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Panoramica del sistema di controllo delle caldaie – Controllo del calore

Il riscaldamento è un sistema essenziale per garantire non solo il comfort ma anche le condizioni di vita in casa. Nel settore edile, la progettazione e l’installazione degli impianti di riscaldamento e di produzione di acqua calda assorbono gran parte dei costi. Economico e facile da usare. Tuttavia, quanto più complicato è lo schema di riscaldamento, tanto maggiori sono le possibilità di ridurre i costi di esercizio senza perdere il comfort.I comandi della caldaia sono un complesso di vari gruppi e parti elettroniche. A titolo di esempio, analizziamo i principali componenti utilizzati per il controllo delle caldaie a gas.Limitiamoci a ciò che è necessario per la normativa: non sono i sistemi e la loro costruzione a essere importanti per l’utente, ma le caratteristiche che offrono.

Tecnologia di riscaldamento

UNITÀ DI CONTROLLO CENTRALE

Il nome del dispositivo varia da produttore a produttore, ma l’idea di base è la stessa: è il modo in cui funziona il sistema di riscaldamento. Il numero e la disponibilità degli altri componenti dipende dalla complessità del sistema, ma l’unità centrale deve essere comunque presente: è il “cervello” del sistema. È il dispositivo a cui sono collegati tutti gli altri componenti sensori, regolatori, dispositivi di sicurezza e di controllo .

Nella maggior parte delle caldaie murali e a basamento, il modulo di controllo è montato direttamente sull’apparecchio. Spesso il modulo viene collocato anche all’esterno della caldaia con l’ausilio di appositi cavi sbarre : in una posizione più comoda per il controllo – sulla parete del locale caldaia o addirittura nel locale stesso.

Cosa dovrebbe “essere in grado di fare” questo modulo? Dipende dai requisiti. Set minimo – controllo del bruciatore, dei sistemi di sicurezza, di almeno un circuito di riscaldamento e dell’impostazione della temperatura desiderata. Ma le uniche che hanno una tale gamma di funzioni sono alcune caldaie a gas murali di bassa potenza “per una o due stanze”. Per le applicazioni più esigenti è necessario un modulo più complesso. Senza entrare nei dettagli tecnici, elenchiamo i principali compiti e dispositivi che, in teoria, possono essere collegati al modulo.

L’impianto di riscaldamento può essere a bassa o alta temperatura o combinato , a uno o più circuiti, con varie pompe per il pompaggio dei fluidi, vari sensori di controllo non ci soffermiamo nemmeno su queste particolarità: il numero e il tipo di elementi dipende dalla costruzione e dalle caratteristiche della caldaia, del bruciatore e dell’impianto stesso . È realistico collegare altri sensori e controllori di stanza: ne parleremo più avanti. Un sistema di ACS è spesso utilizzato insieme a un sistema di riscaldamento; un pannello solare, una pompa di calore o un sistema di cogenerazione sono meno comuni. Tutti questi elementi devono essere controllati o almeno coordinati.

Chiaramente, il livello di sofisticazione dei moduli di controllo in tutti questi casi varia. In un impianto di riscaldamento semplice, le funzioni non necessarie non saranno probabilmente mai necessarie; in un impianto più complesso, possono essere presenti dispositivi diversi da quelli sopra elencati. I produttori offrono almeno due tipi di moduli di prezzo anche per piccole caldaie, il primo per compiti più o meno standard, il secondo più complicato e più costoso, ovviamente . I moduli più sofisticati sono dotati di uscite supplementari per il collegamento di vari dispositivi e, soprattutto, di moduli di controllo aggiuntivi. In questo modo è possibile realizzare un sistema di qualsiasi complessità.

Nei sistemi di riscaldamento in cascata sistemi a più caldaie , è caratteristico che i moduli di controllo siano installati su ogni caldaia. In questo caso, un modulo viene solitamente designato come master e gli altri come slave. Le unità slave vengono solitamente avviate senza pannello di controllo: non è necessaria alcuna operazione manuale per ogni caldaia e un’unica unità master può gestire il sistema.

Tutti gli elementi del sistema di controllo della caldaia comunicano tra loro tramite cavi bus, ma è possibile anche una comunicazione via radio. I protocolli di comunicazione dei diversi produttori differiscono, per questo è più facile affidarsi al funzionamento congiunto di tutti i dispositivi del sistema, se gli elementi sono ordinati e installati da un unico produttore e da un’unica società di manutenzione. I dispositivi di produttori diversi non sempre funzionano insieme.

