ITCA20090013A1 - FRACTIONAL BOILER SYSTEM FOR SOLAR THERMAL SYSTEMS (THERMAL IN GENERAL FOR CIVIL AND INDUSTRIAL USE) - Google Patents
FRACTIONAL BOILER SYSTEM FOR SOLAR THERMAL SYSTEMS (THERMAL IN GENERAL FOR CIVIL AND INDUSTRIAL USE) Download PDFInfo
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Description
Descrizione dell' invenzione industriale avente per titolo: Description of the industrial invention entitled:
"Sistema Boiler frazionato per impianti termici solari (termica in generale ad uso civile ed industriale )" "Fractional boiler system for solar thermal systems (thermal in general for civil and industrial use)"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il Sistema Boiler frazionato per impianti termici solari(termica in generale ad uso civile ed industriale) verrà in seguito identificato con il nome di fantasia Genialloddo,esso intende risolvere l'attuale inefficienza degli attuali impianti termici solari, nei periodi a basso irraggiamento, attraverso una The fractional boiler system for solar thermal systems (thermal in general for civil and industrial use) will later be identified with the invented name Genialloddo, it intends to solve the current inefficiency of current solar thermal systems, in periods of low irradiation, through a
modifica strutturale dell' accumulo e del suo sistema di gestione.Il frazionamento dello spazio di structural modification of the accumulation and its management system
accumulo disponibile in due distinte parti, di cui una caratterizzata da un volume significativamente minore dell' altra (FIG.Ol), consente di concentrare tutta l' energia raccolta su un modesto volume d'acqua, che così potrà raggiungere una buona temperatura operativa. A parità di condizioni ambientali, la temperatura dell' A.C.S. raggiunta nel sistema Genialloddo, è assai maggiore rispetto a culla degli attuali impianti solari, in quanto questi ultimi diluiscono su tutta la capacità di accumulo l'energia captata. La massa complessivamente riscaldabile nel sistema Genialloddo, nei periodi più freddi, diminuisce rispetto al periodo caldo, ma di fatto questa è compiutamente utilizzabile senza compromessi;nello stesso periodo l' attuale tecnologia è posta in standby, oppure i boiler vengono utilizzati alla stregua di grandi scaldabagni alimentati da fonti tradizionali e quindi a costi assai sostenuti e accumulation available in two distinct parts, one of which is characterized by a significantly smaller volume than the other (FIG.Ol), allows to concentrate all the energy collected on a modest volume of water, which will thus be able to reach a good operating temperature. Under the same environmental conditions, the DHW temperature reached in the Genialloddo system, it is much greater than in the cradle of current solar systems, as the latter dilute the captured energy over the entire storage capacity. The total mass that can be heated in the Genialloddo system, in the colder periods, decreases compared to the hot period, but in fact this is fully usable without compromise; in the same period the current technology is put on standby, or the boilers are used as large water heaters powered by traditional sources and therefore at very high costs e
con elevato fattore d'inquinamento. Il fluido tecnico in uscita dal pannello solare, nei sistema Genialloddo, nei periodi freddi, opererà sul volume idrico ospitato nel secondo e più grande boiler, solo se le condizioni ambientali Io consentono. Questa soluzione consente di allungare in modo significativo i tempi di utilizzo del sistema, nell'arco dell'anno, senza ricorrere alle fonti tradizionali. Dei due accumuli presenti nel sistema Genialloddo, il primo boiler, "primario", ha un volume che in prima istanza si può assumere pari a circa 1/3 del totale disponibile, ma la sua dimensione effettiva sarà direttamente dipendente dalle condizioni climatiche del sito dove dovrà essere installato; sono ben diverse le condizioni meteo del Mediterraneo rispetto alla Scandinavia, per esempio. Nelle nazioni caratterizzate da temperature medie assai basse si potranno utilizzare o volumi anche molto minori di accumulo primario o sistemi più piccoli montati sequenzialmente o in parallelo e gestiti integralmente da un sistema elettronico. I sistemi di controllo e gestione saranno preferibilmente governati tramite una centralina computerizzata (PLC o altro). Solo negli impianti di minor pregio tecnologico e costo, ci si affiderà alla gestione puramente termomeccanica. Un significativo miglioramento del rendimento del sistema, e quindi un minor tempo di ammortamento economico degli investimenti, sarà ottenibile, attraverso l'inserimento di resistenze elettriche (ID. 13 e 14), alimentate dall'impianto fotovoltaico (ID.15) eventualmente presente nell'immobile (fig. with high pollution factor. The technical fluid leaving the solar panel, in the Genialloddo system, in cold periods, will operate on the water volume housed in the second and largest boiler, only if the environmental conditions allow it. This solution makes it possible to significantly lengthen the times of use of the system, throughout the year, without resorting to traditional sources. Of the two accumulations present in the Genialloddo system, the first boiler, "primary", has a volume that in the first instance can be assumed to be approximately 1/3 of the total available, but its actual size will be directly dependent on the climatic conditions of the site where it will have to be installed; the weather conditions in the Mediterranean are very different from Scandinavia, for example. In countries characterized by very low average temperatures, it will be possible to use even much smaller volumes of primary storage or smaller systems mounted sequentially or in parallel and managed entirely by an electronic system. The control and management systems will preferably be governed by a computerized control unit (PLC or other). Only in plants of lower technological value and cost, will we rely on purely thermo-mechanical management. A significant improvement in the efficiency of the system, and therefore a shorter payback time of the investments, will be obtainable, through the insertion of electrical resistances (ID. 13 and 14), powered by the photovoltaic system (ID.15) possibly present in the 'property (fig.
