IT202200000671A1 - Metodo e sistema per la verifica del funzionamento di un vaso di espansione in un impianto di riscaldamento a circuito chiuso - Google Patents

Metodo e sistema per la verifica del funzionamento di un vaso di espansione in un impianto di riscaldamento a circuito chiuso Download PDF

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IT202200000671A1
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temperature
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transfer fluid
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IT102022000000671A
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Alessandro Zampetti
Silvia Zingaretti
Lorenzo Centurelli
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Ariston S P A
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Description

DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO:
?METODO E SISTEMA PER LA VERIFICA DEL FUNZIONAMENTO DI UN VASO DI ESPANSIONE IN UN IMPIANTO DI RISCALDAMENTO A CIRCUITO CHIUSO?
CAMPO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce al campo tecnico degli impianti di riscaldamento a circuito chiuso alimentati da fluidi termovettori quale l?acqua.
STATO DELLA TECNICA
In un impianto di riscaldamento a circuito chiuso, l?incremento di volume dovuto all?incremento della temperatura dell?acqua contenuta nell?impianto viene assorbito dal vaso di espansione, formato da due camere di cui una in comunicazione con l?impianto e un?altra precaricata di azoto o aria ad una pressione convenzionale di 1 bar circa, dotata di una valvolina di caricamento utilizzabile per l?eventuale ripristino della pressione di precarica.
Con l?aumento della temperatura dell?acqua il suo volume aggiuntivo comprime la membrana e l?acqua entra nel vaso. La membrana si deforma verso il cuscinetto di azoto fornendo spazio utile ad assorbire totalmente o parzialmente l?incremento di volume del sistema. Con la diminuzione della temperatura, il cuscinetto di azoto spinge l?acqua fuori dal vaso reimmettendola nel sistema.
Nel prosieguo si far? riferimento esplicito al caso di impianto dotato di caldaia, ma pu? essere generalizzato a qualunque tipologia di apparecchiatura collegata all?impianto ed architettura di impianto di riscaldamento.
Un vaso di espansione correttamente dimensionato ed in buone condizioni di precarica consente, quindi, di ridurre le differenze di pressione tra la condizione di impianto caldo e la condizione di impianto freddo, ed evitare nell?impianto il raggiungimento di condizioni di sovrapressione che comportano l?apertura della valvola di sicurezza, tipicamente tarata ad una pressione di 3 bar.
L?intervento della valvola di sicurezza andrebbe evitato quanto pi? possibile sia per un tema di sicurezza sia perch? la fuoriuscita di acqua pu? comportare disagi per l?utente oltre che la necessit? di effettuare successivi riempimenti per ripristinare la corretta pressione del sistema a freddo.
Il vaso di espansione in utenza pu? risultare inadeguato per due principali motivi:
- Sottodimensionamento della capacit? del vaso rispetto al volume di acqua contenuto nell?impianto e rispetto alle temperature di utilizzo da cui consegue che fin dall?inizio il vaso di espansione non ha la capacit? di controbilanciare le differenze di pressione;
- Abbassamento progressivo della pressione di precarica azoto, causato da perdite dalla valvolina o permeabilit? della membrana che determina per il vaso di espansione la perdita progressiva della capacit? di controbilanciare le differenze di pressione.
Le due casistiche possono anche presentarsi contemporaneamente in quanto un vaso sottodimensionato e quindi fortemente sollecitato ? anche pi? soggetto all?abbassamento progressivo della pressione di precarica.
Va aggiunto che l?operazione di verifica da parte dell?installatore o manutentore della pressione di precarica ? piuttosto onerosa in termini di tempo, in quanto per avere un riferimento affidabile il vaso deve essere misurato in condizioni di pressione acqua uguali a zero (membrana completamente a contatto con la parete del vaso) e questo comporta lo svuotamento dell?impianto o almeno della caldaia.
Scopo della presente invenzione ?, pertanto, risolvere almeno parzialmente i suddetti inconvenienti.
DESCRIZIONE SOMMARIA DELL?INVENZIONE
L?invenzione raggiunge lo scopo con un procedimento per valutare lo stato di un contenitore di compensazione della variazione di pressione in impianti di riscaldamento dotati di almeno una fonte termica in grado di riscaldare un fluido termovettore e sensori per la misura della pressione e della temperatura di detto fluido termovettore, il procedimento comprendendo:
- misurare i valori di pressione e temperatura del fluido termovettore ad impianto spento, cio? freddo;
- misurare i valori di pressione e temperatura del fluido termovettore ad impianto in esercizio, cio? caldo;
- calcolare la differenza di pressione (?P) e di temperatura (?T) fra i valori misurati ad impianto in esercizio/caldo e ad impianto spento/freddo;
- considerare il rapporto ?P/?T come un parametro indicativo di una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione.
il rapporto ?P/?T, che pu? essere calcolato per determinati valori di pressione e temperatura di esercizio dell?impianto o per valori di esercizio massimi, pu? essere confrontato con una o pi? soglie per valutare lo stato di malfunzionamento del vaso di espansione senza la necessit? di impiegare sensori della pressione di precarica del vaso di espansione.
