ITRM20130480A1

ITRM20130480A1 - Sistema di raffrescamento di ambienti adibiti a serre, complessi industriali e civili, con il calore del vapore di scarico di turbine.

Info

Publication number: ITRM20130480A1
Application number: IT000480A
Authority: IT
Inventors: Vincenzo Ciccolella
Original assignee: Ciccolella Davide
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-02-24

Description

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Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA DI RAFFRESCAMENTO DI AMBIENTI ADIBITI A SERRE, COMPLESSI INDUSTRIALI E CIVILI, CON IL CALORE DEL VAPORE DI SCARICO DI TURBINE”

a nome: CICCOLELLA DAVIDE

a: Molfetta (BA)

Inventore: CICCOLELLA Vincenzo

_________________________________________________________________ DESCRIZIONE

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di raffrescamento, di serre per uso agricolo, per uso industriale e civile, associato ad una centrale termoelettrica per la produzione di energia elettrica dotata di una turbina a vapore, e ad un impianto termico, in grado di soddisfare il fabbisogno termico del ciclo frigorifero.

Il sistema della presente invenzione è in particolare concepito per soddisfare il fabbisogno termico degli ambienti serra, implementando un ciclo frigorifero, utilizzando i reflui termici di una centrale termoelettrica o il calore proveniente da diverse tipologie di impianti termici.

Tecnica Nota

È noto che la coltivazione in serra richiede l’impiego di sistemi refrigeranti per il raffrescamento di notevoli spazi volumetrici e che ciò comporta un costo di produzione per l’acquisto del combustibile necessario, indispensabile per compiere Lavoro, utile alla movimentazione di macchine operatrici. Il costo sarà tanto più elevato, quanto maggiore sarà la superficie dell’impianto di serra da raffrescare.

È anche noto che le centrali termoelettriche debbono produrre energia termica per trasformarla in energia di lavoro in un generatore elettrico e che in questa

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trasformazione si perde una non indifferente aliquota di energia termica (calore) a causa delle leggi della termodinamica. Nel caso di alcune tipologie di centrali, il refluo termico (aliquota non più utilizzabile dal ciclo di centrale), possiede un contenuto energetico elevato.

La tecnica nota comprende già un sistema di teleriscaldamento di serre, ambienti civili, o industriali, che utilizza il refluo termico proveniente da una centrale termoelettrica, per aumentare il rendimento della centrale e al contempo riscaldare detti ambienti, ma tale sistema, già conosciuto, brevettato e inventato dallo stesso inventore della presente invenzione, riguarda solo il teleriscaldamento di interni, quali serre o altro, e non il loro raffrescamento.

Tuttavia, in estate le temperature elevate richiedono nelle serre (o in altri ambienti interni civili o industriali) una riduzione della temperatura interna dell’ambiente, e attualmente non si conoscono sistemi efficienti per raffreddare, con un concomitante incremento del rendimento di una centrale e un relativo abbassamento dei costi di esercizio dell’impianto serre (o simili).

Quindi, scopo della presente invenzione è primariamente quello di ridurre i costi di esercizio degli attuali impianti di raffrescamento di serre. Tuttavia, il concetto inventivo è (come si vedrà) estendibile facilmente al raffrescamento di ambienti interni di qualsiasi tipo. Inoltre, se lo si desidera, la presente invenzione potrà essere utilizzata anche in abbinamento con gli attuali impianti di raffrescamento, già noti.

Presentazione dell’invenzione

Nel sistema secondo la presente invenzione, si utilizza una quantità di calore opportuna, la quale viene utilizzata per conseguire lo scopo di innalzare la temperatura di un fluido evolvente in un circuito dell’impianto frigorifero appartenente al sistema di raffrescamento dell’invenzione. In questo modo viene reso possibile il funzionamento dell’impianto frigorifero, il quale necessita di una temperatura predeterminata di funzionamento (del fluido evolvente in esso) per

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poter operare correttamente. Un primo salto termico per ottenere detta quantità di calore, può essere ottenuto dal refluo termico di una centrale termoelettrica, incrementandone così l’efficienza. Questo primo salto termico potrebbe anche non essere sfruttato, nel caso in cui si voglia (o si possa) ottenere detta quantità di calore direttamente con altri mezzi disponibili ed appartenenti al sistema dell’invenzione, quali ad esempio altre sorgenti termiche: impianti termici solari, boilers elettrici (caldaie elettriche ad effetto Joule), caldaie supportate da bruciatori a gas naturale, caldaie alimentate da processi di combustione (idrocarburi, legnami, carbone), o altre fonti di energia termica. Ad esempio, nel caso di centrali termoelettriche a cogenerazione il refluo termico (allo scarico dalle turbine) può avere una temperatura di almeno 60°C (ad esempio con centrali con alimentazione a biomasse) e quindi non occorrerà innalzare la temperatura di tale refluo termico - come in altri casi di altre centrali termoelettriche - e pertanto il refluo termico potrà essere utilizzato direttamente (come detta quantità di calore) sul ciclo frigorifero dell’impianto di raffrescamento. Anche in questo caso si avrà un incremento del rendimento della centrale termoelettrica.

