Appunti del corso di Laboratorio di Integrazione impiantistica

COPCOP - Coefficiente of Performance

Il coefficiente of performance (COP) è dato dal rapporto (norma EN 255) fra calore ceduto al fluido caldo e l'energia richiesta sia dal compressore sia dai messi ausiliari integrati nella pompa di calore.

L'efficienza di una pompa di calore elettrica è misurata con il COP, che è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, in genere, valori intorno a 3. Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumata, saranno forniti 3 kWh di calore al mezzo da riscaldare.

Contabilizzazione diretta del calore: Un misuratore di portata (q) è abbinato a due sonde termometriche che misurano rispettivamente la temperatura d'ingresso e quella di uscita del fluido termovettore; la potenza istantanea assorbita dall'utenza è data dalla formula P = Q * ΔT, dove:

• P è la potenza istantanea misurata in Watt
• Q è la portata istantanea del fluido misurata
• ΔT è la differenza di temperatura tra l'ingresso e l'uscita del fluido

In kg/s, C è il calore specifico del fluido misurato in J/kg°C

ΔT è la differenza di temperatura tra ingresso e uscita

Il contabilizzatore riceve i segnali del misuratore di portata e dei sensori termici: determina quindi la potenza istantanea e ne effettua l'integrazione nel tempo determinando l'energia utilizzata. La centralina di regolazione della temperatura ambiente può consistere in un semplice termostato, o meglio in una unità di programmazione giornaliera, settimanale o mensile.

Dimensionamento delle reti di distribuzione dell'acqua calda

Definito il lay-out si devono determinare le caratteristiche dimensionali e prestazionali delle singole parti costituenti l'impianto e, in particolare di:

• Diametri interni delle tubazioni principali e secondarie
• Dimensioni e caratteristiche delle valvole equilibratrici
• Portata e prevalenza della pompa di circolazione
• Dimensioni e caratteristiche del vaso di espansione

57Controlli,

Una catena di regolazione è costituita da:

1. Sensore
2. Regolatore
3. Servocomando (o attuatori)
4. Variabile controllata

I sensori possono controllare:

Figura 64 Catena di regolazione

• Temperatura
• Qualità dell'aria
• Anidride carbonica
• Umidità

I sensori sono gli organi che misurano il valore della grandezza regolata. Il valore può essere trasmesso come:

• Segnale analogico, che può essere rappresentato mediante una funzione del tempo; segnale in Ohm (termoresistenze) usato per misurare temperature; segnale in tensione; segnale in corrente.
• Segnale digitale in cui il dominio della funzione (in funzione del tempo) è definito da punti e quindi non è continua.

I servocomandi sono i dispositivi che servono a modificare in modo diretto o indiretto la variabile fisica controllata. I servocomando sono controllati da un segnale trasmesso dal regolatore (analogico o digitale).

Iservocomandi si dividono in:

• Modulanti
• A 2 punti (chiusa, aperta)
• A 3 punti (avanti, fermo, dietro)
• I regolatori

I regolatori lavorano con la seguente modalità



La variabile da controllare è Xi; il valore richiesto (valore di set point) è Xs; Y è il segnale di comando al servocomando. Il regolatore collega il valore di Y dalla differenza delle due X. La regolazione può essere:

• Ad azione diretta (riscaldamento; come da figura sopra riportata)
• Ad azione inversa (raffrescamento; come da figura sotto riportata)


Si possono realizzare varie combinazioni di regolatori:

• Regolatori a cascata
• Regolatori con più uscite

Il regolatore on/off



Il regolatore ad azione proporzionale

Questo regolatore correla in modo proporzionale l'errore con l'azione Y sul servocomando. Il valore di Xp si definisce banda proporzionale.

Temperatura ambiente. Questa azione corregge automaticamente l'uscita di comando in base ad un tempo per ogni offset spostando la banda diproporzionale. L'azione ridefinisce i requisiti dell'uscita al setpoint fino a che la variabile processo ed il setpoint saranno uguali.

