ITAN20080052A1 - Metodo per la minimizzazione dei consumi energetici di uno scaldaacqua ad accumulo tramite logica di apprendimento adattativa - Google Patents

Description

“METODO PER LA MINIMIZZAZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI DI UNO SCALDACQUA AD ACCUMULO TRAMITE LOGICA DI APPRENDIMENTO ADATTATIVAâ€

RIAS SUNTO

Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) ad accumulo comprendente una prima fase di apprendimento durante un primo ciclo di prelievi ed una seconda fase di gestione di detto scaldaacqua (1) in cicli successivi che si ripetono sostanzialmente invariati rispetto al primo ciclo.

Durante detta prima fase si acquisiscono informazioni sulla velocità di riscaldamento dell’acqua (IWh) e, per ciascun prelievo (PO, sui corrispondenti orari di inizio prelievo (tjk,) e decrementi di temperatura (ΔΤ0 causati.

Durante detta seconda fase, utilizzando i dati appresi nella prima fase, per ciascun prelievo (PO si inizia il riscaldamento dell’acqua con un tempo di anticipo (Atanticipo) rispetto all’istante di inizio prelievo (tiQ sufficiente a portare la temperatura (Tm) al valore di temperatura di prelievo (Tset.O necessario ad assicurare detto prelievo (PQ.

Il deto valore di temperatura di prelievo (Tset.k) Ã ̈ fornito dalla formula Tset.k= ATk Treq.max+ 5 dove il termine Treq.maxha un valore predeterminato che dipende dal tipo di scaldaacqua (1).

DE S CRI ZI ONE DELL ’ INVE NZI O NE

La presente invenzione si riferisce ad un nuovo metodo di gestione della temperatura di mantenimento dell’acqua in un generico scaldaacqua ad accumulo governabile tramite un controllo eletronico.

Uno scaldaacqua istantaneo può erogare una portata d’acqua calda stretamente proporzionale alla potenza termica installata. In genere vi à ̈ difficoltà ad installare alte potenze e ciò pone un limite alla portata erogabile.

Vantaggio degli scaldacqua ad accumulo à ̈ quello di poter erogare portate d’acqua molto alte pur limitando la potenza termica installata. La quantità d’acqua erogabile alla temperatura di utilizzo Tudurante un singolo spillamento può essere maggiore del volume del serbatoio di accumulo perché questo viene appositamente mantenuto ad una temperatura di accumulo T.acc maggiore di deta temperatura di utilizzo Tue l’acqua prelevata viene poi utilizzata miscelandola con acqua fredda.

Poiché i serbatoi di accumulo sono costosi ed ingombranti à ̈ normale disporre un volume il più possibile contenuto mantenendo però alta la temperatura di accumulo T.acc (in genere 75 °C) mentre la effetiva temperatura di utilizzo Tu, normalmente compresa tra i 35 ° ed i 40 °C, à ̈ otenuta nei punti di utilizzo tramite miscelazione con acqua fredda; l’acqua à ̈ però spesso distribuita a temperature superiori a-,quella di utilizzo Tuper compensare il raffreddamento lungo le tubazioni di distribuzione.

In genere, il volume dell’ accumulo scelto à ̈ sufficiente a soddisfare il più grande dei prelievi prevedibili per quella particolare Utenza mantenendo la temperatura di accumulo T.acc al valore massimo possibile mentre la potenza termica installata deve essere tale da ripristinare una riserva d’acqua sufficiente per il successivo prelievo.

In conclusione, a varie categorie di utenza corrispondono altrettanti modelli di scaldaacqua ad accumulo.

Per assicurare il servizio più oneroso, cioà ̈ il maggiore dei prelievi previsti, à ̈ evidente che lo scaldaacqua à ̈ mantenuto per la maggior parte del tempo ad una temperatura di accumulo T.acc che à ̈ inutilmente alta per la maggior parte dei restanti prelievi.

Di conseguenza, come noto, negli scaldacqua ad accumulo la principale causa di inefficienza à ̈ dovuta alle dispersioni termiche che possono essere anche molto rilevanti e spesso inutili durante tutta la giornata, anche lontano dai momenti di prelievo.

Sono stati sviluppati, pertanto, dei metodi più o meno accurati e semplici da gestire per l’utente, al fine di contenere le dispersioni termiche mantenendo la temperatura dello scaldaacqua ai valori minimi compatibili con il soddisfacimento del servizio.

Il requisito minimo affinché il servizio sia sempre soddisfatto, à ̈ che lo scaldaacqua sia comunque mantenuto ad una temperatura minima non inferiore alla temperatura di utilizzo Tucosì da poter comunque soddisfare dei prelievi imprevisti di minor entità e che il volume dell’accumulo sia sufficientemente grande da garantire il più grande dei prelievi previsti per quella utenza mantenendo la temperatura al valore massimo consentito.