L’impianto frigorifero provvede poi (tramite uno scambiatore di calore) a cedere il freddo alla rete di distribuzione principale del sistema di raffrescamento secondo l’invenzione. È importante osservare che la presente invenzione non consente soltanto di mettere a disposizione una quantità di freddo tale da raffreddare un ambiente interno (serre, ambiente industriale, o civile), bensì anche di mettere a disposizione acqua ad una temperatura bassa, molto utile nella stagione estiva, da utilizzare, ad esempio, per usi sanitari. Ciò costituisce in effetti un’altra applicazione rilevante della presente invenzione.

In una particolare realizzazione (non vincolante) della presente invenzione, la sorgente di energia termica che fornisce il calore all’impianto frigorifero comprende un impianto solare termodinamico dotato di opportuno collettore

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solare posizionato nel fuoco di specchi parabolici concentratori, circuiterie idrauliche percorse dal fluido in forma gassosa o liquida, valvole, dispositivi di sicurezza, impianto elettrico comprendente una sensoristica di campo per il monitoraggio di parametri fisici, e infine un programmatore logico in grado di elaborare i dati dei sensori di campo nonché di controllare il processo termodinamico dell’impianto solare termodinamico.

Soluzioni alternative all’impianto solare termodinamico sono le fonti di energia termica già citate sopra.

L’impianto di raffrescamento comprende una rete di distribuzione alle serre o altro (“utenze”). Questa rete di distribuzione del fluido raffreddante può assumere tre diverse forme o configurazioni.

Nella prima configurazione si ha un impianto diretto, in cui la rete (impianto di raffrescamento) che mette a disposizione il fluido refrigerante è disposta in posizione remota dal luogo di utilizzo (utenza) ed essa convoglia il fluido freddo verso un luogo di utilizzo (utenza) particolare.

Nella seconda configurazione si ha un impianto distribuito, in cui la rete di raffreddamento (e quindi l’impianto di raffrescamento) è disposta localmente ossia nei pressi della singola rispettiva abitazione o ambiente da raffreddare, ossia serve localmente un’utenza.

Nella terza configurazione la rete (impianto di raffrescamento) che mette a disposizione il fluido refrigerante è collocata in una posizione centralizzata e distribuisce in questo caso il fluido raffreddato a varie applicazioni, come nel caso delle serre, in cui si ha una distribuzione principale e diversi corpi serra (distribuzioni secondarie) serviti dalla distribuzione principale/centralizzata.

Ogni singola applicazione può consistere anche in uno o più serbatoi (18) di raccolta di acqua fredda sanitaria e/o in un sistema di raffreddamento con fasci tubieri associati anche a ventilconvettori.

Ad esempio, in estate, secondo la presente invenzione ciascuna applicazione vie

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ne alimentata/fornita di acqua fredda la cui temperatura è pari, ad esempio, a circa 7 gradi.

Poiché la temperatura dev’essere mantenuta entro una coppia di valori limite piuttosto vicini tra loro (ad esempio 7°C e 12°C), è importante disporre di un sistema di controllo adeguato, per evitare che la temperatura (ad esempio all’interno della serra) salga (o scenda) in modo inaccettabile. Anche a ciò pone rimedio la presente invenzione nel modo che verrà illustrato in seguito.

La presente invenzione in sostanza consiste nell’utilizzare una determinata quantità di calore fornita, o direttamente o dopo un primo salto termico preliminare, ad un impianto di raffrescamento, il quale a sua volta provvede a fornire il necessario fluido di raffreddamento alla rete (reti) di distribuzione (principale e secondarie) del fluido di raffreddamento, per il tramite dello scambiatore di calore (evaporatore) facente parte dell’impianto frigorifero vero e proprio.

Detta quantità di calore determinata, è fornita dal refluo termico di una centrale termoelettrica, o anche da altre fonti di energia termica (calore che altrimenti verrebbe perso). Ciò contribuisce ad innalzare il rendimento della centrale o di queste altre fonti energetiche.

In un caso particolare molto rilevante, un primo salto termico, per l’ottenimento di detta quantità determinata di calore, è ottenibile da una centrale termica, dal calore del vapore uscente dalla sezione a bassa pressione di una turbina a vapore per la produzione di energia elettrica.

È possibile ottenere un rendimento anche sino all’80%, utilizzando ad esempio un fluido (acqua) di teleriscaldamento di 30-35°C in ingresso e 27-30°C in uscita. Al netto, il rendimento sale di circa il 20-25%.

Se invece la natura (tipo di costruzione) della centrale termica e del combustibile utilizzato è tale da ammettere un refluo termico corrispondente ad un valore di temperatura di ad esempio almeno 60°, non occorrerà innalzare la temperatura di

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tale refluo termico e lo si potrà utilizzare direttamente sul ciclo frigorifero dell’impianto frigorifero facente parte dell’impianto di raffrescamento. Anche in questo caso si ottengono rendimenti eccellenti della centrale termica, sfruttando il refluo termico per gli scopi voluti: raffrescamento serre o altro, messa a disposizione di acqua fredda in estate per scopi sanitari.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente illustrativo e non limitativo facendo riferimento alle figure annesse che mostrano varie realizzazioni alternative dell’invenzione.