01,02,03,05 e 09). Questa soluzione consente di incrementare la temperatura della massa fluida in virtù del più efficiente recupero di energia solare. In casi critici sarà possibile alimentare le resistenze elettriche (scaldiglie) anche tramite la rete cittadina. Il PLC d'impianto sulla base dei dati rilevati attuerà la soluzione più vantaggiosa per l'utente o comunque la soluzione prescelta da esso. L'impiego della doppia tecnologia solare consente di ampliare l'intervallo temporale d'uso dell'impianto, contribuendo a maggiori efficienze energetiche, minori tempi d'ammortamento dell'impianto, ulteriori diminuzioni dei consumi di energia tradizionale all'interno dell'edificio e conseguentemente maggiore abbattimento delle emissioni in atmosfera. 01,02,03,05 and 09). This solution allows to increase the temperature of the fluid mass by virtue of the more efficient recovery of solar energy. In critical cases it will be possible to power the electric resistances (heaters) also through the city network. On the basis of the data collected, the plant PLC will implement the most advantageous solution for the user or in any case the solution chosen by him. The use of double solar technology allows to extend the time interval of use of the system, contributing to greater energy efficiency, shorter amortization times of the system, further decreases in traditional energy consumption inside the building and consequently greater reduction of emissions into the atmosphere.
Arte conosciuta Known art
Il serbatoio di accumulo dell'acqua calda sanitaria, universalmente identificato come "boiler", è l'elemento centrale degli impianti per il riscaldamento di acqua sanitaria; al suo interno staziona l'acqua su cui si è trasferita l'energia termica prodotta dalle fonti tradizionali o rinnovabili, di modo che l'utenza se ne possa approwigionare in maniera continuativa, usufruendo del massimo confort necessario. Gli impianti solari termici presenti sul mercato, sia nazionale che estero, non risultano essere distinti in base alla tipologia di accumulo dell'acqua calda sanitaria prodotta, ma solo in funzione della tecnologia costruttiva dei pannelli. In tutte le installazioni attuali, di norma, si ha un unico boiler le cui dimensioni dipendono direttamente dalla superficie complessiva dei pannelli solari installati, quindi a maggiori superfici assorbenti corrispondono volumi maggiori di acqua calda immagazzinata nei boiler. AI più si possono avere dei boiler che al loro interno possiedono degli apparati stratificatori dell'acqua calda sanitaria. Tale sistema, se risulta soddisfacente nei mesi estivi e nelle giornate invernali dotate di buon irraggiamento, mostra tutti i suoi limiti nelle giornate invernali. In condizioni di limitata presenza di irraggiamento The domestic hot water storage tank, universally identified as "boiler", is the central element of the sanitary water heating systems; the water on which the thermal energy produced by traditional or renewable sources is transferred is stationed, so that users can continually procure it, making use of the maximum necessary comfort. The solar thermal systems present on the market, both national and foreign, do not appear to be distinguished according to the type of accumulation of the domestic hot water produced, but only according to the construction technology of the panels. In all current installations, as a rule, there is a single boiler whose dimensions depend directly on the overall surface of the solar panels installed, therefore greater absorbing surfaces correspond to greater volumes of hot water stored in the boilers. Furthermore, it is possible to have boilers which have stratifying devices for domestic hot water inside them. If this system is satisfactory in the summer months and on winter days with good irradiation, it shows all its limits on winter days. In conditions of limited presence of irradiation
solare, il fluido termico prodotto dal pannello non è in grado di innalzare sensibilmente le temperature dei volumid'acqua presenti nel solar panel, the thermal fluid produced by the panel is not able to significantly raise the temperatures of the water volumes present in the
boiler, a causa dell'elevata inerzia termica. Il fluido termico attualmente infatti opera su tutto ilvolume in accumulo. boiler, due to the high thermal inertia. In fact, the thermal fluid currently operates on the entire accumulated volume.
Descrizione tecnica del sistema Genialloddo Technical description of the Genialloddo system
La struttura del sistema Genialloddo si presenta come un sistema di accumulo strutturato su due distinte sezioni con un circuitodi The structure of the Genialloddo system is presented as an accumulation system structured on two distinct sections with a circuit
funzionamento e sistemi di controllo e gestione, come si evince negli operation and control and management systems, as shown in the
schemi concettuali espressi nelle fig.01,02,03,05 e 09. L'assemblaggio nelle sue differenti configurazioni si compone fino a 46 elementi, conceptual schemes expressed in fig.01,02,03,05 and 09. The assembly in its different configurations consists of up to 46 elements,
che di seguito si elencano: which are listed below:
N° Descrizione No. Description
1 ingresso acqua fredda sanitaria B2 (Boiler"grande"o "secondario") 1 domestic cold water inlet B2 ("large" or "secondary" boiler)
1.A tubo distribuzione multi iniettori acqua fredda interno al B2 1.A multi-injector cold water distribution pipe inside the B2
2 uscita acqua calda sanitaria premiscelata, o calda, dal B2 2 pre-mixed or hot domestic hot water outlet from B2
3 ingresso acqua premiscelata, o calda, al B1. 3 pre-mixed or hot water inlet to B1.
tubo multi iniettori di distribuzione interno acqua premiscelata e/o calda al B1 3.A multi-injector internal distribution pipe for premixed and / or hot water at B1 3.A
(Boiler "piccolo" o "primario") ("Small" or "primary" boiler)
4.A uscita A.C.S. ( Acqua Calda Sanitaria) dal B1 alle utenze. 4.A A.C.S. exit (Domestic Hot Water) from B1 to the users.
