TERMODINAMICA - reti di distribuzione
.
DESCRIZIONE:
> TIPI DI CIRCUITI
> CIRCUITO A DUE TUBI - Sono circuiti a due tubi (mandata e ritorno) senza dispositivi di bilanciamento: cioè senza valvole di taratura o autoflow. Si sviluppa in orizzontale o verticale.
Il grado di squilibrio delle portate dipende essenzialmente dal numero delle derivazioni servite:
se il numero delle derivazioni è limitato, le differenze fra le portate richieste e quelle ottenibili possono generalmente rientrare in margini accettabili;
se il numero delle derivazioni è elevato conviene adottare circuiti a ritorno inverso, oppure circuiti con valvole di taratura o autoflow
Le pressioni, inoltre,
continuano ad incrementarsi man mano che ci si allontana dall’ultima derivazione servita
Per distribuzioni a sviluppo esteso (ad esempio in scuole, ospedali o in edifici industriali)
è consigliabile adottare circuiti a ritorno inverso, oppure circuiti con valvole
di taratura o autoflow
> CIRCUITO CON VALVOLE DI TARATURA. Sono circuiti con derivazioni (colonne, zone o terminali) dotate di valvole di taratura: cioè di valvole che consentono di opporre al passaggio del fluido le perdite di carico volute . Mediante l’azione delle valvole di taratura, consentono di regolare la portata che passa attraverso le loro derivazioni.
Possono assicurare distribuzioni bilanciate anche nel caso di impianti a sviluppo complesso e a reti estese
Possono inserirsi valvole di taratura a base delle colonne. Assicurano le pressioni differenziali volute agli attacchi delle colonne. Squilibri nella ripartizione delle portate possono, comunque, determinarsi lungo le colonne per i motivi evidenziati nell’esame dei circuiti semplici. Per tale ragione, questi circuiti sono normalmente utilizzati in edifici che non superano i 5 o 6 piani.
Oppure si inseriscono valvole di taratura ad ogni terminale . Sono in grado di assicurare le pressioni differenziali volute ad ogni terminale del circuito
> CIRCUITO CON VALVOLE DI AUTOFLOW . Sono circuiti con derivazioni (colonne, zone o terminali) dotate di autoflow: cioè di dispositivi che consentono di mantenere costante la portata che li attraversa. Il fatto che questi circuiti siano dotati di dispositivi in grado di regolare automaticamente le portate richieste, consente di adottare metodi di calcolo pratico particolarmente semplici e affidabili.
Possono assicurare distribuzioni bilanciate anche nel caso
di impianti a sviluppo complesso e a reti estese.
A differenza di quelli con valvole di taratura, i circuiti con autoflow:
sono semplici da calcolare;
non richiedono operazioni di taratura;
non temono interventi di staratura.
Si deve, inoltre, considerare che in caso di varianti questi circuiti possono facilmente
adeguarsi alle nuove condizioni di lavoro. In
caso di varianti si regolano facilmente
Negli impianti di climatizzazione i circuiti con autoflow sono utilizzati soprattutto
per regolare le colonne, le derivazioni di zona od
i terminali (
come per i precedenti circuiti a valvola di taratura)
> CIRCUITO CON VALVOLA A TRE VIE. a qualunque tipo di circuito si possono applicare le "valvole a tre vie". Possono essere realizzati quindi con distribuzioni a sviluppo semplice, a ritorno compensato, con valvole di taratura o con autoflow
Mediante l’azione di valvole automatiche a tre vie, consentono di variare la quantità o la temperatura del fluido che passa attraverso i terminali.
Questi circuiti si dimensionano, a valvole aperte, con gli stessi criteri adottati per dimensionare i circuiti senza valvole a tre vie. Si devono poi analizzare gli squilibri connessi alla chiusura delle valvole (cioè all’apertura delle loro vie di by-pass) .
Dal punto di vista pratico esistono i seguenti casi:
1. gli impianti a zone,
2. gli impianti a ventilconvettori con modulazione della portata,
3. i circuiti di regolazione climatica e delle batterie
> CIRCUITO INVERSO . Questo circuito è definito anche “compensato” o “bilanciato” e consente di garantire ai suoi terminali (corpi scaldanti, colonne o derivazioni di zona) valori di prevalenza pressoché uguali fra loro. Simile prestazione si ottiene sviluppando il circuito in modo tale che il primo terminale dell’andata sia l’ultimo del ritorno; il secondo terminale dell’andata sia il penultimo del ritorno; il terzo terminale dell’andata sia il terzultimo del ritorno, e così via fino a che l’ultimo terminale dell’andata sia il primo del ritorno.