In particolare:

− la figura 1 è una vista d’insieme del sistema di raffrescamento serre, secondo la presente invenzione, associato ad una centrale elettrica (16) dotata di turbina a vapore, contenente tre soluzioni impiantistiche. Esse si distinguono in base al posizionamento fisico dell’impianto frigorifero (“Direct plant”, “distributed plant”, “centralized plant”);

− la figura 2 è una vista di dettaglio della sola componente impiantistica, relativa agli impianti di teleriscaldamento (riferimento 7), all’impianto di raffrescamento solare (riferimenti A, 1-2-3-4, oppure V1-8-p2-V2) e alla distribuzione secondaria di serra (pos. 9).

Nelle figure 1 e 2, pn indica la pompa numero “n”, Vn la valvola numero “n”, A, B, C, D, E varie sorgenti di energia termica (“Thermal Energy Source”) nel seguito abbreviato con “TES”, WT indica il fluido (normalmente acqua) soggetto al teleriscaldamento.

Simboli di riferimento numerici adottati nelle figure

1 condensatore dell’impianto frigorifero

2 valvola di espansione dell’impianto frigorifero

3 evaporatore dell’impianto frigorifero

4 compressore dell’impianto frigorifero

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5 uscita dallo scambiatore (evaporatore) 3; entrata-uscita dei fasci tubieri di scambio termico

6 secondo scambiatore di calore

6’ bollitore

7 rete di teleriscaldamento

8 assorbitore (del ciclo frigorifero)

9 distribuzione secondaria di serra

10 ventilconvettore

11 distribuzione primaria del fluido raffreddante alle diverse applicazioni 12 impianto frigorifero

13 ulteriore scambiatore di calore

14 mandata-ritorno da centrale termoelettrica 16 (teleriscaldamento)

15 percorso alternativo per il primo salto termico

16 centrale termoelettrica che fornisce vapore a basso contenuto termico 17 fasci tubieri alimentati dai condotti mandata-ritorno 14

18 contenitore acqua fredda sanitaria (con fascio tubiero interno raffred dante) Descrizione particolareggiata di alcune realizzazioni alternative dell’invenzione Nel seguito le varie possibili realizzazioni dell’invenzione non verranno illustrate l’una dopo l’altra, bensì “in parallelo”, e il quadro complessivo della soluzione proposta dalla presente invenzione, nonché i suoi scopi e vantaggi, risulteranno in modo evidente al termine di questa descrizione particolareggiata.

Come già detto, disponendo di una quantità di calore opportuna è possibile inviare tale aliquota di calore direttamente al ciclo/impianto frigorifero composto dagli elementi 1-2-3-4 o in alternativa dagli elementi 1-2-3-8-p2 (i riferimenti sono quelli della precedente definizione), in quest’ultimo caso il compressore 4 verrebbe bypassato dall’assorbitore 8 e dalla pompa p2. La quantità di calore viene inviata in questo caso, tramite opportuno fluido riscaldante (acqua) ad esempio lungo un percorso dalla rispettiva TES (Thermal Energy Source) “D”,

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all’assorbitore 8, aumentando la temperatura di un fluido che evolve nel circuito dell’impianto frigorifero 12. Qualora il refluo termico fosse insufficiente, sarà possibile integrare tale contenuto termico, con calore proveniente da altre fonti energetiche.

È possibile utilizzare come sorgente di energia termica, ad esempio, il refluo termico di un impianto solare termodinamico (Fig. 2, riferimento A); in questo caso la TES sarebbe l’impianto termodinamico solare A, dotato di specchi parabolici, ecc. ecc., di tipo già noto nella tecnica. Il fluido che evolve in esso, sia esso allo stato liquido (acqua additivata) o gassoso (aria), raggiunge elevate temperature. Il calore di tale fluido, può essere utilizzato per innalzare, a sua volta, la temperatura di un altro fluido (liquido o gassoso) evolvente nel ciclo frigorifero 12, che è noto debba raggiungere una temperatura compresa tra i 60°C e gli 85°C circa (il valore potrebbe variare in base alla tipologia di fluido utilizzato). In concreto, dell’acqua contenuta nel bollitore 6’ potrebbe servire da veicolo per trasferire il calore da “A” a 12, o meglio nel fluido evolvente del ciclo frigorifero 12.

Se al posto della TES “A” si sceglie invece una TES costituita da una Centrale Termolelettrica Turbogas, la sinergia di questi impianti consentirebbe di aumentare l’efficienza del ciclo termodinamico di tale centrale termoelettrica, utilizzando del refluo termico, aumentando, ad esempio, il rendimento della Centrale Termoelettrica Turbogas dallo 0,55 a circa 0,80 (25% di aumento del rendimento) nel caso di turbogas da 400 MW.

