TERMOREGOLAZIONE: POMPE DI CIRCOLAZIONE PER

IMPIANTI DI RISCALDAMENTO

Negli impianti di riscaldamento a circolazione forzata con le pompe di circolazione viene messo in moto il fluido termovettore dal sistema di produzione del calore (caldaia) al sistema di emissione in ambiente (radiatore).

Le elettropompe sfruttano l’energia meccanica fornita da un motore elettrico per sollevare un fluido o farlo scorrere all’interno di un circuito, come negli impianti di riscaldamento. In funzione della tipologia costruttiva e della modalità con cui trasmettono l’energia al fluido, le elettropompe possono essere centrifughe, rotative e volumetriche.Quelle più utilizzate per gli impianti di riscaldamento sono le pompe centrifughe, costituite da una girante a palette che ruotando genera una depressione centrale e una pressione nella zona periferica, producendo così la movimentazione del fluido.Le principali tipologie di pompe di circolazioneTra le pompe centrifughe si possono distinguere due tipologie: • elettropompe a tenuta meccanica;• circolatori.Nelle elettropompe a tenuta meccanica il motore è connesso alla girante con un albero di trasmissione; è possibile quindi distinguere il corpo pompa dal motore elettrico.Elettropompa a tenuta meccanicaQueste pompe sono disponibili anche con caratteristiche idrauliche notevoli (in termini di portata e prevalenza) e vengono solitamente utilizzate nei grossi impianti di riscaldamento.I circolatori, invece, hanno il motore installato direttamente nel corpo pompa (rotore bagnato) e hanno caratteristiche idrauliche più limitate; sono, però, meno rumorosi e meno ingombranti. Il loro motore elettrico ha solitamente tre velocità, corrispondenti a tre curve caratteristiche.

Diagramma delle caratteristiche idraulicheIl diagramma riassume le caratteristiche idrauliche di una pompa a tre velocità.

Diagramma delle caratteristiche idrauliche di un’elettropompa a giri fissi, Q è la portata, H è la prevalenzaOgni curva rappresenta, rispettivamente, la velocità minima, media e massima della pompa di circolazione.Alla velocità media, ad esempio, si può notare come, con una prevalenza di 4 m c.a., la pompa eroghi una portata di 5 m3/h, aumentando la velocità, a parità di prevalenza, la portata sale a 7,5 m3/h.

Elettropompe a giri variabiliL’evoluzione tecnologica ha portato alla realizzazione di elettropompe a giri variabili. La variazione dei giri del motore, ottenuta grazie alla presenza di un inverter, permette di modulare, a seconda delle esigenze del circuito impiantistico, le caratteristiche idrauliche.

Elettropompa a inverter a giri variabiliNegli impianti a portata variabile, la chiusura delle valvole termostatiche a due vie comporta una riduzione della portata idraulica, di conseguenza una pompa di circolazione a giri fissi si troverebbe a lavorare con prevalenze elevatissime. Una pompa a giri variabili è, invece, in grado, attraverso un differenziale di pressione, di percepire la graduale riduzione della portata, causata dalla proporzionale chiusura delle

valvole termostatiche, e quindi ridurre il numero di giri con limitazione della prevalenza data al circuito idraulico. La modulazione dei giri del motore assume, quindi, particolare importanza negli impianti con valvole a due vie termostatiche, in cui vi sono organi di regolazione a geometria variabile.Le pompe a inverter possono funzionare a pressione costante o proporzionale. La scelta e la programmazione dipendono dalle esigenze idrauliche dell’impianto di riscaldamento.

TERMOREGOLAZIONE: FUNZIONAMENTO TECNICO DELLE VALVOLE TERMOSTATICHE.

Le valvole termostatiche sono in grado di regolare la temperatura ambiente a valori prefissati. Il loro funzionamento tecnico non richiede ausiliari elettrici, proprio perché, in maniera autonoma e proporzionale, sono nelle loro varie tipologie in grado di ridurre o aumentare la portata di alimentazione del corpo scaldante interessato dall’installazione. 

