systems described above generally consist, regardless of their geometry, of plastic or steel pipes.

Nel primo caso lo scambiatore è costituito da fasci tubieri in monotubo o con giunti elettrosaldati la cui installazione in cantiere richiede macchinari specifici. Tali macchinari hanno la funzione di srotolare le tubazioni e, contemporaneamente, raddrizzarle verticalmente rispetto al foro di inserimento per una altezza fino a 6 metri, per poi conseguentemente inserirle nel foro precedentemente realizzato nel terreno. Nel caso di scambiatori in acciaio invece viene richiesta la saldatura delle verghe in cantiere fino al raggiungimento della dimensione richiesta per lo scambiatore. In the first case, the exchanger is made up of single-pipe tube bundles or with electro-welded joints whose installation on site requires specific machinery. These machines have the function of unrolling the pipes and, at the same time, straightening them vertically with respect to the insertion hole for a height of up to 6 meters, and then consequently inserting them into the hole previously made in the ground. In the case of steel exchangers, on the other hand, the welding of the rods on site is required until the required size for the exchanger is reached.

In tutti i casi descritti sussiste una difficoltà intrinseca di progettazione degli impianti geotermici indipendente dal tipo di tecnologia, dalla collocazione orizzontale o verticale, dalla geometria o dai materiali con cui vengono realizzate le sonde stesse. Le sonde geotermiche sono apparecchiature passive ovvero una volta fissate le geometrie e i materiali, la resistenza termica per unità di lunghezza della sonda è fissata, ciò significa che la capacità di scambio termico per unità di lunghezza della sonda sarà fissata dalla differenza tra la temperatura del terreno circostante la sonda e la temperatura del fluido di scambio termico circolante nella sonda. Ciò significa che non vi è alcun metodo attivo per poter modificare nel corso della vita operativa del campo geotermico il parametro di scambio termico per unità di lunghezza ma al contrario questo dipenderà esclusivamente e passivamente solo dalle condizioni termiche del terreno. Domande termiche eccezionali dettate da condizioni climatiche al di fuori dalla media, come giornate particolarmente fredde d'inverno o particolarmente calde d'estate, possono quindi stressare il campo geotermico causandone una deriva ovvero un innalzamento o abbassamento eccezionale della temperatura mediamente irrecuperabile nel periodo di vita del campo geotermico. In all the cases described there is an intrinsic difficulty in designing geothermal plants regardless of the type of technology, the horizontal or vertical location, the geometry or the materials with which the probes themselves are made. Geothermal probes are passive equipment i.e. once the geometries and materials are fixed, the thermal resistance per unit length of the probe is fixed, this means that the heat exchange capacity per unit length of the probe will be fixed by the difference between the ground temperature surrounding the probe and the temperature of the heat exchange fluid circulating in the probe. This means that there is no active method to be able to modify the heat exchange parameter per unit of length during the operational life of the geothermal field but on the contrary this will depend exclusively and passively only on the thermal conditions of the ground. Exceptional thermal demands dictated by climatic conditions outside the average, such as particularly cold days in winter or particularly hot in summer, can therefore stress the geothermal field causing a drift or an exceptional rise or fall in the average temperature that cannot be recovered during the life period. of the geothermal field.

L'unico metodo attualmente conosciuto per cercare di limitare la possibilità di insorgenza di derive termiche consiste esclusivamente nel sovradimensionamento del campo geotermico in fase di progettazione. Tale sovradimensionamento segue principi di modellistica ed è comunque dettato da principi discrezionali che non possono garantire assolutamente l'efficacia nel tempo dell’impianto geotermico oltre a causarne un aumento del costo di realizzazione. The only method currently known to try to limit the possibility of onset of thermal drifts consists exclusively in oversizing the geothermal field in the design phase. This oversizing follows modeling principles and is in any case dictated by discretionary principles that cannot absolutely guarantee the effectiveness of the geothermal system over time as well as causing an increase in the cost of construction.

In tutti i casi descritti vengono inoltre richieste all'installatore abilità specifiche o di saldatura o di attrezzatura molto onerosa e di difficile utilizzo. Tale peculiarità rende economicamente svantaggioso, nella maggior parte dei casi, la realizzazione di campi geotermici a causa degli elevati costi di cantiere o degli elevati costi di trasferimento dei macchinari necessari all'installazione degli scambiatori. In all cases described, the installer is also required to have specific skills or welding skills or equipment that is very expensive and difficult to use. This peculiarity makes the construction of geothermal fields economically disadvantageous in most cases due to the high construction costs or the high costs of transferring the machinery necessary for the installation of the exchangers.

ESPOSIZIONE DELL’INVENZIONE EXHIBITION OF THE INVENTION

L’invenzione si pone lo scopo di superare i problemi citati, e precisamente di proporre un impianto geotermico di climatizzazione ovvero un relativo scambiatore di calore geotermico che permetta di modificare il parametro di scambio termico per unità di lunghezza. Ulteriore scopo dell’invenzione è creare uno scambiatore di calore geotermico che renda possibile una gestione attiva del parametro di scambio termico all’interno del suddetto impianto. The invention aims to overcome the aforementioned problems, and precisely to propose a geothermal air conditioning system or a relative geothermal heat exchanger that allows you to change the heat exchange parameter per unit of length. A further purpose of the invention is to create a geothermal heat exchanger that makes it possible to actively manage the heat exchange parameter within the aforementioned system.

In un primo aspetto dell’invenzione, gli scopi vengono raggiunti escogitando una tecnologia di scambiatori geotermici, opzionalmente modulari, a doppio circuito in grado di lavorare contemporaneamente con un circuito primario, per esempio a pompa di calore, e con un circuito secondario alimentato da un'altra fonte energetica, come per esempio una fonte rinnovabile, tra loro indipendenti, ma ovviamente preferibilmente gestibili nel loro funzionamento da un sistema di controllo comune che regola il funzionamento di un circuito anche sulla base del funzionamento dell’altro e viceversa. Per l'installazione di tale tecnologia innovativa non è richiesta alcuna abilità o macchinario specifico. In a first aspect of the invention, the purposes are achieved by devising a technology of geothermal, optionally modular, dual circuit exchangers capable of working simultaneously with a primary circuit, for example a heat pump, and with a secondary circuit fed by a other energy source, such as a renewable source, independent of each other, but obviously preferably manageable in their operation by a common control system that regulates the operation of one circuit also on the basis of the operation of the other and vice versa. No specific skills or machinery are required for the installation of this innovative technology.