Secondo una variante, il rapporto ?P/?T ? calcolato per valori di pressione e temperatura ottenuti in istanti temporali diversi in condizione di esercizio dell?impianto all?interno di un periodo temporale di aggregazione dei dati. In questo caso la valutazione dello stato di malfunzionamento del vaso di espansione pu? essere basata sulla elaborazione dei valori ?P/?T in detto intervallo temporale.
In una forma attuativa, l?elaborazione dei valori ?P/?T comprende una operazione selezionata dal gruppo che consiste in: calcolare il massimo, calcolare il minimo, calcolare la media, calcolare il trend o la pendenza della curva interpolante, calcolare il tempo di permanenza in una condizione operativa di pressione o temperatura, normalizzare i valori rispetto al loro valore base, effettuare elaborazioni statistiche, quali, ad esempio, il calcolo del 90? percentile.
In un perfezionamento ? previsto il passo di confrontare con soglie i valori ?P/?T e ?P dopo un tempo prefissato dopo l?installazione dell?impianto per determinare se il vaso di espansione ? stato correttamente dimensionato.
Ad esempio, il vaso di espansione ? valutato come non correttamente dimensionato se sia ?P/?T che ?P sono superiori ad una soglia prefissata.
Secondo una forma attuativa, se ?P/?T ? superiore ad una soglia e ?P ? inferiore ad una soglia oppure ?P/?T ? inferiore ad una soglia e ?P ? superiore ad una soglia, il procedimento comprende il passo di stimare la pressione massima (Pmax) che l?impianto pu? raggiungere al variare delle condizioni operative dalla formula
Pmax = Pfreddo+ ?P/?T * (Tmax ? Tfreddo) ;Dove Pfreddo e Tfreddo sono, rispettivamente, la pressione e la temperatura ad impianto spento e Tmax ? la massima temperatura raggiungibile ad impianto in esercizio. ;In una variante ? previsto il passo di misurare la temperatura e la pressione in istanti temporali diversi all?interno di un periodo di predizione, suddividere detto periodo di predizione in periodi di osservazione consecutivi, calcolare il massimo del rapporto ?P/?T e della differenza di pressione ?P all?interno dei periodi di osservazione e valutare il trend di detti valori massimi all?interno del periodo di predizione cos? da determinare lo stato di malfunzionamento del vaso di espansione dovuto ad un abbassamento della pressione di precarica del vaso di espansione sulla base di detto trend. ;Una riduzione della precarica del vaso di espansione pu?, ad esempio, essere segnalata quando la differenza di pressione ?P massima ha un trend crescente con tendenza ad un valore limite e/o il rapporto ?P/?T massimo ha un trend crescente con tendenza ad un valore limite. ;Una situazione di vaso di espansione scarico pu?, invece, essere segnalata quando la differenza di pressione ?P massima ha raggiunto una soglia limite con trend crescente e/o il rapporto ?P/?T massimo ha raggiunto una soglia limite con trend crescente. ;Secondo un aspetto l?invenzione riguarda anche un sistema di controllo dei parametri di funzionamento di un contenitore di compensazione della variazione di pressione di un impianto di riscaldamento comprendente: ;- un primo ingresso atto a ricevere un segnale di temperatura; ;- un secondo ingresso atto a ricevere un segnale di pressione; ;- una uscita per la connessione con dispositivo di segnalazione e/o allarme; - un sensore di temperatura connesso o connettibile con detto primo ingresso; ;- un sensore di pressione connesso o connettibile con detto secondo ingresso; ;- una unit? di elaborazione in comunicazione con detto primo e detto secondo ingresso per leggere valori di temperatura e pressione rilevate da detti sensori e fornire in uscita un segnale di stato relativo ad una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione in funzione dei valori di temperatura e pressione rilevati. L?unit? di elaborazione ? vantaggiosamente configurata per: ;- leggere i valori di temperatura e pressione in almeno due istanti temporali diversi corrispondenti ad una situazione di impianto spento e impianto in esercizio; ;- calcolare la differenza di pressione (?P) e di temperatura (?T) fra i valori misurati ad impianto in esercizio e ad impianto spento; ;- considerare il rapporto ?P/?T come un parametro indicativo di una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione da inviare in uscita. ;Pi? in generale l?unit? di elaborazione ? configurata per implementare i passi del procedimento secondo l?invenzione. ;;Secondo un altro aspetto l?invenzione riguarda anche una caldaia per impianti di riscaldamento comprendente un ingresso per un fluido termovettore di ritorno dall?impianto, una uscita di mandata del fluido termovettore verso l?impianto, un circuito fluidodinamico fra ingresso e uscita comprendente una pompa di ricircolo, uno scambiatore di calore, sensori di pressione