5 pannello solare termico.=P.S.T. negli schemi grafici 5 solar thermal panel. = P.S.T. in the graphic schemes
6 mandata fluido termico dal P.S.T. 6 thermal fluid delivery from the P.S.T.
7.A elettrovalvola normalmente aperta. 7.A solenoid valve normally open.
7.B elettrovalvola normalmente chiusa. 7.B solenoid valve normally closed.
8 tubo di ingresso fluido termico al B1. 8 thermal fluid inlet pipe to B1.
tubo di uscita fluido termico dal 81 al collettore 10.40 tubo ingresso fluido termico al 82. thermal fluid outlet pipe from 81 to manifold 10.40 thermal fluid inlet pipe to 82.
tubo di uscita fluido termico dal 82 al collettore 10.40 tubo comune di ritorno al P.S.T. thermal fluid outlet pipe from 82 to manifold 10.40 common return pipe to the P.S.T.
resistenza elettrica al 81 electrical resistance at 81
resistenza elettrica al 82. electrical resistance at 82.
pannello fotovoltaico = P.F. photovoltaic panel = P.F.
centralina di telecontrollo remote control unit
valvola motorizzata a 3 vie. 3-way motorized valve.
sonda termostato di regolazione. regulation thermostat probe.
sonda termometro temperatura. temperature thermometer probe.
flangia di collegamento tra 81 e 82. connecting flange between 81 and 82.
connessione elettrica ed elettronica. electrical and electronic connection.
intercapedine termica 82. thermal gap 82.
intercapedine termica 81. thermal gap 81.
accumuloA.C.S. 82. accumulation 82.
accumulo A.C.S. 81. DHW accumulation 81.
valvola di ritegno acqua fredda sanitaria. sanitary cold water check valve.
anodo al magnesio e Io elettronico 82. magnesium anode and electronic Io 82.
anodo al magnesio elo elettronico 81 magnesium anode and / or electronic 81
sonda termometro 82 thermometer probe 82
fasciame metallico 81 metal plating 81
fasciame metallico 82 metal plating 82
coibentazione 82 insulation 82
coibentazione 81 insulation 81
collegamento tubo sanitario tra 81 e 82 sanitary pipe connection between 81 and 82
34 sonda temperatura fluido termico in ingresso al 81. 34 thermal fluid temperature probe inlet to 81.
35 circolato re fluido termico. 35 circulating thermal fluid.
36 vano alloggio al boiler 81. 36 compartment housing the boiler 81.
37 quadro impianto elettrico stabilimento e/o casa. 37 plant and / or home electrical system panel.
38 centralina per P.L.C. di gestione. 38 control unit for P.L.C. management.
39 fori di collegamento e rilevamento temperature. 39 connection holes and temperature detection.
40 collettore di ritorno fluido termico. 40 thermal fluid return manifold.
41 zanche boiler 81 41 boiler hooks 81
42 zanche boiler 82 42 boiler hooks 82
43 Isolante termico con funzioni di interconnessione meccanica 44 supporto di ancoraggio su boiler 82. 43 Thermal insulation with mechanical interconnection functions 44 anchor support on boiler 82.
45 supporto di ancoraggio su boiler 81. 45 anchor support on boiler 81.
46 Elemento di interconnessione con attacchi rapidi 46 Interconnection element with quick couplings
o filetto differenziato ai due capi or differentiated fillet at the two ends
47 termometro esterno 47 external thermometer
48 48
Serpentina per scambio termico serbatoio 81 Coil for tank heat exchange 81
49 Serpentina per scambio termico serbatoio 82 49 Coil for tank heat exchange 82
Lo scambio termico tra il fluido tecnico del pannello e l'acqua calda sanitaria potrà awenire sia attraverso uno scambio ad intercapedine (come negli schemi d'impianto proposti) o il alternativa con delle serpentina (fig.08). Il sistema sarà più efficace se Io scambio termico awerrà in controcorrente. The heat exchange between the technical fluid of the panel and the domestic hot water can take place either through a cavity exchange (as in the proposed system diagrams) or alternatively with a coil (fig. 08). The system will be more effective if the heat exchange takes place in countercurrent.