In particolare, gli scopi suddetti vengono raggiunti da uno scambiatore di calore geotermico che comprende una sonda geotermica che contiene almeno una prima camera di mandata e una prima camera di ritorno per la circolazione di un primo fluido di scambio termico; e una seconda camera di mandata e una seconda camera di ritorno per la circolazione di un secondo fluido di scambio termico; in cui sono collegate la prima camera di mandata con la prima camera di ritorno e la seconda camera di mandata con la seconda camera di ritorno; e dove lo scambiatore comprende inoltre un tubo esterno di materiale conduttore di calore, chiuso alle opposte estremità, atto a essere inserito in una perforazione eseguita nel terreno e definente una camera termica recante al suo interno la prima e la seconda camera di mandata e la prima e seconda camera di ritorno. In particular, the above purposes are achieved by a geothermal heat exchanger which comprises a geothermal probe which contains at least a first delivery chamber and a first return chamber for the circulation of a first heat exchange fluid; and a second delivery chamber and a second return chamber for the circulation of a second heat exchange fluid; in which the first delivery chamber with the first return chamber and the second delivery chamber with the second return chamber are connected; and where the exchanger further comprises an external tube of heat conducting material, closed at the opposite ends, able to be inserted into a perforation made in the ground and defining a thermal chamber containing inside it the first and second delivery chamber and the first and second return room.

Un tale scambiatore di calore geotermico è uno scambiatore a doppio circuito in quanto permette la realizzazione di un primo circuito con la prima camera di mandata e la prima camera di ritorno e di un secondo circuito con la seconda camera di mandata e la seconda camera di ritorno, circuiti tra di loro indipendenti. Uno scambiatore a doppio circuito permette la realizzazione di un impianto geotermico di climatizzazione secondo Γ invenzione che supera i suddetti inconvenienti noti dallo stato deH’arte come sarà esposto più avanti. Generalmente, le camere di mandata e ritorno possono essere di qualsiasi geometria o dimensione atte a trasportare il fluido termico e a uno scambio termico sufficiente, sono, per esempio ipotizzabili, tubazioni rettilinee, tubazioni a spirale, ecc. Such a geothermal heat exchanger is a double circuit exchanger as it allows the creation of a first circuit with the first delivery chamber and the first return chamber and of a second circuit with the second delivery chamber and the second return chamber. , circuits independent of each other. A double circuit exchanger allows the construction of a geothermal air conditioning system according to the invention which overcomes the aforementioned drawbacks known from the state of the art as will be explained later. Generally, the delivery and return chambers can be of any geometry or size suitable for transporting the thermal fluid and for a sufficient heat exchange, for example straight pipes, spiral pipes, etc. are conceivable.

In una variante molto preferita dell'invenzione, la seconda camera di ritorno è formata dallo spazio vuoto all'interno del tubo esterno. In altre parole, il tubo esterno di materiale conduttore di calore, chiuso alle opposte estremità, atto a essere inserito in una perforazione eseguita nel terreno e definente una camera termica recante al suo interno detta prima e seconda camere di mandata e detta prima e seconda camera di ritorno è un tubo esterno di materiale conduttore di calore, chiuso alle opposte estremità, atto a essere inserito in una perforazione eseguita nel terreno e definente una camera termica e contemporaneamente la seconda camera di ritorno recante al suo interno detta prima e seconda camere di mandata e detta prima camera di ritorno. In a very preferred variant of the invention, the second return chamber is formed by the empty space inside the outer tube. In other words, the external tube of heat-conducting material, closed at the opposite ends, able to be inserted into a perforation made in the ground and defining a thermal chamber containing said first and second delivery chambers and said first and second chambers inside. return is an external tube of heat conducting material, closed at opposite ends, able to be inserted in a perforation made in the ground and defining a thermal chamber and at the same time the second return chamber containing said first and second delivery chambers and said first return chamber.

Una tale realizzazione della seconda camera di ritorno come lo spazio vuoto all’interno del tubo esterno, permette un’influenza maggiore del secondo circuito di alimentazione sul primo circuito di alimentazione, quando lo scambiatore viene utilizzato nell’impianto secondo l’invenzione o secondo il procedimento secondo l’invenzione, che sono illustrati più avanti. Such an embodiment of the second return chamber as the empty space inside the outer tube, allows a greater influence of the second supply circuit on the first supply circuit, when the exchanger is used in the plant according to the invention or according to the method according to the invention, which are illustrated below.

In una variante molto preferita dell’invenzione, lo scambiatore di calore geotermico è, seguendo sezioni trasversali rispetto all’estensione assiale dello stesso, suddiviso in un modulo di testa che comprende un settore di testa della sonda termica e del tubo esterno; un modulo di chiusura che comprende un settore di chiusura della sonda termica e del tubo esterno; in cui il modulo di testa e il modulo di chiusura sono chiusi ciascuno su un’estremità e in cui il modulo di testa comprende dei collegamenti per collegare le prime e seconde camere di mandata e di ritorno a relativi circuiti di alimentazione; e opzionalmente uno o più moduli mediani che comprendono settori di prolungamento della sonda geotermica e del tubo esterno; in cui il modulo di testa è collegato direttamente o - se presente/i - attraverso il/i modulo/i mediano/i intrapposto/i al modulo di chiusura e in cui con il collegamento dei moduli è realizzato il collegamento di corrispondenti settori delle prime e seconde camere di mandata e di ritorno e del tubo esterno. In a very preferred variant of the invention, the geothermal heat exchanger is, following cross sections with respect to the axial extension of the same, divided into a head module which includes a head sector of the thermal probe and the external tube; a closing module which comprises a sector for closing the thermal probe and the external pipe; in which the head module and the closing module are each closed on one end and in which the head module includes connections to connect the first and second delivery and return chambers to relative power supply circuits; and optionally one or more median modules which include extension sectors of the geothermal probe and of the outer tube; in which the head module is connected directly or - if present / s - through the median module / s placed against the closing module and in which the connection of the corresponding sectors of the first modules is achieved by connecting the modules and second delivery and return chambers and the external pipe.

L’invenzione propone anche un modulo di testa dotato di testate ad aggancio rapido, un modulo mediano dotato di testate ad aggancio rapido e un modulo di chiusura dotato di una testata ad aggancio rapido. Ogni modulo comprende una porzione del tubo esterno dello scambiatore e all'interno i rispettivi settori della sonda geotermica, e precisamente porzioni delle prime e seconde camere di mandata e di ritorno. The invention also offers a head module equipped with quick-coupling heads, a median module equipped with quick-coupling heads and a closing module equipped with a quick-coupling head. Each module includes a portion of the external tube of the exchanger and inside the respective sectors of the geothermal probe, and precisely portions of the first and second delivery and return chambers.

Nello specifico, il modulo di testa dello scambiatore di calore geotermico modulare si compone vantaggiosamente di un corpo centrale contenente le camere di scambio termico dei due circuiti, una flangia di testa dotata di almeno quattro collegamenti (p. es. saracinesche) utili a connettere la sonda ai due circuiti di alimentazione e una flangia per connetterlo a un modulo mediano o il modulo di chiusura. Specifically, the head module of the modular geothermal heat exchanger advantageously consists of a central body containing the heat exchange chambers of the two circuits, a head flange equipped with at least four connections (e.g. gate valves) useful for connecting the probe to the two power supply circuits and a flange to connect it to a median module or the closing module.

