IT201900006688A1 - DEVICE AND METHOD FOR PASSIVE OR SEMI-PASSIVE AIR CONDITIONING OF ENVIRONMENTS - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:
DISPOSITIVO E METODO PER IL CONDIZIONAMENTO PASSIVO O SEMI-PASSIVO DI AMBIENTI. DEVICE AND METHOD FOR PASSIVE OR SEMI-PASSIVE AIR CONDITIONING OF ENVIRONMENTS.
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo e ad un metodo per il condizionamento passivo o semipassivo, di ambienti e/o alloggiamenti, ad esempio shelter per il contenimento di apparecchiature elettriche ed elettroniche. The present invention refers to a device and a method for passive or semi-passive conditioning of environments and / or housings, for example shelters for containing electrical and electronic equipment.
In particolare l’invenzione si applica ad ambienti già esistenti ai quali si voglia applicare un sistema di condizionamento passivo o semi-passivo. In particular, the invention applies to existing environments to which a passive or semi-passive air conditioning system is to be applied.
Con il loro funzionamento, dette apparecchiature elettriche ed elettroniche producono calore, per cui si rende necessario il raffreddamento delle stesse mediante l’asportazione del calore prodotto nell’ambiente in cui dette apparecchiature sono contenute. With their operation, these electrical and electronic equipment produce heat, so it is necessary to cool them by removing the heat produced in the environment in which the equipment is contained.
Le tecniche normalmente impiegate comprendono la semplice ventilazione, il condizionamento attivo, cioè l’utilizzo di condizionatori alimentati elettricamente, oppure il condizionamento passivo o semi-passivo, cioè speciali dispositivi che assorbono calore da detti ambienti da condizionare, lo immagazzinano in un serbatoio inerziale e lo cedono, successivamente, all'ambiente esterno. Detti dispositivi di condizionamento passivo o semi-passivo non consumano energia se non in piccole quantità, nel caso in cui siano eventualmente presenti piccoli ventilatori, atti ad aumentare la circolazione dell'aria per migliorare lo scambio termico, e/o piccole pompe, atte a provocare o ad accelerare la circolazione di fluidi termovettori. The techniques normally used include simple ventilation, active conditioning, i.e. the use of electrically powered air conditioners, or passive or semi-passive conditioning, i.e. special devices that absorb heat from said environments to be conditioned, store it in an inertial tank and they transfer it, subsequently, to the external environment. Said passive or semi-passive conditioning devices do not consume energy except in small quantities, in the event that small fans are present, able to increase air circulation to improve heat exchange, and / or small pumps, suitable for cause or accelerate the circulation of heat transfer fluids.
Il principio su cui si basano detti dispositivi di condizionamento passivo o semi-passivo consiste nel predisporre all'interno dell'ambiente da condizionare una massa termica, costituita solitamente da acqua e/o sostanze a cambiamento di fase, la quale, durante il giorno, assorbe il calore prodotto dalle apparecchiature elettriche ed elettroniche presenti all'interno dell'ambiente da condizionare e lo cede all'ambiente esterno, durante il periodo di tempo in cui la temperatura esterna è inferiore a quella raggiunta da detta massa termica. In questo modo la massa termica si raffredda ed è pronta per un nuovo ciclo giornaliero. The principle on which these passive or semi-passive conditioning devices are based consists in preparing a thermal mass inside the environment to be conditioned, usually consisting of water and / or phase change substances, which, during the day, it absorbs the heat produced by the electrical and electronic equipment present inside the environment to be conditioned and transfers it to the external environment, during the period of time in which the external temperature is lower than that reached by said thermal mass. In this way the thermal mass cools and is ready for a new daily cycle.
La massa termica è normalmente contenuta in uno o più serbatoi posti nella parte alta dell’ambiente da condizionare, detti serbatoi essendo collegati con uno o più scambiatori posti all’esterno di detto ambiente da condizionare. The thermal mass is normally contained in one or more tanks located in the upper part of the environment to be conditioned, said tanks being connected to one or more exchangers located outside the said environment to be conditioned.