Il boiler si può presentare sia nella configurazione "compatta" (fig. 07), owero si ha unico oggetto con il primario inserito all'interno del secondario entro un'apposita camicia, che "estesa" (fig.06), ovvero in due distinti accumuli. Il sistema ha la sua ragione d'essere non solo per il frazionamento del boiler in due distinti volumi ma soprattutto per la circuitazione che esso impone ai fluidi presenti. La struttura impiantistica potrà essere realizzata sia per il montaggio per esterni che per interni, e le uniche differenze tra le differenti configurazioni d'impianto del sistema Genialloddo, saranno rappresentate dalle differenti tipologie di isolamenti degli accumuli e dalla differente circuitazione dei fluidi d'impianto. La struttura compatta descritta negli schemi in allegato può essere ottenuta come interclusione di un boiler entro un altro oppure può anche evidenziarsi come due boiler sovrapposti che vengono tenuti a distanza per eliminare completamente il ponte termico per contatto tra le parti ( fig. 11 e 12). Negli schemi grafici d'impianto si illustrano gli schemi concettuali del sistema impiegando per la configurazione compatta i soli boiler interclusi. Il sistema Genialloddo può essere anche strutturato su più sistemi in parallelo che attuano il principio sopra esposto su accumuli differenziati sia per livello di temperatura ottenibile. Possiamo citare ad esempio: The boiler can be presented both in the "compact" configuration (fig. 07), ie it has a single object with the primary inserted inside the secondary inside a special jacket, and "extended" (fig. 06), or in two distinct accumulations. The system has its raison d'être not only for the division of the boiler into two distinct volumes but above all for the circulation it imposes on the fluids present. The plant structure can be built for both outdoor and indoor assembly, and the only differences between the different plant configurations of the Genialloddo system will be represented by the different types of insulation of the accumulations and by the different circulation of the plant fluids. The compact structure described in the attached diagrams can be obtained as the interlusion of one boiler within another or it can also appear as two superimposed boilers that are kept at a distance to completely eliminate the thermal bridge by contact between the parts (fig. 11 and 12) . The system diagrams illustrate the conceptual schemes of the system using only the enclosed boilers for the compact configuration. The Genialloddo system can also be structured on several parallel systems that implement the above principle on differentiated accumulations both in terms of obtainable temperature level. We can mention for example:
1. una struttura turistica con molte unità residenziali, dove ciascuna opera per le prese a lei più vicine, ma in assenza di richiesta locale, trasferisce l'acqua calda alle altre unità tramite un anello di ricircolo; 1. a tourist facility with many residential units, where each operates for the nearest outlets, but in the absence of local demand, transfers the hot water to the other units through a recirculation ring;
2. una struttura industriale che abbia necessità di acqua o altro fluido termico a temperature differenziate. 2. an industrial structure that needs water or other thermal fluid at different temperatures.
FUNZIONAMENTOdel sistema Boiler frazionato per impianti termici solari --- Fase n'. CIRCOLAZIONEFLUIDOTERMICO.- Il funzionamento non dipende dalla soluzione impiantistica adottata. Durante le ore di irraggiamento utili, il fluido contenuto nel pannello solare circola fuoriuscendo dal P.S.T. (ID.5) lungo il tratto di tubazione ( ID.6), che passa prima nell'elettrovalvola (ID.7.A) di tipo normalmente aperta, (NA) e subito dopo tramite il tubo ID.8 questo si inserisce nell'intercapedine termica (ID.23) del boiler primario detto anche 81. Una volta awenuto Io scambio termico, il fluido ritorna direttamente al pannello solare termico (ID.5) tramite la tubazione di ritorno (ID.9), il collettore di ritorno fluido termico (ID.40), l'eventuale circolatore (ID.35 - se l'impianto è realizzato a circolazione forzata) ed il tratto finale di tubazione comune (ID.12). Fase n«2- Raggiunta la temperatura desiderata dell'A.C.S contenuta nel volume d'accumulo primario (ID.25), preimpostata sul termostato (ID.18), il flusso termico verrà deviato in automatico tramite la centralina P.L.C. d'impianto (ID.38) (in tutto od in parte a seconda delle esigenze) all'intercapedine di scambio del 82 (ID.22). Questa configurazione di captazione dell'energia procederà fino a che non sia necessario operare con il solo volume termico 81 per l'abbassamento della temperatura ambientale o perché entrambi i volumi sono arrivati alla massima temperatura d'accumulo ammessa o in qualunque altra configurazione desiderata. L'ingresso del fluido termico nell'intercapedine del 82 sarà possibile tramite l'elettrovalvola di tipo NC (Normalmente Chiusa -(ID.7.8), nella tubazione ID.10. La programmazione del PLC potrà awenire tramite regolazione meccanica o informatica. Ove si voglia mantenere un basso costo di primo impianto si opererà con soli sisterni di regolazione termomeccanica. " fluido termico uscirà dal 82 per il tramite del tubo ID. 11 arrivando al collettore ID.40, al tubo comune 12 e da lì rientrerà al P.ST. per il rinnovo del ciclo di ricarica termica. Come alternativa impiantistica si può operare con una sola elettrovalvola miscelatrice