MODULI DI CONTROLLO DELLA SALA

Un singolo modulo può essere insufficiente per le impostazioni di comfort in un’abitazione con più stanze. Almeno ha senso aggiungerne un po’ di più alle zone giorno principali. A tal fine, i regolatori di stanza sono collegati al modulo di base tramite un collegamento via cavo o via radio. In realtà, si tratta degli stessi moduli di controllo con un numero inferiore di funzioni.

L’opzione più semplice è un termostato ambiente. una semplice “manopola”. Il suo principale svantaggio è legato all’inerzia del sistema di riscaldamento: il processo di cambio di temperatura dura fino a diverse ore. La maggior parte dei regolatori di stanza sono complicati. Di solito possono essere programmati per mantenere un controllo automatico della temperatura secondo un programma preimpostato che può essere selezionato anche senza andare alla centrale e consentono una regolazione manuale.

SENSORI DI TEMPERATURA

Lo scopo principale della complicazione di qualsiasi sistema di riscaldamento è quello di fornire il massimo comfort con il minimo consumo di energia termica. Ciò richiede sensori di temperatura. È quindi realistico programmare il sistema per la regolazione automatica.

Esistono tre tipi di controllo: “per acqua”, “per temperatura” e “per tempo”. Maggiori sono le possibilità di controllo, minore è il consumo di calore, maggiori sono le condizioni di comfort, ma anche il prezzo del sistema aumenta.

Non consideriamo i sensori di temperatura per i liquidi nei circuiti di riscaldamento e HTW – sono più legati al sistema di controllo della caldaia. È inoltre ovvio che per fornire acqua a una determinata temperatura, è necessario disporre di attuatori: pompe e regolatori di portata su ogni circuito.

Il metodo di regolazione più semplice – “ad acqua” – è utilizzato in tutti gli appartamenti urbani con sistemi di riscaldamento centralizzati. L’acqua a una determinata temperatura viene fornita ai radiatori; in teoria c’è un rubinetto su ogni radiatore, ma in pratica nessuno lo tocca. In effetti, la centrale termica ha un proprio sistema di regolazione, ma non c’è un vero e proprio feedback dall’edificio agli inquilini; la temperatura dell’acqua è impostata centralmente e l’utente non può regolarla. Anche se inizia a chiamare e a gridare alla ditta di manutenzione, non è detto che questo porti a un risultato in tempi ragionevoli. Questo controllo è molto inerziale.

Se integrato con sensori di temperatura ambiente, il sistema offre la possibilità di economizzare: al raggiungimento della temperatura di set-point, il riscaldamento può essere ridotto e mantenuto entro i limiti stabiliti controllando la temperatura dell’acqua e la capacità di ciascun circuito. Questo è già meglio, ma solo se la temperatura esterna non cambia. Anche l’inerzia del sistema è presente e quanto migliore è l’isolamento, tanto più tardi il sensore nella stanza reagirà alle variazioni della temperatura ambiente.

Il metodo più comodo ed economico è il comando schermato. Al sistema è collegato un sensore di temperatura esterna. Viene posizionato su una parete esterna, preferibilmente sul lato nord o nord-ovest e protetto dal vento e dalla luce diretta del sole. Regolano la temperatura dell’acqua della caldaia in base alla temperatura esterna. Ancora meglio, se il sensore per esterni lavora insieme ai sensori per interni.

Il sensore stesso è poco costoso, l’elettronica di controllo non è troppo complicata e si possono ottenere risparmi fino al 20-30%.

PROGRAMMAZIONE DEL SISTEMA

Il sistema completo richiede una regolazione dopo l’installazione e sono previsti due livelli di regolazione: manuale e utente. In questo caso, l’analogia con un computer è più pertinente: gli specialisti assemblano, installano e configurano i programmi e poi danno all’utente il diritto di accedere, ma solo ad alcune impostazioni importanti per lui.

Per prima cosa il tecnico dell’assistenza deve verificare che tutti i componenti funzionino insieme. Di solito, tutto il software necessario è già installato “caricato” nei moduli. Alcuni dei moduli standard richiedono una configurazione aggiuntiva per applicazioni specifiche; la maggior parte è configurata per la configurazione automatica senza interventi esterni. Altre impostazioni comprendono l’intervallo consentito per tutti gli elementi ad esempio, se il sistema dispone di un circuito di riscaldamento a bassa temperatura, l’impostazione del limite di temperatura .