Il funzionamento tecnicoLa regolazione proporzionale, di aumento o riduzione della portata idraulica del riscaldamento, avviene grazie alla contrazione o dilatazione di un fluido avente un alto coefficiente di dilatazione.

Il fluido è contenuto all’interno di un bulbo a contatto con l’aria ambiente: esso può, quindi, dilatarsi, mandando in chiusura l’otturatore della valvola termostatica, se la temperatura dell’aria raggiunge il valore di set point desiderato; viceversa può contrarsi, aprendo la luce di passaggio della valvola, se la temperatura dell’aria scende sotto il parametro impostato.

Fig.1 Valvola termostatica in fase di apertura

Fig.2 Valvola termostatica in fase di espansione, fino a chiusura

L’installazione: che cosa è importante sapere?La valvola termostatica ha una manopola di regolazione che condiziona la potenza termica emessa dal corpo scaldante.L’installazione a bordo del radiatore deve consentire il corretto funzionamento; occorrerà, quindi, evitare posizioni che compromettano la regolare espansione del fluido (ad esempio installazioni verticali). Dove siano presenti nicchie, tendaggi, o altro che possa coprire il comando termostatico, falsandone la lettura, è necessario remotizzare il sensore di temperatura, così da rilevare un valore affidabile: in merito esistono in commercio valvole dotate di sensore della temperatura a distanza.Nell’impiantistica esistente, al fine di identificare la corretta posizione della manopola di regolazione della valvola termostatica, può risultare utile installare in ogni locale un termometro in posizione tecnicamente adeguata, a un’altezza di circa 1,5 m e lontano da fonti di calore.L’utente tenderà a utilizzare tale valore di temperatura per la corretta regolazione delle valvole termostatiche; le stesse adegueranno, proporzionalmente, la potenza del radiatore in base alle condizioni rilevate in ambiente.Tipi di valvole e come scegliere il tipo più adatto.Le valvole termostatiche possono essere a due vie (le più diffuse), a quattro vie o combinate. La scelta dipende dalla morfologia impiantistica. Con impianti a sorgente, solitamente, si utilizzano valvole a due vie con comando termostatico.Le caratteristiche tecniche per la scelta della valvola termostatica sono le seguenti:• tipologia di fluido termovettore da impiegare;• pressione differenziale massima;• banda proporzionale di regolazione;• campo di temperatura del fluido termovettore;• scala di regolazione attraverso la manopola;• campo di regolazione della temperatura ambiente;• intervento antigelo;• temperatura ambiente massima.

Nel caso di installazione di valvole termostatiche su impianti termici esistenti è importante eseguire un lavaggio di tutta la rete di distribuzione. A tale scopo in commercio esistono adeguati prodotti chimici utili sia per la fase di lavaggio che per il futuro mantenimento del fluido termovettore, circolante all’interno dell’impianto termico.

Valvole elettroniche: una alternativa alle valvole termostaticheUna valida alternativa alle valvole a due vie termostatiche consiste nell’impiego di valvole a due vie elettroniche: la loro installazione non richiede opere murarie né collegamenti elettrici, poiché sono alimentate autonomamente da una batteria al litio e la loro gestione avviene attraverso onde radio. Un comando ambiente permette di programmare, distintamente, un gruppo di valvole elettroniche, così da poter impostare orari e temperature diverse da un ambiente a un altro.

LA CONTABILIZZAZIONE DEL CALORE NEGLI IMPIANTI TERMICI CENTRALIZZATI

La contabilizzazione del calore negli impianti termici centralizzati serve a determinare i consumi delle singole unità abitative: l’obiettivo è quantificare il calore emesso in ambiente dal sistema di emissione (prelievo volontario di calore) per consentire l’equa ripartizione delle spese di riscaldamento tra gli utenti. Ciò incentiva gli utenti all’uso responsabile del proprio sistema di termoregolazione del calore evitando dispendiose sovratemperature in ambiente.I sistemi impiegati si suddividono in due categorie: contatori diretti e contatori indiretti. La scelta dipende dalla tipologia di distribuzione dell’impianto termico.