a tre vie (FIG. 01 - (ID. 17)), pertanto il sistema effettuerà il transfert termico su di un solo volume di accumulo alla volta. Fase n~. - Nel caso in cui sia presente un impianto fotovoltaico in parallelo a quello solare termico, le scaldiglie elettriche (ID. 13 e 14) potranno migliorare il recupero d'energia per sola azione termica. Le stesse resistenze potranno essere alimentate dalla rete di FM tradizionale, impiegando il sistema come se fosse un comune boiler così come già capita ora. L'alimentazione delle scaldiglie potrà indifferentemente essere realizzata in corrente continua o alternata. Nel sistema Genialloddo anche nel caso in cui si operasse con l'alimentazione dalla sola rete comunale si otterrà comunque un risparmio energetico in quanto nel 80iler 81 si ha un limitato volume d'accumulo. Non è poi trascurabile l'effetto collaterale di una più rapida messa in temperatura dell'A.C.S.. OPERATION of the fractional boiler system for solar thermal systems --- Phase n '. THERMAL FLUID CIRCULATION - Operation does not depend on the system solution adopted. During the hours of useful irradiation, the fluid contained in the solar panel circulates out of the P.S.T. (ID.5) along the section of pipe (ID.6), which first passes through the solenoid valve (ID.7.A) of the normally open type, (NA) and immediately afterwards through the pipe ID.8 this is inserted into the 'thermal interspace (ID.23) of the primary boiler also called 81. Once the heat exchange has taken place, the fluid returns directly to the solar thermal panel (ID.5) through the return pipe (ID.9), the return collector thermal fluid (ID.40), the eventual circulator (ID.35 - if the system is made with forced circulation) and the final section of common pipe (ID.12). Phase n «2- Once the desired DHW temperature contained in the primary storage volume (ID.25) has been reached, preset on the thermostat (ID.18), the heat flow will be automatically diverted by the P.L.C. system (ID.38) (in whole or in part according to requirements) to the exchange gap of 82 (ID.22). This energy capture configuration will proceed until it is necessary to operate with only the thermal volume 81 to lower the ambient temperature or because both volumes have reached the maximum permitted storage temperature or in any other desired configuration. The entry of the thermal fluid into the cavity of the 82 will be possible through the NC type solenoid valve (Normally Closed - (ID.7.8), in the ID.10 pipe. The PLC programming can be done through mechanical or computerized regulation. want to maintain a low cost of the first installation, it will operate with only thermomechanical regulation systems. "Thermal fluid will come out from 82 through the ID pipe. 11 arriving at the manifold ID.40, at the common pipe 12 and from there it will return to the P.ST . for the renewal of the thermal recharge cycle. As an alternative to the installation, it is possible to operate with a single three-way mixing solenoid valve (FIG. 01 - (ID. 17)), therefore the system will carry out the thermal transfer on a single accumulation volume Phase n ~. - If there is a photovoltaic system in parallel to the solar thermal system, the electric heaters (ID. 13 and 14) will be able to improve energy recovery by thermal action alone. or be powered by the traditional FM network, using the system as if it were a common boiler as is already the case. The power supply of the heaters can indifferently be made in direct or alternating current. In the Genialloddo system, even if you operate with the power supply from the municipal network only, you will still obtain energy savings as in the 80iler 81 there is a limited accumulation volume. Furthermore, the side effect of a faster warming up of the ACS is not negligible.
FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO SANITARIO. L'acqua fredda sanitaria, proveniente dall'impianto dell'immobile sarà sempre convogliata, ad un unico ingresso obbligatorio ubicato nel 82 (ID.1 e ID.1.a), tramite la valvola di ritegno (ID.26). L'iniezione d'acqua fredda potrà awenire come nella fig. 01 con un unico punto di immissione o come nel caso delle fig. 05 e 09 con il sistema a multi iniezione di cui al dettaglio della fig. 10. Il sistema multi iniezione consente rallentare il flusso meglio stratificandolo. L'acqua sanitaria si trasferisce dal 82 al 81 già preriscaldata tramite la tubazione 10.02 e 10.03 se si monta il sistema di disgiunzione (10.33) flangiato o a giunto rapido. Anche il tubo 10.03 può essere dotato di multi iniettori per non stravolgere la stratificazione dell'acqua calda. Le utenze finali sono alimentate tutte dalla tubazione 10.04.. OPERATION OF THE HEALTH CIRCUIT. The cold sanitary water, coming from the building system, will always be conveyed to a single compulsory inlet located in 82 (ID.1 and ID.1.a), through the check valve (ID.26). The injection of cold water can take place as in fig. 01 with a single entry point or as in the case of figs. 05 and 09 with the multi-injection system shown in detail in fig. 10. The multi injection system allows to slow down the flow better by stratifying it. The sanitary water is transferred from 82 to 81 already preheated through the pipes 10.02 and 10.03 if the disconnection system (10.33) is mounted with flanges or with quick coupling. The 10.03 tube can also be equipped with multi-injectors to avoid upsetting the stratification of hot water. The final users are all powered by the 10.04 pipe.