Il modulo mediano dello scambiatore di calore geotermico modulare si compone vantaggiosamente di un corpo centrale contenente le camere di scambio termico dei due circuiti e due testate ad aggancio rapido per connettersi ad altri due moduli che possono essere un modulo di testa, un modulo mediano o un modulo di chiusura. The median module of the modular geothermal heat exchanger is advantageously composed of a central body containing the heat exchange chambers of the two circuits and two quick coupling heads to connect to two other modules which can be a head module, a median module or a closing form.

Il modulo di chiusura dello scambiatore di calore geotermico modulare si compone preferibilmente di un corpo centrale contenente le camere di scambio termico dei due circuiti, una testata ad aggancio rapido su un’estremità e un fondello di chiusura sull’altra estremità. The closing module of the modular geothermal heat exchanger preferably consists of a central body containing the heat exchange chambers of the two circuits, a quick-coupling head on one end and a closing cap on the other end.

Vantaggiosamente, le camere di scambio termico dei due circuiti vengono messe in comunicazione tra loro nel modulo di chiusura, la mandata del circuito primario con il ritorno dello stesso circuito e la mandata del circuito secondario con il ritorno dello stesso circuito al fine di chiudere i due circuiti. Advantageously, the heat exchange chambers of the two circuits are put in communication with each other in the closing module, the primary circuit delivery with the return of the same circuit and the secondary circuit delivery with the return of the same circuit in order to close the two. circuits.

Preferibilmente, i tre moduli sopra descritti si assemblano tra di loro con un modulo di testa e un modulo di chiusura con intrapposti quanti moduli mediani si desidera (nessuno, uno o più ) fino al raggiungimento della dimensione desiderata per lo specifico scambiatore geotermico da realizzare. Preferably, the three modules described above are assembled together with a head module and a closing module with intertwined as many median modules as desired (none, one or more) until the desired size is reached for the specific geothermal exchanger to be made.

I moduli di testa, mediano e di chiusura e corrispondentemente lo scambiatore di calore geotermico secondo l’invenzione possono essere composti ciascuno da quattro o più camere, in funzione del numero di fonti di alimentazione coinvolti. Ipotizzabili sono anche scambiatori a tre o più circuiti. The head, middle and closing modules and correspondingly the geothermal heat exchanger according to the invention can each be composed of four or more chambers, depending on the number of power sources involved. Possible are also exchangers with three or more circuits.

Una siffatta struttura modulare dello scambiatore di calore geotermico permette il semplice dimensionamento dello stesso già in fase di prima realizzazione come durante futuri cambiamenti o riparazioni. Such a modular structure of the geothermal heat exchanger allows the simple sizing of the same already in the phase of first realization as during future changes or repairs.

Preferibilmente, nello scambiatore di calore geotermico modulare secondo l’invenzione, il modulo di testa e il modulo di chiusura sono dotati sull’estremità non chiusa di una testata, preferibilmente una flangia, ad aggancio rapido e che il/i modulo/i mediano/i è/sono dotato/i su ogni estremità di una testata, preferibilmente una flangia ad aggancio rapido in cui la testata comprende dei fori in corrispondenza delle prime e seconde camere di mandata e di ritorno. La testata ad aggancio rapido è vantaggiosamente una flangia dotata di almeno quattro fori ciascuno in corrispondenza di una camera di scambio termico, due per le camere di mandata e due per le camere di ritorno. Preferably, in the modular geothermal heat exchanger according to the invention, the head module and the closing module are equipped on the non-closed end with a head, preferably a flange, with quick coupling and that the median module (s) i is / are equipped on each end with a head, preferably a quick-coupling flange in which the head comprises holes in correspondence with the first and second delivery and return chambers. The quick-coupling head is advantageously a flange provided with at least four holes each in correspondence with a heat exchange chamber, two for the delivery chambers and two for the return chambers.

In una variante vantaggiosa dell’ invenzione, le testate ad aggancio rapido comprendono una tacca di centraggio. Tale tacca consente di allineare perfettamente i fori corrispondenti alle relative camere. In an advantageous variant of the invention, the quick coupling heads comprise a centering notch. This notch makes it possible to perfectly align the holes corresponding to the relative chambers.

Vantaggiosamente, tra due flange viene posizionata una guarnizione che evita la fuoriuscita dei liquidi impiegati per lo scambio termico nei circuiti e il loro miscelamento o dispersione nel terreno. Advantageously, a gasket is positioned between two flanges which prevents the liquids used for the heat exchange in the circuits from escaping and their mixing or dispersion in the ground.

Testate ad aggancio rapido permettono l’assemblaggio o lo smontaggio dello scambiatore anche da parte di personale non altamente qualificato e senza dover ricorrere a macchinari complessi specifici. Quick coupling heads allow the assembly or disassembly of the exchanger even by not highly qualified personnel and without having to resort to specific complex machinery.

In una variante vantaggiosa dell’invenzione, lo scambiatore di calore geotermico comprende inoltre una quinta camera per l’ispezione e per i rilevamenti in opera delle condizioni geotermiche del terreno. In an advantageous variant of the invention, the geothermal heat exchanger also includes a fifth chamber for the inspection and for on-site surveys of the geothermal conditions of the ground.

Lo scambiatore geotermico secondo l’invenzione può essere posto nel terreno sia verticalmente che orizzontalmente. Lo stesso vale per lo scambiatore modulare composto dai moduli con testata ad aggancio rapido, poiché le testate mantengono tutti i fluidi in pressione all’interno delle camere. The geothermal exchanger according to the invention can be placed in the ground both vertically and horizontally. The same applies to the modular exchanger consisting of modules with quick-coupling heads, since the heads keep all the fluids under pressure inside the chambers.

In particolare nel caso di posizionamento orizzontale, lo scambiatore geotermico modulare composto dai moduli con testata ad aggancio rapido consente l’estensione o la riduzione del campo geotermico anche dopo la posa in opera dello stesso in quanto, in qualsiasi momento è possibile sganciare una unità di testa, estendere o ridurre il numero delle unità mediane e riagganciare l’unità di testa estendendo o riducendo in questo modo il campo geotermico. Un aspetto dell’invenzione si riferisce a una testata ad aggancio rapido dotata di almeno quattro connettori per poter chiudere i due circuiti dello scambiatore di calore geotermico indipendentemente ciascuno con una fonte d’alimentazione. Un aspetto molto importante dell’invenzione concerne un impianto geotermico di climatizzazione che comprende almeno uno scambiatore di calore geotermico secondo l’invenzione; una fonte di alimentazione primaria; e una fonte di alimentazione secondaria; in cui la fonte di alimentazione primaria è collegata con la prima camera di mandata e la prima camera di ritorno formando un primo circuito di alimentazione, e in cui la fonte di alimentazione secondaria è collegata con la seconda camera di mandata e la seconda camera di ritorno formando un secondo circuito di alimentazione; e in cui il primo e il secondo circuito di alimentazione sono indipendenti tra di essi. In particular in the case of horizontal positioning, the modular geothermal exchanger composed of modules with quick coupling head allows the extension or reduction of the geothermal field even after its installation as, at any time, it is possible to release a unit of head, extend or reduce the number of median units and hang up the head unit thereby extending or reducing the geothermal field. An aspect of the invention refers to a quick coupling head equipped with at least four connectors to be able to close the two circuits of the geothermal heat exchanger independently, each with a power source. A very important aspect of the invention concerns a geothermal air conditioning system which includes at least one geothermal heat exchanger according to the invention; a primary power source; and a secondary power source; in which the primary power source is connected with the first delivery chamber and the first return chamber forming a first supply circuit, and in which the secondary power source is connected with the second delivery chamber and the second return chamber forming a second power circuit; and in which the first and second power supply circuits are independent of each other.