e temperatura del fluido termovettore e un contenitore di compensazione della variazione di pressione, ad esempio previsto sul circuito fluidodinamico tra ingresso e pompa di ricircolo del fluido termovettore prima dello scambiatore di calore, e un sistema di controllo secondo l?invenzione in grado di valutare lo stato del contenitore di compensazione. ;La centralina del sistema di controllo pu? vantaggiosamente essere la medesima centralina che sottende al funzionamento della caldaia cos? da realizzare un sistema molto compatto e consentire un retrofit tramite solo aggiornamento del software/firmware della centralina. ;In una configurazione vantaggiosa la centralina del sistema di controllo ? remota rispetto all?impianto, ad esempio distribuita su un Cloud. ;L?invenzione riguarda anche un impianto di riscaldamento comprendente: - una fonte termica in grado di trasferire energia termica ad un fluido termovettore; ;- pannelli radianti e/o fan coils atti a riscaldare l?ambiente in cui sono collocati; ;- collettori di distribuzione che ricevono il fluido termovettore dalla fonte termica per la distribuzione del fluido termovettore verso li pannelli radianti e/o i fan coils tramite condotti di mandata; ;- collettori di ritorno che provvedono a reinviare alla fonte termica il fluido termovettore in uscita dai pannelli radianti e/o dai fan coils tramite condotti di ritorno; ;- un vaso di espansione per la compensazione delle variazioni volumetriche che il fluido termovettore subisce a seguito delle variazioni di temperatura; ;- un sistema di controllo dei parametri di funzionamento del vaso di espansione secondo l?invenzione. ;;Le ulteriori caratteristiche ed i perfezionamenti sono oggetto delle sottorivendicazioni. ;BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE ;Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione dettagliata seguente, fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l?ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate, in cui: ;La Fig.1 mostra lo schema a blocchi di un impianto di riscaldamento. ;La Fig.2 mostra lo schema a blocchi di una caldaia murale. ;La Fig. 3 mostra lo schema a blocchi di un sistema secondo una forma attuativa dell?invenzione. ;La Fig.4 mostra l?andamento dei segnali cio? della pressione P, della differenza di temperatura ?T, della differenza di pressione ?P massima e ?P/ ?T massima fra i valori misurati ad impianto in esercizio e ad impianto spento in un'installazione tipo con vaso di espansione scarico e/o mal dimensionato. ;La Fig. 5 mostra l?andamento dei segnali in un'installazione tipo con vaso di espansione che inizialmente funziona in modo corretto, che poi si scarica progressivamente fino a condizioni critiche. ;Le Fig. 6-9 mostrano l?andamento dei segnali reali ottenuti in diverse tipologie di installazioni sul campo, nello specifico: ;La Fig. 6 mostra l?andamento dei segnali in un'installazione tipo con vaso di espansione che inizialmente funziona in modo corretto, che poi si scarica progressivamente. ;La Fig.7 mostra l?andamento dei segnali di un impianto in cui ? stata ripristinata la corretta condizione operativa per intervento sul vaso di espansione. ;La Fig. 8 mostra l?andamento dei segnali in una installazione con vaso di espansione nelle corrette condizioni operative. ;La Fig. 9 mostra l?andamento dei segnali in una installazione con vaso di espansione nelle corrette condizioni operative, nonostante i continui riempimenti del circuito caldaia. ;La seguente descrizione di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in diversi disegni identificano gli stessi elementi o elementi simili. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. L'ambito dell'invenzione ? definito dalle rivendicazioni allegate. ;DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE ;Con riferimento alla Fig. 1, un impianto di riscaldamento tipicamente comprende: ;una fonte termica 101 quale una caldaia, ad esempio a condensazione, una pompa di calore, uno scaldaacqua o simili dispositivi in grado di trasferire energia termica ad un fluido termovettore, tipicamente acqua; ;pannelli radianti e/o fan coils 201 atti a riscaldare l?ambiente in cui sono collocati; ;collettori di distribuzione 301 che ricevono il fluido termovettore dalla fonte termica 101 per la distribuzione del fluido termovettore verso li pannelli radianti e/o i fan colis 201 tramite condotti di mandata 401; ;collettori di ritorno 501 che provvedono a reinviare alla fonte termica 101 il fluido termovettore in uscita dai pannelli radianti e/o dai fan coils 201 tramite condotti di ritorno 601. ;Ulteriori componenti possono essere presenti come miscelatori in grado di miscelare il fluido di mandata con quello di ritorno per ottenere una migliore regolazione della temperatura ambiente (non