Avviamento e taratura efficace delle stazioni ACS

Cosa conta durante la taratura delle stazioni ACS

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Le stazioni ACS (acqua calda sanitaria instantanea) sono state per anni parte integrante della preparazione igienica ed efficiente dell’acqua calda sanitaria in molti paesi europei. In una stazione ACS, l’energia da una fonte di calore esterna viene trasferita al tubo dell’acqua attraverso un scambiatore di calore utilizzando il principio del flusso continuo. Il lato primario e quello secondario rimangono separati idraulicamente l’uno dall’altro.

Questo metodo è usato ugualmente per le stazioni ACS centralizzate e decentralizzate, che sono sempre più utilizzate nelle moduli satellite negli edifici a più piani.

Dal momento che il calore desiderato deve essere fornito in tempo reale, preciso al grado, i componenti di una stazione ACS devono essere attentamente bilanciati tra loro prima di essere pronti per il mercato. Oltre all’accurata selezione dei componenti e alla progettazione intelligente dell’unità idraulica, vengono effettuate una serie di misurazioni e test su un banco di prova per questo scopo – la cosiddetta taratura del sistema di ACS.

Poiché la centralina riceve i valori misurati dai sensori necessari e allo stesso tempo controlla gli attuatori come la pompa di circolazione e le valvole, ha il compito centrale di coordinare tutti i componenti in diverse situazioni a favore di una temperatura di estrazione veloce e stabile.

 

Il risultato della taratura dovrebbe essere una stazione ACS pronta per il mercato che assicura una temperatura di spillatura veloce e stabile in una varietà di situazioni di installazione (ad esempio diverse fonti di calore e strutture di sistema) così come i profili di spillatura nell’intera gamma di portate previste.

 

Installazione del banco di prova per l’ACS

Per effettuare la taratura, è necessario un banco di prova con la seguente attrezzatura minima:

  • una fonte di calore, ad esempio un serbatoio con una temperatura sufficiente e stabile
  • dispositivi per simulare la gamma desiderata di volumi di spillatura
  • il prototipo di prova della stazione ACS

Alcuni produttori danno importanza a strumenti di misurazione aggiuntivi e alla registrazione dei valori misurati. Secondo la nostra esperienza, questi non sono assolutamente necessari, dato che una centralina moderna ora conosce e fornisce tutte le informazioni necessarie per un controllo ottimale (vedi infobox).

Infobox: L'evoluzione della tecnologia dei sensori per l'ACS istantanea

La tecnologia dell’ACS instantanea è diventata popolare a metà degli anni 2000. All’inizio, le stazioni ACS erano comandate solo da semplici controlli di temperatura con interruttori a paletta.Tuttavia, a causa dei risultati insufficienti della regolazione, questa tecnologia è stata rapidamente migliorata. La differenza tra la temperatura attuale e quella desiderata dell’acqua calda è ancora oggi la variabile di riferimento, ma è ampliata da misure aggiuntive. Per esempio:

  • la portata volumetrica con cui avviene la spillatura
  • la temperatura disponibile sul lato primario
  • la temperatura dell’acqua fredda

Una procedura pratica per la taratura iniziale

Prima di iniziare la taratura, è consigliabile fare una valutazione imparziale della disposizione dei componenti nella stazione. Un posizionamento sfavorevole dei sensori nella stazione o la selezione inappropriata dei tipi di sensori può portare a una varietà di comportamenti sbagliati. Anche i progettisti esperti e i produttori affermati non ne sono immuni, poiché le stazioni ACS sono complesse. Nei miei 20 anni di esperienza pratica con la regolazione dell’ACS instantanea, molti punti deboli sono stati scoperti in una fase iniziale.

Allo stesso modo, si sperimenta di volta in volta come piccoli errori nell’impostazione della prova portino a risultati di misurazione e conclusioni errate. È quindi consigliabile controllare accuratamente non solo la stazione stessa, ma anche il banco di prova prima di iniziare la taratura. Una visione esterna da parte di terzi può essere molto utile in questo caso.

 

 

Appena inizia la serie di test, il primo obiettivo dovrebbe essere quello di determinare i limiti di rendimento del sistema: come si comporta con piccoli e grandi volumi di spillatura, così come grandi e piccole differenze di temperatura tra la portata del sistema e il setpoint dell’acqua calda. Qui, la pompa o la valvola di regolazione e lo scambiatore di calore sono di fondamentale importanza.

Purtroppo, un’occhiata alle schede tecniche non è sufficiente. Una pompa PWM, per esempio, che secondo la scheda tecnica funziona dal 13%, può produrre una portata affidabile in quella particolare stazione solo dal 17%. Questo può essere il caso, per esempio, se i freni a gravità o le valvole di non ritorno portano a perdite di pressione.

Sulla base di questi punti chiave, i parametri di regolazione più importanti possono già essere preimpostati abbastanza bene per mantenere una velocità o una posizione della valvola approssimativamente ottimale già all’inizio della spillatura o dei cambiamenti di carico. L’esperienza ha dimostrato che andare alle prove di messa a punto con preimpostazioni accuratamente determinate fa risparmiare molte ore o addirittura giorni di lavoro – e di solito produce risultati significativamente migliori!