La scelta tra un dispositivo attivo o passivo viene normalmente fatta in base alla disponibilità di energia elettrica. Nelle zone servite dalla rete elettrica si sono affermati i dispositivi di condizionamento attivo, integrati dalla semplice ventilazione nei periodi di tempo in cui la temperatura dell’ambiente esterno sia sufficientemente bassa. Nelle zone non servite dalla rete elettrica, ad esempio zone desertiche, le apparecchiature elettriche ed elettroniche sono contenute in uno shelter e vengono alimentate tramite pannelli fotovoltaici ed accumulatori elettrici, mentre il dispositivo di condizionamento è totalmente passivo o semi-passivo. The choice between an active or passive device is normally made based on the availability of electricity. In the areas served by the electricity network, active conditioning devices have established themselves, supplemented by simple ventilation in the periods of time in which the temperature of the external environment is sufficiently low. In areas not served by the electricity grid, for example desert areas, the electrical and electronic equipment are contained in a shelter and are powered by photovoltaic panels and electric accumulators, while the conditioning device is totally passive or semi-passive.
L’evoluzione tecnologica dei componenti elettronici con cui sono costruiti gli apparati fa sì che la temperatura dell’ambiente in cui sono installati può raggiungere anche i 50÷55°C. Detto aumento della temperatura di esercizio rende quindi possibile, nelle zone temperate e subtropicali, l’impiego della sola ventilazione. Tuttavia questo fatto introduce due gravi conseguenze. The technological evolution of the electronic components with which the devices are built means that the temperature of the environment in which they are installed can even reach 50 ÷ 55 ° C. This increase in operating temperature therefore makes it possible, in temperate and subtropical areas, to use ventilation only. However, this fact introduces two serious consequences.
In primo luogo, se sono presenti degli accumulatori, come accade nella quasi totalità dei casi, il dispositivo si rivela inefficace, in quanto la durata operativa di detti accumulatori risulta fortemente legata alle sovratemperature che risultano, come detto sopra, indifferenti per i componenti elettronici. In the first place, if there are accumulators, as happens in almost all cases, the device proves to be ineffective, as the operating life of said accumulators is strongly linked to the overtemperatures which are, as mentioned above, indifferent to the electronic components.
In secondo luogo flussi d’aria intensi portano all’interno dell’alloggiamento polveri e sporcizie varie, nonostante la presenza di filtri, oltre a consumare elevate quantità di energia elettrica. Secondly, intense air flows bring various dust and dirt into the housing, despite the presence of filters, as well as consuming large amounts of electricity.
I condizionatori attivi, a loro volta, presentano principalmente due inconvenienti. Active air conditioners, in turn, have two main drawbacks.
Un primo inconveniente consiste nel fatto di essere soggetti ad avarie, con conseguente fuori servizio dell’intera stazione e, comunque, di richiedere una manutenzione accurata, continuativa e costosa. A first drawback consists in being subject to breakdowns, resulting in the entire station being out of service and, in any case, requiring accurate, continuous and expensive maintenance.
Un secondo inconveniente consiste nel fatto di consumare forti quantitativi di energia elettrica. A second drawback consists in consuming large quantities of electricity.
Attualmente esiste una gran quantità di shelter provvisti di dispositivi di condizionamento attivo installati in tutto il mondo, detta quantità essendo valutabile in centinaia di migliaia di esemplari. In molti casi i gestori degli impianti hanno in programma la sostituzione di detti shelter a condizionamento attivo con altri a condizionamento passivo o semi-passivo. Detta sostituzione è però assai onerosa perché i dispositivi di condizionamento passivo noti sono tali da richiedere l’impiego di shelter costruiti appositamente, per cui non sono applicabili agli shelter esistenti. Ciò è dovuto al fatto che le dimensioni dei corpi radianti e l’entità della massa termica di accumulo sono assai elevate e, per questo motivo, incompatibili con le strutture degli shelter esistenti a condizionamento attivo. Currently there is a large number of shelters equipped with active conditioning devices installed all over the world, this quantity being estimated in hundreds of thousands of specimens. In many cases, plant managers plan to replace said shelters with active conditioning with others with passive or semi-passive conditioning. However, this replacement is very expensive because the known passive conditioning devices are such as to require the use of specially built shelters, so they are not applicable to existing shelters. This is due to the fact that the dimensions of the radiant bodies and the extent of the thermal mass of accumulation are very high and, for this reason, incompatible with the structures of existing shelters with active conditioning.