mostrati in figura). ;Per quanto riguarda la fonte termica, questa ? tipicamente una caldaia in cui un bruciatore a gas scambia calore con un fluido termovettore, tipicamente acqua. ;La Fig. 2 mostra un esempio di una caldaia murale dotata di uno scambiatore primario 3, ad esempio a tubo di fiamma, una pompa 19 che provvede a fare circolare il fluido da un ingresso E ad una uscita A della caldaia attraverso lo scambiatore primario 3 e un vaso di espansione 20 a monte della pompa. ;Il vaso di espansione 20 ha la funzione di compensare le variazioni volumetriche che il fluido termovettore subisce a seguito delle variazioni di temperatura a cui lo stesso ? soggetto per le note leggi della termodinamica. In questa forma attuativa il vaso di espansione ? vantaggiosamente all?interno della caldaia, ma pu? essere anche un componente esterno previsto in una qualunque parte dell?impianto. ;Il vaso di espansione ? tipicamente formato da due camere di cui una in comunicazione con l?impianto e un?altra precaricata di azoto o aria ad una pressione convenzionale di 1 bar circa, dotata di una valvolina di caricamento utilizzabile per l?eventuale ripristino della pressione di precarica. ;Con l?aumento della temperatura dell?acqua il suo volume aggiuntivo comprime la membrana e l?acqua entra nel vaso. La membrana si deforma verso il cuscinetto di azoto fornendo spazio utile ad assorbire totalmente o parzialmente l?incremento di volume del sistema. Con la diminuzione della temperatura, il cuscinetto di azoto spinge l?acqua fuori dal vaso reimmettendola nel sistema. ;Pi? in dettaglio, la caldaia mostrata in Fig.2 comprende un ingresso C per il combustibile, ad esempio gas metano o gpl, che, tramite il ventilatore 21, raggiunge la camera di combustione 33. Una candeletta di accensione 4 provvede ad innescare la combustione utilizzando come comburente aria proveniente dal circuito indicato con il riferimento 1 mentre i fumi di scarico sono indirizzati al condotto di uscita 34 tramite tiraggio forzato. ;Utilizzando uno scambiatore 3, ad esempio a tubi di acqua, il calore generato dalla combustione viene trasferito al fluido termovettore. Ci sono vari modi per realizzare questi scambiatori. Il pi? semplice ? quello di utilizzare una serpentina che viene lambita dalla fiamma e/o dai fumi caldi generati dal bruciatore. Un?altra possibilit? ? quella di utilizzare configurazioni del tipo tubo in tubo con i fumi caldi che circolano all?interno di un tubo interno e il fluido da scaldare in un tubo esterno ad esso coassiale. ;Il fluido termovettore entra in caldaia dall?ingresso E, viene pompato all?interno dello scambiatore primario 3 per fuoriuscire dall?uscita A. Sulla tubazione di mandata, prima della pompa 19, ? presente il vaso di espansione 20 per la compensazione della variazione di volume del fluido termovettore al variare della temperatura. ;? opzionalmente presente uno scambiatore secondario 8 per l?alimentazione di un secondo circuito dell?impianto che scambia calore fra il fluido termovettore primario e un fluido termovettore secondario. ;La caldaia presenta un sensore di pressione 17 sulla tubazione in ingresso alla pompa 19 e un sensore di temperatura 5 per la misura della temperatura del fluido termovettore in ingresso allo scambiatore primario 3. Possono essere presenti anche altri sensori di pressione e/o temperatura. Ad esempio, la Fig. 2 mostra un sensore di temperatura 6 per la misura della temperatura del fluido termovettore in uscita dallo scambiatore 3. Tali sensori sono tipicamente connessi con una centralina che sottende al funzionamento dell?impianto. ;La presente invenzione sfrutta le informazioni di pressione e temperatura provenienti da tali sensori per determinare lo stato di funzionamento del vaso di espansione. ;A tal fine un aspetto dell?invenzione riguarda un sistema di controllo dei parametri di funzionamento di un contenitore di compensazione della variazione di pressione di un impianto di riscaldamento. Con riferimento alla Fig.3, tale sistema comprende: ;- un primo ingresso 244 atto a ricevere un segnale di temperatura; ;- un secondo ingresso 344 atto a ricevere un segnale di pressione; ;- una uscita 444 per la connessione con un dispositivo di segnalazione e/o allarme; ;- un sensore di temperatura 222 connesso o connettibile con detto primo ingresso 244; ;- un sensore di pressione 333 connesso o connettibile con detto secondo ingresso 344; ;- una unit? di elaborazione 44 in comunicazione con detto primo e detto secondo ingresso 244, 344 per leggere valori di temperatura e pressione rilevate da detti sensori 222, 333 e fornire in uscita un segnale di stato relativo ad una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione in funzione dei valori di temperatura e pressione rilevati. ;L?unit? di elaborazione, che