Diversi programmi di riscaldamento vengono utilizzati per garantire il comfort e ridurre al tempo stesso i costi. Una riduzione della temperatura ambiente di un grado è generalmente riconosciuta come un risparmio del 5-7% dell’energia di riscaldamento. Il principio operativo economico di base consiste nel mantenere una temperatura ottimale in ogni stanza se il sistema lo consente , in conformità al programma specificato, e nel poterla regolare manualmente.

Il fabbisogno di riscaldamento varia a seconda dell’ora del giorno. Al mattino e alla sera, quando tutti sono in casa, è necessario non solo il calore ma anche l’acqua calda. Può essere una buona idea ridurre la temperatura di qualche grado durante la notte. È possibile pre-programmare diversi programmi di riscaldamento standard: l’utente deve solo selezionare quello più adatto a sé. Un programma di riscaldamento standard comprende uno o più programmi di riscaldamento che possono alternarsi nel corso della giornata, con riscaldamento e deumidificazione, a volte con una temperatura diversa in ciascun periodo. Molto spesso capita che nei giorni feriali non ci sia nessuno in casa durante l’orario di lavoro e che nei fine settimana sia necessario un programma di riscaldamento diverso. Per evitare la riprogrammazione, molti sistemi sono in grado di “creare” uno o più programmi di riscaldamento “settimanali”.

Se si utilizza il riscaldamento in funzione delle condizioni atmosferiche, è necessario costruire anche la curva di temperatura, vale a dire. e. Programmare la temperatura dell’acqua della caldaia determinata da un sensore posto in un punto qualsiasi dell’impianto, di solito all’ingresso o all’uscita della caldaia in base alla temperatura dell’aria esterna. Supponiamo che il riscaldamento debba essere avviato con una temperatura dell’aria inferiore a 20 °C. Questo è il primo punto della curva.

Se la temperatura esterna si abbassa, è necessario riscaldare di più, ma quanto dipende dalle condizioni, e in particolare dalla dispersione termica dell’edificio: più è alta, più è necessario riscaldare. Di solito, diverse curve di questo tipo sono “cablate” nel controllore del modulo di controllo e la curva giusta deve essere selezionata in base all’applicazione specifica. Una volta selezionata la curva, viene impostata la temperatura dell’acqua di caldaia alla temperatura dell’aria più bassa della regione. Qui finisce la regolazione.

I tempi di commutazione e le impostazioni della curva di temperatura possono essere programmati a livello di utente o di servizio. Alcuni sistemi consentono di creare programmi di riscaldamento personalizzati oltre a quelli standard.

I programmi di riscaldamento sono utili perché consentono al sistema di funzionare in modo efficiente in modalità automatica. Per una maggiore comodità, sono disponibili diverse altre modalità. La maggior parte di essi può essere facilmente attivata manualmente dalla centralina.

La modalità inverno/estate può essere impostata manualmente o automaticamente con controllo meteorologico . Se l’impianto comprende un circuito sanitario, in modalità “estate” l’energia viene utilizzata solo per riscaldare l’acqua sanitaria nel bollitore, oppure la caldaia può essere completamente spenta. Se ci si assenta da casa per un lungo periodo, è consigliabile attivare la modalità “vacanza”, che manterrà una temperatura bassa preimpostata e il circuito si accenderà contemporaneamente

L’alimentazione dell’acqua calda è disattivata. Naturalmente, il programma antigelo ha la priorità su tutti gli altri programmi; non spegnerà completamente la caldaia, ma utilizzerà il combustibile in modo molto più economico.

Diversi produttori offrono altri programmi preimpostati, ad esempio uno spegnimento temporaneo del riscaldamento per la ventilazione o una modalità “party” che può essere attivata per prolungare il comfort del riscaldamento per un certo periodo di tempo. Le altre funzioni di controllo disponibili dipendono dalla configurazione del sistema stesso. Se è installato un serbatoio per l’acqua calda sanitaria, il sistema può essere configurato per il riscaldamento una tantum quando è necessario un grande volume di acqua calda in orari insoliti e per la disinfezione termica riscaldamento periodico dell’acqua per uccidere i batteri in essa contenuti .

Tutte le modalità di funzionamento possono essere attivate e disattivate tramite il telecomando centrale. Se il sistema dispone di regolatori ambiente aggiuntivi, alcune modalità possono essere attivate anche da questi, ma ciò dipende dalle impostazioni. In ogni caso, non c’è nulla di complicato nell’impostare la modalità corretta a livello di utente.