In altre parole non è possibile o non è conveniente sostituire, in un impianto esistente, un condizionatore attivo con un condizionatore passivo o semi-passivo. In other words, it is not possible or not convenient to replace an active air conditioner with a passive or semi-passive air conditioner in an existing system.
Scopo della presente invenzione è quello di applicare il condizionamento passivo o semi-passivo ad ambienti, in particolare shelter per il contenimento di apparecchiature elettriche ed elettroniche. Il condizionamento passivo o semi-passivo secondo l’invenzione, si applica in particolare ad ambienti già esistenti, per i quali non è possibile, o conveniente, applicare detto tipo di condizionamento secondo la tecnica nota. The purpose of the present invention is to apply passive or semi-passive conditioning to environments, in particular shelters for containing electrical and electronic equipment. The passive or semi-passive conditioning according to the invention is applied in particular to already existing environments, for which it is not possible, or convenient, to apply said type of conditioning according to the known technique.
Il suddetto ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un metodo ed un dispositivo come quelli descritti nelle rivendicazioni 1 e 2. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti. The aforementioned and other objects and advantages of the invention, as will emerge from the following description, are achieved with a method and a device such as those described in claims 1 and 2. Preferred embodiments and non-trivial variants of the present invention form the object of dependent claims.
Il metodo per il condizionamento passivo o semipassivo di ambienti, secondo l’invenzione è caratterizzato dal fatto di: The method for passive or semi-passive conditioning of environments, according to the invention is characterized by the fact of:
● condizionare un contenitore coibentato per mezzo di un sistema di condizionamento passivo o semi-passivo; ● collegare detto contenitore coibentato, tramite dei condotti, con detto shelter, in modo tale da provocare una circolazione dell’aria da detto shelter a detto contenitore e viceversa, in modo tale che l’aria stessa possa essere raffrescata dal sistema di condizionamento passivo presente nel contenitore coibentato. ● condition an insulated container by means of a passive or semi-passive conditioning system; ● connect said insulated container, through ducts, with said shelter, in such a way as to cause air circulation from said shelter to said container and vice versa, so that the air itself can be cooled by the passive conditioning system present in the insulated container.
Il dispositivo per il condizionamento passivo o semipassivo di ambienti, secondo l’invenzione è del tipo comprendente uno o più serbatoi inerziali, collegati idraulicamente con uno o più scambiatori esterni, detti serbatoi inerziali e detti scambiatori esterni essendo percorsi da un fluido termovettore, ed è caratterizzato dal fatto di comprendere un contenitore coibentato all’interno del quale sono alloggiati detti uno o più serbatoi inerziali, riempiti con detto liquido termovettore e collegati idraulicamente con detti uno o più scambiatori, atti a scambiare calore con l’ambiente esterno, detto shelter essendo collegato con detto contenitore coibentato tramite: The device for passive or semi-passive conditioning of environments, according to the invention, is of the type comprising one or more inertial tanks, hydraulically connected to one or more external exchangers, said inertial tanks and said external exchangers being traversed by a heat-carrying fluid, and is characterized in that it comprises an insulated container inside which said one or more inertial tanks are housed, filled with said heat-carrying liquid and hydraulically connected to said one or more exchangers, suitable for exchanging heat with the external environment, said shelter being connected to said insulated container through:
● uno o più condotti, atti a prelevare l’aria presente nello shelter ed a convogliarla nel contenitore coibentato; ● one or more ducts, designed to take the air present in the shelter and convey it to the insulated container;
● uno o più condotti, atti a prelevare l’aria presente nel contenitore coibentato ed a convogliarla nello shelter; ● one or more ducts, designed to take the air present in the insulated container and convey it to the shelter;
in modo tale che si stabilisca una circolazione di aria tra detto shelter e detto contenitore coibentato. in such a way that an air circulation is established between said shelter and said insulated container.
