Riscaldamento intelligente: KNX e compensazione climatica

Andy Ellis esamina le variabili previste dalla progettazione di un impianto di riscaldamento applicando la compensazione climatica per ottimizzare comfort ed efficienza.

Il tempo sembra diventare sempre più imprevedibile. In anni recenti, per esempio, il numero di giorni all'anno in cui le temperature scendono sotto lo zero nel Regno Unito ha subito notevoli fluttuazioni. Nel 2020, il numero di giorni di gelate in un mese ha raggiunto il picco a marzo, con 7,9 giorni. Nel 2021, il picco è stato a gennaio, con 18,5 giorni (fonte: Statista). Si definisce "gelata" una giornata con temperatura minima sotto zero.

Nella nostra ricerca di efficienza e comfort, dobbiamo ridurre tali fluttuazioni e possiamo farlo con la compensazione climatica.

Qual è la differenza tra la compensazione climatica e il semplice ricorso a un termostato?

Solitamente la produzione termica di una fonte di calore si riduce nei mesi estivi e aumenta con l'avvento del freddo. Nei periodi di clima freddo aumentano le perdite nell'edificio per cui è necessaria una maggiore quantità di energia al fine di mantenere la temperatura impostata all'interno.

Con la compensazione climatica, ci preoccupiamo innanzitutto del comfort del cliente, mantenendo la temperatura interna dell'abitazione il più vicino possibile al setpoint per lunghi periodi di tempo. Di conseguenza, la maggior parte degli impianti sarà più efficiente.

La compensazione della stanza (o carico), utilizzando i metodi PI (integrale proporzionale) o PWM (modulazione ad ampiezza di impulso) e i termostati delle singole stanze, rappresenta un ottimo metodo per mantenere costanti le temperature impostate, sebbene sia tendenzialmente reattivo e non dipenda dalle temperature esterne.

D'altra parte, la compensazione climatica è proattiva. Fa riferimento alle letture della temperatura esterna e regola la produzione della caldaia prima che l'abitazione riesca a raffreddarsi. Ovviamente, la questione non è semplice e implica numerose variabili, alcune effettivamente difficili da determinare. Queste comprendono:

• Percentuale di perdita di calore dall'immobile - l'edificio è adeguatamente isolato?
• Emettitori - è il calore emesso nell'immobile rapidamente (radiatori) o lentamente (a pavimento)?
• Ermeticità all'aria e flusso dell'aria - quanto è ermetico l'immobile e quanto è efficace il flusso d'aria? Gli immobili provvisti di ventilazione meccanica e recupero termico (MVHR) avranno una distribuzione del calore nettamente più uniforme.
• Differenza di temperatura - in pieno inverno, quando le temperature scendono sotto zero, la differenza tra interno ed esterno sarà massima e quindi sarà necessaria maggiore energia per riscaldare l'edificio.
• Schema di utilizzo - l'immobile è abitato solo periodicamente? In tal caso, è assolutamente preferibile mantenere una temperatura costante piuttosto che accendere il riscaldamento per passare da temperature minime estreme a temperature elevate.
• Tipo di fonte di calore - è una caldaia a gas, una caldaia a combustibile o una pompa di calore? Quest'ultima sarà più efficiente con carichi diversi e, nel caso di pompe di calore ad aria (ASHP) con temperature dell'aria esterna diverse.
• Timer attivi - con la caldaia accesa, sarà fondamentale un timer dell'acqua calda o del riscaldamento (che preveda variazioni di modalità); nel caso di una ASHP, si può ottenere la massima efficienza durante il giorno, quando le temperature dell'aria esterna sono più tiepide.
• Corrispondenza tra fabbisogno termico e raggiungimento della massima efficienza - potrebbe essere necessario destreggiarsi tra un fabbisogno termico pari a 60oC, seguito, per esempio, da un fabbisogno di riscaldamento a pavimento di 45oC.
• Progettazione dell'impianto di riscaldamento - collettore senza pressione, accumulo termico, velocità della pompa, valvole di miscelazione, tutto influirà sul funzionamento dell'impianto.

In generale, il passaggio dei controlli termostatici da accensione/spegnimento a PI potrebbe portare a un incremento dell'efficienza tra il 5 e il 15%. Con l'aggiunta della compensazione climatica, si possono ottenere ulteriori incrementi.

Attuazione della compensazione climatica con KNX

L'uso di KNX per controllare la compensazione climatica richiede una notevole attenzione in fase di progettazione. Per gli impianti più piccoli, realizzare le funzioni di compensazione climatica del costruttore della caldaia può rappresentare la soluzione più semplice e conveniente.

Un'interfaccia KNX/OpenTherm consentirà agli installatori di misurare la temperatura esterna tramite la caldaia e il feedback delle temperature di flusso della caldaia, oltre a garantire un mezzo generale per gestire il fabbisogno termico, sia per il riscaldamento, sia per l'acqua calda. Ed è aumentando le dimensioni e la complessità degli impianti di riscaldamento e acqua calda, che la versatilità di KNX entra nel vivo. Si può prevedere qualsiasi numero di dispositivi diversi in entrata e in uscita nell'impianto, oltre alla capacità di fornire il monitoraggio per risoluzione di problemi, manutenzione a lungo termine e diagnostica.

La progettazione del riscaldamento richiederà elementi di logica e molti dispositivi KNX sono ora dotati di funzioni logiche di base. Tuttavia, in sistemi più grandi e sofisticati, che consentono di gestire direttamente le temperature del flusso, possono essere necessarie le funzioni logiche della derivata integrata proporzionale (PID) e, di conseguenza, anche un controller logico dedicato separato.

Come per tutti i progetti, sarà necessario analizzare i ritorni. In caso di compensazione climatica, non è facile, in quanto ci troviamo davanti a numerose incognite. Tuttavia, un semplice calcolo del recupero dell'investimento fornirà un rapido riferimento dell'utilità della compensazione climatica in una determinata situazione.

Conclusione

In un impianto ben progettato, la compensazione climatica garantirà il mantenimento di una temperatura confortevole nell'abitazione per tutto l'inverno, oltre a garantire una maggiore efficienza di funzionamento. Tuttavia, considerato il numero di variabili, ogni impianto sarà su misura. La sfida consiste nel quantificare il guadagno di efficienza rispetto a un impianto "non compensato".

Uno degli ulteriori vantaggi di KNX è la possibilità di accedere a tutte le informazioni sul bus KNX. Con la realizzazione del software di monitoraggio e grafica, è possibile definire tendenze e problemi a lungo termine. Infine, si dovrà riflettere attentamente prima di attuare la compensazione climatica e adottare la massima cautela su ciò che si intende raggiungere.

Andy Ellis è il fondatore e l'amministratore delegato di Household Automation Ltd e della sua consociata Knxion Ltd, che forniscono servizi di consulenza, progettazione, installazione e assistenza post-vendita nell'ambito dell'automazione degli edifici a clienti coinvolti nella realizzazione di proprietà commerciali e residenziali.

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