pu? essere la medesima centralina che sottende al funzionamento dell?impianto, una centralina esterna ad hoc o integrata/integrabile nella caldaia, ad esempio prevista in un kit di retrofit di impianti tradizionali, o una logica remota, ad esempio distribuita su Cloud, sulla base di istruzioni di programma memorizzate internamente alla centralina o in una memoria esterna 144, ? vantaggiosamente configurata per: ;- leggere i valori di temperatura e pressione in almeno due istanti temporali diversi corrispondenti ad una situazione di impianto spento e impianto in esercizio; ;- calcolare la differenza di pressione (?P) e di temperatura (?T) fra i valori misurati ad impianto in esercizio e ad impianto spento; ;- considerare il rapporto ?P/?T come un parametro indicativo di una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione da inviare in uscita. ;L?inventore ha, infatti, potuto verificare come non siano le differenze di pressione e temperatura a fornire i valori ottimali per stabilire il corretto funzionamento del vaso di espansione, ma una combinazione di tali informazioni, in particolare il rapporto ?P/?T (o equivalentemente ?T/ ?P). ;Sulla base di questa caratteristica, sono possibili le seguenti impostazioni del sistema. ;Logica base ;Viene rilevata: ;;? ?Pcaldo?, la pressione dal sensore 17 in condizioni di impianto caldo ?Tcaldo? (es. 50?C misurati dalla sonda 5) ;? ?Pfreddo?, la pressione dal sensore 17 in condizioni di temperatura ambiente ?Tfreddo? (es.30? misurati dalla sonda 5). ;I valori di temperatura di riferimento Tcaldo e Tfreddo sono adattabili in funzione delle temperature di esercizio (legate alla temperatura target impostata) in modo da massimizzare quanto pi? possibile il range di temperature analizzate e tenere in considerazione le specificit? di ciascuna installazione. ;Dall?analisi dei dati di installazioni reali si ? notato come la sola analisi del ?P = Pcaldo - Pfreddo non rappresenti un indicatore affidabile per tutte le condizioni operative. ;Risultati attendibili sono stati ottenuti aggiungendo alla valutazione del ?P l?analisi del rapporto ?P/?T (in cui ?T = Tcaldo - Tfreddo)). ;Sui segnali sopra citati possono essere applicate differenti elaborazioni in termini: ;? assoluti (es. soglie riferite a valori puntuali o massimi). ;? MAX, MIN o AVG all?interno di un periodo di aggregazione dei dati (tipicamente giornaliera). ;? Normalizzazione dei segnali rispetto ai loro valore base (ad es., si ? notato un beneficio dalla normalizzazione del ?P rispetto alla pressione base al fine di compensare i caricamenti/scaricamenti dell?impianto) ;? di pendenza/trend. ;? Tempo di permanenza in una condizione operativa (ad es., tempo o numero campioni rilevati in condizione di pressione prossima al valore limite oppure compresi in un range di interesse sul totale dei campioni analizzati). ;? Statistici (ad es., 90esimo percentile). ;Ogni impianto viene valutato all?interno di TANALYSIS, una finestra temporale di durata prefissata. Periodicamente, le valutazioni di tutti gli impianti vengono ripetute per monitorarne l?evoluzione dello stato. ;Check dimensionamento vaso espansione ;Per intercettare situazioni di non corretto dimensionamento del vaso di espansione pu? essere effettuata al momento dell?installazione una routine specifica (es. logica base) in condizioni controllate. ;In alternativa la routine pu? essere eseguita in automatico dopo un certo tempo dall?installazione, sufficiente ad escludere la presenza di bolle di aria nell?impianto che andrebbero a falsare il risultato. ;L?adeguatezza del dimensionamento del vaso di espansione viene valutata analizzando i segnali ?P e ?P/?T nelle prime ore di funzionamento in riscaldamento, una volta superato un tempo minimo dall?installazione (parametro configurabile). ;Per essere mal dimensionato, entrambi gli indicatori devono essere al di sopra delle rispettive soglie operative (ad es., ?P > 1.5 bar AND ?P/?T > 0.1 bar/?C). ;Se solo una delle due condizioni sopra citate ? soddisfatta, per capire quanto si ? vicini al limite di funzionamento del vaso di espansione, pu? essere effettuata una stima della pressione massima che l?impianto pu? raggiungere ?Pmax? al variare delle condizioni operative (ad es. cambio della temperatura target): ;;? Pfreddo, la pressione base dell?impianto. ;? ?P/?T = (Pcaldo- Pfreddo)/ (Tcaldo- Tfreddo) ;? Tmax - Tfreddo , cio? della massima temperatura che l?impianto pu? raggiungere meno la temperatura base dell?impianto. ;;Tmax ? un valore che di base ? di 60?C (inizializzazione di fabbrica) e viene ricalcolato dalla logica in funzione della Ttarget impostata (es. per impianti a bassa temperatura la Tmax viene ridotta per adattarsi alle condizioni di utilizzo). ;Pi? in dettaglio, Pmax = Pfreddo+ ?P/?T * (Tmax ? Tfreddo).
