3 ANALISI IMPIANTI E INTEGRAZIONE EDIFICIO-IMPIANTO
3.8 Monitoraggio
Il monitoraggio dell’impianto viene effettuato per valutarne le prestazioni, rispetto al progetto ed i miglioramenti apportabili.
Attraverso una corretta manutenzione e gestione degli impianti è possibile infatti ottenere l’ottimizzazione termodinamica, termoeconomica e ambientale relativa alla produzione energetica.
Durante il funzionamento di un sistema è possibile infatti identificare il punto di esercizio ottimale in condizioni tecniche e economiche specifiche e il controllo ottimale, cioè la determinazione del percorso ottimale durante i transitori.
Nel caso di molti sistemi disponibili per servire determinati carichi, l'ottimizzazione può essere nuovamente applicata per:
a) determinare quali sistemi devono essere azionati ed a quale carico in determinate condizioni,
b) pianificare in tempo l'operazione e la manutenzione di ciascun sistema.
3.8.1 Componenti per la regolazione e il controllo dell’impianto
Valvole di regolazione: miscelatrici o deviatrici
Negli impianti di termoregolazione/termostazione, vengono spesso utilizzate valvole a tre vie per poter effettuare una regolazione fine della temperatura, andando ad agire sulla portata del fluido di servizio.
Le valvole a tre vie possono essere utilizzate in due modi distinti: Deviazione
Miscelazione
Le prestazioni del sistema dipendono fortemente dal sistema di controllo delle temperature del fluido e la capacità di controllo delle temperature di uscita, dalle dimensioni dei circuiti idraulici e dalla caratteristiche degli scambiatori di calore.
In diverse condizioni le basse temperature le basse portate nei transitori (anche possibili colpi di ariete) possono o provocare l’inefficienza del sistema.
Questo fenomeno è più rilevante alle basse portate e può essere risolto con un miglioramento del monitoraggio.
Questi scenari saranno oggetto di successive e più approfondite analisi.
Sensori, trasduttori, attuatori
Di seguito vengono descritti i componenti per il monitoraggio degli impianti. Il monitoraggio del progetto pilota per il PalaCus viene in seguito descritto nel capitolo 6.
Trasduttore: (dal latino trasducere = condurre attraverso) è un dispositivo fisico progettato per realizzare un legame tra grandezze appartenenti a sistemi energetici diversi (per natura e/o livelli di potenza in gioco).
3. ANALISI IMPIANTI E INTEGRAZIONE EDIFICIO-IMPIANTO Esempi:
trasduttore temperatura-tensione;
trasduttore energia termica-energia elettrica.
N.B.: Il legame che si realizza è orientato, si individuano cioè ingresso ed uscita.
Sensore: trasduttore (di segnale) utilizzato per misurare le condizioni operative del processo.
Grandezza in ingresso: energia nel dominio fisico di interesse. Grandezza in uscita: segnale nel dominio fisico dell’unità di controllo.
Attuatore: trasduttore utilizzato per trasformare un segnale di comando (bassa potenza) in
azione sul processo (tipicamente a elevata potenza). Ha quindi una funzione complementare a quella del sensore.
Grandezza in ingresso: segnale nel dominio fisico dell’unità di controllo. Grandezza in uscita: energia nel dominio fisico della grandezza di comando. Sono spesso realizzati come cascata di più trasduttori, di cui il primo di segnale.
Pirometro: si tratta di un trasduttore elettrico ad infrarossi che si fonda sulla trasmissione del
calore per radiazione elettromagnetica e sulla legge di Plank che la regola. Teoricamente questo sensore dovrebbe misurare la temperatura quando tutta la radiazione termica della sorgente colpisce il dispositivo, in realtà il pirometro non funziona per tutte le lunghezze d’onda, poiché le lenti o gli specchi utilizzati per focalizzare la radiazione sul sensore costituiscono dei veri e propri filtri ottici.
Questi materiali, infatti, sono generalmente opachi per onde lunghe e onde corte, ma sono trasparenti nel visibile e nel vicino infrarosso, per cui la legge di Plank non viene integrata su tutte le lunghezze d’onda. Il pirometro produce una risposta approssimativamente proporzionale a
T
4ed è pertanto inerentemente non lineare. E’ un sensore non invasivo, costoso e molto stabile che permette di misurare anche temperature elevate; la sua sensibilità è più accentuata alle alte temperature che non alle basse. E’ usato per temperature anche superiori ai 1450 °C dove altri sensori hanno vita breve ed è utile anche nel controllo di processi la cui temperatura varia da 200-1450 °C ed in cui è essenziale la mancanza di contatto con il sistema.Termistori: sono dei trasduttori elettrici che sfruttano le proprietà dei semiconduttori di
variare la conducibilità elettrica con la temperatura. I termistori (Thermal Resistor) possono avere coefficienti di temperatura (TCR) negativi (termistori NTC) o positivi (termistori PTC). La loro sensibilità si riduce notevolmente al crescere della temperatura.
Tipicamente sono solo i termistori NTC quelli utilizzati per la misura di temperatura, sono molto più sensibili degli RTD (da 103 a 106 volte) e funzionano in un range di temperature che va da -100 a 500 °C circa. Presentano una impedenza molto elevata e non richiedono particolari procedure di misura (collegamento a 2 fili). Purtroppo sono fortemente non lineari.
Sensori integrati: sono trasduttori che utilizzano le proprietà delle giunzioni a semiconduttore
(diodi e transistor) di avere la tensione o la corrente fortemente dipendente dalla temperatura; questa dipendenza è peraltro notevolmente lineare.
In questo modo si realizzano sensori di temperatura lineari con uscita in tensione o in corrente, poco costosi ed accurati, ma che funzionano in un range di temperatura limitato (da -65 a 150 °C circa).
Termocoppie: sono trasduttori che utilizzano le proprietà termoelettriche derivanti
dall’accoppiamento di due conduttori dissimili posti a temperature diverse; il loro funzionamento è basato sull’effetto Seebeck, secondo cui la tensione al giunto freddo è proporzionale alla differenza di temperatura fra le due giunzioni. Purtroppo la dipendenza non lineare del coefficiente di Seebeck dalla temperatura finisce per inficiare la relazione di “linearità” fra temperatura e tensione.
La realizzazione e l’uso delle termocoppie presenta in pratica due problemi fondamentali: la necessità di inserire il blocco di condizionamento e misura della tensione risultante (e
quindi delle ulteriori giunzioni) senza alterare il risultato;
la necessità durante la misura di mantenere la temperatura del giunto freddo ad un valore costante e noto.
L’utilizzo delle termocoppie è indicato per l’ampio range di temperatura misurabile e per la loro notevole resistenza meccanica. D’altronde la possibilità di ricorrere ad un numero elevato di metalli permette il loro uso in ambienti ostili.
Misuratori di portata
Nel caso in cui venga installata soltanto l'unità di misura di portata (no temperatura) a impulsi, il dato visualizzato potrà essere sia di portata (se l'acquisizione dispone di un misuratore di frequenza, per misurare gli impulsi al minuto) sia di volume elaborato (solo conta impulsi).
La gestione delle unità di misura del display va quindi adeguata alle modalità dell'acquisizione del dato.