IMPIANTI HVAC PER EDIFICI INTELLIGENTI
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Un altro esempio in ventilazione è il controllo della qualità dell’aria tramite CO₂ in una sala conferenze. Qui l’obiettivo è modulare la portata di aria esterna immessa (tramite una serranda motorizzata o la velocità di un ventilatore) per mantenere la concentrazione di CO₂ sotto un certo limite (es. 800 ppm). All’inizio, se la sala è vuota, la serranda può restare quasi chiusa; quando i sensori rilevano un aumento di CO₂ per l’affollamento, il controllore apre gradualmente la serranda per aumentare la ventilazione. Per evitare continui on/off (che porterebbero a picchi e cadute di CO₂), si usa un PI controller che aumenta l’apertura in proporzione alla differenza tra CO₂ misurata e setpoint, e la integra se rimane troppo alta. Così la ventilazione è regolata in continuo in base al bisogno effettivo, migliorando la qualità dell’aria e risparmiando energia rispetto a un ricambio costante al 100%. In questo caso la reattività non deve essere eccessiva (il CO₂ varia con tempi dell’ordine di minuti), quindi PI è adeguato; un on/off darebbe oscillazioni di concentrazione sgradevoli. Nei piccoli sistemi di estrazione aria (bagni, cucine), a volte si impiega ancora on/off comandato da termostati o igrostati: ad esempio l’estrattore parte quando l’umidità supera un certo valore e si ferma sotto un altro. Questo è accettabile in contesti molto semplici, ma laddove possibile anche un controllo proporzionale su un ventilatore EC (electronically commutated) dà benefici – regolando la velocità su più livelli si riduce rumore e si consuma meno, mantenendo l’umidità costante.
5.8.2. Sistemi di riscaldamento
Nel riscaldamento ambientale troviamo diversi livelli di controllo. Partendo dalla generazione di calore, immaginiamo una caldaia modulante che riscalda acqua per un impianto a radiatori. Il suo bruciatore può modulare tra 30% e 100% di potenza. Un controllo tipico è un PID sulla temperatura di mandata: la caldaia cerca di mantenere l’acqua di mandata a una temperatura impostata (che a sua volta può essere fissa o determinata da una curva climatica esterna). Il PID legge la temperatura dall’uscita della caldaia e regola la valvola gas/bruciatore. In molti casi, però, per la mandata caldaia un semplice PI è sufficiente, poiché l’inerzia dell’acqua e dello scambiatore è abbastanza alta da non richiedere il derivativo; l’integrale elimina errori anche in presenza di carico variabile (diversi radiatori aprono/chiudono). Alcune caldaie implementano internamente un autotuning PID per adattarsi all’impianto collegato. Scendendo a livello di zone ambiente: consideriamo un impianto a radiatori con valvole termostatiche. Le valvole termostatiche meccaniche di per sé agiscono in modo modulante auto-regolato (hanno una cera che si espande/contrae in base alla temperatura locale, chiudendo il flusso quando fa caldo). Ma se parliamo di sistemi digitali, ad esempio un ufficio con più fan-coil o pannelli radianti, ogni zona potrebbe avere un termostato PI che controlla una valvola motorizzata di zona. Qui il PI è quasi sempre la scelta: mantiene la stanza al set-point compensando esattamente le perdite termiche. Se la stanza ha un’inerzia enorme (es. pavimento radiante in cemento), a volte si opta per un controllo on/off con modulazione PWM della valvola (accendi/spegni ma con cicli lunghi, comportandosi simile a un proporzionale a regime). Tuttavia i moderni sistemi radiante preferiscono comunque controlli PI con valvole motorizzate proporzionali per evitare di andare in overshoot (il radiante può sovraccaricare di calore difficile da smaltire poi). Un caso a parte: unità a due stadi o caldaie multiple. Immaginiamo di avere due caldaie a condensazione in cascata. Il controllore potrebbe essere configurato con logica on/off per attivare la seconda caldaia quando la potenza richiesta supera la capacità della prima, mentre modula la prima. Questa combina- zione di modulazione e on/off (staging) è comune per garantire efficienza: finché può, lavora una caldaia modulando (PID su mandata); se l’errore non si annulla e sale oltre una soglia, si accende la seconda (on/ off). Una volta che il carico cala, la seconda viene spenta. La logica di sequenziamento on/off qui è gestita da un supervisore, mentre il controllo di base è modulante.
5.8.3. Sistemi di raffreddamento
Nei sistemi di raffreddamento HVAC (climatizzazione estiva), troviamo situazioni analoghe ma con fluidi freddi. Ad esempio un gruppo frigorifero (chiller) ad acqua refrigerata: molti chiller piccoli hanno com- pressori a velocità fissa e modulano la capacità tramite on/off di più compressori o attraverso valvole di espansione; chiller più grandi o moderni possono avere compressori a inverter. Il controllo della temperatura dell’acqua refrigerata in un chiller a inverter sarà in genere un PID (o PI) che legge la temperatura in uscita dall’evaporatore e regola la velocità del compressore. Un derivativo potrebbe aiutare se il chiller ha un ritardo notevole (massa d’acqua grande) per reagire più in anticipo quando sale la domanda, ma spesso un buon PI basta. Nei chiller a gradini (con più compressori on/off), la logica è più discreta: un controllo PI
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