In genere i prelievi hanno un andamento molto non uniforme durante la giornata, sia per tempi che per intensità dei consumi, tendendo a concentrarsi in particolari orari. Di qui in poi detto andamento dei prelievi, consistente in orari ed entità degli spillamenti, sarà detto profilo dei prelievi.

Se à ̈ vero che il profilo dei prelievi à ̈ molto disuniforme durante la giornata, esso però à ̈ altamente ripetitivo durante determinati cicli di tempo che si ripetono uguali tra loro: in particolare per l’intervallo di una settimana. Le abitudini dell’utenza, infatti, sono poco mutevoli così che à ̈ riconoscibile un profilo dei prelievi caratteristico del Lunedì, Martedì e così via con, in particolare, marcate differenze tra giorni lavorativi e festivi così come, ovviamente, per i giorni festivi infrasettimanali e per i periodi di vacanza.

Questa ciclicità del profilo dei prelievi permette, pertanto, di prevederli con ragionevole certezza ed à ̈ possibile, allora, porre in atto dei metodi di controllo della temperatura dello scaldaacqua così che essa sia variabile durante l’arco della giornata.

Ciascuno di detti intervalli di tempo ripetitivi à ̈ detto di qui in poi ciclo dei prelievi.

Per contenere le dispersioni, il semplice metodo in uso da sempre à ̈ quello di attivare e disattivare tramite un orologio l’elemento riscaldante in modo che le temperature desiderate siano garantite solo nell’arco di tempo in cui sono previsti prelievi.

Un altro metodo semplice, meno efficiente dal punto di vista energetico per l’utente ma per il medesimo economicamente più vantaggioso, à ̈ quello di attivare l’elemento riscaldante solo durante le eventuali fasce orarie a tariffa agevolata; l’acqua può risultare inutilmente troppo calda con un certo anticipo rispetto alle necessità, ma comunque à ̈ stata ottenuta a costi relativamente bassi.

Si tratta di metodi in cui semplicemente la temperatura di regolazione del termostato Tsetà ̈ impostata ad un valore fisso; ciononostante la temperatura deH’accumulo T.acc si riduce perché l’elemento riscaldante à ̈ forzatamente disattivato.

Più efficaci per il contenimento dei consumi sono quei metodi che consentono alla temperatura di accumulo T.acc di variare nel tempo in modo programmato.

Affinché ciò sia possibile à ̈ necessario conoscere il profilo dei prelievi. Il documento EP 0 866 282 prevede un dispositivo in cui à ̈ possibile programmare la desiderata sequenza dei prelievi, cioà ̈ il profilo dei prelievi. L’entità degli n prelievi previsti nella sequenza temporale t.l, t.2, ... t.k, ... t.n à ̈ registrata impostando per ogni tempo t.k la temperatura Tset.kche si ritiene possa soddisfare il prelievo k-esimo Pk. Un limite del metodo consiste nella difficoltà di una corretta programmazione, poiché l’utente può non essere conscio degli effettivi orari di prelievo dell’acqua calda tantomeno degli effettivi valori Tset.kda impostare per ottenere la desiderata quantità d’acqua calda a temperatura di utilizzo Tu. Il metodo di programmazione, pertanto, comporta una serie di aggiustaggi per prove ed errori con l’alta probabilità che l’utente smetta di correggere il programma quando verifica che il servizio à ̈ soddisfatto senza però sapere se avrebbe potuto ottenere ciò con maggiore efficienza. Un’altra difficoltà risiede nel fatto che l’ora effettiva di raggiungimento della temperatura desiderata dipende dal tempo di riscaldamento, difficile da valutare e comunque variabile nel tempo per lo stesso scaldaacqua per varie ragioni quali depositi di natura calcarea, variazioni stagionali della temperatura del locale in cui lo scaldaacqua à ̈ alloggiato o dell’acqua in ingresso nel serbatoio di accumulo, riduzione nel tempo della potenza termica effettiva dell’elemento riscaldante. Il documento anteriore GB 2 146 797, invece, acquisisce informazioni sugli orari ed entità dei prelievi tramite sensori di flusso e porta, per ogni prelievo, la temperatura dell’accumulo T.acc ad un valore che à ̈ intermedio tra il minimo ed il massimo consentiti e proporzionale al volume di prelievo previsto. Il metodo ha Γ inconveniente di richiedere la presenza di sensori di flusso per rilevare i prelievi; in più non ha possibilità di correggersi, nel senso che apprende la variabilità dei prelievi ma, assegnando ad ogni entità di prelievo una temperatura immodificabile perché generata da una formula preimpostata, non ha la possibilità di correggerla se questa risultasse troppo alta o troppo bassa.

