La terra in cui viviamo non ce l'hanno regalata i nostri padri, ma ce l'hanno prestata i nostri figli.

definizione_valvola

I benefici delle Valvole Termostatiche.

Introduzione

Uno dei sottosistemi più trascurati degli impianti di riscaldamento è il sottosistema di regolazione; eppure è uno dei sottosistemi più importanti per diversi motivi.
Ogni impianto nasce dall’esigenza di fornire un servizio, nel caso specifico, il servizio di riscaldamento consiste nell’evitare che la temperatura di un locale abitato scenda sotto i 20°C durante l’inverno. Nel caso di nuovi impianti, il primo compito del progettista è quello di dimensionare l’impianto: dimensionare significa scegliere le dimensioni dei componenti e cioè potenza dei corpi scaldanti, diametro delle tubazioni, coibentazione delle tubazioni, potenza della caldaia ed altro ancora. Il punto di partenza è il calcolo del cosiddetto “carico termico” , cioè la massima potenza che presumibilmente potrebbe essere richiesta per mantenere l’edificio a 20°C in corrispondenza della minima temperatura esterna presa in considerazione.
L’intero impianto viene dimensionato sulla base di questi dati, condizioni di carico estremo che non si verificheranno quasi mai, è allora il sottosistema di regolazione che dovrà fare in modo che l’impianto non eroghi sempre la potenza massima ma quella effettivamente necessaria.
Il sottosistema di regolazione fa anche da connessione fra involucro e impianto, qualsiasi intervento di risparmio energetico sull’involucro è poco efficace se l’impianto non è in grado di valorizzarlo riducendo l’erogazione di calore nei locali oggetto di intervento di isolamento termico.
Nasce da qui il bisogno di un componente che provveda alla regolazione dell’emissione del calore dell’impianto, magari nei singolo locali, al bilanciamento dell’impianto di riscaldamento ed alla valorizzazione automatica di eventuali interventi di miglioramento della coibentazione dell’involucro edilizio. Questo elemento esiste ed è la valvola termostatica.
Se davvero fa tutto ciò ed è disponibile da decenni, sorprende che tale componente abbia avuto un così scarso successo sul mercato italiano. La ragione è che richiede un minimo di attenzione nel suo uso, altrimenti si va incontro ad inconvenienti fastidiosi, la cui risoluzione richiede spesso interventi che cozzano un po’ contro l’apparenza e le valutazioni istintive.

Che cos’è una valvola termostatica

La valvola termostatica è un regolatore della temperatura ambiente nel locale dove è installato il corpo scaldante sul quale è applicata, svolge la funzione di regolazione agendo sulla portata d’acqua che lo attraversa.
Il principio di funzionamento è legato alle proprietà chimico fisiche del materiale contenuto nel sensore della valvola stessa: l’aumento della temperatura provoca in sequenza la dilatazione del liquido nel sensore, la chiusura proporzionale dell’otturatore, la riduzione della portata nel radiatore, la riduzione della sua temperatura media e quindi la riduzione della potenza termica ceduta all’ambiente. Quando la temperatura dell’ambiente scende nuovamente al di sotto di quella impostata, la valvola inizia ad aprirsi e circolerà nuovamente acqua calda nel corpo scaldante immettendo calore nel locale per contrastarne la diminuzione di temperatura.

Si può quindi considerare la valvola termostatica un regolatore di tipo P, cioè proporzionale.

Uso della valvola termostatica per ridurre la temperatura di ritorno

Oltre a garantire la regolazione locale per locale ed il bilanciamento dell’impianto, se opportunamente dimensionato, l’utilizzo corretto delle valvole termostatiche consente di progettare e regolare la temperatura dell’acqua di ritorno dall’impianto.

In presenza di valvole termostatiche, l’aumento della temperatura di mandata non provoca variazioni di potenza emessa dai corpi scaldanti, ma la diminuzione della temperatura di ritorno e della portata d’acqua in circolazione nell’impianto.
Sembrerebbe dunque conveniente aumentare la temperatura di mandata: più è alta la mandata più bassa sarà la temperatura di ritorno e minore la portata in circolazione. In realtà conviene limitarsi a ottenere temperature di ritorno di circa 25-30°C in quanto aumentare eccessivamente le temperature di mandata provocherebbe: aumento di perdite termiche, ΔT molto elevati pericolosi per il generatore, si userebbero male i radiatori (parte bassa sempre fredda) ed in presenza di contabilizza tori di calore si provocherebbe un degrado della precisione di conteggio.

Tipologia di valvole termostatiche, installazione e vantaggi

Le valvole termostatiche possono essere classificate in base a vari parametri, noi ci limiteremo a valutare le differenze tra valvole con differente tipologia di sensore:

  • Sensore a dilatazione di cera: l’aumento di temperatura fa dilatare la cera che spinge l’otturatore in chiusura vincendo la forza della molla di precarico
  • Sensore a dilatazione di liquido: solitamente alcool, acetone o miscele di liquidi simili a quelli presenti nei termometri, l’aumento di temperatura fa dilatare il liquido che spinge l’otturatore vincendo la resistenza della molla di precarica
  • Sensore a pressione di vapore o gas: l’aumento di temperatura aumenta la pressione del vapore che spinge l’otturatore vincendo la resistenza della molla di precarica.