Il circuito inverso può essere del tipo a sviluppo lineare (comunemente detto a tre tubi) oppure a sviluppo anulare (falso tre tubi).
Le applicazioni di questo circuito (specie nel tipo a sviluppo lineare) sono limitate soprattutto dai suoi costi relativamente elevati.
I circuiti dove anche i terminali delle colonne sono serviti con ritorno inverso sono in grado di assicurare pressioni differenziali uguali ad ogni terminale del
circuito . Mentre i circuiti che limitano l'andamento
a "tre tubi" solo fino agli attacchi delle colonne assicurano pressioni differenziali uguali solo alla base delle colonne e possono provocare squilibri nella ripartizione delle portate lungo le
colonne
Questi circuiti non consentono di realizzare distribuzioni bilanciate nel caso di circuiti derivati fra loro non omogenei. Ad esempio, non è possibile ottenere una distribuzione bilanciata quando lo stesso circuito inverso deve servire contemporaneamente ventilconvettori e macchine di trattamento aria: cioè terminali che richiedono pressioni differenziali sensibilmente diverse fra loro.
In molti casi, il bilanciamento delle derivazioni di rete può essere ottenuto più convenientemente nel circuito a due tubi con valvole di taratura o con limitatori di portata.
> COLLETTORI. Gli impianti a collettori sono denominati anche impianti “a ragno” per il particolare sviluppo a ragnatela dei loro circuiti interni. Sono costituiti essenzialmente da: - un generatore di calore, - una rete principale di distribuzione del fluido, - derivazioni di collegamento fra la rete principale e i collettori, - collettori, - circuiti interni, - terminali di climatizzazione. Gli impianti a collettori sono utilizzati soprattutto per climatizzare edifici civili di tipo residenziale. Sono utilizzati anche per climatizzare scuole, ospedali, case di cura, uffici, alberghi, palestre, biblioteche, musei, ecc...
Si possono articolare mediante uno sviluppo in piano (a stella) ovvero mediante un o sviluppo verticale
VANTAGGI
1. Possibilità di realizzare impianti a zone. A differenza degli impianti tradizionali a due tubi, gli impianti a collettori consentono di realizzare zone fra loro termicamente indipendenti: cioè zone in cui si può mantenere la temperatura voluta e misurare il calore consumato.
2. Facile posa in opera dei tubi. I circuiti interni di questi impianti richiedono tubi di piccolo diametro, vale a dire tubi facili da piegare e da porsi in opera. Inoltre gli attacchi (al collettore e ai corpi scaldanti) sono realizzati con raccordi a bloccaggio meccanico e pertanto non sono necessari interventi (quali la saldatura o la brasatura) che richiedono personale specializzato.
3. Elevata resa termica dei corpi scaldanti. A pari temperatura di andata, gli impianti a collettori consentono di mantenere i corpi scaldanti ad una temperatura mediamente superiore a quella ottenibile con gli impianti ad anello. Consentono quindi di utilizzare terminali più piccoli e meno costosi.
4. Buon funzionamento delle valvole termostatiche. A differenza di quanto avviene negli impianti ad anello con valvole a quattro vie, negli impianti a collettori le valvole termostatiche sono installate ad un’altezza mediamente variabile tra 80 e 100 cm. Questo consente di poter regolare facilmente le manopole delle valvole e di far lavorare i loro sensori ad una altezza termicamente significativa.
5. Uniformità nella messa a regime dei corpi scaldanti e nel mantenimento della temperatura ambiente. Negli impianti a collettori, il fluido caldo viene inviato contemporaneamente a tutti i corpi scaldanti, che di conseguenza vanno a regime in tempi pressoché uguali. Al contrario, negli impianti ad anello, il fluido caldo viene inviato in successione ai corpi scaldanti e pertanto questi vanno a regime in tempi diversi. Simile sfasamento può portare a temperature interne sensibilmente diverse fra loro, specie nelle stagioni meno fredde quando il termostato attiva la circolazione del fluido solo per periodi molto brevi, spesso inferiori a quelli necessari per portare a regime l'impianto. Nelle stagioni meno fredde, ad esempio, il primo radiatore dello schema sotto riportato può scaldarsi, cedere calore e disattivare il termostato prima che l'ultimo radiatore cominci ad intiepidirsi: prima cioè che l'impianto possa cedere, in modo regolare ed omogeneo, le potenze termiche per cui è stato dimensionato.