Secondo il documento EP 0 356 609, invece, si imposta in un elaboratore elettronico la sequenza dei tempi dei prelievi e delle corrispondenti temperature dell’accumulo T.acc desiderate; l’elaboratore stabilisce conseguentemente i valori che la temperatura di regolazione del termostato deve assumere in ogni intervallo di tempo. Successivamente tali temperature di regolazione sono modificate innalzandole per gli intervalli in cui le temperature dell’accumulo T.acc desiderate non sono state raggiunte ed abbassandole nel caso contrario. Un limite del metodo, come nel primo documento citato, à ̈ la necessità di dover preimpostare gli orari dei prelievi previsti; un altro limite, come nel secondo documento citato, à ̈ che ci si preoccupa di mantenere la temperatura di accumulo T.acc desiderata e preimpostata che, però, non à ̈ detto sia la migliore per assicurare il servizio nel modo più efficiente.

Uno scopo della presente invenzione, in uno scaldaacqua, à ̈ quello di mantenerne una temperatura di accumulo T.acc tale da soddisfare tutti i prelievi prevedibili dal comportamento abitudinario dell’utenza pur riducendo al massimo le dispersioni termiche.

Un secondo scopo della presente invenzione à ̈ quello di apprendere e memorizzare automaticamente, almeno per cicli dei prelievi settimanali, il profilo dei prelievi consistente in orari ed entità dei medesimi senza necessità di impostazioni manuali o rilevatori di flusso.

Un terzo scopo della presente invenzione à ̈ quello di rilevare modifiche di comportamento dell’utenza modificando di conseguenza il profilo dei prelievi appreso e memorizzato.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di consentire ad ogni prelievo, una quantità d’acqua un poco superiore a quella di cui si à ̈ riscontrato il consumo nel ciclo precedente.

Questi ed altri scopi si raggiungono con il metodo così come illustrato nella seguente descrizione e nelle rivendicazioni annesse, che costituiscono parte integrante della descrizione medesima.

La fig. 1 mostra schematicamente ed in sezione il serbatoio di uno scaldaacqua.

La fig. 2 mostra schematicamente il dispositivo logico che gestisce lo scaldaacqua secondo i metodi nell’invenzione.

Con riferimento alla fig. 1 à ̈ mostrato, di uno scaldaacqua ad accumulo 1 , di qui in poi semplicemente indicato come scaldaacqua 1, il serbatoio 2 provvisto di un ingresso acqua fredda 2.1, di una uscita acqua calda 2.2. Al riscaldamento dell’acqua à ̈ preposto un elemento scaldante 3 che in figura à ̈ rappresentato schematicamente come una resistenza elettrica ma che potrebbe consistere di un qualsiasi altro mezzo equivalente quale un gruppo di combustione a gas o uno scambiatore di calore o altro ancora.

L’erogazione di calore da parte dell’elemento scaldante 3, indifferentemente secondo modalità ON-OFF o modulanti, à ̈ sottoposta al consenso da parte del regolatore 4.

Con rif. alla fig. 2, detto regolatore 4 dispone di mezzi IN atti a introdurre in esso primi dati dall’esterno, ad esempio in fase di produzione tramite l’ingresso IN.l e/o all’atto della installazione tramite l’ingresso IN.2 e/o successivamente a cura dell’utente tramite l’ingresso IN.3.

Il regolatore 4 riceve inoltre, tramite l’ingresso IN.4, secondi dati da uno o più sensori S; SI, S2 che rilevano una o più corrispondenti temperature T, Tl, T2 dell’acqua nelle loro immediate vicinanze all’interno del serbatoio 2.

Se à ̈ previsto un solo sensore S; SI, questo à ̈ collocato dove normalmente à ̈ piazzato il sensore del termostato di uno scaldaacqua 1 secondo arte nota e cioà ̈ sostanzialmente ad 1/3 dal fondo.

Se à ̈ previsto un ulteriore sensore S2, il già detto sensore SI à ̈ collocato più in basso, a 100 ÷ 200 mm dal fondo e comunque in prossimità dell’ ingresso acqua fredda 2.1.

Se sono previsti ulteriori sensori, tutti sono distribuiti in modo da poter rilevare con una certa fedeltà l’andamento delle temperature lungo l’asse verticale; si à ̈ trovato, comunque, che due soli sensori SI ed S2 sono sufficienti per una buona applicazione del metodo secondo l’invenzione.

A titolo di esempio, in uno scaldaacqua 1 da 80 litri, con elemento scaldante 3 da 1200 W, verticale e del diametro di circa 400-450 mm, di qui in poi detto scaldaacqua 1 standard, sono previsti due sensori S: il sensore SI collocato a circa 190 mm dal fondo ed il sensore S2 a circa 260 mm dal fondo medesimo.

Tornando al regolatore 4, esso dispone, inoltre, di una memoria MEM atta a conservare:

- detti primi dati ricevuti dall’esterno;

- detti secondi dati ricevuti da detti uno o più sensori S, SI, S2;

nonché ulteriori parametri che il regolatore 4 elabora da detti primi e secondi dati.

Il regolatore 4 dispone, di conseguenza, di una unità di elaborazione UE atta a processare detti primi e secondi dati per ottenere detti parametri e di un orologio CLOCK per associare almeno alcuni di detti parametri a corrispondenti orari.