Se la Pmax ? prossima (es. > 2.5 bar) alla massima pressione limite prevista (3 bar), il vaso viene valutato come mal dimensionato.
In caso di mal dimensionamento pu? essere fornita una segnalazione visiva e/o acustica mostrata dal display della caldaia e/o servizi di connettivit? e/o comunicazioni via email.
A titolo di esempio, la Fig. 4 riporta un caso di vaso di espansione non correttamente dimensionato per l?applicazione, in cui fin dall?inizio si notano elevati valori di ?P (prossimo a 2.0 bar) e ?P/?T (maggiore di 0.15).
Check abbassamento pressione di precarica
All?interno della finestra temporale di valutazione TANALYSIS, la routine valuta i segnali di ?P e ?P/?T nei vari cicli freddo/caldo applicandovi le elaborazioni precedentemente descritte.
La segnalazione di ?riduzione della precarica vaso espansione? viene generata nel caso in cui vengono identificati:
? Segnali con valori assoluti non ancora critici, ma con trend crescenti che tendenzialmente potranno raggiungere valori operativi limite in un periodo di valutazione TPREDICTION (variabile a seconda del prodotto e del tipo di installazione, TPREDICTION) successivo a TANALYSIS.
? Trend e parametri statistici dei segnali, il tempo di lavoro della caldaia in specifiche condizioni operative, in modo da aumentare l?accuratezza del modello di analisi.
In tal caso, ? consigliabile effettuare un controllo del vaso di espansione prima dello scadere del periodo di valutazione TPREDICTION.
A titolo di esempio, di seguito si riportano i segnali di un?installazione valutata come ?riduzione della precarica vaso espansione?. Difatti:
? ?Pmax giornaliero con trend crescente, con tendenza a valore assoluto
limite.
? ?P/?Tmax giornaliero normalizzato alla pressione base, con trend crescente, con tendenza a valore assoluto limite.
La normalizzazione introduce un beneficio nelle analisi per tenere conto di situazioni in cui il circuito viene caricato dall?utente (operazione teoricamente non molto frequente, ma che in condizioni limite come queste pu? essere fatta in modo ricorrente, introducendo una variabilit? dei segnali di pressione che va compensata in modo da dare maggiore attendibilit? al modello di analisi sviluppato).
La segnalazione di ?vaso espansione scarico?, che necessita quindi di manutenzione, viene invece generata nel caso in cui vengono identificati:
? Segnali con valori assoluti gi? critici, con trend costanti o crescenti.
? Trend e parametri statistici dei segnali, il tempo di lavoro della caldaia in specifiche condizioni operative, in modo da aumentare l?accuratezza del modello di analisi.
In tal caso, ? consigliabile effettuare un controllo prima possibile, in modo da ridurre condizioni di disagio per l?utente (l?intervento della valvola di sicurezza causa una riduzione di pressione che pu? portare a riempimenti impianto continui da parte dell?utente fino a possibili blocchi della caldaia a causa di pressioni troppo basse ad impianto freddo).
A titolo di esempio, in Fig. 5 sono riportati i segnali di un'installazione tipo con vaso di espansione che inizialmente funziona in modo corretto, che poi si scarica progressivamente fino a condizioni critiche, nonostante la temperatura di lavoro sia rimasta pressoch? costante nel tempo (?T costante). Nel dettaglio:
? Dal 2021-01-01 al 2021-01-15 la pressione di impianto si ? mantenuta in un range di corretto funzionamento (minore di 2.0 bar), con ?P ridotto (minore di 1.5 bar), per cui l?installazione ? considerata come NON critica.
? Dal 2021-01-15 in poi, a causa della scarica del vaso di espansione, i segnali ed i rispettivi trend sono andati via via crescendo, senza per? essere arrivati a valori critici per il funzionamento dell?apparato. Pertanto, il 2021-02-08 viene generata la segnalazione di ?riduzione della precarica vaso espansione? (evento ?A?).
? Dal 2021-03-01 in poi, la crescita dei segnali e dei rispettivi trend si ? consolidata, attestandosi a valori critici. Pertanto, in questa data viene generata una segnalazione di ?vaso espansione scarico? (evento ?B?).
A seconda dell?entit? del difetto del vaso di espansione, del volume dell?impianto in cui ? installato e delle temperature di esercizio impostate dall?utente, i trend possono avere durate differenti e il periodo di tempo che intercorre tra la segnalazione di ?riduzione della precarica vaso espansione? e quella di ?vaso di espansione scarico? pu? variare da poche settimane fino anche a mesi.
A titolo di esempio, in Fig, 6 si riporta un caso di vaso di espansione che si sta scaricando: in considerazione dei valori assoluti dei segnali e dei loro trend, la segnalazione di ?riduzione della precarica vaso espansione? viene generata in corrispondenza dell?evento ?A?.