VANTAGGI BENEFITS
N' Il sistema Genialloddo per l'accumulo e l'utilizzo di acqua calda non modifica la struttura generale degli impianti connessi ai pannelli solari ora in esercizio. Oi fatto il sistema d'accumulo frazionato può essere inserito con modesti interventi impiantistici in ogni impianto oggi in funzione, non solo in quelli che nasceranno con la presente filosofia costruttiva. Il sistema GENIALLOOOO è inseribile in qualunque impianto già esistente, con la sostituzione del boiler, dotato eventualmente di resistenze elettriche, l'aggiornamento del sistema elettronico di gestione, l'eventuale interconnessione con l'impianto fotovoltaico esistente, e l'eventuale interconnessione all'impianto di forza motrice 220 V. N~ Il sistema Genialloddo rende più efficiente il sistema di captazione dell'energia ampliando considerevolmente l'intervallo d'uso dello stesso durante l'anno. La razionalizzazione nella produzione dell'Acqua Calda Sanitaria (A.C.S.) e la forte integrazione con il sistema fotovoltaico, determinano un significativo incremento del rendimento termodinamico del sistema recupero e di accumulo dell'energia solare. N<3 Nei periodi più freddi, ove tipicamente la resa termica cala o addirittura è nulla attualmente, il sistema Genialloddo consente di ottenere comunque dei risultati significativi e in misura ancora superiore se si ha l'interconnessione ad un impianto fotovoltaico. L'interconnessione all'impianto fotovoltaico consentirà di incrementare la temperatura dell'A.C.S. nel primario e se le condizioni Io consentono anche nel secondario. La possibilità di utilizzare le resistenza elettrica alimentata dal sistema fotovoltaico, contribuirà ad abbattere i costi di produzione dell'acqua calda con le energie tradizionali e così pure i volumi di anidride carbonica ad essi connessi. N~ Il sistema Genialloddo nel frazionare il volume dell'accumulo termico, limita l'inerzia termica del sistema idrico a disposizione, fornendo un primo accumulo caratterizzato dalla massima temperatura possibile in funzione delle condizioni meteorologiche in cui ci si trovi. Durante i periodi di maggiore criticità per la produzione dell'acqua calda, il fluido termico in uscita dai pannelli installati, sarà sempre convogliato al primo boiler, che così potrà garantire una temperatura ragionevolmente elevata all'utente con tempi molto più rapidi di quelli garantiti dai sistemi attuali. N'5 Il sistema di regolazione e commando sarà gestito in automatico da P.L.C. che gestiranno gli automatismi d'impianto tramite l'elaborazione dei segnali provenienti dalle varie sonde. Questo sistema consente di adattare l'impianto alle mutate condizioni meteo in tempo reale. La possibilità di avere una centralina di abilitazione del telecontrollo consentirà di monitorare e gestire l'impianto a distanza sfruttando le tecnologie della domotica presenti (a tal proposito si veda Io schema a blocchi di possibile interconnessione nella fig. 04). Solo se ci sono le condizioni meteo idonee si andrà ad operare sul volume idrico secondario, oppure in caso contrario, se raggiunta la massima temperatura programmata nel primario, vi sia assenza di emungimenti da questo. In ogni caso il fluido termico dopo aver effettuato il suo passaggio nella prima intercapedine, completa il suo ciclo di transito passando nel secondo accumulo, e lì cedendovi l'eventuale residuo di energia posseduto; se però le temperature esterne sono troppo rigide potrà ritornare direttamente al pannello solare. Nelle condizioni ambientai i più favorevoli, il fluido termico può attraversare i due accumuli in modalità seriale o parallela. N 'The Genialloddo system for the accumulation and use of hot water does not change the general structure of the systems connected to the solar panels now in operation. Now the fractional storage system can be inserted with modest plant interventions in every plant in operation today, not only in those that will be born with the present constructive philosophy. The GENIALLOOOO system can be inserted in any existing system, with the replacement of the boiler, possibly equipped with electrical resistances, the updating of the electronic management system, any interconnection with the existing photovoltaic system, and any interconnection to the 220 V power plant. N ~ The Genialloddo system makes the energy collection system more efficient by considerably expanding its range of use during the year. The rationalization in the production of domestic hot water (DHW) and the strong integration with the photovoltaic system, determine a significant increase in the thermodynamic efficiency of the solar energy recovery and storage system. N <3 In the coldest periods, where typically the thermal yield drops or is even zero at present, the Genialloddo system still allows to obtain significant results and to an even greater extent if you have the interconnection to a photovoltaic system. The interconnection to the photovoltaic system will allow to increase the DHW temperature. in the primary and if the conditions I also allow in the secondary. The possibility of using the electrical resistance powered by the photovoltaic system will help to reduce the costs of producing hot water with traditional energies and also the volumes of carbon dioxide connected to them. N ~ The Genialloddo system, in dividing the volume of the thermal storage, limits the thermal inertia of the available water system, providing a first storage characterized by the maximum possible temperature according to the meteorological conditions in which it is found. During the most critical periods for the production of hot water, the thermal fluid leaving the installed panels will always be conveyed to the first boiler, which will thus be able to guarantee a reasonably high temperature to the user with much faster times than those guaranteed by the current systems. N'5 The regulation and command system will be managed automatically by P.L.C. that will manage the plant automatisms by processing the signals coming from the various probes. This system allows you to adapt the system to changing weather conditions in real time. The possibility of having a remote control enabling control unit will make it possible to monitor and manage the system remotely using the home automation technologies present (in this regard, see the block diagram of possible interconnection in fig. 04). Only if there are suitable weather conditions will it be possible to operate on the secondary water volume, or otherwise, if the maximum temperature programmed in the primary is reached, there is no pumping from it. In any case, the thermal fluid, after having made its passage in the first interspace, completes its transit cycle by passing into the second accumulation, and there yielding any residual energy possessed; however, if the external temperatures are too low, it can return directly to the solar panel. In the most favorable environmental conditions, the thermal fluid can cross the two accumulations in serial or parallel mode.