Inoltre, si realizzerebbe un risparmio in termine di lavoro meccanico utile compiuto dal compressore 4 (di Fig. 2) del ciclo frigorifero 12, che si tradurrebbe in un risparmio in termini di energia elettrica da prelevare dalla Rete. Una distribuzione secondaria di serra 9 (vedi Fig. 2), attraversando una vasca di accumulo a cielo aperto, o un serbatoio non in pressione, non mostrati nelle figure annesse, percorrendo opportuni fasci tubieri, consentirebbe la produzione

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di acqua a bassa temperatura, circa 18°C, molto utile durante il periodo estivo, ad esempio per usi sanitari.

Specificatamente, l’impianto di raffrescamento della presente invenzione è composto da: almeno una di dette fonti di energia termica (Thermal Energy Source, TES) - con dimensionamento tale da innalzare la temperatura del fluido vettore (ad esempio, in forma gassosa, sino a 85°C) del ciclo frigorifero 12 -, e dallo stesso ciclo/impianto frigorifero 12 (Cooling Plant, CT). Inoltre, il sistema potrebbe facoltativamente disporre di una rete di teleriscaldamento 7, che fornirebbe energia termica a basso contenuto entalpico (energia utile), proveniente dal vapore di scarico di turbine, in esercizio in una centrale termoelettrica cogenerativa. Specificatamente, la rete di teleriscaldamento 7 comprenderebbe allora una fonte di acqua WT (serbatoio o altro), una pompa P1 per immettere acqua da WT nello scambiatore 13, e condotti 14 di mandata e ritorno di un fluido vettore (temperature indicate) che si immettono nello scambiatore ad acqua 13, e che provengono dalla centrale termoelettrica 16 di Fig. 1; quest’ultimo fluido vettore è a basso contenuto entalpico. All’uscita dallo scambiatore 13 e a monte del bollitore 6’ vi è una valvola V3. L’acqua WT è stata riscaldata da circa 20°C (temperatura ambiente) sino a circa 24°C - 28°C, dal calore ceduto dai fasci tubieri (“Exchanger tube”) del percorso di mandataritorno 14: ciò corrisponde al primo salto termico sopra citato.

Ad esempio l’impianto termico solare “A” - che può cooperare con la rete di teleriscaldamento 7 all’apertura della valvola V3 per l’ottenimento del salto termico totale richiesto per l’acqua accumulata all’interno del bollitore 6’ - è una delle fonti di energia termica TES utilizzabile, ed è composto da altre apparecchiature e componentistiche elettriche.

In particolare: nel bollitore 6’, nel quale è accumulata l’acqua calda a servizio dell’impianto di raffrescamento, vi è uno scambiatore di calore (Fig. 2, riferimento 6) che trasmette il calore dal circuito solare “A” all’impianto

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idraulico del ciclo frigorifero 12 (dimensionato opportunamente); inoltre vi sono delle circuiterie idrauliche, comprendenti le diverse tubazioni, valvole e dispositivi di sicurezza (non mostrati), nonché un impianto elettrico comprendente tutta la sensoristica di campo per il monitoraggio dei diversi parametri fisici coinvolti; infine vi è un programmatore logico, non mostrato nelle figure, in grado di elaborare i dati provenienti dai sensori di campo, in grado di controllare il processo termodinamico.

Riassumendo, se a titolo esemplificativo si considera quindi l’esempio (non limitativo per l’invenzione) della TES “A” e considerando che l’impianto solare termodinamico, utilizzato come sorgente termica ad alto contenuto termico, debba riscaldare acqua, per consentire a sua volta l’innalzamento termico del fluido frigorifero, la suddetta acqua (WT) potrebbe affrontare un primo salto termico, a partire dalla temperatura ambiente, sino a circa 28°C, che potrebbe essere conseguito in uno scambiatore di calore 13 (Fig. 2) effettuando uno scambio termico con una fornitura di energia termica, a basso contenuto entalpico, proveniente da tubazioni 14 di teleriscaldamento. Il fluido (acqua) così pre-riscaldato verrebbe poi inviato in uno scambiatore/bollitore 6’ a fascio tubiero 6 (Fig. 2), e nuovamente riscaldato ad una temperatura tale, che in quel punto dell’impianto di raffrescamento, il fluido frigorifero dell’impianto frigorifero raggiunga gli 85°C (nota: in base alla tipologia di fluido evolvente frigorifero tale temperatura potrebbe attestarsi tra i 60°C e gli 85°C). La tecnologia di pre-riscaldo (utilizzo della rete di teleriscaldamento 7) risulta quindi essere un processo facoltativo nei termini di funzionalità dell’impianto, qualora si disponga di un refluo termico, proveniente da una centrale termoelettrica, alimentata ad esempio con biomasse. In questo caso, infatti, il calore di scarico può essere utilizzato direttamente come sorgente calda di alimentazione dell’assorbitore 8 (vedi doppia linea a tratti e punti in Fig. 2).