Contabilizzazione diretta del calore

Negli impianti termici costituiti da zone è possibile installare, in prossimità di ogni alloggio, un sistema di contabilizzazione diretta del calore. La contabilizzazione diretta permette di misurare la quantità di energia termica che transita in una data sezione.Queste apparecchiature sono in grado di rilevare la differenza di entalpia fra il fluido termovettore entrante e quello uscente, fornendo la grandezza fisica di energia termica direttamente in kWh. La misurazione della differenza di entalpia avviene rilevando il salto di temperatura fra la mandata e il ritorno in relazione al volume di liquido (fluido termovettore) transitante. I dati di temperatura e portata vengono trasmessi all’unità di calcolo che fornirà la grandezza fisica corrispondente all’energia termica prelevata dall’impianto termico centralizzato.Il contatore di calore si compone delle seguenti apparecchiature:• sonde a immersione rilevanti la temperatura di mandata (Tm) e di ritorno (Tr);• contatore rilevante il volume di liquido in transito;• unità di calcolo dell’energia termica elaborante i valori di temperatura e portata volumetrica.

Fig.: Contatore di energia termicaCon la Direttiva Mid, gli strumenti di misura, come i contatori di energia termica, devono rispondere a una serie di requisiti tecnici: caratteristiche costruttive, scambio dati e comunicazione, prove di collaudo ed errori di lettura massimi ammissibili. Le condizioni nominali di funzionamento del contatore di calore sono caratteristiche che, se opportunamente rispettate, limitano errori o problematiche legate alla misurazione dell’energia termica. Esiste, quindi, un range di temperatura e portata minima e massima entro cui lo strumento di misura è progettato per operare limitando l’errore della grandezza rilevata. In fase di progettazione e scelta del

sistema di contabilizzazione del calore, occorre considerare le condizioni nominali di funzionamento per evitare eventuali problematiche.Contabilizzazione indiretta del caloreI sistemi di contabilizzazione indiretta nascono per poter eseguire la contabilizzazione del calore in impianti termici centralizzati, dove la distribuzione impiantistica presenta alcuni vincoli tecnici: il più comune è l’impossibilità di intercettare in un solo punto l’impianto di riscaldamento dell’unità abitativa. Esistono in commercio vari sistemi di contabilizzazione indiretta:• ripartitori di calore a evaporazione (in disuso);• totalizzatori gradi-giorno;• ripartitori di calore elettronici (applicabili solo a radiatori e termoconvettori).

Fig.: Ripartitore di calore ancorato al radiatore con indicate le quote di installazione

Il principio di funzionamento è differente, ma l’obiettivo è lo stesso: rilevare indirettamente l’energia termica emessa da un corpo scaldante per valutarne il consumo. I sistemi più utilizzati sono i ripartitori di calore elettronici. Il principio di funzionamento è il seguente: l’emissione termica di un corpo scaldante è proporzionale alla sua temperatura media, quindi, conoscendo la sua potenza termica nominale e rilevando costantemente nel tempo la sua temperatura media superficiale, è possibile acquisire i valori di energia termica emessa in ambiente.Il ripartitore di calore, opportunamente programmato in base alle caratteristiche del corpo scaldante (con T = 60 °C), ha il compito di rilevare, nel tempo, la temperatura media del radiatore e la temperatura ambiente; esso sarà quindi in grado di interpolare tali grandezze con i dati caratteristici del corpo scaldante per ricavare le unità di ripartizione.I ripartitori possono funzionare a una o a due sonde di temperatura. Nel primo caso la sonda rileva la temperatura media del corpo scaldante mentre la temperatura ambiente è presupposta costante a 20 °C; nel secondo caso invece la temperatura ambiente viene continuamente monitorata dalla seconda sonda. Naturalmente un sistema a due sonde garantisce una maggior precisione.