La configurazione ad almeno quattro camere rappresenta uno scambiatore di tipo attivo. Per esempio, questo è costituito da almeno una camera di mandata e una di ritorno del fluido impiegato per lo scambio termico con un circuito di climatizzazione, e da almeno una camera di mandata e una di ritorno del fluido impiegato per lo scambio termico con il circuito secondario di alimentazione. Lo scambiatore così realizzato si definisce di tipo attivo poiché, in questo caso, il flusso di calore tra il fluido impiegato per lo scambio termico con il circuito di climatizzazione ed il terreno, o viceversa, sarà regolato dalla temperatura del fluido impiegato per realizzare lo scambio termico con il circuito di alimentazione secondario. Inoltre, in questo caso, in caso di inattività del circuito di climatizzazione, il circuito di alimentazione secondario potrà autonomamente continuare a realizzare uno scambio termico con il terreno per ottimizzarne le condizioni termodinamiche stagionali e di conseguenza i consumi e l’efficienza del circuito di climatizzazione. The configuration with at least four chambers represents an active type exchanger. For example, this consists of at least one delivery and one return chamber for the fluid used for heat exchange with an air conditioning circuit, and at least one delivery and one return chamber for the fluid used for heat exchange with the circuit. secondary power supply. The exchanger thus created is defined as active since, in this case, the heat flow between the fluid used for the heat exchange with the air conditioning circuit and the ground, or vice versa, will be regulated by the temperature of the fluid used to make the exchange. with the secondary power supply circuit. Furthermore, in this case, in case of inactivity of the air conditioning circuit, the secondary power supply circuit can autonomously continue to carry out a heat exchange with the ground to optimize the seasonal thermodynamic conditions and consequently the consumption and efficiency of the air conditioning circuit. .

Vantaggiosamente, il circuito di alimentazione secondario può essere realizzato scaldando o raffreddando il fluido impiegato con ogni tecnologia nota all’arte, basata sul consumo di una qualche fonte energetica (come caldaie o σΝΙΙβή, o mediante tecnologie a energia rinnovabile (come pannelli solari a concentrazione o free cooling). In questo secondo caso si assolve anche allo scopo di ottimizzare l'impiego di tecnologie ad energia rinnovabile, spesso affette dal deficit di non fornire energia nel momento in cui viene richiesta non essendoci le condizioni ambientali per produrla. Lavorando in continuo con il campo geotermico, la fonte termica alternativa (sole per il riscaldamento o pioggia o vento per il raffreddamento) assolvono lo scopo di ottimizzare le condizioni del terreno ogni qual volta siano disponibili, riducendo pertanto i consumi del circuito di climatizzazione quando operativo. Advantageously, the secondary power supply circuit can be created by heating or cooling the fluid used with any technology known in the art, based on the consumption of some energy source (such as boilers or σΝΙΙβή, or by means of renewable energy technologies (such as concentrating solar panels) or free cooling). In this second case, the aim is also to optimize the use of renewable energy technologies, often suffering from the deficit of not supplying energy when it is required as there are no environmental conditions to produce it. with the geothermal field, the alternative thermal source (sun for heating or rain or wind for cooling) serve the purpose of optimizing the conditions of the ground whenever they are available, thus reducing the consumption of the air conditioning circuit when operational.

In una variante dell’invenzione, l’impianto geotermico di climatizzazione è un impianto di climatizzazione misto sia per il riscaldamento sia per il raffreddamento. Il funzionamento generale viene illustrato con la descrizione degli esempi esecutivi preferiti dell’invenzione In a variant of the invention, the geothermal air conditioning system is a mixed air conditioning system for both heating and cooling. The general operation is illustrated with the description of the preferred embodiments of the invention

In un’alternativa, rimpianto geotermico di climatizzazione secondo l'invenzione è un impianto di climatizzazione solo per riscaldamento o solo per raffreddamento. L'impianto può essere gestito solo per riscaldamento oppure, in un’altra variante solo per raffreddamento. Il funzionamento generale viene illustrato con la descrizione degli esempi esecutivi preferiti dell'invenzione. In an alternative, geothermal air conditioning system according to the invention is an air conditioning system only for heating or only for cooling. The system can be managed only for heating or, in another variant, only for cooling. The general operation is illustrated with the description of the preferred embodiments of the invention.

In una variante molto preferita dell'invenzione, la fonte di alimentazione primaria è una pompa di calore. Si tratta quindi di una fonte usata per condizionatori. Preferibilmente, la fonte di alimentazione secondaria è scelta da fonti a energia elettrica, a combustibile o a fonte rinnovabile. Principalmente, la fonte di alimentazione secondaria può essere di qualsiasi fonte energetica. In a very preferred variant of the invention, the primary power source is a heat pump. It is therefore a source used for air conditioners. Preferably, the secondary power source is selected from electricity, fuel or renewable sources. Primarily, the secondary power source can be from any energy source.

L’impianto secondo l’invenzione è vantaggiosamente dotato di un sistema di controllo che coordina l’esercizio delle fonti di alimentazione e dei circuiti e dei riscaldamenti, condizionatori, split o simili collegati alla pompa di calore. The system according to the invention is advantageously equipped with a control system that coordinates the operation of the power sources and circuits and heaters, air conditioners, split or similar connected to the heat pump.

Un ultimo aspetto dell'invenzione, già accennato sopra, è un procedimento che utilizza un impianto geotermico di climatizzazione secondo l’invenzione in cui il flusso di calore tra il fluido impiegato per lo scambio termico con il primo circuito di alimentazione e il terreno, o viceversa, viene regolato dalla temperatura del fluido impiegato per realizzare lo scambio termico con il secondo circuito di alimentazione e in cui, in caso di inattività del primo circuito di alimentazione, il secondo circuito di alimentazione realizza autonomamente uno scambio termico con il terreno. Questo procedimento serve per sfruttare con la presenza di un secondo circuito di alimentazione, un circuito secondario, al meglio le condizioni termodinamiche stagionali e di conseguenza ottimizzare i consumi e l’efficienza del circuito di climatizzazione, ovvero del primo circuito di alimentazione, il circuito primario. A last aspect of the invention, already mentioned above, is a process that uses a geothermal air conditioning system according to the invention in which the heat flow between the fluid used for the heat exchange with the first supply circuit and the ground, or vice versa, it is regulated by the temperature of the fluid used to carry out the heat exchange with the second supply circuit and in which, in case of inactivity of the first supply circuit, the second supply circuit autonomously carries out a heat exchange with the ground. This procedure is used to take advantage of the seasonal thermodynamic conditions with the presence of a second power supply circuit, a secondary circuit, and consequently optimize the consumption and efficiency of the air conditioning circuit, or of the first power supply circuit, the primary circuit. .

