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L'accumulo inerziale

Usualmente il dimensionamento dei sistemi di riscaldamento e condizionamento viene effettuato sulla base del massimo fabbisogno termico e frigorifero nelle condizioni ambientali più critiche per la località considerata. Questo ovviamente garantisce il rispetto delle condizioni di comfort ottimali anche nelle peggiori condizioni, anche se di contro espone a un massiccio sovradimensionamento dell’impianto di generazione stesso.

Per questo motivo non è inusuale avere impianti di riscaldamento in cui solo il carico di base è coperto con le pompe di calore ad assorbimento, più performanti e dal costo di investimento più elevato, mentre la copertura dei picchi di carico viene affidata a delle meno performanti e più economiche caldaie a condensazione. I gruppi RTAY costituiscono un valido esempio di questo abbinamento vincente.

Il sistema di regolazione a sua volta si è evoluto per ottimizzare l’erogazione di potenza in funzione del carico effettivamente applicato all’impianto, da cui la nascita di unità modulanti in grado di adeguare le proprie prestazioni in un range di potenza sempre più ampio.

Tuttavia anche il migliore dei sistemi di controllo, quando il dimensionamento è eccessivamente abbondante, non potrà adeguarsi perfettamente al comportamento dell’impianto, e questo porterà a degli squilibri che andranno ad alterare le condizioni di funzionamento.

Nel caso delle unità ad assorbimento a gas la scelta è stata da sempre a favore di unità modulari da assemblare sulla base delle specifiche esigenze dell’impianto, in modo da “ritagliare” per ogni impianto una soluzione il più possibile su misura, evitando di installare potenza non richiesta a causa di una dimensione troppo rigida delle unità proposte (come avviene per le grosse unità monoblocco) e permettendo anche di garantire elevata continuità del servizio in quanto le unità non interessate da guasti/manutenzioni continuano a funzionare regolarmente.

Il sistema di controllo attuale permette di impostare fino a 10 gradini di parzializzazione gestiti con logica on/off, ma come si comporterà l’impianto qualora la richiesta di potenza sia “a metà” tra un gradino di parzializzazione e il successivo? O nel caso limite di una singola unità?

In queste condizioni il sistema di controllo gestirà l’unico gradino in fase di parzializzazione (poiché tutti gli altri gradini impostati saranno completamente accesi o completamente spenti) alternando fasi di spegnimento a fasi di accensione in funzione dell’andamento della temperatura rispetto al setpoint richiesto. La frequenza con cui questo evento si verifica fa variare l’efficienza complessiva dell’impianto in modo anche significativo, specialmente nel caso in cui il carico sia soggetto a variazioni molto ampie e la potenza del gradino sia significativa rispetto alla potenza totale (come nel caso limite di macchina singola).

L’obiettivo di ogni sistema di regolazione di questo tipo è infatti di far funzionare le unità al massimo del carico, evitando per quanto possibile di avere più di un’unità accesa a carico parziale.

In questi casi l’installazione di un serbatoio di accumulo inerziale si dimostra la maniera più efficace ed economica per ottimizzare il funzionamento dell’impianto, in quanto il serbatoio provvede ad accumulare l’energia in eccesso quando l’unità è in funzione e a sostituirla quando essa è spenta, permettendo di diminuire i cicli di accensione e spegnimento in modo anche molto significativo, con il risultato di alzare sensibilmente l’efficienza complessiva dell’impianto. Questa modalità operativa è ampiamente descritta nella norma UNI TS 11300-4 relativamente al funzionamento ai carichi parziali.

I Sistemi E3 sfruttano un sistema di regolazione estremamente avanzato che, proprio attraverso lo sfruttamento ottimale dell’accumulo (in questo caso un accumulo inerziale a tre attacchi che svolge anche la funzione di separazione idraulica), permette di ottenere efficienze complessive elevatissime, ottimizzando lo sfruttamento della pompa di calore (che per i sistemi E3 in aggiunta consente la modulazione della potenza).