A titolo di ulteriore esempio, si riporta in Fig. 7 un caso di vaso di espansione scarico: in occorrenza dell?evento ?A? ? stato fatto un intervento in campo sul vaso di espansione (ricarica pressione aria o sostituzione) che ha poi ripristinato le corrette condizioni operative.
A conferma dell?attendibilit? del concept elaborato, a titolo di esempio si riporta in Fig. 8 un caso di vaso di espansione correttamente dimensionato che NON deriva nel tempo: come si pu? vedere dai grafici sotto riportati, i valori di ?P e ?P/?T sono pressoch? costanti nel tempo ed assumono valori di molto inferiore rispetto ai casi critici precedentemente riportati.
In Fig. 9 ? riportato sempre un caso di vaso di espansione correttamente dimensionato e funzionante. Come ? possibile vedere dall?andamento delle pressioni, queste presentano un andamento a dente di sega nel tempo che ? tipico delle fasi di scarica del circuito di riscaldamento (ad esempio per perdita nell?impianto di riscaldamento) che viene compensata periodicamente (in questo caso ogni 10 giorni circa). Grazie alle logiche sviluppate, che non valutano direttamente il valore di pressione ma degli indicatori pi? attendibili su cui vengono fatte le suddette elaborazioni (ad esempio normalizzazione), il modello di analisi correttamente non genera alcuna segnalazione.
L?invenzione ? stata descritta per applicazioni in impianti di riscaldamento. Tuttavia, i medesimi concetti inventivi possono essere applicati anche in impianti di raffrescamento o di riscaldamento/raffrescamento, ad esempio a pompa di calore, variando corrispondentemente i valori di soglia da utilizzare per ?P, ?T e ?P/?T al fine di valutare lo stato di malfunzionamento del vaso di espansione che ? generalmente presente anche in questa tipologia di impianti.

Claims (17)

RIVENDICAZIONI
1. Procedimento per valutare lo stato di un contenitore di compensazione della variazione di pressione in impianti di riscaldamento dotati di almeno una fonte termica in grado di riscaldare un fluido termovettore e sensori per la misura della pressione e della temperatura di detto fluido termovettore, il procedimento comprendendo:
- misurare i valori di pressione e temperatura del fluido termovettore ad impianto spento;
- misurare i valori di pressione e temperatura del fluido termovettore ad impianto in esercizio;
- calcolare la differenza di pressione (?P) e di temperatura (?T) fra i valori misurati ad impianto in esercizio (Pcaldo,Tcaldo) e ad impianto spento (Pfreddo,Tfreddo);
- considerare il rapporto ?P/?T come un parametro indicativo di una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto ?P/?T ? calcolato per determinati valori di pressione e temperatura di esercizio dell?impianto o per valori di esercizio massimi, lo stato di malfunzionamento del vaso di espansione essendo valutato confrontando detto rapporto con una o pi? soglie.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il rapporto ?P/?T ? calcolato per valori di pressione e temperatura ottenuti in istanti temporali diversi in condizione di esercizio dell?impianto all?interno di un periodo temporale di aggregazione dei dati, la valutazione dello stato di malfunzionamento del vaso di espansione essendo basata sulla elaborazione dei valori ?P/?T in detto intervallo temporale.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui l?elaborazione dei valori ?P/?T comprende una operazione selezionata dal gruppo che consiste in: calcolare il massimo, calcolare il minimo, calcolare la media, calcolare il trend o la pendenza della curva interpolante, calcolare il tempo di permanenza in una condizione operativa di pressione o temperatura, normalizzare i valori rispetto al loro valore base, effettuare elaborazioni statistiche, quali, ad esempio, il calcolo del 90? percentile.
5. Procedimento secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui ? previsto il passo di confrontare con soglie i valori ?P/?T e ?P dopo un tempo prefissato dopo l?installazione dell?impianto per determinare se il vaso di espansione ? stato correttamente dimensionato.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui il vaso di espansione ? valutato come non correttamente dimensionato se sia ?P/?T che ?P sono superiori ad una soglia prefissata.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui se ?P/?T ? superiore ad una soglia e ?P ? inferiore ad una soglia oppure ?P/?T ? inferiore ad una soglia e ?P ? superiore ad una soglia, il procedimento comprende il passo di stimare la pressione massima (Pmax) che l?impianto pu? raggiungere al variare delle condizioni operative dalla formula
Pmax = Pfreddo+ ?P/?T * (Tmax ? Tfreddo)
Dove <P>freddo e <T>freddo sono, rispettivamente, la pressione e la temperatura ad impianto spento e <T>max ? la massima temperatura raggiungibile ad impianto in esercizio.