Con “Exchanger tube” 17 si indica il fascio tubiero 17 del serbatoio di accumulo

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13 del fluido (acqua) che andrà ad innalzare la temperatura del fluido evolvente nel ciclo frigorifero 12. Come detto, con 1 si indica il condensatore del ciclo frigorifero 12. Il fluido evolve successivamente nella valvola di espansione 2, successivamente nell’evaporatore 3. Quando il fluido raggiunge il compressore 4, il ciclo termina e il fluido può evolvere nuovamente, seguendo la descrizione appena citata.

Secondo la presente invenzione è possibile utilizzare un’ulteriore soluzione impiantistica. Infatti, la funzione svolta dal compressore (macchina operatrice, 4) potrebbe essere assunta da un sottosistema, intercettabile da valvole V1 e V2, composto dall’assorbitore 8 e da una pompa p2, posta in serie ad esso. L’assorbitore 8 può ricevere l’energia termica necessaria, in maniera diretta dalle fonti termiche TES, (percorso Thermal Energy Source - assorbitore 8), oppure utilizzando un salto termico (Fig. 2, percorso 6-8 indicato con 15).

Si ripete ancora una volta che, secondo la presente invenzione, il citato innalzamento di detta temperatura tra 60 e 85°C (secondo il tipo di fluido del ciclo frigorifero 12), può anche essere ottenuto tramite ulteriori soluzioni impiantistiche di riscaldamento, utilizzanti fonti TES di energia rinnovabile e non rinnovabile (TES, Thermal Energy Source), quali boilers elettrici “C” (effetto Joule, Fig. 2), caldaie supportate da bruciatori a gas naturale “B” (Fig. 2), caldaie alimentate da processi di combustione “D” (idrocarburi, legnami, carbone; Fig. 2), o altre fonti di energia termica “E” (Fig.2).

Il fluido frigorifero effettuerà uno scambio termico nell’evaporatore 3 con il fluido raffreddante (refrigerante) del condotto 5 e che raggiunge la distribuzione secondaria di serra (Fig. 2, riferimento 9). La temperatura che il ciclo frigorifero 12 imporrà a tale distribuzione secondaria 9, si attesterà all’incirca sui 7 °C, all’uscita 5 del ciclo 12 stesso. Il fluido della distribuzione secondaria 9 così raffreddato, assorbirà calore dagli ambienti in cui è installato e, tramite una pompa o un sistema di pompaggio p3 (Fig. 2), che garantirà la circolazione, verrà

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nuovamente raffreddato nello scambiatore/evaporatore 3 (Fig. 2).

In generale, se si impiega la rete di teleriscaldamento 7, si genera una sinergia tra lo scambiatore di calore 13 (Fig. 2), (che consiste in effetti in un condensatore ad acqua) ed il condensatore ad aria (non illustrato nelle figure) della centrale termoelettrica 16 (Fig. 1) da cui proviene il fluido nei condotti di mandata e ritorno 14. Tale condensatore ad aria è in linea teorica già disponibile nella centrale termoelettrica 16 in quanto esso serve a dissipare l’energia termica che la centrale termoelettrica 16 deve comunque disperdere nel rispetto del proprio ciclo di funzionamento, per la produzione di energia elettrica.

In generale, la caratteristica dell’Invenzione è di utilizzare un impianto solare termodinamico, o i reflui termici di una centrale a biomasse, o altra fonte di energia termica TES in grado di innalzare la temperatura del ciclo frigorifero (ad es. assorbitore, Fig. 2 - pos.8), in modo tale da migliorare il bilancio energetico del ciclo di centrale. Questa tecnica consente di evitare lo spillamento della centrale termoelettrica, il quale comporterebbe un abbassamento del rendimento elettrico della centrale stessa. In particolare l’utilizzo del calore refluo della centrale termoelettrica rinveniente dallo scarico delle turbine comporta un significativo aumento del rendimento complessivo della centrale che nel caso di centrali turbogas a cogenerazione potrebbe attestarsi dallo 0,55 fino allo 0,80. Inoltre, grazie a questa applicazione, si potrà ottenere acqua ad una temperatura bassa, molto utile soprattutto nella stagione estiva, da utilizzare, ad esempio, per usi sanitari.

Se nel caso di centrali termoelettriche a cogenerazione il cui refluo termico (rinveniente dallo scarico delle turbine), ha una temperatura di almeno 70°C (ad esempio con centrali con alimentazione a biomasse), non occorrerà innalzare la temperatura di tale refluo come nel caso precedentemente illustrato, ma esso potrà essere utilizzato direttamente sul ciclo frigorifero 12 (percorso “D” -assorbitore 8).

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D’altra parte, l’integrazione e l’utilizzo di un ciclo frigorifero (assorbitore, pos. V2 - p2 - 8 - V1) ad un impianto di teleriscaldamento, rappresenta l’altro elemento di novità della presente invenzione così come riportato nei disegni allegati (Fig. 2, WT- p1 - preriscaldo 13 - V3).