SISTEMA DI CONTROLLO REMOTO

Oltre alla comunicazione cablata o, in alcuni casi, wireless tra i singoli componenti, molti produttori stanno sviluppando dispositivi in grado di controllare, monitorare e gestire a distanza i sistemi di riscaldamento. Tali sistemi sono particolarmente utili nel caso di residenze semipermanenti in cui la casa viene lasciata incustodita di tanto in tanto e per un periodo di tempo sconosciuto o non specificato. A tal fine è necessario collegare al sistema un dispositivo adatto, in genere un modulo GSM. Di fatto, è come un telefono cellulare o un modem con una scheda SIM.

Esistono diverse opzioni, a seconda del compito da svolgere. La prima esigenza dell’impianto di riscaldamento in questo caso è la possibilità di accendere o spegnere l’impianto a breve termine quando i proprietari sono temporaneamente assenti. Questa funzione può essere implementata con un solo canale e una coppia di contatti che, una volta chiusi, inviano un segnale al pannello di controllo. Molti controllori dispongono di un canale di questo tipo; la modalità di funzionamento richiesta “on” o “off” viene programmata in anticipo.

Il resto è facile: si chiama o si invia un SMS al numero della talpa – la centralina riceve il segnale e accende o spegne il riscaldamento. La funzionalità di questo sistema non è elevata come quella di altri metodi, ma è adeguata sia per il comfort che per il risparmio energetico.

I diversi produttori possono avere altri modi per controllare la tecnologia del calore utilizzando una rete GSM o una linea telefonica fissa. A volte è realistico regolare la temperatura con questi dispositivi, mentre il modem segnala anche i guasti.

Sono disponibili molte altre opzioni se si utilizza Internet per il controllo remoto. Il modo più semplice per connettersi è la telefonia mobile, utilizzando un modulo adatto con una scheda SIM, oppure, a scelta, la connessione tramite rete fissa. In teoria non fa differenza, ma in pratica la connessione alla rete fissa è più sicura: se la rete mobile è sovraccarica o viene scollegata per vari motivi, il controllo remoto non è più possibile. Bisogna considerare l’ubicazione dell’edificio: se è vicino ad autostrade, impianti speciali o semplicemente a grandi feste, l’Internet mobile può essere interrotto senza alcun preavviso e non ci sarà nessuno a lamentarsi.

È ovvio che il software appropriato deve essere installato sul computer di controllo o su un telefono cellulare “sofisticato” . Le possibilità di controllo via Internet sono le stesse di un pannello di controllo convenzionale, con livelli di utente e di servizio. È importante che il personale di assistenza possa riconfigurare le apparecchiature da remoto, monitorare il sistema e, in alcuni casi, persino eliminare i guasti da remoto. È bene ricordare, tuttavia, che il monitoraggio permanente dello stato dell’apparecchiatura da parte di un fornitore di servizi terzo è un servizio a pagamento.

“CASE SMART”

Il concetto di casa intelligente prevede il controllo centralizzato e l’interazione di diversi sistemi contemporaneamente. La temperatura da sola non è sufficiente a garantire il comfort; è necessario occuparsi anche della ventilazione o dell’aria condizionata e dell’umidità. Alcuni elementi, che implicano il funzionamento combinato di riscaldamento e altri sistemi, possono essere controllati anche da alcune centraline; ad esempio, se è collegato un sensore di apertura delle finestre, il riscaldamento nelle stanze può essere programmato per essere spento quando la stanza viene ventilata.

Gli elementi dei sistemi di riscaldamento di produttori diversi comunicano tra loro con protocolli e sistemi bus diversi – in generale, “parlano lingue diverse”. Per integrare il riscaldamento intelligente nella casa intelligente, sarà probabilmente necessario un modulo di interfaccia gateway per il controller del sistema di riscaldamento che lo colleghi ad altri sistemi non collegati al sistema di riscaldamento. I vantaggi di controllare contemporaneamente tutti gli impianti della casa, non solo il riscaldamento, sono evidenti: tutto dipende dalla complessità dell’impianto.

ALIMENTAZIONE DI BACKUP

Per la creazione di un sistema in grado di funzionare autonomamente, è necessario fornire la possibilità di spegnere l’elettricità, senza la quale il lavoro degli automatismi non è ovviamente possibile. I dispositivi elettronici e le pompe per il sistema di riscaldamento non sono economici e necessitano di un’alimentazione di alta qualità. Il modo migliore per collegare questi sistemi “alla presa di corrente” è tramite un impilatore. Come fonte di riserva di energia utilizzano batterie o mini centrali elettriche.

