Il bilanciamento degli impianti idronici, breve guida per progettisti e installatori
Parte 1 di 4: l’importanza del bilanciamento
Questa serie di quattro guide è pensata per tutti i progettisti coinvolti nel dimensionamento di impianti idronici che prevedano l’installazione di valvole di bilanciamento e dispositivi per la misurazione della portata; ma anche per tutti gli installatori, per aiutarli a bilanciare gli impianti secondo le indicazioni del progettista.
L’utilizzo di valvole di bilanciamento, negli impianti, è importante per garantire il comfort e il risparmio energetico di tutti gli ambienti, evitando che si verifichino problemi di sovradimensionamento dell’impianto e di temperature troppo differenziate nei diversi ambienti.
Principi per il bilanciamento degli impianti idronici
/ Prima parte /
Possibili conseguenze di una regolazione della portata errata
- Impossibilità di raggiungere le temperature di progetto: i terminali che ricevono un flusso di portata troppo basso potrebbero non riuscire a raggiungere le temperature di riscaldamento o raffrescamento. Questo significa che le aree servite potrebbero non raggiungere le temperature di progetto nei momenti in cui vi è un picco nella richiesta.
- Spreco di energia: un impianto con un bilanciamento errato scalderà o raffredderà gli ambienti in modo discontinuo, nelle aree in cui il flusso di portata sarà troppo basso. Questo potrebbe portare ad un sovraccarico del generatore, che dovrà lavorare per periodi più lunghi per assicurare le temperature desiderate in tutti gli ambienti.
Rumore, usura e blocchi della macchina: gli impianti non bilanciati correttamente presenteranno delle zone con un eccesso di portata e altre con una portata non sufficiente. Una portata troppo elevata comporta un eccesso di velocità nelle tubazioni e quindi un aumento della rumorosità dell’impianto e ad un’usura accelerata dei suoi componenti. Una velocità di portata ridotta può inoltre aumentare il deposito di fanghi e la formazione di bolle d’aria. - Controllo instabile: le valvole di controllo della portata potrebbero non essere in grado di modulare correttamente e potrebbero quindi funzionare in modo inappropriato. In un circuito con una portata eccessiva, la valvola di controllo dovrà essere quasi completamente chiusa, per riportare la portata ai livelli previsti nel progetto, agendo con una logica ON/OFF e perdendo quindi la capacità di regolazione.
- Difficoltà di ottimizzazione delle performance dell’impianto: se l’impianto non è correttamente bilanciato sarà molto difficile regolare le performance del generatore per ottimizzare i suoi rendimenti e garantire quindi un vero risparmio energetico..
Il corretto bilanciamento di un impianto idronico
Trasferimento del calore con flusso di portata ridotto
Gli emettitori per il riscaldamento degli ambienti, subiscono una riduzione della potenza emessa se si riduce la portata in entrata allo stesso.
Predisposizioni ed accorgimenti
Consideriamo un classico emettitore, alimentato alla temperatura costante di 60°C e analizziamo l'influenza della variazione della portata sulla potenza termica emessa:
- Nelle condizioni di progetto si avrà la portata nominale con il salto termico adottato in fase di dimensionamento;
- Riducendo la portata si riduce anche la potenza emessa (la riduzione dipende dalla temperatura di mandata), nel caso in oggetto se si riduce al 40% la portata, la potenza sarà ridotta al 70% di quella nominale;
- Il salto termico aumenta con la riduzione di portata;
- Se una valvola di controllo dovesse ridurre la potenza emessa al 50% di quella nominale, sarebbe necessario ridurre la portata a circa il 22%
Nel trasferimento del calore dal fluido termovettore all’aria, il parametro principale che ne condiziona l’efficacia è quindi la differenza tra la temperatura media dell’acqua e quella dell’aria.
Molto spesso, per ovviare a un sotto-dimensionamento dell’emettitore, si procede con l’innalzare la temperatura di mandata dell’impianto, il grafico sottostante mostra come sia possibile ottenere la potenza necessaria a portate ridotte, semplicemente aumentando la temperatura di mandata. A titolo d’esempio, consideriamo un emettitore progettato con una generica portata Q che sviluppa una potenza di X Watt ad una temperatura di mandata di 60°C.
Se per varie ragioni la portata effettiva è ridotta al 60%, sarà sufficiente mantenere una temperatura di mandata pari a 65°C per avere il 95% della potenza richiesta. Il problema sembrerebbe risolto, ma solo in parte, infatti quasi sicuramente ci saranno altri emettitori che riceveranno invece una portata maggiore o uguale alla necessaria, in questo caso la potenza erogata sarà più del necessario. Considerando un emettitore che riceva la portata di progetto, un aumento a 65°C della temperatura di mandata, corrisponde a un aumento della potenza di circa il 16%.
Questa operazione ha i seguenti effetti negativi:
- Il sistema deve alimentare gli emettitori per periodi lunghi per poter mantenere costante la temperatura nei locali;
- Un aumento del carico termico comporta una incapacità dell’emettitore di mantenere la temperatura di progetto;
- La valvole di controllo della portata ((valvola di controllo a due vie, valvola termostatica) con una rangeability standard (per esempio 30:1) potrebbero avere un controllo del sistema instabile (on/off) a causa della riduzione di portata e conseguente riduzione di autorità.
Ultimo aspetto da considerare è il salto termico: progettando gli impianti funzionanti con grandi portate e bassi salti termici (5-10° C), un eventuale sbilanciamento (riduzione della portata) è abbastanza ben tollerato anche se necessitano di tubazioni più grosse, pompe più potenti e quindi maggiore energia.
Mentre gli impianti che lavorano con basse portate e alti salti termici sono maggiorante condizionati da uno sbilanciamento dell’impianto. Hanno anche il vantaggio di ridurre i costi in quanto richiedono tubazioni più piccole, pompe meno potenti e quindi minor energia.
Il salto termico, inoltre, influenza drasticamente i rendimenti di caldaie a condensazione, pompe di calore e chiller.
Trasferimento del calore con portata eccessiva
Sovralimentando l’emettitore si ottiene un incremento abbastanza limitato della potenza emessa: un aumento del 200% della portata equivale a un aumento del 18% della potenza emessa con un assorbimento della pompa pari a 8 volte (vi è relazione cubica tra portata e potenza).
Terminale ad acqua refrigerata
Nella figura viene riportata una tipica applicazione negli impianti di raffrescamento: fancoil con temperatura di ingresso pari a 7,2°C, delta T di 5,6 K e aria entrante a 26,7°C ed uscente a 19,4 °C.
Come nel caso del riscaldamento, la curva dell’emettitore non è lineare, valgono in linea generale le considerazioni già effettuate in precedenza.