Un primo vantaggio dell’invenzione consiste in un’affidabilità assai superiore ai sistemi attivi e in una ridottissima manutenzione. A first advantage of the invention consists in a much higher reliability than active systems and in a very low maintenance.
L’elevata affidabilità è conseguenza del fatto che gli unici organi in movimento sono dei ventilatori ed, eventualmente, delle pompe di circolazione che sono estremamente affidabili ed hanno lunghissimi intervalli di manutenzione. The high reliability is a consequence of the fact that the only moving parts are fans and, possibly, circulation pumps which are extremely reliable and have very long maintenance intervals.
Un secondo vantaggio dell’invenzione consiste in un ridotto consumo di energia elettrica dovuto al fatto che sono presenti solo dispositivi atti a causare spostamenti di fluidi, senza provocare trasformazioni termodinamiche. A second advantage of the invention consists in a reduced consumption of electricity due to the fact that there are only devices capable of causing fluid displacements, without causing thermodynamic transformations.
Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nel conseguire il controllo termico senza alterare l’ermeticità dell’alloggiamento apparati. A further advantage of the invention consists in achieving thermal control without altering the tightness of the equipment housing.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione. It is understood that all the attached claims form an integral part of the present description.
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate. It will be immediately obvious that innumerable variations and modifications (for example relating to shape, dimensions, arrangements and parts with equivalent functionality) can be made to what has been described without departing from the scope of the invention as appears from the attached claims.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: The present invention will be better described by some preferred embodiments, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:
● la figura 1 mostra uno shelter con a fianco un dispositivo di condizionamento passivo o semi-passivo secondo l’invenzione; ● Figure 1 shows a shelter alongside a passive or semi-passive conditioning device according to the invention;
● la figura 2 è una vista laterale del dispositivo di condizionamento passivo o semi-passivo secondo l’invenzione. ● Figure 2 is a side view of the passive or semi-passive conditioning device according to the invention.
Con riferimento alle Figg. 1 e 2, con (1) è indicato un dispositivo per il condizionamento passivo o semipassivo secondo l’invenzione. Detto dispositivo (1) è posto a fianco di uno shelter (2) da condizionare. With reference to Figs. 1 and 2, with (1) a device for passive or semi-passive conditioning according to the invention is indicated. Said device (1) is placed next to a shelter (2) to be conditioned.
All’interno dello shelter (2) sono alloggiate apparecchiature elettriche ed elettroniche che consumano energia, per cui producono calore che tende a provocare un aumento di temperatura all’interno di detto shelter (2). Inside the shelter (2) are housed electrical and electronic equipment that consume energy, for which they produce heat that tends to cause an increase in temperature inside said shelter (2).
Secondo una forma preferita di attuazione, detto dispositivo (1) secondo l’invenzione comprende un contenitore coibentato (3) all’interno del quale sono alloggiati uno o più serbatoi (4) riempiti con un liquido termovettore (generalmente acqua). Detti uno o più serbatoi (4) sono posizionati preferibilmente nella parte alta del contenitore (3) e sono collegati idraulicamente con uno o più scambiatori (5), atti a scambiare calore con l’ambiente esterno, posizionati preferibilmente sul tetto di detto contenitore coibentato (3). According to a preferred embodiment, said device (1) according to the invention comprises an insulated container (3) inside which one or more tanks (4) filled with a heat-carrying liquid (generally water) are housed. Said one or more tanks (4) are preferably positioned in the upper part of the container (3) and are hydraulically connected to one or more exchangers (5), suitable for exchanging heat with the external environment, preferably positioned on the roof of said insulated container. (3).