 

Nell’ultima fase, i valori PID possono essere messi a punto sul banco di prova per regolare la temperatura dell’acqua calda con la massima precisione. Dato che nel corso degli anni si costruisce un buon senso di giudizio su quale fattore sia la giusta vite di regolazione in ogni situazione e in quale entità, la vasta esperienza precedente porta anche qui un chiaro vantaggio di tempo e di risultato.

 

 

La risoluzione dei problemi è parte naturale del processo di taratura

Poiché le stazioni ACS sono sistemi idraulici complessi, le deviazioni dal comportamento desiderato e i problemi durante la taratura sono la regola piuttosto che l’eccezione – che è proprio il motivo per cui vengono effettuate le serie di test.

Sfortunatamente, non tutti i potenziali punti deboli sono ovvi. Un test di laboratorio non può assolutamente simulare tutte le situazioni immaginabili di spillatura e installazione, e tuttavia dovrebbe evitare il più possibile i punti ciechi nella serie di test, che altrimenti porterebbero a reclami successivi da parte dei clienti.

Un compito importante e per niente facile nel processo di taratura è quindi quello di identificare i problemi in primo luogo. Questo richiede una buona mano nella selezione degli scenari di prova e la massima attenzione alle indicazioni su dove si deve scavare più a fondo.

Una volta che un potenziale problema è stato identificato, è necessario porre le domande giuste al momento giusto per rintracciare la causa effettiva. A volte un mix di fortuna e intuito fa la differenza tra una svolta e un lungo mal di testa. Una profonda comprensione delle interrelazioni del sistema è essenziale qui, poiché causa ed effetto sono spesso collegati in diversi modi.

Spesso, i presunti problemi si rivelano anche essere errori nell’impostazione della misurazione. Oltre alla conoscenza del sistema, è anche vantaggioso aver già visto una certa gamma di modelli di errore e cause. Mentre anche dopo 20 anni di esperienza nell’impostazione di stazioni ACS si sperimenta occasionalmente qualcosa di nuovo, molte cause di problemi si assomigliano.

Una volta che la causa è stata identificata, è necessario generare una serie di opzioni di soluzione. Questo comporta spesso la già citata impostazione fine dei parametri di regolazione come i valori PID.

Infobox: Controllo PID

Al giorno d’oggi, un controllore PI o PID è spesso usato per l’algoritmo di regolazione. La componente proporzionale P assicura la corretta velocità di reazione amplificando la deviazione tra il setpoint e i valori reali. La componente integrale I può compensare una deviazione di controllo e la componente differenziale opzionale D permette un riaggiustamento veloce in caso di disturbi. Attraverso l’interazione dei valori P, I e D, il comportamento di controllo può essere messo a punto sperimentalmente. [i]

Il software può anche compensare, aggirare o mitigare piccole debolezze nell’idraulica e nell’hardware. Se, per esempio, piccoli volumi di spillatura non possono essere realizzati perché il campo di controllo della pompa non arriva abbastanza in basso, questo può essere risolto con modalità operative speciali o utilizzando componenti aggiuntivi del sistema. Un posizionamento sfavorevole di un sensore di temperatura può, se necessario, essere intelligentemente reinterpretato da algoritmi adattati, ecc.

Se un problema idraulico sia meglio risolto dalla progettazione costruttiva o dal software deve essere deciso caso per caso. Tuttavia, per poter includere nella selezione le soluzioni basate sul software, si raccomanda in ogni caso una stretta collaborazione con il fornitore della termoregolazione, fino ad effettuare insieme la taratura iniziale.

 

 

Uno sguardo al futuro della regolazione dell’ACS instantanea

Dall’avvento delle stazioni ACS centralizzate e decentralizzate, le centraline per l’ACS hanno subito uno sviluppo molto dinamico e hanno ormai raggiunto un buon stato dell’arte. Tuttavia, ulteriori tappe evolutive sono dietro l’angolo.

 

I sistemi di autoapprendimento corrispondono all’importanza generalmente crescente dell’intelligenza artificiale e offrono anche un potenziale interessante per le stazioni ACS. Alla SOREL abbiamo iniziato la ricerca sulle reti neurali con il Fraunhofer Institute già nel 2016. Tuttavia, oltre alle opportunità e al clamore generale, l’uso di sistemi di autoapprendimento richiede anche un approccio attento e una pesatura razionale dei vantaggi e degli ostacoli da superare.

 

La possibilità di trasmettere i dati del sistema a un server di dati via internet è un’altra prospettiva interessante. La situazione di laboratorio è completata da dati diversi e reali dal campo. Inoltre, questi dati si estendono sull’intero ciclo di vita di un prodotto, per esempio per riflettere l’usura del materiale o i depositi di calcare. I vantaggi potenziali per l’assicurazione della qualità, il servizio clienti e lo sviluppo del prodotto sono molteplici.

 

Per saperne di più sulla tecnologia di riscaldamento nell’era dei dati, puoi leggere qui

Christian Zänker

Informazioni sull’autore

Christian Zänker è direttore tecnico della SOREL dagli anni ’90 e vanta circa 20 anni di esperienza pratica nello sviluppo della tecnologia dell’ACS istantanea.

27. Settembre 2021
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