L’impianto di raffrescamento, precedentemente descritto, trasmetterà questa potenza frigorifera agli ambienti serra mediante tubi radianti, cui si potranno associare dei ventilconvettori 10 (Fig. 2, fan coil 10) lungo le pareti perimetrali della serra e i corridoi. Tale potenza frigorifera, potrebbe essere utilizzata in simbiosi con un impianto Cooling Air System.

Verranno ora fatte alcune considerazioni sul funzionamento/applicazione della presente invenzione.

L’acqua “fredda” dalla distribuzione principale (proveniente cioè dall’uscita 5 di Fig. 2, mostrata anche in particolare nella terza soluzione di Fig. 1) viene fornita nelle serre (cui si riferisce la terza soluzione) mediante un sistema “ad iniezione”. Ogni corpo serra è dotato di una distribuzione secondaria 9 (tre distribuzioni secondarie in Fig. 1 terza soluzione) con i corrispondenti fasci tubieri che circondano ogni fila di bancali di fiori, i quali sono disposti in parallelo tra di loro, e con un rispettivo circolatore p3 (sistema di pompaggio, composto da una o più pompe disposte in serie o in parallelo) che serve a vincere le resistenze nel corpo serra 9 stesso. Due tubazioni collegate rispettivamente alla mandata e al ritorno della distribuzione principale consentono l’ingresso di acqua fredda e l’espulsione di egual portata di acqua scaldata.

La perdita di carico attraverso le tubazioni di connessione fra la distribuzione principale e quella secondaria e attraverso le relative valvole deve essere inferiore alla perdita lungo la distribuzione principale che consentirebbe il bypass di un qualsiasi corpo serra proprio per consentire all’acqua di “entrare” nel circuito del corpo serra.

La distribuzione principale, e quella secondaria in ogni corpo serra, possono

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anche esser viste come indipendenti sotto il profilo del controllo. Ciò consentirebbe di tener separati, da un lato, i sistemi di controllo della distribuzione principale, da installare in centrale integrandoli col sistema di controllo della stessa, e dall’altro, il sistema di controllo dei singoli corpi serra, collegando anche al sistema di distribuzione principale più utenze che potrebbero essere fra loro indipendenti (come in Fig. 1, terza soluzione).

I tre sistemi/impianti globali (tre soluzioni di Fig. 1) devono essere dotati di tutte le sicurezze, atte a prevenire ogni forma di incidente, in caso di malfunzionamento di uno o più componenti i sistemi. Sarebbe consigliabile, per ragioni di sicurezza, che i sistemi di controllo dialoghino fra di loro.

Ovviamente, affinché il sistema sia pronto a rispondere alle esigenze delle serre, data la notevole inerzia del sistema e il modesto intervallo fra temperatura di mandata e ritorno con cui si è costretti a operare in serra (7 - 12 °C), è necessario che la temperatura sia debitamente controllata, che quindi, rispetti i valori di progetto, in base all’evoluzione del fluido, all’interno dell’impianto.

Al fine di superare le problematiche relative all’inerzia del sistema, l’impianto dell’invenzione, schematicamente rappresentato nelle figure (in soluzioni anche alternative tra loro), necessiterà di un’ottimizzazione a livello progettuale; il risultato potrebbe essere agevolmente ottenuto sfruttando una vasca di accumulo (non mostrata e già menzionata sopra) dimensionando opportunamente lo scambiatore (evaporatore) 3 di Fig. 2, purché il rapporto fra il volume della vasca e quello dell’intera rete principale non sia troppo piccolo.

In altro modo, si potrà operare sul sistema di controllo sulla distribuzione secondaria dei corpi serra, in maniera che questo sia in grado di anticipare largamente l’innalzamento di temperatura nella serra stessa (sistema di controllo della temperatura ambiente desiderata, stabilita in base alle esigenze).

Il sistema di controllo sulla distribuzione secondaria 9 (ad esempio di una serra) a sua volta rileverà la variazione di temperatura dell’aria interna e, se questa tende

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rapidamente al valore di progetto, attiverà i rispettivi circolatori p3, a velocità fissa.

Se la temperatura dell’acqua fornita dalla distribuzione principale 5 alla corrispondente rete 11 della o delle applicazioni è minore rispetto al valore minimo di progetto (7°C), si apriranno delle valvole (non mostrate) sulle tubazioni di connessione con la distribuzione principale 5 e si scambierà acqua con quest’ultima; in caso contrario, ciascuna distribuzione secondaria 9 funzionerà a ciclo chiuso finché le dispersioni in serra non comporteranno un adeguato riscaldamento dell’acqua, e quindi essa andrà nuovamente raffreddata nello scambiatore 3.

In base alle esigenze termiche che è necessario conseguire, può essere utilizzato calore proveniente dal vapore a basso contenuto termico di una centrale termoelettrica 16 (Fig. 1), veicolando il fluido caldo in un impianto di teleriscaldamento (comprendente i condotti mandata-ritorno 14), nonché nei relativi fasci tubieri 17, in grado di dotare il fluido (acqua) nel serbatoio di preriscaldo 13 (Fig. 2) di una temperatura di partenza superiore a quella Standard (di 20°C, Fig. 2 riferimento WT).