Il sistema comprendente detti serbatoi (4) e scambiatori (5) e percorsi da un liquido termovettore è un sistema di condizionamento passivo di tipo noto, per cui non verrà ulteriormente descritto. The system comprising said tanks (4) and exchangers (5) and traversed by a heat-carrying liquid is a known type of passive conditioning system, therefore it will not be further described.
Lo shelter (2) e il contenitore coibentato (3) sono collegati tra loro tramite: The shelter (2) and the insulated container (3) are connected to each other by:
● uno o più condotti (6), preferibilmente provvisti di un ventilatore (6a) che hanno lo scopo di aspirare l’aria presente nello shelter (2) e di convogliarla nel contenitore coibentato (3); ● one or more ducts (6), preferably equipped with a fan (6a) which have the purpose of sucking the air present in the shelter (2) and conveying it into the insulated container (3);
● uno o più condotti (7), preferibilmente provvisti di un ventilatore (7a) che hanno lo scopo di aspirare l’aria presente nel contenitore coibentato (3) e di convogliarla nello shelter (2). ● one or more ducts (7), preferably equipped with a fan (7a) which have the purpose of sucking the air present in the insulated container (3) and conveying it to the shelter (2).
Il funzionamento del sistema comprendente lo shelter (2) ed il dispositivo per il condizionamento passivo o semi-passivo (1) è il seguente. The operation of the system comprising the shelter (2) and the passive or semi-passive conditioning device (1) is as follows.
Le apparecchiature elettriche ed elettroniche presenti all’interno delle shelter (2) producono calore che fa aumentare la temperatura dell’aria presente all’interno di detto shelter (2). Tramite detti ventilatori (6a), l’aria riscaldata presente nello shelter (2) viene aspirata e, attraverso detti condotti (6), viene immessa nel contenitore coibentato (3). All’interno del contenitore (3) l’aria prelevata dallo shelter (2) viene raffrescata dal sistema di condizionamento passivo costituito da detti serbatoi (4), scambiatori (5) e liquido termovettore. L’aria così raffrescata viene reimmessa nello shelter (2) dai ventilatori (7a) attraverso detti condotti (7). The electrical and electronic equipment inside the shelters (2) produce heat which increases the temperature of the air inside the shelter (2). Through said fans (6a), the heated air present in the shelter (2) is sucked and, through said ducts (6), it is introduced into the insulated container (3). Inside the container (3) the air taken from the shelter (2) is cooled by the passive conditioning system consisting of said tanks (4), exchangers (5) and heat transfer fluid. The air cooled in this way is reintroduced into the shelter (2) by the fans (7a) through said ducts (7).
All’interno dello shelter (2), a causa del calore prodotto dalle apparecchiature in esso contenute, si genera spontaneamente un flusso d’aria diretto verso l’alto, mentre nel contenitore coibentato (3), a causa del sistema di condizionamento, si genera spontaneamente un flusso d’aria diretto verso il basso. In questo modo si ha un effetto di pompaggio naturale che, se detti condotti di collegamento (6) e (7) hanno una sezione sufficiente e sono disposti adeguatamente, potrebbe essere sufficiente ad attivare la circolazione dell’aria tra shelter (2) e contenitore coibentato (3). In questo caso il sistema di condizionamento dello shelter (2) attraverso il contenitore coibentato (3) è totalmente passivo. Inside the shelter (2), due to the heat produced by the equipment contained therein, a flow of air directed upwards is spontaneously generated, while in the insulated container (3), due to the air conditioning system, spontaneously generates a downward flow of air. In this way there is a natural pumping effect which, if said connection ducts (6) and (7) have a sufficient section and are adequately arranged, it could be sufficient to activate the air circulation between the shelter (2) and the container. insulated (3). In this case the air conditioning system of the shelter (2) through the insulated container (3) is totally passive.
Dimensionando adeguatamente il contenitore coibentato (3), è anche possibile ricoverare all’interno di esso delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. By adequately sizing the insulated container (3), it is also possible to store electrical and electronic equipment inside it.