ALTRE CONSIDERAZIONI ESPLICATIVE OTHER EXPLANATORY CONSIDERATIONS
Il sistema Genialloddo prevede di realizzare l'impianto di accumulo dell'acqua calda sanitaria montando due boiler distinti o uno interno all'altro. In ogni caso uno dei due sarà caratterizzato da un volume assai ridotto rispetto all'altro. La configurazione con un solo volume di accumulo, sarà definita nel seguito come configurazione "compatta", e questo indipendentemente dal fatto che il boiler più piccolo venga posizionato con il proprio asse concentrico al più grande o posizionato in esterna in continuità. La configurazione con due distinti boiler sarà definita "estesa". Nel caso della configurazione compatta il boiler interno potrà essere alloggiato all'interno di una sede realizzata in lamierato pieno al fine di rendere stagno il comparto interno rispetto a quello esterno, oppure in semplici profili montati a "gabbia". Qualora il sistema di centraggio fosse costruito a gabbia, owero senza separare fisicamente l'acqua calda sanitaria dal sistema di coibentazione del 81, questo sarà di tipo inerte all'acqua o comunque rivestito di una finitura impermeabile. Se i boiler sono posizionati esternamente in continuità di fatto si elimineranno i ponti termici per conduzione diretta utilizzando delle zanche sul serbatoio e un isolante termico che faccia da legante e distanziale ( fig. 11); in alternativa si opererà con un sistema di distanziatori con giunzione filettata, a incastro tipo baionetta o similare o a giunto rapido. Il distanziatore sarà di materiale termicamente isolante o se vi fossero particolari esigenze di resistenza meccanica si opererà con un adeguato rivestimento del nocciolo resistente. Entro ogni boiler si opererà Io scambio termico, e a tal proposito si potranno distinguere le tipologie dei boiler previste nella presente rivendicazione come segue: 1) boiler dotati ciascuno di intercapedine per il passaggio del fluido termico; 2) boiler dotati ciascuno di scambiatori di calore del fluido termico a serpenti no (fig.08), fisso o estrai bile, con tubazione liscia o alettata o comunque dotata di sistemi idonei a migliorare Io scambio termico; 3) le due tipologie sopra descritte combinate, owero nel sistema si accoppia un boiler con serpenti no e l'altro con intercapedine. L'installazione del sistema potrà awenire sia all'esterno che all'interno delle strutture; le uniche differenze saranno rappresentate dalle differenti finiture di protezione superficiale delle strutture d'impianto e dal differente grado di protezione IPXX adottato per le apparecchiature elettriche e/o elettroniche. A seconda della posizione dei pannelli che recuperano l'energia solare l'impianto potrà essere realizzato a circolazione naturale o forzata. " sistema ben si integra anche con le centrali termiche attraverso l'interconnessione all'impianto di distribuzione sia dell'acqua calda sanitaria che in quella termica tramite "uso di valvole a tre vie o elettrovalvolegestite da centraline o comunque a PLC. " sistema consente di migliorareil rendimento degli impiantisolari integrati. Una caratteristica essenziale del sistema è legata alla possibilità di smontare tutte le parti accessorie al boiler per eventuali manutenzioni e sostituzioni. Nel caso dei boiler inseriti nella configurazionecompatta si prevede anche la possibilità di sostituire l'elemento interno; questa operazione sarà possibile tramite una interconnessione tra i boiler con flangia bullonata, filettata o tramite giunti rapidi, o altro manovellismo disponibile sul mercato che consenta un rapido accesso al boiler. Si prevede di poter realizzare sul fasciame di ciascun boiler anche dei passi d'uomo di opportuna dimensione al fine di poter garantire una efficace e rapida manutenzione degli stessi, finalizzatain prima istanza all'asportazione dei depositiche si possono realizzare per effetto di fanghi e/o calcare. Nell'ottica di semplificare le operazioni di pulizia, lavaggio interno dopo eventuali trattamenti anticalcare o comunque per la sola asportazione dei solidi trasportati dall'acqua di rete potrà essere predisposto uno di scarico di fondo eventualmente dotato di rubinetto. Acces-Nei boiler saranno presenti diversi tipi di attacchi finalizzati ad ospitare vari tipi di sensori, sonde, anodi, scaldiglie (resistenze elettriche), e valvole varie, oltre alle interconnessioni alle reti da servire. In particolare si segnala che il trasferimento del fluido avi verrà attraverso sistemi a multi iniettori sempre smontabili per garan.. tire l'efficienza del sistema con periodiche pulizie delle incrostazioni o sostituzioni dell'elemento nei casi più difficili.Per limitare le calcifi'-cazioni e il deposito di fondo dei serbatoi potrà essere anche montato un filtro a monte dell'adduzione dell'acqua fredda. L'ingresso dell'acqua fredda e calda in ciascuno degli stadi operativisarà realizzabile con un sistema a multiiniezionerealizzato su tubazione lineare, curva o circolare. Ilsistema di iniezione così strutturato (fig.10) potrà awenire con fori praticati direttamente sulla tubazione, con foro cilindrico o dotato di svasatura di testa o con tubetti di accompagnamento su quattro direzioni.Questo consente di stratificare megliole temperature, rallenta la velocità di efflusso e limita l'incidenza delle ossidazioni e/o calcificazioni e limita infine anche il rimestio del deposito di fondo. The Genialloddo system provides for the creation of the domestic hot water storage system by mounting two separate boilers or one inside the other. In any case, one of the two will be characterized by a very reduced volume compared to the other. The configuration with a single accumulation volume will be defined below as a "compact" configuration, and this regardless of whether the smaller boiler is positioned with its axis concentric to the largest or positioned externally in continuity. The configuration with two distinct boilers will be defined as "extended". In the case of the compact configuration, the internal boiler can be housed inside a seat made of solid sheet metal in order to make the internal compartment watertight with respect to the external one, or in simple "cage" mounted profiles. If the centering system is built as a cage, or without physically separating the domestic hot water from the 81 insulation system, this will be of the inert type to water or in any case coated with a waterproof finish. If the boilers are positioned externally in continuity, thermal bridges will be eliminated by direct conduction by using clamps on the tank and a thermal insulator that acts as a binder and spacer (fig. 11); alternatively, a system of spacers with threaded joint, bayonet