Esempio: ristrutturazione di un condominio con impianto a colonne montanti

 La descrizione seguente fa riferimento ad un intervento realizzato in un città della Pianura Padana, si tratta di un caso rappresentativo degli edifici condominiali.
L’edificio ha strutture poco isolate. La struttura portante è realizzata con pilastri in cemento armato e solette in laterocemento. I tamponamenti esterni sono costituiti da 2 muri affiancati, realizzati in mattoni forati da 13 cm, separati da un’intercapedine d’aria di 3 cm. Lo spessore risultante (30 cm) corrisponde allo spessore dei pilastri portanti, che sono integrati nel muro perimetrale e fanno perciò da ponte termico.
La soletta superiore verso il sottotetto è una normale soletta interpiano, non isolata.
Il piano terra è occupato dai garage e dall’ingresso comune.
Il primo piano abitato è costruito sopra i garage.
I corpi scaldanti sono radiatori. La potenza nominale complessiva dei radiatori installati corrisponde al calcolo tradizionale secondo UNI 7357 (uguale a quello effettuabile con la EN 12831) ed è pari a 120 kW.
La rete di distribuzione è a colonne, realizzate nel muro perimetrale più interno, con tubi non isolati avvolti in carta di sacchi da cemento. L’anello di collegamento delle colonne è realizzato nei garage. La pompa di circolazione ha una portata di 25 m³/h. La regolazione della temperatura ambiente è affidata alla sola regolazione climatica centrale, agente su una valvola miscelatrice a 3 vie.
La caldaia ha una potenzialità al focolare di 256 kW, è in acciaio, ha circa 20 anni ed è scarsamente isolata.

Un dato balza all’occhio subito: la potenza del generatore 256 kW è più del doppio della potenza dei radiatori installati (120 kW). È perfettamente inutile disporre di un generatore di potenza elevata se poi questa potenza non può essere trasferita dall’acqua agli ambienti abitati: la potenza nominale dei radiatori è infatti prossima alla loro potenza massima effettivamente erogabile. Si tratta delle conseguenze di uno dei più comuni casi di “manutenzione peggiorativa”. Le lamentele per la bassa temperatura alla mattina (dopo lo spegnimento per intermittenza) hanno convinto a provare ad aumentare la potenza del generatore per aumentare la “potenza dell’impianto”. Ciò non ha sicuramente risolto il problema ma ha solo contribuito all’aumento delle dispersioni del generatore, peggiorando il rendimento medio stagionale.

Un secondo dato è la portata della pompa di circolazione. Con 25 m³/h si potrebbero trasportare ben 580 kW anziché i 120 kW (o poco più) erogabili dai radiatori. Si tratta delle conseguenze di un altro caso comune di “manutenzione peggiorativa”. Le lamentele per la bassa temperatura negli ambienti con esposizione sfavorevole e più distanti dalla centrale termica hanno convinto ad aumentare la potenza della pompa di circolazione. Ciò ha parzialmente risolto il problema dei condomini mal serviti ma ha anche provocato un aumento notevole dei consumi elettrici, del costo della pompa, della rumorosità dell’impianto e delle temperature (quindi dei consumi) dei condomini meglio serviti.

Entrambi questi problemi avrebbero invece dovuto essere affrontati, a suo tempo, con un intervento di manutenzione migliorativa, come il ribilanciamento dell’impianto.

Nel caso in questione si è provveduto a:

  • installare su tutti i radiatori delle valvole termostatiche, dotate di preregolazione, dimensionate per ∆T = 20°C e banda proporzionale 1,0 °C. L’impostazione della preregolazione è stata calcolata in base alla potenza dei corpi scaldanti determinata in accordo con la norma UNI 10200.
  • sostituire la pompa con un circolatore a giri variabili avente prevalenza di 5 m.c.a. alla portata di progetto di 6 m³/h. La potenza del nuovo circolatore nel punto di lavoro di progetto è di soli 250 W.
  • eliminare la valvola miscelatrice, sostituita da un raccordo diretto delle tubazioni di mandata e ritorno al  generatore di calore
  • sostituire il generatore di calore esistente da 256 kW con uno nuovo da 110 kW a condensazione, del tipo a basso contenuto d’acqua, senza limite minimo di portata e con ∆T massimo fumi/acqua di 10 °C alla massima potenza.
  • installare un contacalorie in centrale avente portata massima di 10 m³/h;
  • intubare il camino esistente facendovi passare un condotto di scarico fumi in acciaio inossidabile;
  • utilizzare la regolazione centrale climatica a temperatura scorrevole sulla base della temperatura esterna in dotazione al generatore per realizzare una curva di regolazione tale da ottenere ritorni a circa 30 °C.

Il tempo di ritorno previsto dell’investimento è di 4-5 anni.

Nel corso del primo anno di esercizio, il consumo di metano è stato limitato a 16.500 m³, corrispondenti ad una riduzione del 25%

Altri dati interessanti, relativi al periodo più freddo (11 giorni a cavallo fra gennaio e febbraio), sono stati:

  • potenza media al focolare pari a 70 kW, pur con funzionamento per sole 17 ore al giorno, da confrontare con la potenza di 256 kW del generatore precedente;
  • portata media in circolazione nell’impianto di 3,14 m³/h (prima era installata una pompa da 25 m³/h !!) per ben 16 appartamenti (cioè meno di 200 litri/ora per appartamento);
  • ∆T medio mandata/ritorno pari a 20,7 °C;
  • rendimento medio di generazione del 102% sul p.c.i., ricavato dal confronto fra la lettura del contacalorie e del contatore del metano.

Dati gentilmente concessi dall’Ing. Socal

 

 

Lascia un Commento