È ovvio che l’aria presente nel contenitore coibentato (3) sia ad una temperatura inferiore rispetto a quella presente nello shelter (2), per cui gli accumulatori elettrici possono trovare un efficace ricovero all’interno di detto contenitore coibentato (3). It is obvious that the air present in the insulated container (3) is at a lower temperature than that present in the shelter (2), so the electric accumulators can find an effective shelter inside said insulated container (3).
Con riferimento alle Figg. 1 e 2, può ora essere definito il metodo di condizionamento passivo o semipassivo secondo l’invenzione. With reference to Figs. 1 and 2, the passive or semi-passive conditioning method according to the invention can now be defined.
Detto metodo consiste nel: This method consists in:
● condizionare un ambiente, ad esempio un contenitore coibentato (3), per mezzo di un sistema di condizionamento passivo o semi-passivo, di tipo noto, comprendente uno o più serbatoi inerziali (4), collegati idraulicamente con uno o più scambiatori esterni (5), detti serbatoi inerziali (4) e detti scambiatori eterni (5) essendo percorsi da un fluido termovettore; ● condition an environment, for example an insulated container (3), by means of a passive or semi-passive conditioning system, of a known type, comprising one or more buffer tanks (4), hydraulically connected to one or more external exchangers ( 5), said inertial tanks (4) and said eternal exchangers (5) being traversed by a heat-carrying fluid;
● collegare detto contenitore coibentato (3), tramite dei condotti (6) e (7), con lo shelter (2), in modo tale da provocare una circolazione dell’aria dall’interno dello shelter (2) all’interno del contenitore (3) e viceversa, in modo tale che l’aria stessa possa essere raffrescata dal sistema di condizionamento passivo o semi-passivo presente nel contenitore (3). ● connect said insulated container (3), through ducts (6) and (7), with the shelter (2), in such a way as to cause air circulation from inside the shelter (2) inside the container (3) and vice versa, so that the air itself can be cooled by the passive or semi-passive air conditioning system present in the container (3).
La circolazione dell’aria potrà essere vantaggiosamente attivata da detti ventilatori (6a) e (7a). Air circulation can be advantageously activated by said fans (6a) and (7a).
Inoltre il dispositivo (1) secondo l’invenzione sarà preferibilmente collocato nelle immediate vicinanze dello shelter (2) da condizionare, eventualmente anche a contatto. In addition, the device (1) according to the invention will preferably be placed in the immediate vicinity of the shelter (2) to be conditioned, possibly also in contact.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate nelle quali, eventuali segni di riferimento posti tra parentesi non possono essere interpretati nel senso di limitare le rivendicazioni stesse. Inoltre, la parola "comprendente" non esclude la presenza di elementi e/o fasi diversi da quelli elencati nelle rivendicazioni. L’articolo “un”, “uno” o “una” precedente un elemento non esclude la presenza di una pluralità di tali elementi. Il semplice fatto che alcune caratteristiche siano citate in rivendicazioni dipendenti diverse tra loro non indica che una combinazione di queste caratteristiche non possa essere vantaggiosamente utilizzata. Some preferred forms of implementation of the invention have been described, but of course they are susceptible to further modifications and variations within the same inventive idea. In particular, to those skilled in the art, numerous variants and modifications, functionally equivalent to the previous ones, will be immediately evident, which fall within the scope of the invention as highlighted in the attached claims in which any reference marks placed between brackets cannot be interpreted in the sense of to limit the claims themselves. Furthermore, the word "comprising" does not exclude the presence of elements and / or phases other than those listed in the claims. The article "a", "one" or "a" preceding an element does not exclude the presence of a plurality of such elements. The mere fact that some characteristics are mentioned in different dependent claims does not indicate that a combination of these characteristics cannot be advantageously used.
Claims (9)
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2019
- 2019-05-23 IT IT102019000006688A patent/IT201900006688A1/en unknown
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