type or similar or quick joint spacer system will be used. The spacer will be made of thermally insulating material or if there are particular requirements for mechanical resistance, it will be operated with an adequate coating of the resistant core. The heat exchange will take place within each boiler, and in this regard the types of boilers envisaged in this claim can be distinguished as follows: 1) boilers each equipped with a cavity for the passage of the thermal fluid; 2) boilers each equipped with coil heat exchangers for the thermal fluid (fig.08), fixed or extractable, with smooth or finned piping or in any case equipped with suitable systems to improve heat exchange; 3) the two types described above combined, i.e. in the system one boiler is coupled with no serpents and the other with a cavity. The installation of the system can take place both outside and inside the structures; the only differences will be represented by the different surface protection finishes of the plant structures and by the different IPXX degree of protection adopted for the electrical and / or electronic equipment. Depending on the position of the panels that recover solar energy, the system can be built with natural or forced circulation. "The system also integrates well with the thermal power plants through the interconnection to the distribution system of both the domestic hot water and the thermal water through" the use of three-way valves or solenoid valves managed by control units or PLC. "system allows to improve the performance of the integrated solar systems. An essential feature of the system is linked to the possibility of disassembling all the accessory parts of the boiler for any maintenance and replacement. In the case of the boilers inserted in the compact configuration, the possibility of replacing the internal; this operation will be possible through an interconnection between the boilers with bolted or threaded flange or through quick couplings, or other crank mechanism available on the market that allows quick access to the boiler. 'man of suitable size in order to guarantee an effective and rapid maintenance of the same, aimed in the first instance at the removal of deposits that can be created due to the effect of mud and / or limestone. In order to simplify the operations of cleaning, internal washing after any descaling or comu nque for the sole removal of the solids transported by the mains water, a bottom drain, possibly equipped with a tap, can be arranged. Acces-In the boilers there will be different types of connections aimed at hosting various types of sensors, probes, anodes, heaters (electrical resistances), and various valves, in addition to the interconnections to the networks to be served. In particular, it should be noted that the transfer of the avi fluid will come through multi-injector systems that can always be dismantled to guarantee the efficiency of the system with periodic cleaning of the encrustations or replacement of the element in the most difficult cases. and the bottom deposit of the tanks can also be fitted with a filter upstream of the cold water supply. The inlet of cold and hot water in each of the operating stages will be achievable with a multi-injection system built on linear, curved or circular piping. The injection system structured in this way (fig. 10) can take place with holes made directly on the pipe, with cylindrical hole or with head countersink or with accompanying pipes in four directions.This allows to stratify better temperatures, slow down the flow rate and it limits the incidence of oxidations and / or calcifications and finally also limits the stirring of the base deposit.
SINTESI DEL PROCESSO E DEGLI OBIETTIVI. SUMMARY OF THE PROCESS AND OBJECTIVES.
Il sistema oggetto del presente brevetto intende ottenere un miglioramento del rendimento degli impianti solari termici ora in produzione. Il sistema razionalizza il processo di recupero dell'energia termica solare in quei periodi in cui tipicamente l'impianto non viene impiegato o peggio ancora venga utilizzato come uno scaldabagno elettrico attraverso l'uso di una o più resistenze elettriche che operano sulla totalità del volume in accumulo. Il frazionamento del sistema di accumulo, un primario di modesto volume ed un secondario, consente nei periodi freddi di avere a disposizione almeno un quantiJatil'utenza e integralmente prodotta tramite ilpannello solare. Elemento caratterizzatedel sistema è anche l'assenza di ponte termico tra i due boiler.Se si attua l'interconnessione al pannello fotovoltaicopresente si impiegherà in toto o in parte l'energia elettrica da questo prodotta per incrementare il livellodi temperatura. Solo in casi limite il sistema funzionerà per sola azione elettrica attraverso l'azione di riscaldamento fornita dalle scaldiglie. In ogni configurazione pertanto il sistema Genialloddo consentirà di attuare un significativo incremento del recupero dell'energia termica solare contribuendo significativamente al risparmioenergetico e pertanto anche alla diminuzionedei volumi dell'emissione in atmosfera. The system object of the present patent intends to obtain an improvement in the efficiency of the solar thermal plants now in production. The system rationalizes the solar thermal energy recovery process in those periods in which typically the system is not used or worse still is used as an electric water heater through the use of one or more electric resistances that operate on the totality of the volume in accumulation. The fractionation of the storage system, a primary of modest volume and a secondary, allows in the cold periods to have at least one quantity of users available and entirely produced through the solar panel. The system is also characterized by the absence of a thermal bridge between the two boilers. If the connection to the photovoltaic panel is implemented, all or part of the electricity produced will be used to increase the temperature level. Only in extreme cases will the system work by electric action only through the heating action provided by the heaters. In each configuration, therefore, the Genialloddo system will enable a significant increase in the recovery of solar thermal energy, contributing significantly to energy savings and therefore also to the reduction of the emission volumes into the atmosphere.
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| Publication number | Publication date |
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| WO2011073921A3 (en) | 2012-10-11 |
| WO2011073921A2 (en) | 2011-06-23 |
| EP2513566A2 (en) | 2012-10-24 |
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