Le caratteristiche descritte per un aspetto dell’invenzione possono essere trasferite mutatis mutandis agli altri aspetti dell’invenzione. The features described for one aspect of the invention can be transferred mutatis mutandis to the other aspects of the invention.

Gli scopi e i vantaggi detti verranno meglio evidenziati durante la descrizione di preferiti esempi di esecuzione dell'invenzione data a titolo indicativo, ma non limitativo The aforementioned purposes and advantages will be better highlighted during the description of preferred embodiments of the invention given as an indication, but not limitative.

Varianti dell’invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. La descrizione di preferiti esempi di esecuzione dello scambiatore di calore geotermico, dell’impianto geotermico di climatizzazione e del procedimento di cui sopra secondo l'invenzione viene data a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento agli allegati disegni. Variants of the invention are the subject of dependent claims. The description of preferred examples of execution of the geothermal heat exchanger, of the geothermal air conditioning system and of the above procedure according to the invention is given by way of non-limiting example with reference to the attached drawings.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La fig. 1 illustra in una vista schematica in prospetto e pianta un impianto geotermico di climatizzazione con un circuito primario abbinato a una pompa di calore e uno secondario collegato a un'altra tipologia di tecnologia tradizionale e/o rinnovabile e inserito in un impianto residenziale/commerciale/industriale a due split ; Fig. 1 illustrates in a schematic elevation and plan view of a geothermal air conditioning system with a primary circuit combined with a heat pump and a secondary circuit connected to another type of traditional and / or renewable technology and inserted in a residential / commercial / two split industrial;

la fig. 2 illustra in una vista laterale schematica in sezione assiale un esempio esecutivo dello scambiatore di calore geotermico modulare a doppio circuito secondo l'invenzione; fig. 2 shows in a schematic side view in axial section an executive example of the modular dual-circuit geothermal heat exchanger according to the invention;

la fig. 3 illustra l’esempio esecutivo della figura 2 in una vista laterale schematica in sezione assiale ruotata di 90° rispetto alla figura 2; la fig. 4 illustra in una vista schematica in pianta una flangia che costituisce la testata ad aggancio rapido con tacca di centraggio dello scambiatore secondo la figura 2; fig. 3 illustrates the executive example of figure 2 in a schematic side view in axial section rotated by 90 ° with respect to figure 2; fig. 4 shows in a schematic plan view a flange which constitutes the quick-coupling head with centering notch of the exchanger according to Figure 2;

la fig. 5 illustra in una vista schematica in pianta una flangia che costituisce la testata ad aggancio rapido con tacca di centraggio dello scambiatore secondo la figura 3; e fig. 5 shows in a schematic plan view a flange which constitutes the quick coupling head with centering notch of the exchanger according to Figure 3; And

la fig. 6 illustra in una vista schematica in pianta la guarnizione che separa i singoli moduli o flange dello scambiatore secondo la figura 2. fig. 6 shows a schematic plan view of the gasket that separates the individual modules or flanges of the exchanger according to Figure 2.

DESCRIZIONE DI PREFERITI ESEMPI DI ESECUZIONE DESCRIPTION OF FAVORITE EXAMPLES OF EXECUTION

Con particolare riferimento alla figura 1, vengono illustrati generalmente due esempi esecutivi di un impianto di climatizzazione (riscaldamento e/o raffreddamento), denominato complessivamente con 2, con un sistema di accumulo-recupero geotermico per una potenza esemplificativa di 7 kW termici che si differenziano per dettagli non esplicitamente riportati nel disegno, ma solo descritti. With particular reference to Figure 1, two executive examples are generally shown of an air conditioning system (heating and / or cooling), referred to as a whole with 2, with a geothermal accumulation-recovery system for an exemplary power of 7 thermal kW which differ for details not explicitly shown in the drawing, but only described.

Nel primo esempio esecutivo si tratta di un impianto di climatizzazione misto riscaldamento/raffreddamento. L'impianto comprende due scambiatori geotermici 4 a doppio circuito. I due circuiti 6 e 8 semicoassiali sono collegati tra loro in parallelo sui due sistemi di alimentazione 10 e 12, e precisamente una pompa di calore 10 e da un’alimentazione di energia rinnovabile 12. In the first example, it is a mixed heating / cooling air conditioning system. The plant includes two double-circuit 4 geothermal exchangers. The two semi-coaxial circuits 6 and 8 are connected to each other in parallel on the two power systems 10 and 12, namely a heat pump 10 and a renewable energy supply 12.

L’impianto è inserito in un impianto residenziale/commerciale/industriale a due split 11. The plant is inserted in a two-split residential / commercial / industrial plant 11.

I due circuiti comprendono il circuito primario 6 e il circuito secondario 8. Il circuito primario 6 è alimentato dalla pompa di calore 10 ed è composto da una tubazione di diametro 50 mm realizzata in acciaio come camera di mandata 14 e da una tubazione di diametro 32 mm realizzata in plastica come camera di ritorno 16. La camera di mandata 14 è realizzata in acciaio per massimizzare la capacità di scambio termico con la camera esterna e ha un diametro maggiore per aumentare il tempo di contatto tra il fluido di scambio termico e le pareti della tubazione stesse. La camera di ritorno 16 è invece realizzata in materiale poco conduttivo e di diametro inferiore per minimizzare lo scambio termico tra il fluido di scambio termico e le pareti della tubazione stesse. Tale circuito viene collegato ad una pompa di calore 10 di 7 kW termici. The two circuits comprise the primary circuit 6 and the secondary circuit 8. The primary circuit 6 is powered by the heat pump 10 and is composed of a 50 mm diameter pipe made of steel as delivery chamber 14 and a 32 diameter pipe mm made of plastic as return chamber 16. The delivery chamber 14 is made of steel to maximize the heat exchange capacity with the external chamber and has a larger diameter to increase the contact time between the heat exchange fluid and the walls of the pipe itself. The return chamber 16, on the other hand, is made of a low conductive material and of a smaller diameter to minimize the heat exchange between the heat exchange fluid and the walls of the pipe themselves. This circuit is connected to a 7 kW heat pump 10.