Il serbatoio di accumulo svolge anche un’altra funzione essenziale per il buon funzionamento dell’impianto, ovvero quella di fare da pozzo energetico per lo smaltimento della potenza termica e frigorifera durante lo spegnimento dell’unità. Immaginiamo infatti il caso di un refrigeratore GA ACF il cui impianto secondario venga spento perché il carico è soddisfatto, l’unità verrà spenta dal sistema di controllo, ma sarà comunque necessario smaltire la potenza frigorifera residua nell’unità, e questo sarà possibile solo garantendo un volume d’acqua minimo che possa ricevere questa potenza senza arrivare al congelamento dell’acqua sul primario e quindi a gravi danni allo scambiatore della macchina. Situazione identica per il funzionamento in riscaldamento dove il problema dell’eccessivo surriscaldamento dell’acqua, potrebbe causare l’arresto della macchina per termostatazione limite e il surriscaldamento della stessa.

Se nella prima situazione l’aggiunta di glicole all’acqua del primario ci può, almeno in parte, mettere al riparo dal problema, nel caso del riscaldamento questa soluzione non è applicabile. Gli accumuli possono essere ulteriormente suddivisi in base al fatto che svolgano o meno funzioni di separazione idraulica (accumuli a 3 o 4 attacchi con setti antimiscela, come negli schemi delle Soluzioni E3 o in questa figura) o servano invece semplicemente come accumuli in linea (e in tal caso è opportuno che vengano installati sul ritorno, preferibilmente a monte della pompa di circolazione, come in figura).

Per garantire lo smaltimento dell’energia termica e frigorifera in fase di spegnimento può essere sufficiente un volume di 70 litri d’acqua per unità installata, considerando comunque un volume massimo pari a circa 1000 litri (poiché è difficile che tutte le unità di un impianto passino dalla situazione di funzionamento a piena potenza alla situazione di impianto spento senza almeno una riduzione intermedia della potenza). In questo valore va ovviamente compreso anche il volume d’acqua presente nelle tubazioni sul circuito primario e contenuto nelle unità stesse. Interessante valutare un esempio.

Per il dimensionamento dell’accumulo inerziale esistono invece tutta una serie di formule, riportate anche sui nostri manuali di progettazione, che hanno lo scopo di individuare, per lo specifico impianto in esame (la dimensione infatti dipende sia dalla potenza installata, che dalla potenza minima per la parzializzazione, che dall’andamento del fattore di carico dell’impianto), la dimensione più opportuna.

A livello di indicazione l’esperienza ci ha portato a scegliere una dimensione di circa 300/500 litri per ogni unità (se il minimo gradino di parzializzazione è una singola unità) e salire fino a 1000 litri se il minimo gradino di parzializzazione è superiore a 2 unità. Questo, a fronte di un minimo costo di investimento per l’accumulo, ripagherà molto rapidamente in termini di maggiore efficienza dell’impianto e minore usura delle macchine, rivelandosi nella totalità dei casi una scelta progettuale vincente.

NOTE:
- Attenersi sempre alle normative locali o nazionali in vigore per lo specifico caso in esame.
- Nell’ottica del miglioramento continuo che da sempre guida la filosofia aziendale ogni contributo o suggerimento volto al miglioramento di questo documento è benvenuto e può essere indirizzato ai nostri specialisti.
- Tutte le parole che figurano sottolineate sono collegamenti ad altri contenuti, che non saranno quindi disponibili qualora il documento venga stampato.
- I presenti contenuti hanno carattere di indicazione tecnica. Non sono quindi da intendersi quali indicazioni esecutive e in nessun caso Robur S.p.A. potrà essere responsabile qualora queste indicazioni siano adottate senza il previo parere favorevole di un progettista abilitato, su cui ricade per legge la responsabilità delle scelte progettuali.
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