Infine il regolatore 4 dispone di primi mezzi U1 per inviare in uscita segnali per il controllo ON-OFF o modulante dell’ elemento scaldante 3 oltre che di eventuali secondi mezzi di uscita U2 per segnalare lo stato del sistema all’utente e/o all’operatore.

I mezzi di uscita U2, ad esempio, potrebbero consistere in un display in grado di mostrare la temperatura dell’accumulo, il profilo dei prelievi e così via.

I dati che detto regolatore 4 Ã ̈ in grado di acquisire gli consentono di elaborare ulteriori dati rappresentativi

- delle caratteristiche dello scaldaacqua 1 (vale a dire sulla velocità di riscaldamento dell’acqua)

e delle caratteristiche dell’utenza (vale a dire sulla entità ed orari dei prelievi) Questo avviene durante un predeterminato primo ciclo dei prelievi (una settimana, in particolare), detto ciclo di apprendimento.

Ad apprendimento avvenuto, detto regolatore 4 à ̈ in grado di pilotare l’elemento scaldante 3 in modo che, nei cicli dei prelievi successivi al primo, durante i quali il comportamento dell’utenza à ̈ supposto sostanzialmente uguale a quello dei cicli dei prelievi precedenti, la temperatura dell’accumulo à ̈ mantenuta, per quanto fisicamente possibile, al valore minimo necessario a soddisfare i singoli prelievi.

In più, il regolatore 4 à ̈ in grado di rilevare, con lo scorrere dei successivi cicli dei prelievi, eventuali modifiche significative del comportamento dell’utenza che possono richiedere una corrispondente modifica del profilo dei prelievi rilevato e memorizzato o della velocità di riscaldamento dell’acqua che può richiedere una corrispondente modifica degli istanti di inizio riscaldamento dell’acqua.

Venendo ora in dettaglio al metodo che, secondo l’invenzione, il regolatore 4 può porre in atto per ottenere quanto sopra esposto, lo scaldaacqua 1 , alla prima messa in marcia, inizia a funzionare mantenendo la temperatura del serbatoio 2 a valori preimpostati nella memoria MEM del regolatore 4 dopodiché à ̈ in grado di apprendere il profilo dei prelievi (cioà ̈ tempi ed entità dei singoli prelievi) semplicemente elaborando dati provenienti dagli uno o più sensori S; SI, S2 durante il funzionamento reale in utenza.

Secondo l’invenzione, elaborando i medesimi dati provenienti da detti uno o più sensori S; SI, S2, il regolatore 4 à ̈ in grado di calcolare l’inerzia termica dello scaldaacqua 1 o, meglio, la velocità di riscaldamento dell’acqua caratteristica del sistema termico consistente sostanzialmente nel serbatoio 2 e nell’elemento scaldante 3.

Si può infatti osservare come, dal semplice monitoraggio delle una o più temperature T, T.l, T.2 operata tramite i sensori S, SI, S2, le caratteristiche ed il comportaménto dello scaldaacqua 1 e dell’utenza siano sufficientemente individuabili. Ad es. se la temperatura dell’acqua scende molto lentamente ciò va attribuito al semplice raffreddamento per dispersioni termiche mentre se la discesa à ̈ molto veloce ciò indica che vi à ̈ un prelievo in corso la cui durata à ̈ deducibile dal momento di inizio e fine della discesa veloce, mentre dall’entità dell’abbassamento di temperatura à ̈ deducibile la quantità di acqua calda prelevata. Una temperatura finale dell’acqua al termine del prelievo superiore alla temperatura di utilizzo Tuindica che il prelievo richiesto à ̈ stato soddisfatto; al contrario, se la temperatura finale risulta inferiore, ciò significa che l’utente ha ricevuto acqua troppo fredda, cioà ̈ che il servizio richiesto non à ̈ stato reso per intero. Analogamente, in fase di riscaldamento, con l’elemento riscaldante 3 attivato, dalla velocità di aumento della temperatura à ̈ deducibile il tempo necessario per passare da una prima temperatura qualsiasi ad una seconda temperatura obiettivo senza necessità di conoscere capacità termica del serbatoio 2, qualità dell’isolamento e potenza termica dell’elemento scaldante 3.

Lo scaldaacqua 1, quindi, completato l’apprendimento delle sue caratteristiche interne e delle caratteristiche dell’utenza, à ̈ in grado di mantenere la temperatura del serbatoio 2 a valori che sono variabili nel tempo ed i più bassi possibili ma sempre sufficienti a garantire i singoli prelievi mentre le informazioni su detta temperatura fomite dall’esterno tramite detti primi dati servono solo per far operare lo scaldaacqua 1 medesimo durante il primo ciclo dei prelievi così che il servizio all’utente sia certamente assicurato sin dalla prima messa in servizio.

Si passa ora a descrivere in dettaglio il metodo secondo l’invenzione; esso prevede più fasi di apprendimento e di conduzione secondo i parametri appresi.