II circuito secondario 8 è alimentato da un sistema a fonte rinnovabile 12 ed è composto da una tubazione di diametro 114 mm realizzata in acciaio come camera di mandata 18 che assolve anche al compito di incamiciare tutto il pacco sonda e di una tubazione di diametro 32 mm realizzata in plastica come camera di ritorno 20. La camera di mandata 18 è realizzata in acciaio per massimizzare la capacità di scambio termico con la camera esterna e ha un diametro maggiore per aumentare il tempo di contatto tra il fluido di scambio termico e le pareti della tubazione stesse. La camera di ritorno 20 è invece realizzata in materiale poco conduttivo e di diametro inferiore per minimizzare lo scambio termico tra il fluido di scambio termico e le pareti della tubazione stesse. Tale circuito viene collegato mediante due deviatori (non rappresentati) a un impianto di pannelli solari a concentrazione da 3,5 kW e un impianto free cooling da 3,5 kW anch’esso (non rappresentati). The secondary circuit 8 is powered by a renewable source system 12 and is composed of a 114 mm diameter pipe made of steel as delivery chamber 18 which also performs the task of jacketing the entire probe pack and a 32 mm diameter pipe. made of plastic as a return chamber 20. The delivery chamber 18 is made of steel to maximize the heat exchange capacity with the external chamber and has a larger diameter to increase the contact time between the heat exchange fluid and the walls of the piping themselves. The return chamber 20, on the other hand, is made of a low conductive material and of a smaller diameter to minimize the heat exchange between the heat exchange fluid and the walls of the pipe themselves. This circuit is connected by means of two diverters (not shown) to a 3.5 kW concentrated solar panel system and a 3.5 kW free cooling system (not shown).

Generalmente detto, cioè indipendentemente dalla specifica scelta di fonti di alimentazioni: Generally said, that is, regardless of the specific choice of power sources:

In inverno, il circuito 6 della pompa di calore 10 estrarrà calore dal terreno 22 per riscaldare l’evaporatore della pompa 10. Autonomamente il circuito secondario 8, ogni qualvolta ci sia una giornata di sole, riscalderà l’acqua del circuito secondario 8 che agirà quindi doppiamente riscaldando il circuito primario 6 e la terra 22 circostante la camicia rifornendola di energia termica. In estate, il circuito 6 della pompa di calore 10 cederà calore al terreno 22 per raffreddare il compressore della pompa 10. Autonomamente il circuito secondario 8, ogni qualvolta ci sia una giornata di pioggia o una sera rinfrescata, raffredderà l’acqua del circuito secondario 8 che agirà quindi doppiamente raffreddando il circuito primario 6 e la terra 22 circostante la camicia estraendo da essa l’energia termica in eccesso. In winter, the circuit 6 of the heat pump 10 will extract heat from the ground 22 to heat the evaporator of the pump 10. The secondary circuit 8 autonomously, whenever there is a sunny day, will heat the water in the secondary circuit 8 which will act then doubly heating the primary circuit 6 and the earth 22 surrounding the jacket, supplying it with thermal energy. In summer, the circuit 6 of the heat pump 10 will release heat to the ground 22 to cool the compressor of the pump 10. The secondary circuit 8 autonomously, whenever there is a rainy day or a cooled evening, will cool the water in the secondary circuit 8 which will then act doubly by cooling the primary circuit 6 and the earth 22 surrounding the jacket by extracting the excess thermal energy from it.

Il secondo esempio esecutivo prevede un impianto 2 di climatizzazione solo per riscaldamento o solo per raffreddamento con un sistema di accumulo- recupero geotermico per una potenza esemplificativa di 7 kW termici. Il circuito primario 6 viene sempre collegato ad una pompa di calore 10 di 7 kW termici. Il circuito secondario 8 viene invece collegato a un’alimentazione secondaria 12, e precisamente un impianto a pannelli solari a concentrazione da 7 kW termici nel caso di solo riscaldamento o ad un impianto free cooling da 7 kW termici. The second executive example provides for an air conditioning system 2 only for heating or only for cooling with a geothermal storage-recovery system for an exemplary thermal power of 7 kW. The primary circuit 6 is always connected to a 7 kW heat pump 10. The secondary circuit 8 is instead connected to a secondary power supply 12, namely a 7 kW thermal concentration solar panel system in the case of heating only or to a 7 kW thermal free cooling system.

Come nel caso dell’impianto misto, ma in modalità monodirezionale, l’impianto cosi costituito consente, nel caso di solo riscaldamento, di sfruttare la fonte secondaria alternativa (per esempio a energia rinnovabile) ogni qual volta essa sia disponibile o direttamente o stoccandone l’energia prodotta nel terreno 22, e, nel caso di solo raffreddamento, di dissipare ogni qual volta essa sia disponibile o l’energia termica prodotta o stoccata nel terreno. As in the case of the mixed system, but in unidirectional mode, the system thus constituted allows, in the case of heating only, to exploit the alternative secondary source (for example renewable energy) whenever it is available either directly or by storing the energy produced in the ground 22, and, in the case of cooling only, to dissipate whenever it is available or the thermal energy produced or stored in the ground.

Entrambi gli esempi esecutivi vedono la realizzazione di due scambiatori geotermici 4 a doppio circuito, ciascuno ottenuto assemblando un modulo di testa, uno mediano e uno di fondo. I due scambiatori 4 vengono installati nel terreno 22 in posizione verticale ad una distanza di almeno 5 metri l’uno dall’altro. Both executive examples see the construction of two double-circuit geothermal exchangers 4, each obtained by assembling a top, middle and bottom module. The two exchangers 4 are installed in the ground 22 in a vertical position at a distance of at least 5 meters from each other.

Nelle due viste delle figure 2 e 3 di un esempio esecutivo per uno scambiatore di calore geotermico 4 secondo l’invenzione, applicabile negli esempi esecutivi per gli impianti sopra descritti, questo è realizzato dalla combinazione di due scambiatori 4 modulari composto ognuno da un modulo di testa ad aggancio rapido 24 dotato di almeno quattro connettori 26; da un modulo mediano 28; e da un modulo di chiusura 30 in cui ogni modulo presenta quattro camere 36 per realizzare un doppio circuito che sono collegabili o collegate alle rispettive camere del/i modulo/i adiacente/i. In the two views of figures 2 and 3 of an executive example for a geothermal heat exchanger 4 according to the invention, applicable in the executive examples for the plants described above, this is achieved by the combination of two modular exchangers 4 each consisting of a quick coupling head 24 equipped with at least four connectors 26; from a median module 28; and by a closing module 30 in which each module has four chambers 36 to form a double circuit which can be connected or connected to the respective chambers of the adjacent module (s).

