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Copertina Idraulica Caleffi numero 57

Regolazione della temperatura ambiente

La regolazione della temperatura ambiente ha come obiettivo principale il raggiungimento della condizione di comfort all’interno di uno spazio abitativo, controllando l’emissione termica in modo da cedere calore solo quando serve. Consente quindi di ottenere un buon compromesso tra il benessere termico e il risparmio energetico. Vediamo di seguito le due principali modalità di regolazione della temperatura ambiente e in quali applicazioni sono maggiormente utilizzate. 

È la più semplice tra le regolazioni e prevede di mantenere la temperatura ambiente tra un valore minimo e un valore massimo. In questo caso il regolatore è un semplice termostato, che può essere o in stato di accensione (ON), quando la temperatura ambiente misurata è al di sotto di un valore minimo di set-point, oppure in stato di spegnimento (OFF) quando viene raggiunta la temperatura desiderata. Di conseguenza, per natura di questa logica di regolazione, la temperatura ambiente oscilla continuamente nel tempo con un’ampiezza che dipende dal cosiddetto “differenziale”, cioè lo scostamento tra i valori di temperatura massimo e minimo che determinano gli stati ON e OFF (fig. 9A). Il valore del differenziale solitamente può essere impostato ma occorre trovare il giusto compromesso: un differenziale troppo basso determina una temperatura ambiente mediamente vicina a quella desiderata ma accensioni e spegnimenti molto frequenti. Viceversa, un differenziale troppo alto limita il numero di accensioni a discapito del comfort, poiché la temperatura ambiente sarà controllata con oscillazioni molto ampie. 

La sua semplicità intrinseca rende questo tipo di regolazione applicabile in diverse tipologie di impianto quali piccoli impianti a radiatori, come quelli delle abitazioni private. 

Tuttavia non permette una regolazione precisa in sistemi aventi tempi di risposta molto rapidi o frequenti variazioni di carico, quali gli impianti a ventilconvettori. 

Può invece essere sfruttata in maniera ottimale in sistemi caratterizzati da un’alta inerzia termica, come ad esempio gli impianti a pannelli radianti, dove il termostato di ciascuna zona comanda la completa apertura (ON) o chiusura (OFF) di valvole di zona o di comandi elettrotermici installati su un collettore di distribuzione. 

Fig. 9A: Diagramma di regolazione ON/OFF

È una regolazione che ha l’obiettivo di portare e mantenere la temperatura ambiente al valore desiderato ed in modo continuativo nel tempo. Tale regolazione può essere attuata meccanicamente attraverso l’utilizzo di valvole termostatiche per radiatori oppure con regolatori. In questo caso il regolatore non può essere un semplice termostato con due soli stati di funzionamento (ON/OFF), ma una centralina dedicata che produce un’azione regolante in grado di inseguire con precisione il set-point e di adattarsi velocemente alle variazioni di carico. 

La più semplice regolazione modulante è quella “proporzionale”, in cui l’intensità dell’azione regolante è tanto più grande quanto più si è distanti dalla temperatura ambiente desiderata. Ad esempio, considerando una valvola che regola la portata di alimentazione in un corpo scaldante, in corrispondenza di una massima distanza dalla temperatura ambiente desiderata la valvola si trova in posizione di completa apertura e, man mano che ci si avvicina alla temperatura di set-point, riduce progressivamente il passaggio del fluido fino alla completa chiusura dell’otturatore al raggiungimento della condizione ricercata. Questo intervallo viene definito “banda proporzionale”, proprio perché entro questo campo di lavoro la portata regolata nella valvola è proporzionale allo scostamento dalla temperatura ambiente desiderata. La banda proporzionale può normalmente essere modificata, ma occorre anche in questo caso trovare un giusto compromesso: una banda proporzionale troppo ampia determina una regolazione lenta e caratterizzata da elevati scostamenti rispetto al set-point, mentre una banda troppo ristretta di fatto si comporta in maniera simile ad una regolazione ON-OFF e provoca quindi possibili oscillazioni di temperatura. 

Tuttavia, per migliorare i limiti della sola regolazione proporzionale, nelle moderne centraline elettroniche si affiancano spesso ulteriori azioni regolanti in grado sia di correggere lo scostamento rispetto al set-point desiderato nel lungo termine (azione “integrale”), sia di rendere più reattiva e rapida la regolazione (azione “derivativa”). Queste tecniche prendono il nome di controlli PI (proporzionale-integrale) o PID (proporzionale-integrale-derivativo). 

Grazie alle caratteristiche descritte, la regolazione modulante viene utilizzata in quelle applicazioni dove la semplice regolazione ON-OFF non risulta sufficientemente efficace. Ad esempio, in impianti di riscaldamento con bassa inerzia come batterie di riscaldamento ad aria, caratterizzati da una risposta molto rapida e spesso anche da frequenti variazioni di carico, la regolazione modulante permette di controllare in maniera più stabile il livello di comfort negli ambienti. Allo stesso tempo permette inoltre di ridurre il dispendio energetico, grazie al fatto che viene sfruttata solamente la frazione di potenza termica necessaria. 

Fig. 9B: Diagramma di regolazione modulante