E’ opportuno definire subito alcuni parametri che vengono utilizzati dal metodo.

E’ indicata genericamente con Tme detta temperatura dell’acqua la temperatura risultante dalla media tra le una o più temperature T, Tl, T2 rilevate dagli uno o più sensori S, SI, S2; tal media non à ̈ necessariamente una media aritmetica ma può essere una media pesata per dare più rilievo ad una o ad un’altra delle dette una o più temperature T, Tl, T2.

E’ indicata con Tset.k la temperatura del prelievo Pk, ed à ̈ la temperatura da assicurare all’inizio del k-esimo prelievo Pk.

Dette temperature di prelievo Tset.k hanno un valore iniziale predefinito Tsetmaggiore o uguale al valore necessario per soddisfare il maggiore dei prelievi prevedibili; successivamente assumono valori calcolati dal regolatore 4 per ciascuno dei k prelievi previsti.

E’ indicata con Tset.maxla massima temperatura di settaggio (in genere 75 °C) che, per ragioni di sicurezza, garantisce che l’acqua non superi valori pericolosi.

E’ indicata con Treq.maxla massima temperatura richiesta per soddisfare il maggiore dei prelievi da assicurare per ciascun modello di scaldaacqua 1. Più precisamente, à ̈ evidente che la ragione per cui vengono costruiti modelli di scaldaacqua 1 diversi per capacità del serbatoio di accumulo 2 e per potenza dell’elemento scaldante 3, à ̈ quella di soddisfare diverse categorie di utenza più o meno rilevanti; di esse à ̈ sostanzialmente noto il maggiore tra i vari prelievi richiesti e, di conseguenza detta massima temperatura Treq.max allo scopo richiesta. In conclusione, la massima temperatura richiesta Treq.max à ̈ un valore noto e predefinito associato a ciascun modello di scaldaacqua 1 ed alla corrispondente categoria di utenza cui detto modello di scaldaacqua 1 à ̈ destinato.

A titolo di esempio, per uno scaldaacqua 1 standard, un valore preferito per la massima temperatura richiesta Treq.max à ̈ 52 °C.

Detta massima temperatura richiesta Treq.maxà ̈ ovviamente inferiore alla massima temperatura di settaggio Tset.max affinché lo scaldaacqua 1 sia in grado di assicurare anche prelievi superiori a quelli normalmente previsti.

E’ indicata con Tstand-by la temperatura di mantenimento da assicurare in orari lontani dai prelievi, preferibilmente ma non necessariamente sufficiente a consentire che la temperatura Tmdell’acqua possa assicurare piccoli prelievi imprevisti; anche questo à ̈ un parametro con cui l’effettiva temperatura dell’acqua Tmviene confrontata. La temperatura di mantenimento Tstand-byha un valore predefinito preferibilmente pari alla temperatura di utilizzo Tue quindi compreso tra i 35 ed i 45 °C; essa non à ̈ soggetta ad elaborazioni nel tempo salvo permettere una sua correzione manuale se il valore preimpostato non soddisfacesse l’utenza o fosse considerato eccessivo.

E’ indicata con Ttarget la temperatura obiettivo. La temperatura obiettivo

Ttarget à ̈ preimpostata pari a Tset . Successivamente à ̈ posta dal regolatore 4 pari alla temperatura di mantenimento Tstand-by lontano dagli orari di prelievo ma deve raggiungere il valore della temperatura di prelievo Tset..k con un intervallo di tempo di anticipo riscaldamento Atantprima del previsto momento di inizio prelievo tjke mantenuta per un intervallo di tempo di ritardo Atrjtard0successivo al tempo di inizio prelievo tikmedesimo.

Con ATjsteresià ̈ definita Visteresi associata a detta temperatura obiettivo Ttarget- In analogia con un tradizionale termostato, il regolatore 4 attiva, infatti, l’elemento scaldante 3 quando la temperatura dell’acqua Tmà ̈ scesa al di sotto del valore Ttarget- ΔΤ isteresi(cioà ̈ se Tm— Ttarget- ΔΤ istcrcs 0 ε lo disattiva quando la temperatura dell’acqua Tmà ̈ superiore a Ttarget (cioà ̈ se Tm> Ttarget)· Il valore dell’isteresi ATjsteresià ̈ predefinito; esso può essere molto basso, come in tutti i regolatori di temperatura elettronici (ad esempio 0,5 °C) se l’elemento scaldante 3 à ̈ un gruppo di resistenze elettriche pilotate dal regolatore 4 tramite un TRIAC. Nel caso, invece, in cui il regolatore 4 piloti l’elemento scaldante 3 tramite dei relais, l’isteresi ATjsteresiha un valore sensibilmente più alto per evitare eccessiva frequenza di commutazioni ON-OFF dei relais medesimi. Preferibilmente, in questo secondo caso, il valore dell’isteresi ATiSteresià ̈ posto pari a 5 °C quando la temperatura obiettivo Ttarget à ̈ posta pari alla temperatura di mantenimento Tstand-

bycosi da assicurare, con buona accuratezza, che la temperatura dell’acqua Tmabbia effettivamente un valore utile per l’utenza; quando, invece, la temperatura obiettivo Ttarget à ̈ posta pari alla temperatura di prelievo Tsetil valore dell<1>isteresi ATisteresi può essere più alto (ad es. 8 °C).