Considerando che tramite la soluzione appena descritta si consegua un fluido con una temperatura di circa 24 - 28 °C (ad esempio nel condotto in cui è montata la valvola V3 di Fig. 2), detto fluido (in genere acqua) verrà poi sottoposto ad un nuovo innalzamento della temperatura, e il contenuto termico di questo fluido verrà poi utilizzato, come già descritto in modo esaustivo, nel ciclo frigorifero 12, trasmettendolo al fluido che evolve invece all’interno del ciclo frigorifero 12 stesso.

Sarà possibile ottenere questo ulteriore innalzamento (dai 25°C agli 85°C), tramite i sotto-sistemi descritti in Fig. 2 (Thermal Energy Source, TES): impianti solari termici, bruciatori a gas combinati con caldaie, calore proveniente dalla combustione di biomasse, o altre fonti di energia termica.

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I tre impianti globali qui descritti, in base alle configurazioni alternative illustrate in figura 1, possono soddisfare l’esigenza del raffrescamento di ambienti, seguendo ad esempio queste tre tipologie schematiche di design mostrate in Fig. 1. Un tale sistema di raffrescamento secondo l’invenzione, sarà dotato di tutte le sicurezze atte a garantire l’esecuzione ottimale del funzionamento. Attraverso un opportuno software, che contribuirà a controllare tutte le variabili fisiche coinvolte, si potrà garantire l’efficiente funzionamento del sistema.

L’invenzione è stata descritta in forma generale e in alcune sue possibili realizzazioni, o varianti di realizzazione. Si intende che varianti e modifiche del concetto inventivo rientrano nel campo e nello spirito della stessa invenzione. In particolare non ci si è soffermati sulla descrizione della struttura dei vari dispositivi di controllo, dei sensori, delle valvole, delle pompe, della forma dei fasci tubieri, della forma/struttura dei singoli componenti del circuito frigorifero, del tipo di ventilconvettori utilizzati, dei materiali utilizzati, ecc., poiché questo rientra nell’ambito di quanto si considera essere alla portata del tecnico medio del settore, il quale potrà adattare al meglio i tipi di componenti da utilizzare e i rispettivi materiali, per il conseguimento dello scopo della presente invenzione. La presente esposizione si limita quindi al concetto inventivo dell’invenzione, consentendo però al tecnico medio del ramo di attuare l’invenzione in diversi modi e come meglio crede fondandosi sugli insegnamenti tecnici qui forniti.