SVANTAGGI
1. L'esigenza di dover realizzare circuiti indipendenti per ogni terminale. Tale vincolo rende praticamente impossibile utilizzare gli impianti a collettori nelle ristrutturazioni in cui non è previsto il rifacimento dei pavimenti. In questi casi, le alternative più convenienti sono in genere gli impianti ad anello con valvole a quattro vie o con eiettori. - La soluzione con valvole a quattro vie conviene soprattutto quando si possono realizzare anelli con portate inferiori a 350÷400 l/h. - La soluzione con eiettori conviene, invece, quando si devono realizzare anelli con portate più elevate, ad esempio per riscaldare saloni di palazzi o chiese.
2. Il maggior impegno richiesto per l'assistenza muraria.
L'estesa ragnatela dei circuiti interni rende più laboriose (rispetto ad altri tipi
di impianto) le operazioni necessarie per proteggere i tubi dalle offese di
cantiere.
Inoltre gli impianti a collettori richiedono tracce a parete più impegnative di
quelle necessarie per realizzare gli impianti ad anello con valvole a quattro vie.
I collettori sono condotti che servono a distribuire e a raccogliere i fluidi di più zone/circuiti.
> C. PRINCIPALI. partono dalla centrale/caldaia
> COMPENSATO. attacchi di andata e di ritorno collegati sullo stesso lato
> SEMPLICE. attacchi di andata e di ritorno collegati sui lati opposti
> C. DI ZONA . Distribuiscono alle zone/piani
TERMOREGOLAZIONE
La regolazione dell'impianto segue due principi:
- a punto fisso ...
... con temperatura di mandata fissa indipendente dalle condizioni esterne.
Il valore viene impostato manualmente attraverso una valvola termostatica.
Il limite maggiore è la necessità, da parte dell’utilizzatore, di dover regolare l’impianto ogni volta che variano le condizioni esterne.
Per ridurre questa esigenza si è diffusa la consuetudine di tarare la valvola termostatica sulla temperatura di progetto (uguale alla massima temperatura necessaria nel giorno più freddo dell’inverno) e di montare sui circuiti dell’impianto attuatori elettrotermici comandati da termostati di zona.
Funzionamento ON/OFF: Il termostato confronta la temperatura impostata dall’utilizzatore con quella presente e, se la temperatura in ambiente supera quella impostata, toglie corrente all’attuatore che chiude il/i circuito/i. Tutti gli attuatori sono muniti di microinterruttore ausiliario che permette di spegnere la pompa di circolazione quando tutti i circuiti sono chiusi, senza necessità di aggiungere moduli di collegamento (inconveniente: l'impianto "scatta" solo al raggiungimento della T interna di riferimento, quindi c'è una isteresi )
Funzionamento modulante . All’interno di un differenziale di 1,5°C il termostato apre la valvola per un tempo proporzionale alla differenza di temperatura tra il valore impostato e quello misurato. Cosi facendo all’avvicinarsi alla temperatura di comfort viene progressivamente ridotto il calore fornito con l’effetto di ridurre l’oscillazione della temperatura ambiente (attenua l'inconveniente di cui all'on/off)
- climatica ...
... con adeguamento continuo alla situazione di temperatura esterna.
Poiché il calore necessario per mantenere le condizioni di comfort in ambiente è legato alle dispersioni dell’edificio ed alla temperatura esterna, il fabbisogno termico aumenta all’aumentare delle dispersioni dell’edificio e al diminuire della temperatura esterna.
Le regolazioni di tipo climatico permettono di selezionare una curva climatica all’interno di una famiglia di curve, in modo da adeguare la regolazione allo specifico edificio.
Fissata la curva climatica, la temperatura di mandata all’impianto viene regolata in modo automatico in funzione della temperatura esterna, adeguando l’apporto di calore al fabbisogno termico dell’edificio, per garantire sempre le migliori prestazioni in termini di comfort.
Per ottenere questi risultati si utilizza una centralina elettronica digitale, a cui sono collegate due sonde di temperatura (una di mandata all’impianto e una esterna) ed un servomotore che aziona la valvola miscelatrice.
La centralina elabora il segnale della sonda esterna e, in base al codice climatico più adatto per quel tipo di edificio, determina il valore ideale della temperatura di mandata, lo confronta con il valore reale misurato dalla sonda di mandata e, se necessario, agisce sulla valvola miscelatrice.
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