E’ indicata con IWhl’inerzia dello scaldaacqua 1 ed indica la velocità di aumento della temperatura Tmquando l’elemento scaldante 3 à ̈ attivo.

Definiti i principali parametri utilizzati dal metodo secondo l’invenzione si passa ora a descrivere le previste fasi di apprendimento finalizzate alla individuazione dei parametri caratteristici dello scaldaacqua 1 e dell’utenza.

Viene ora descritta la fase della misura dell’inerzia Iwhdello scaldaacqua 1 che ha lo scopo di determinare la velocità di riscaldamento dell’acqua ed à ̈ utilizzata per decidere con quanto anticipo rispetto all’inizio di un prelievo Pkdeve essere attivato l’elemento scaldante 3 affinché la temperatura dell’acqua Tmraggiunga la desiderata temperatura di prelievo Tset.k·

Per porre in ato questa fase, durante un periodo il cui l’elemento riscaldante 3 à ̈ ativato:

si registra il valore Tmiche ha la temperatura dell’acqua Tmin un predeterminato istante; questo preferibilmente coincide con l’istante di prima messa in marcia dello scaldaacqua 1;

- si registra il valore Tm2 che la temperatura dell’acqua Tmha raggiunto dopo un intervallo di misura predeterminato ΔΠ̄; questo potrebbe coincidere con l’istante in cui la temperatura dell’acqua Tmha raggiunto il valore della temperatura di prelievo Tset;

- si calcola il valore dell’inerzia IWhdello scaldaacqua 1 con la formula

Iwh= (Tm2-Tm i)/ΔΠ(formula 1 ) Se, durante questa fase, si registra un abbassamento della temperatura dell’acqua Tm(indice o di una disativazione, per qualsiasi motivo, dell’elemento scaldante 3 o di un avvenuto prelievo), il valore calcolato dell’ inerzia IWhdello scaldaacqua 1 non può essere considerato valido e la fase va ripetuta.

Poiché diversi fatori di degrado dello scaldaacqua 1 e fatori ambientali (ad es. variazioni stagionali della temperatura del locale in cui à ̈ disposto lo scaldaacqua 1) possono avere influenze significative sul valore dell’inerzia IWhdello scaldaacqua 1 , questa viene preferibilmente ricalcolata periodicamente, ad es. ad ogni nuova accensione dello scaldaacqua 1 dopo un periodo di disativazione (quale quello delle vacanze) e/o ogni volta che il regolatore 4 decide che la temperatura obietivo Ttargetdeve passare dalla temperatura di mantenimento Tstand-byalla temperatura di prelievo Tset.

Viene ora descrita la fase di registrazione del profilo dei prelievi.

La registrazione del profilo dei prelievi avviene durante tuto deto ciclo di apprendimento considerato sostanzialmente uguale e rappresentativo dei cicli dei prelievi che lo seguono. Detta registrazione, poi, può essere ripetuta durante i cicli successivi in modo da poter tener conto di eventuali modifiche del comportamento dell’utenza.

La registrazione può iniziare a partire da qualsiasi momento t del ciclo e durante essa vengono registrati i tempi t,kdi inizio di ciascun prelievo Pkdegli n prelievi totali che risulteranno compresi nel ciclo (dove k sta per i successivi valori da 1 ad n) nonché i valori Tmjke Tmfkche ha la temperatura dell’acqua Tmrispettivamente ad inizio e fine prelievo.

Detti tempi t, tkpossono comunque essere tutti misurati dall’istante assunto come inizio ciclo (ad es. dalle ore 0 del Lunedì se il ciclo ha durata settimanale).

Detta fase à ̈ suddivisa in una sequenza alternata di n prime sottofasi alla fine delle quali à ̈ rilevato il tempo tikdi inizio del prelievo Pke la corrispondente temperatura di inizio prelievo Tmjkseguite da altrettante seconde sottofasi alla fine delle quali à ̈ rilevato il tempo tfkdi fine del prelievo Pk, la corrispondente temperatura di fine prelievo Tmfknonché à ̈ valutata l’entità del prelievo medesimo.

Ovviamente, durante il ciclo di apprendimento detta temperatura di inizio prelievo Tmikcoincide con il valore iniziale predefinito Tseta cui à ̈ preimpostata la temperatura obiettivo Ttarget; questo à ̈ vero a meno dell’isteresi.