Claims

NA/369p13 RIVENDICAZIONI 1. Sistema di raffrescamento di serre per uso agricolo, oppure industriale, o civile, caratterizzato dal fatto di utilizzare per il raffrescamento il refluo termico di una centrale termoelettrica e/o il calore di una o più sorgenti di energia termica ossia di impianti termici (A, B, C, D, E), avente: a. un impianto di raffrescamento, comprendente uno o più di detti impianti termici (A, B, C, D, E) e un impianto frigorifero (12), tra loro collegati in modo operativo; b. una distribuzione principale (11) di fluido raffreddato, in particolare acqua, alle varie applicazioni o utenze, per raffrescare l’aria di ambienti interni, civili o industriali, in particolare di serre, e/o per mettere a disposizione acqua fredda per usi sanitari, in cui detta distribuzione principale (11) è collegata in modo operativo (3, 5) a detto impianto frigorifero (12) affinché esso ceda freddo, ossia sottragga calore, alla distribuzione principale (11); c. detto impianto frigorifero (12) avendo un fluido evolvente, gassoso o liquido, che viene fatto circolare al proprio interno, in cui il calore necessario al funzionamento dell’impianto frigorifero (12) e che viene ceduto al suo fluido evolvente per fargli raggiungere una temperatura predeterminata di funzionamento, viene messo a disposizione almeno da uno o più di detti impianti termici (A, B, C, D, E).
2. Sistema di raffrescamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere nell’impianto di raffrescamento, una centrale termica (D), il cui refluo termico proveniente dal calore del vapore uscente dalla sezione a bassa pressione di una turbina a vapore per la produzione di energia elettrica ha un valore talmente elevato da essere direttamente utilizzabile per innalzare la temperatura del fluido evolvente dell’impianto frigorifero sino a detta temperatura predeterminata di funzionamento, in maniera tale da NA/369p13 aumentare il rendimento della centrale termica (D) e allo stesso tempo garantire una quantità di freddo adeguata alle utenze o applicazioni (11).
3. Sistema di raffrescamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una rete di teleriscaldamento (7) operativamente connessa a detto impianto di raffrescamento, detta rete di teleriscaldamento (7) essendo atta a cedere all’impianto di raffrescamento un’aliquota di calore di preriscaldamento, proveniente dal refluo termico di una ulteriore centrale termica (16) di teleriscaldamento, e precisamente dal calore del vapore uscente dalla sezione a bassa pressione di una turbina a vapore per la produzione di energia elettrica, detta aliquota di calore di preriscaldamento sommandosi al calore messo a disposizione da almeno uno di detti impianti termici (A, B, C, D, E), per raggiungere detta temperatura predeterminata di funzionamento di detto fluido evolvente dell’impianto frigorifero (12), in maniera tale da aumentare il rendimento della centrale termoelettrica (16) e allo stesso tempo garantire una quantità di freddo adeguata alle utenze o applicazioni (11).
4. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detti impianti termici (A, B, C, D, E) comprendono: a. un impianto solare termodinamico (A) composto da specchi parabolici concentratori, un collettore posizionato nel fuoco degli specchi stessi e che è percorso da un fluido in forma gassosa o liquida, circuiterie idrauliche, comprendenti le diverse tubazioni nonché valvole e dispositivi di sicurezza, un impianto elettrico comprendente tutta la sensoristica di campo per il monitoraggio dei diversi parametri fisici coinvolti; e un PLC, o programmatore logico, in grado di elaborare i dati provenienti dai sensori di campo, in grado di controllare il processo termodinamico; b. e altri impianti di riscaldamento (B, C, D, E) utilizzanti fonti di energia NA/369p13 rinnovabile e non rinnovabile, ad esempio caldaie elettriche a effetto Joule (C), caldaie supportate da bruciatori a gas naturale (B), caldaie alimentate da processi di combustione (D) di idrocarburi, legnami carbone, biomasse, o utilizzanti altre fonti di energia termica (E).
5. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il rendimento termico nel caso di centrali a turbogas da 400 MW (D) aumenta sino ad un valore assoluto compreso tra circa 0,55 e circa 0,80, e in cui l’aumento relativo raggiunge anche il 20-25% circa.
6. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta temperatura predeterminata di funzionamento del fluido evolvente nell’impianto frigorifero (12) raggiunge circa 60° - 85°C, secondo il tipo di fluido evolvente utilizzato.
7. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l’impianto frigorifero (12) comprende un compressore (4), una valvola di espansione (2), un evaporatore (3) e un condensatore (1).
8. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni eccetto la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che l’impianto frigorifero (12) comprende una valvola di espansione (2), un evaporatore (3), un assorbitore (8) e una pompa (p2) posta in serie a quest’ultimo.
9. Sistema di raffrescamento secondo la rivendicazione 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che il calore per il funzionamento dell’impianto frigorifero (12) viene ceduto tramite un bollitore (6’) che funge da serbatoio di acqua calda e da scambiatore di calore tra un impianto termico (A) di detti impianti termici (A, B, C, D, E) e un fascio tubiero dell’impianto frigorifero, tale fascio tubiero essendo disposto a valle della pompa (p2), in un primo caso, oppure a valle del compressore (4), in un secondo caso. NA/369p13
10. Sistema di raffrescamento secondo la rivendicazione 3 e 9, caratterizzato dal fatto che detta rete (7) di teleriscaldamento comprende una scorta o serbatoio (WT) di acqua a temperatura ambiente, attorno a circa 20°, mezzi (p1) per estrarre dalla scorta o serbatoio (WT) l’acqua a temperatura ambiente e per immetterla in uno scambiatore di calore ad acqua (13), nel quale essa può essere riscaldata sino a circa 24-28°C, tale salto termico essendo ottenuto tramite tubazioni di mandata e ritorno (14) e relativo fascio tubiero (17) che si estende nello scambiatore di calore (13), tali tubazioni di mandata e ritorno (14) provenendo da detta centrale di teleriscaldamento (16) ed essendo percorse da un fluido alla temperatura di circa 30-35°C sulla tubazione di mandata e circa 27-30°C sulla tubazione di ritorno; detta rete di teleriscaldamento (7) comprendendo anche una valvola o simili (V3) per immettere, se richiesto, una determinata quantità di acqua da detto scambiatore di calore (13) in detto bollitore (6’).
11. Sistema di raffrescamento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che la quantità di calore ceduta all’impianto frigorifero (12) viene ceduta direttamente da un impianto termico di detti impianti termici (A, B, C, D, E) all’assorbitore (8), oppure viene ceduta a quest’ultimo almeno in parte per il tramite (15) di detto bollitore (6’).
12. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la distribuzione principale (11) è collegata ad un impianto serra costituente una distribuzione secondaria di una pluralità di corpi serra, in maniera che si abbia una rete di raffreddamento di tipo centralizzato che serve una pluralità di corpi serra.
13. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è previsto un sistema di controllo della distribuzione principale (11) che comprende rivelatori della velocità delle pompe di circolazione (p3) della stazione di pompaggio, comandi delle val NA/369p13 vole di ricircolo, rivelatori della variazione di velocità dei ventilatori (10).
14. Sistema di raffrescamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema comprende valvole di sicurezza, sfiatatori automatici e sistema di controllo automatico del ciclo di funzionamento, per la regolazione del fluido nella distribuzione secondaria (9).
15. Sistema di raffrescamento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il sistema di controllo automatico di detta distribuzione secondaria comprende rivelatori della temperatura dell’aria interna dell’ambiente interno, rivelatori del salto termico rispetto a una temperatura di riferimento e rivelatori della pressione di un condensatore ad acqua.