Controllo e gestione dei sistemi VRF: dal comando locale al BMS

Il sistema di controllo di un impianto VRF è fondamentale per permettere al sistema di bilanciare i carichi termici in maniera dinamica e con precisione. A seconda della scala dell'edificio, l'architettura dei controlli evolve da una gestione orientata al comfort individuale ed alla facilità d’uso ad una complessa infrastruttura informatica integrata nella gestione energetica dell'edificio (BMS), orientata alla massima efficienza.

Un sistema di controllo di un VRF per un edificio di medie/grandi dimensioni deve essere in grado di gestire informazioni in tempo reale provenienti da una gran quantità di sensori ed apparati interni (Valvole EEV, compressori, flussostati, termometri, ventole, etc) al fine di ottimizzare dinamicamente il funzionamento dell’impianto. 
L’integrazione tra l'elettronica di controllo e i componenti fisici del ciclo frigorifero (EVI, EEV, sonde) è ciò che garantisce le alte prestazioni del Sistema. Mentre in una pompa di calore tradizionale i componenti lavorano in modo quasi indipendente (la valvola reagisce alla temperatura meccanicamente, il compressore accelera se c'è carico), nel VRF l'elettronica esegue un controllo predittivo e simultaneo.

La scheda elettronica del VRF adotta un algoritmo di controllo (spesso basato su logica Fuzzy o PID avanzato). Questo software non aspetta che la temperatura della stanza cambi per reagire, ma analizza la velocità con cui la temperatura sta cambiando e può incrociare questo dato con le condizioni esterne.
La sonda climatica esterna misura la temperatura, l’algoritmo stima il carico termico richiesto da ogni unità terminale, prevedendo le condizioni di funzionamento del compressore e modulando l’inverter di conseguenza. Qualora la temperatura esterna lo richieda (molto bassa) il controllo attiva quindi la tecnologia EVI (Enhanced Vapor Injection) in modo proporzionale aprendo una valvola di iniezione dedicata per immettere vapore a media pressione nel compressore. In questo modo il compressore aumenta la sua portata massica senza bisogno di aumentare i giri del motore inverter, mantenendo stabile la capacità di riscaldamento ed evitando lo stress termico.

Parimenti, i sensori di temperatura nelle stanze dell'edificio comunicano costantemente al sistema di controllo la differenza tra la temperatura desiderata e quella reale. Se una stanza si sta avvicinando al setpoint, il controllo locale invia un segnale alla valvola di espansione elettronica (EEV) di quella specifica unità interna, la quale al posto di chiudersi completamente modula gradualmente. Ma questa modulazione ha un effetto a catena anche sul compressore che percepisce la variazione di pressione e modula a sua volta bilanciando il sistema in tempo reale tramite l’applicazione di algoritmi predittivi. 

Similmente alle altre tecnologie di climatizzazione, il controllo dei sistemi VRF può essere articolato su tre livelli gerarchici (tabella 4), che partono dai semplici comandi d'ambiente fino alle piattaforme di gestione dell'intero edificio (BMS/BACS).

Tabella 4 - Sintesi dei livelli di controllo ed ambiti di applicazione

I comandi locali

È il livello più basso, quello con cui interagisce l'utente finale nella singola stanza, ovvero l’interfaccia utente. Nel caso dei VRF non sono "semplici telecomandi", ma veri e propri terminali di comunicazione bus perché devono comunicare con la valvola di espansione di cui è dotata ogni unità interna. Nei contesti residenziali o del piccolo terziario (mini VRF), il focus principale è la semplicità d'uso e l'integrazione con dispositivi personali (Smart Home); perciò le tecnologie che vengono implementate più spesso sono: 

1. Comandi locali e individuali: Ogni unità interna è dotata di un telecomando a infrarossi o di un comando a filo navigabile. Questi permettono la regolazione di setpoint, velocità della ventola e posizione dei deflettori.
2. Configurazione NFC (airCloud Tap): Per velocizzare l'installazione, i tecnici possono configurare le unità esterne e i comandi a filo semplicemente avvicinando uno smartphone dotato di tecnologia NFC, riducendo i tempi di messa in servizio.
3. Interfacce cloud e App: Moduli Wi-Fi opzionali permettono il controllo remoto tramite smartphone (es. airCloud Home o airCloud Pro). Questi sistemi consentono di programmare orari, monitorare lo stato di funzionamento e ricevere notifiche di errore direttamente su dispositivi mobile.
4. Indirizzamento automatico: Le unità esterne mini-VRF sono progettate per assegnare automaticamente gli indirizzi di comunicazione a tutte le unità interne collegate, semplificando drasticamente la fase di avviamento.

I controllori centralizzati (Il controllo di medio livello)

Quando l'edificio si complica (es. una scuola, un grande ufficio, grandi open-space, ..), i comandi locali possono non bastare per sfruttare al meglio le capacità dell’impianto. Si introduce un Controllore Centralizzato di medio livello, ovvero un dispositivo touch-screen o un server web locale posizionato in reception o nel locale tecnico, oppure basato su tecnologie cloud. Questo permette al gestore dell'edificio di monitorare tutte le unità interne da un unico punto ed eventualmente gestire i comandi locali in maniera centralizzata.

Su questo livello si possono integrare funzioni avanzate basate sull’analisi dei dati di funzionamento dei singoli componenti dell’impianto a livello di sistema come ad esempio:

la Ripartizione dei consumi energetici nelle diverse unità immobiliari: la PPD (Power Proportional Distribution) è una funzione software/hardware essenziale per condomini o centri commerciali. Calcola la quota di energia elettrica assorbita dall'unità esterna e la ripartisce proporzionalmente tra le unità interne dei singoli inquilini, basandosi sulla posizione delle valvole EEV, sulle temperature di ripresa e sui tempi di funzionamento.

La manutenzione predittiva: tramite le RMI (Remote Monitoring Interface) basate sul cloud i sistemi di possono analizzare i dati operativi prodotti in tempo reale per la manutenzione predittiva. 

Gestione della programmazione e delle presenze, i controlli centralizzati possono fungere da mini-BMS, possono monitorare la presenza degli utenti finali in ogni singolo ambiente ed attivare la programmazione, definire regole e limitazioni di uso per controlli locali (temperature di set point, orari di accensione, etc).