Passando a descrivere in dettaglio dette prime sottofasi, durante ciascuna di esse, ad intervalli di tempo di campionamento 5tc, viene monitorata la temperatura T segnalata dal sensore S suscettibile, rispetto a tutti gli uno o più sensori S, SI, S2, di essere maggiormente influenzato da variazioni di temperatura dovute all’ingresso di acqua fredda; si tratta, in genere, del sensore S disposto più in basso (il sensore SI di figura 1) che à ̈ il più vicino all’ingresso acqua fredda 2.1.

Si considera che à ̈ iniziato un prelievo Pkquando, ad un istante tc, al termine di un intervallo di campionamento 5tc, si constata che la temperatura T(tc) letta in detto istante tcsi à ̈ ridotta rispetto al valore T(tc- 5tc) letto al precedente istante tc- 5tcdi una quantità maggiore o uguale ad un predeterminato valore 5TP.

In formule, il prelievo si considera iniziato se

T(tc- Î ́Î Ï‚) - T(tc)≥Π́Î¤Ï (formula 2) Detti intervalli di tempo di campionamento òtcpossono essere piuttosto brevi, preferibilmente di 10 secondi e, corrispondentemente, detta riduzione di temperatura Î ́Î¤Ï Ã ̈ preferibilmente pari a 0,2 °C.

Più esplicitamente, con tali esempi numerici, il prelievo si considera iniziato se la velocità di abbassamento di temperatura à ̈ divenuta maggiore di 0,02 °C/sec.

L’istante di inizio prelievo tik, però, non à ̈ considerato coincidente con l’istante tcin cui detta riduzione di temperatura di più di Î ́Î¤Ï viene verificata; infatti, per l’inerzia termica di detto sensore S, SI e per la sua distanza dall’ingresso acqua fredda 2.1, la diminuzione di temperatura avviene con un certo ritardo rispetto all’istante tikdi effettivo inizio prelievo che si à ̈, quindi, verificato con un intervallo di anticipo dtantrispetto all’istante tc.

In formule pertanto si ha

tik = tc - 5tant- (formula 3) Contemporaneamente viene assunta e memorizzata come temperatura di inizio prelievo Tmikla temperatura Tmletta all’istante tcmedesimo. Nulla vieta però, per una maggior accuratezza del metodo, che venga utilizzata come temperatura di inizio prelievo Tmikla reale temperatura di inizio prelievo e cioà ̈ la temperatura Tm(tik) effettivamente riscontrata ed opportunamente memorizzata nel momento anteriore tik-II valore di detto intervallo di anticipo 5tantdipende naturalmente dalle caratteristiche costruttive dello scaldaacqua 1, ma si à ̈ riscontrato sperimentalmente, per gli scaldaacqua 1 di forma più comune, che un valore pari a 180 sec determina con buona precisione l’effettivo istante di inizio prelievo t,k-Durante ciascuna delle suddette seconde sotto fasi che seguono ciascuna di dette prime sottofasi, invece, viene monitorata la temperatura Tmsino a che questa non raggiunge un minimo. Il raggiungimento di tal condizione denuncia che il prelievo à ̈ cessato e quindi tal valore minimo letto à ̈ la temperatura Tmfkdell’acqua a fine prelievo.

Detto per inciso, se la temperatura Tmfkdell’acqua a fine prelievo risulta minore della temperatura di mantenimento Tstand-by, questo significa che la totalità del prelievo Pknon à ̈ detto che sia stata soddisfatta, infatti l’utente, almeno nella fase finale del prelievo Pkmedesimo, potrebbe aver ricevuto acqua non sufficientemente calda.

Viene ora calcolato il decremento di temperatura ATkcausato dal prelievo Pke che à ̈ pari alla differenza tra temperature iniziali e finali Tmjke Tmfk; cioà ̈

ΔTk = Tmik - Tmfk (formula 4) La fase della registrazione del profilo dei prelievi continua per tutta la durata del ciclo alternando dette prime e seconde sottofasi che, cessando automaticamente rispettivamente all’inizio ed al termine di ogni prelievo saranno in totale dello stesso ninnerò dei prelievi.

E’ stato così memorizzato il profilo degli n prelievi dove ciascun prelievo Pké individuato dai due parametri caratteristici tempo t,kdi inizio prelievo e decremento di temperatura ATkda esso prodotto.

Vengono ora descritte le modalità di gestione dello scaldaacqua 1 secondo l’invenzione.

Secondo l’invenzione, il regolatore 4 mantiene la temperatura obiettivo

Ttarget sempre pari alla temperatura di mantenimento Tstand-by salvo garantire la temperatura di prelievo Tset all’inizio di ogni prelievo Pk.