8. Procedimento secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui ? previsto il passo di misurare la temperatura e la pressione in istanti temporali diversi all?interno di un periodo di predizione, suddividere detto periodo di predizione in periodi di osservazione consecutivi, calcolare il massimo del rapporto ?P/?T e della differenza di pressione ?P all?interno dei periodi di osservazione e valutare il trend di detti valori massimi all?interno del periodo di predizione cos? da determinare lo stato di malfunzionamento del vaso di espansione dovuto ad un abbassamento della pressione di precarica del vaso di espansione sulla base di detto trend.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, i cui una riduzione della precarica del vaso di espansione viene segnalata quando la differenza di pressione ?P massima ha un trend crescente con tendenza ad un valore limite e/o il rapporto ?P/?T massimo ha un trend crescente con tendenza ad un valore limite.
10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui una situazione di vaso di espansione scarico viene segnalata quando la differenza di pressione ?P massima ha raggiunto una soglia limite con trend crescente o costante e/o il rapporto ?P/?T massimo ha raggiunto una soglia limite con trend crescente o costante.
11. Sistema di controllo dei parametri di funzionamento di un contenitore di compensazione della variazione di pressione (20) di un impianto di riscaldamento comprendente:
- un primo ingresso (244) atto a ricevere un segnale di temperatura; - un secondo ingresso (344) atto a ricevere un segnale di pressione; - una uscita (444) per la connessione con dispositivo di segnalazione e/o allarme;
- un sensore di temperatura (222) connesso o connettibile con detto primo ingresso (244);
- un sensore di pressione (333) connesso o connettibile con detto secondo ingresso (344);
- una unit? di elaborazione (44) in comunicazione con detto primo (244) e detto secondo (344) ingresso per leggere valori di temperatura e pressione rilevate da detti sensori (222, 333) e fornire in uscita un segnale di stato relativo ad una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione (20) in funzione dei valori di temperatura e pressione rilevati, caratterizzato dal fatto che detta unit? di elaborazione (44) ? configurata per:
- leggere i valori di temperatura e pressione in almeno due istanti temporali diversi corrispondenti ad una situazione di impianto spento e impianto in esercizio;
- calcolare la differenza di pressione (?P) e di temperatura (?T) fra i valori misurati ad impianto in esercizio e ad impianto spento; - considerare il rapporto ?P/?T come un parametro indicativo di una condizione di guasto o di funzionamento non ottimale del contenitore di compensazione da inviare in uscita.
12. Sistema secondo la rivendicazione 11, in cui l?unit? di elaborazione (44) ? configurata per implementare i passi del procedimento secondo le rivendicazioni 1 a 10.
13. Sistema secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui l?unit? di elaborazione (44) ? remota rispetto all?impianto.
14. Sistema secondo la rivendicazione 13, in cui l?unit? di elaborazione (44) ? distribuita su un Cloud.
15. Caldaia per impianti di riscaldamento comprendente un ingresso (E) per un fluido termovettore di ritorno dall?impianto, una uscita di mandata (A) del fluido termovettore verso l?impianto, un circuito fluidodinamico fra ingresso e uscita comprendente una pompa di ricircolo (19) e uno scambiatore di calore (3), sensori di pressione (17) e temperatura (5, 6) del fluido termovettore e un contenitore (20) di compensazione della variazione di pressione, caratterizzata dal fatto di essere prevista in combinazione con un sistema di controllo secondo una o pi? delle rivendicazioni 11 a 14.
16. Caldaia secondo la rivendicazione 15, in cui il contenitore (20) di compensazione della variazione di pressione ? previsto sul circuito fluidodinamico tra ingresso (E) e pompa (19) di ricircolo del fluido termovettore prima dello scambiatore di calore (3).
17. Impianto di riscaldamento comprendente:
- una fonte termica (101) in grado di trasferire energia termica ad un fluido termovettore;
- pannelli radianti e/o fan coils (201) atti a riscaldare l?ambiente in cui sono collocati;
- collettori di distribuzione (301) che ricevono il fluido termovettore dalla fonte termica (101) per la distribuzione del fluido termovettore verso li pannelli radianti e/o i fan coils (201) tramite condotti di mandata (401);
- collettori di ritorno (501) che provvedono a reinviare alla fonte termica (101) il fluido termovettore in uscita dai pannelli radianti e/o dai fan coils (201) tramite condotti di ritorno (601);
- un vaso di espansione (20) per la compensazione delle variazioni volumetriche che il fluido termovettore subisce a seguito delle variazioni di temperatura;
- un sistema di controllo dei parametri di funzionamento del vaso di espansione (20) secondo una o pi? delle rivendicazioni 11 a 14.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10335310B3 (de) * 2003-08-01 2004-11-04 Honeywell B.V. Temperaturregelsystem
DE102009031835A1 (de) * 2009-07-03 2011-01-05 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Verfahren zur Erkennung eines defekten Membranausdehnungsgefäßes in einem Heizkreis mit einem Brenner
WO2019213574A1 (en) * 2018-05-04 2019-11-07 Hydronics Llc Device and methodology for early detection of fluid loss and notification and system shutdown for a closed loop fluid heat transfer system

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