Ogni modulo ad aggancio rapido si compone di una flangia 32 (fig. 4 e 5) su ogni estremità, solo il modulo di fondo solo su un’estremità, dotata di quattro fori 34a e 34b ciascuno in corrispondenza di una camera di scambio termico 36, almeno due per le mandate 34a e almeno due per i ritorni 34b, e una tacca di centraggio 38 che consente di allineare perfettamente i fori 34a e 34b corrispondenti alle stesse camere 36. Le camere 36 sono solo accennate e possono essere di qualsiasi geometria e dimensione, nel caso particolare la seconda camera di ritorno corrisponde allo spazio vuoto all'interno del tubo esterno 44, 46, 48. Nel caso di collegamento, tra due flange 32 viene posizionata una guarnizione 40 che evita la fuoriuscita dei liquidi impiegati per 10 scambio termico nei due circuiti e il loro miscelamento o dispersione nel terreno e che dispone di quattro fori 42a e 42b nello stato assemblato in corrispondenza dei fori 34a e 34b delle flange. Each quick-connect module consists of a flange 32 (fig. 4 and 5) on each end, only the bottom module only on one end, equipped with four holes 34a and 34b each in correspondence with a heat exchange chamber 36 , at least two for the outlets 34a and at least two for the returns 34b, and a centering notch 38 which allows the holes 34a and 34b corresponding to the same chambers 36 to be perfectly aligned. The chambers 36 are only hinted at and can be of any geometry and dimension, in the particular case the second return chamber corresponds to the empty space inside the external tube 44, 46, 48. In the case of connection, a gasket 40 is positioned between two flanges 32 which avoids the leakage of the liquids used for the exchange in the two circuits and their mixing or dispersion in the ground and which has four holes 42a and 42b in the assembled state at the holes 34a and 34b of the flanges.

11 modulo di testa 24 dello scambiatore di calore geotermico modulare 4 si compone di un corpo centrale 44 contenete le camere di scambio termico 36 dei due circuiti, una flangia di testa 32 dotata di almeno quattro saracinesche 26 utili a connettere la sonda ai due circuiti di alimentazione 6 e 8. The head module 24 of the modular geothermal heat exchanger 4 consists of a central body 44 containing the heat exchange chambers 36 of the two circuits, a head flange 32 equipped with at least four gate valves 26 useful for connecting the probe to the two power supply 6 and 8.

Il modulo mediano 28 dello scambiatore di calore geotermico modulare 4 si compone di un corpo centrale 46 contenete le camere di scambio termico dei due circuiti e due testate 32 ad aggancio rapido, come descritte sopra, una su ogni estremità. The median module 28 of the modular geothermal heat exchanger 4 consists of a central body 46 containing the heat exchange chambers of the two circuits and two quick-coupling heads 32, as described above, one on each end.

Il modulo di chiusura 30 dello scambiatore di calore geotermico modulare 4 si compone di un corpo centrale 48 contenete le camere di scambio termico dei due circuiti, da una testata ad aggancio rapido sull’estremità collegata con il modulo mediano 28, come descritta sopra, e da un fondello di chiusura 50 sul fondo. Nel modulo di chiusura 30, le camere di scambio termico dei due circuiti vengono messe in comunicazione tra loro, la mandata 14 del circuito primario 6 con il ritorno 16 dello stesso circuito 6 e la mandata 18 del circuito secondario 8 con il ritorno 20 dello stesso circuito 8 al fine di chiudere i due circuiti 6 e 8. The closing module 30 of the modular geothermal heat exchanger 4 consists of a central body 48 containing the heat exchange chambers of the two circuits, by a head with quick coupling on the end connected to the median module 28, as described above, and by a closing cap 50 on the bottom. In the closing module 30, the heat exchange chambers of the two circuits are put in communication with each other, the delivery 14 of the primary circuit 6 with the return 16 of the same circuit 6 and the delivery 18 of the secondary circuit 8 with the return 20 of the same circuit 8 in order to close the two circuits 6 and 8.

La sonda 4 sopra descritta si ottiene assemblando un modulo di testa 24 e un modulo di chiusura 30 con intrapposti quanti moduli mediani si desidera (nessuno, uno o più), nel caso rappresentato uno, fino al raggiungimento della dimensione desiderata per lo specifico scambiatore geotermico da realizzare. I tre moduli 24, 28 e 30 sopra descritti si assemblano tra di loro semplicemente imbullonando tra di loro le flange 32, senza necessità di abilità o macchinari specifici. A questo scopo le flange 32 dispongono di fori 52 far passare dei bulloni 54. Il design delle flange 32 consente automaticamente il centraggio dei moduli e il tiraggio dei bulloni connette automaticamente le varie camere 36 impedendo che i fluidi di scambio termico si miscelino o si disperdano nel terreno 22. The probe 4 described above is obtained by assembling a head module 24 and a closing module 30 with intertwined as many median modules as desired (none, one or more), in the case represented one, until the desired size for the specific geothermal exchanger is reached. to realize. The three modules 24, 28 and 30 described above are assembled together simply by bolting the flanges 32 together, without the need for specific skills or machinery. For this purpose the flanges 32 have holes 52 for passing bolts 54. The design of the flanges 32 automatically allows the centering of the modules and the pulling of the bolts automatically connects the various chambers 36 preventing the heat exchange fluids from mixing or dispersing in the ground 22.

I moduli di testa 24, mediano 28 e di chiusura 30 possono essere composti ciascuno da quattro o anche più camere in funzione del tipo di connettore rapido impiegato ovvero del numero di circuiti che si vuole realizzare o se è prevista una camera d’ispezione. The head modules 24, median 28 and closing modules 30 can each be composed of four or even more chambers depending on the type of quick connector used or the number of circuits to be created or if an inspection chamber is provided.

La configurazione ad almeno quattro camere, compone lo scambiatore di tipo attivo. Questo è costituito da almeno una camera di mandata 14 ed una di ritorno 16 del fluido impiegato per lo scambio termico con un circuito di climatizzazione 10, da almeno una camera di mandata 18 ed una di ritorno 20 del fluido impiegato per lo scambio termico con il circuito secondario di alimentazione 12, una camera aggiuntiva opzionale (non rappresentata) può essere impiegata per l’ispezione e per i rilevamenti in opera delle condizioni geotermiche del terreno. The configuration with at least four chambers makes up the active type exchanger. This consists of at least a delivery chamber 14 and a return chamber 16 of the fluid used for the heat exchange with an air conditioning circuit 10, of at least a delivery chamber 18 and a return chamber 20 of the fluid used for the heat exchange with the secondary power supply circuit 12, an optional additional chamber (not shown) can be used for inspection and for surveying the geothermal conditions of the ground on site.