Derivativa: controllo sulla previsione della variazione della temperatura ambiente. Questa azione sposta la banda proporzionale ad ogni cambiamento di pendenza della funzione della variabile di processo. La derivata in effetti rallenta la funzione di regolazione nel tentativo d'evitare sovraelongazioni o sottoelongazioni sia all'avvio di un processo che durante l'assestamento al setpoint.

Il controllo Proporzionale-Integrale-Derivativo (talvolta tradotto anche con Proporzionale-Integrativo-Derivativo, dall'inglese Proportional-Integral-Derivative), comunemente abbreviato come PID, è un sistema in retroazione negativa ampiamente impiegato nei sistemi di controllo.

Il regolatore teorico perfetto è quello in grado di ridurre immediatamente l'emissione del corpo scaldante in presenza di un apporto di calore proveniente da fonte diversa dall'impianto di riscaldamento, mentre il sistema di regolazione reale reagisce lentamente, solo dopo che si è verificato un aumento indesiderato della temperatura ambiente.

Il fabbisogno di energia primaria

Gli impianti di riscaldamento sono costituiti essenzialmente dalle seguenti parti:

Sottosistema di generazione, G. Il sottosistema di generazione può essere destinato a fornire calore a sistemi di riscaldamento, sistemi di ACS e impianti di ventilazione. Le perdite di generazione dipendono non solo dalle caratteristiche del generatore di calore, ma sono fortemente influenzate anche dalla modalità di inserimento del generatore nell'impianto e dal suo dimensionamento rispetto al fabbisogno dell'edificio, dalla modalità

di installazione e dalla temperatura di utilizzo. Questo ci porta alla determinazione di un parametro definito rendimento di generazione (valoritabulati). I valori denotano forti variazione di rendimenti determinate dal dimensionamento del generatore e dalle condizioni di installazione e di esercizio. Le perdite di generazione (da specificare in caso di relazione tecnica) si calcolano mediante il Metodo di calcolo basato sui rendimenti da norma o il Metodo di calcolo analitico.

Con riferimento alla figura sopra riportata, la perdita energetica totale del sottosistema di generazione è dato da:

Riportiamo anche uno schema pratico delle perdite:

Sottosistema di accumulo, S
Sottosistema di distribuzione, D. Sul piano generale, una rete può articolarsi in tutti i seguenti livelli o in uno o due di essi:

- Distribuzione interna di seguito definita di utenza alle singole

unità immobiliari­ Distribuzione comune a più unità immobiliari di seguito definita circuito di distribuzione­ Circuito primario, circuito che alimenta più reti di utenza circuiti di distribuzione o fabbricati­ Circuito di generazione ossia quello nel quale è inserito il sottosistema di generazioneSottosistema di emissione in ambiente e relativo controllo, E Recuperatore di calore, RCV 62Il fabbisogno di energia termica utile per la climatizzazione invernale è articolato in:Fabbisogno ideale Fabbisogno ideale netto Fabbisogno effettivoLe perdite del sottosistema di regolazione, per ciascuna zona termica considerata sono calcolate con laseguente espressionedove: La somma al primo termine rappresenta il fabbisogno di energia termica in entrata al sottosistema di emissione.è il rendimento del sottosistema di regolazionePrestazioni delle pompe di caloreLa procedura per il calcolo delle prestazioni delle

pompe di calore si effettua partendo da una prima classificazione:

Tipo di servizio:

• Riscaldamento
• ACS
• Combinato

Tipo di fluido termovettore lato utenza:

• Aria
• Acqua
• Condensazione diretta

Il tipo di sorgente fredda correlata al tipo di energia sfruttata. Il tipo di fonte energetica sfruttata è relativo al tipo di sorgente termica utilizzata e non al tipo di vettore energetico utilizzato per azionare la pompa di calore, né al tipo di fluido termovettore impiegato per estrarre energia dalla sorgente.

Tipo di tecnologia

Tipo di vettore energetico

Bilancio energetico della pompa di calore bilancio energetico per un generatore termico a pompa di calore in funzionamento ciclico (cioè in regime quasi stazionari), indipendentemente dal vettore energetico impiegato per il suo funzionamento, dalla tecnologia e dalla tipologia di sorgente fredda utilizzata, è dato, secondo il confine tratteggiato più esterno dello schema sotto riportato,