Con l’alimentazione a batteria, la corrente continua solitamente a 12 V, ma sono disponibili anche tensioni più elevate viene convertita in 220 V per mezzo di un dispositivo elettronico, un inverter. La qualità della corrente è buona e il tempo di funzionamento continuo è sufficientemente lungo; può essere facilmente aumentato collegando altre batterie. L’inverter è collegato solo alle utenze più importanti: il controllo della caldaia, il regolatore e le pompe, ognuna delle quali consuma al massimo 100-200 W, e non sempre.

La potenza delle microcentrali è sufficiente per alimentare un’intera abitazione, ma il problema della qualità dell’energia è più grave. La dispersione di tensione di una centrale elettrica ben funzionante rientra nei limiti, ma l'”onda sinusoidale” può essere tutt’altro che ideale questo è particolarmente pericoloso per le pompe con rotore “bagnato” negli impianti di riscaldamento e di acqua calda sanitaria . E non tutte le stazioni devono essere collegate direttamente alla caldaia. Ecco la spiegazione in breve: quasi tutti gli elettrodomestici sono dotati di una spina standard a due poli che può essere inserita a piacere.

Ma alcuni apparecchi compreso il riscaldamento richiedono l’inversione di polarità. La loro fase e il loro segno meno devono essere collegati alla fase e al segno meno dell’alimentazione. Su una rete elettrica, è facile trovare il giusto collegamento ponendo un voltmetro tra i due conduttori della presa di corrente e la “terra”: su un conduttore ci sono 220 V e sull’altro conduttore “circa zero”. Le caratteristiche costruttive di molti generatori ma non di tutti sono tali che è impossibile trovare il “meno”: c’è tensione su entrambi i fili.

Esistono diversi metodi per garantire un funzionamento sicuro degli impianti di riscaldamento in combinazione con le mini centrali elettriche. Ad esempio, è possibile collegare un accumulatore a 12 V alla centrale elettrica molte centrali elettriche sono dotate di un’uscita a questo scopo e convertire la corrente continua in una corrente variabile mediante un inverter. Oppure utilizzare due inverter: uno che converte la corrente alternata in corrente continua e uno che converte la corrente continua in corrente alternata. Sono disponibili unità con inverter, che forniscono una corrente di qualità superiore, ma attualmente la loro potenza nominale raramente supera i 2,0-2,5 kW e l’avvio di tali unità richiede un intervento manuale.

Un altro componente consigliato nel sistema di alimentazione è un trasformatore di isolamento. La sua funzione è quella di attenuare i picchi e le cadute di tensione. È opportuno utilizzare questo tipo di spina per qualsiasi schema di cablaggio, anche per un generatore. Gli sbalzi di tensione possono verificarsi anche in una centrale elettrica molto costosa, soprattutto quando il carburante finisce e il motore inizia a “starnutire”.

Infine, vale la pena di considerare che il riallacciamento completo dell’alimentazione elettrica è un’operazione piuttosto costosa, soprattutto se si vuole garantire l’accensione automatica della fonte di energia di riserva durante l’interruzione della rete. Ma questo costo è ragionevole: se il sistema si blocca a causa di un blackout o della mancanza di energia di emergenza, la riparazione sarà molto più costosa.

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Alberto Martini

Fin dalla mia infanzia, ho dimostrato una predisposizione per la comprensione della tecnologia e la curiosità verso il funzionamento delle attrezzature. Crescendo, il mio interesse si è trasformato in una passione per la manutenzione e la riparazione di dispositivi elettronici e meccanici.

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Comments: 2
  1. Alessia

    Salve, vorrei chiedere se nel sistema di controllo delle caldaie di cui si parla nell’articolo, è presente un meccanismo per regolare la temperatura del calore prodotto. Come funziona questo sistema di controllo del calore? E quali sono i vantaggi di un controllo preciso della temperatura? Grazie.

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  2. Emma Caruso

    Posso chiedere come funziona il sistema di controllo del calore per le caldaie? Sono interessato a capire quali sono le caratteristiche principali del sistema e come viene regolato il flusso di calore. Inoltre, vorrei sapere se ci sono meccanismi di sicurezza incorporati nel sistema per prevenire eventuali incidenti o surriscaldamenti. Grazie!

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