Lo scambiatore 4 così realizzato si definisce di tipo attivo poiché, in questo caso, il flusso di calore tra il fluido impiegato per lo scambio termico con il circuito di climatizzazione 6 ed il terreno 22, o viceversa, sarà regolato dalla temperatura del fluido impiegato per realizzare lo scambio termico con il circuito di alimentazione secondario 8. Inoltre, in questo caso, in caso di inattività del circuito di climatizzazione 6, il circuito di alimentazione secondario 8 potrà autonomamente continuare a realizzare scambio termico con il terreno 22 per ottimizzarne le condizioni termodinamiche stagionali e di conseguenza i consumi e l’efficienza del circuito di climatizzazione 6. The exchanger 4 thus created is defined as active since, in this case, the heat flow between the fluid used for the heat exchange with the air conditioning circuit 6 and the ground 22, or vice versa, will be regulated by the temperature of the fluid used for carry out the heat exchange with the secondary power supply circuit 8. Furthermore, in this case, in the event of inactivity of the air conditioning circuit 6, the secondary power supply circuit 8 can autonomously continue to carry out heat exchange with the ground 22 to optimize its thermodynamic conditions seasonal and consequently the consumption and efficiency of the air conditioning circuit 6.

Il circuito di alimentazione secondano 8 può essere realizzato scaldando o raffreddando il fluido impiegato con ogni tecnologia nota airarte, basata sul consumo di una qualche fonte energetica (caldaie o chiller), o mediante tecnologie a energia rinnovabile (pannelli solari a concentrazione o free cooling ). In questo secondo caso si assolve anche allo scopo di ottimizzare l'impiego di tecnologie a energia rinnovabile, spesso affette dal deficit di non fornire energia nel momento in cui viene richiesta non essendoci le condizioni ambientali per produrla. Lavorando in continuo con il campo geotermico la fonte termica alternativa (sole per il riscaldamento o pioggia o vento per il raffreddamento) assolvono lo scopo di ottimizzare le condizioni del terreno 22 ogni qual volta siano disponibili, riducendo pertanto i consumi del circuito di climatizzazione 6 quando operativo. The secondary power supply circuit 8 can be created by heating or cooling the fluid used with any known airarte technology, based on the consumption of some energy source (boilers or chillers), or by means of renewable energy technologies (concentrating solar panels or free cooling). . In this second case, the aim is also to optimize the use of renewable energy technologies, often suffering from the deficit of not supplying energy when it is required as there are no environmental conditions to produce it. Working continuously with the geothermal field, the alternative thermal source (sun for heating or rain or wind for cooling) fulfills the purpose of optimizing the conditions of the ground 22 whenever they are available, thus reducing the consumption of the air conditioning circuit 6 when operating.

Lo scambiatore e impianto geotermico descritto a titolo esemplificativo è suscettibile di numerose modifiche e varianti a seconda delle diverse esigenze. Nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali impiegati, nonché la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze. The heat exchanger and geothermal system described by way of example is susceptible of numerous modifications and variations according to the various requirements. In the practical implementation of the invention, the materials used, as well as the shape and dimensions, can be any according to requirements.

Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d’esempio da tali segni di riferimento. Where the technical characteristics mentioned in each claim are followed by reference signs, these reference signs have been included for the sole purpose of increasing the understanding of the claims and consequently they have no limiting value on the purpose of each element identified by way of reference. example from such reference marks.

In fase esecutiva, allo scambiatore di calore geotermico, all'impianto geotermico di climatizzazione e al procedimento oggetto dell’invenzione potranno essere apportate ulteriori modifiche o varianti esecutive non descritte. Qualora tali modifiche o tali varianti dovessero rientrare nell’ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno ritenere tutte protette dal presente brevetto. In the executive phase, further modifications or executive variants not described may be made to the geothermal heat exchanger, the geothermal air conditioning system and the process object of the invention. Should such modifications or variations fall within the scope of the following claims, they must all be considered protected by this patent.

Claims

CLAIMS 1) Geothermal heat exchanger (4) comprising (a) a geothermal probe containing at least (al) a first delivery chamber (14) and a first return chamber (16) for the circulation of a first heat exchange fluid; And (a2) a second delivery chamber (18) and a second return chamber (20) for the circulation of a second heat exchange fluid; wherein said first delivery chamber (14) is connected with said first return chamber (16) and said second delivery chamber (18) is connected with said second return chamber (20); and further comprising (b) an external tube of heat-conducting material (44, 46, 48), closed at the opposite ends, able to be inserted into a perforation made in the ground (22) and defining a thermal chamber bearing inside it said first (14 ) and second (18) delivery chambers and said first (16) and second (18) return chambers.

2) Geothermal heat exchanger according to claim 1 characterized by the fact that said second return chamber is formed by the empty space inside said external tube.

3) Geothermal heat exchanger according to claim 1 or 2 characterized by the fact that the geothermal heat exchanger (4) is, following cross sections with respect to the axial extension of the same, divided into (i) a head module (24) comprising a head sector of said geothermal probe and of said outer tube (44); (ii) a closing module (30) comprising a closing sector of said geothermal probe and of said external tube (30); in which said head module (24) and said closing module (30) are each closed on one end and in which said head module (24) comprises connections for connecting said first and second delivery chambers (14, 18 ) and return (16, 20) to power supply circuits (10, 12); and optionally (iii) one or more middle modules (28) comprising extension sectors of said thermal probe and of said outer tube (46); wherein said head module (24) is connected directly or - if present - through said median module (s) (28) interposed to said closing module (30) and in which with the connection of the modules (24, 28, 30) the connection of the corresponding sectors of the first and second delivery (14, 18) and return (16, 20) chambers and of the external pipe (44, 46, 48).

4) Geothermal heat exchanger according to claim 3 characterized in that said head module (24) and said closing module (30) are equipped on the non-closed end with a quick-coupling head and that said module (s) median (28) - if present - are equipped on each end with a quick-coupling head in which said head includes holes in correspondence with said first and second delivery (14, 18) and return (16, 20) chambers ).

5) Geothermal heat exchanger according to any of the preceding claims characterized by the fact that it also comprises a fifth chamber for the inspection and for on-site surveys of the geothermal conditions of the ground.

6) Geothermal air conditioning system comprising (a) at least one geothermal heat exchanger (4) according to any one of the preceding claims; (b) a primary power source (10); And (c) a secondary power source (12); wherein said primary power source (10) is connected with said first delivery chamber (14) and said first return chamber (16) forming a first power supply circuit (6), and wherein said secondary power source (12) is connected with said second delivery chamber (18) and said second return chamber (20) forming a second power supply circuit (8); And wherein said first (6) and said second (8) power supply circuit are independent of each other.

7) System according to claim 6 characterized by the fact that the system is a mixed air conditioning system for both heating and cooling or an air conditioning system for heating only or for cooling only.

8) Plant according to any one of claims 6 or 7 characterized in that said primary power source (10) is a heat pump.

9) Plant according to any one of claims 6 to 8, characterized by the fact that said secondary power source (12) is selected from renewable electricity, fuel or aphonic energy sources.

10) Process using a plant (2) according to any one of claims 6 to 9 in which the heat flow between the fluid used for the heat exchange with the first supply circuit (6) and the ground (22), or vice versa , is regulated by the temperature of the fluid used to carry out the heat exchange with the second supply circuit (8) and in which, in the event of inactivity of the first supply circuit (6), the second supply circuit (8) autonomously creates a heat exchange with the ground (22).