Allo scopo viene calcolato l’intervallo di tempo di antìcipo Atanticipo.k a partire dal quale l’elemento scaldante 3 deve essere attivato affinché la temperatura Tset.k del prelievo Pk possa effettivamente essere raggiunta al detto tempo previsto di inizio prelievo tjk-Detto intervallo di tempo di anticipo Atamicipoà ̈ calcolato con la formula

Atanticipo.k<—>(Tset.k " Tm) / Iwh (formula 5) La temperatura obiettivo Ttarget à ̈ portata alla temperatura del prelievo Pk,

Tset.k se per detto momento t à ̈ soddisfatta la seguente condizione:

tik " Atanticipo.k ^ t < tjk Atritardo (formula 6) L’intervallo di tempo di ritardo ha un valore predefinito, à ̈ opzionale (cioà ̈ può anche essere posto uguale a zero) ed ha la funzione aggiuntiva di consentire da parte dell’elemento scaldante 3 la fornitura di energia termica supplementare in virtù della quale possono essere soddisfatti prelievi di entità maggiore di quella consentita dalla temperatura di prelievo Tset.k essendo questa limitata dalla massima temperatura di settaggio Tset.max·

Il valore del tempo di ritardo Attardo dipende di conseguenza dalla tipologia di utenza e dal modello di scaldaacqua 1 che à ̈ più idoneo a detta utenza. A titolo di esempio non limitativo, per uno scaldaacqua 1 standard tal tempo di ritardo Attardo può essere di 15 minuti.

Quanto, infine, alla temperatura di prelievo Tset.k,il metodo secondo l’invenzione la assegna pari al detto decremento di temperatura AT\ causato dal prelievo Pkcui à ̈ aggiunto il detto valore predefinito della massima temperatura richiesta Treq maxed un termine correttivo empirico del valore di 5 °C.

Vi sono, poi, le condizioni aggiuntive che, comunque detta temperatura di prelievo Tset.kdebba essere non minore alla temperatura di mantenimento Tstandby e non superiore alla massima temperatura di settaggio Tset.max .

In definitiva, in formule si ha:

ATk+ T, (formula 7) Tset.k — Tstandby (formula 8)

(formula 9) Si à ̈ trovato sperimentalmente che la formula 7 assicura una riduzione delle dispersioni termiche dell’ordine del 10% in uno scaldaacqua 1 standard pur assicurando il soddisfacimento del servizio richiesto.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI Riv. 1 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) ad accumulo dove l’acqua à ̈ riscaldata da un elemento scaldante (3) pilotato da un regolatore (4), detto metodo comprendente, - una prima fase, durante una sequenza di cicli di prelievi, - nella quale si acquisiscono informazioni sul profilo dei prelievi che si ripete sostanzialmente invariato per cicli di prelievi successivi - una seconda fase, prima dell’istante (t*) di inizio di ciascun prelievo (Pk) della totalità dei prelievi (n) compresi in ciascuno di detti cicli di prelievi, - nella quale si assegna alla temperatura (Tm) dell’acqua, il valore di temperatura di prelievo (Tsetk) sufficiente ad assicurare detto prelievo alla temperatura di utilizzo (Tu), essendo detto valore di temperatura di prelievo (Tset.k) dedotto dalle suddette informazioni acquisite, - purché, comunque, detta temperatura (Tm) dell’acqua sia mantenuta minore o uguale alla massima temperatura di settaggio (Tset.max)5inferiore a valori pericolosi, caratterizzato dal fatto che detta acquisizione di informazioni sul profilo dei prelievi - avviene durante un primo tra detti cicli di prelievi - e consiste nel calcolare, per ciascuno di detti prelievi (k), - l’istante di inizio prelievo (tjk,) - ed il decremento di temperatura (ATk) corrispondente - essendo tale calcolo effettuato esclusivamente elaborando dati ricavati - dalla misura dello scorrere del tempo (t, tc), - dalla misura della temperatura dell’acqua (T, T(tc)) in una zona del serbatoio di accumulo (2) suscettibile, rispetto ad altre zone, di essere maggiormente influenzato da variazioni di temperatura dovute all’ ingresso di acqua fredda, - dalla temperatura dell’acqua (Tm) risultante dalla media tra una o più temperature (T; Tl, T2) misurate a diverse altezze (S, SI, S2) del serbatoio di accumulo (2) e considerate rappresentative della distribuzione della temperatura all’interno del serbatoio (2) medesimo. Riv. 2 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che - si considera iniziato un prelievo (Pk) se, ad un istante (tc), al termine di un intervallo di campionamento (6tc), si constata che la temperatura (T(tc)) letta in detto istante (tc) in detta zona del serbatoio di accumulo (2) maggiormente influenzata dall’ingresso di acqua fredda si à ̈ ridotta rispetto al valore (T(tc - 6tc) ) letto al precedente istante (tc - 6tc ) di una quantità maggiore o uguale ad un predeterminato valore di riduzione di temperatura (6TP), quando cioà ̈ à ̈ verificata la condizione T(tc- 5tc) - T(tc)≥6TP(formula 2) e dal fatto che - detto istante di inizio prelievo (tjk,) à ̈ considerato anteriore a detto istante (tc) di un predeterminato intervallo di anticipo (6tant) e cioà ̈ à ̈ ottenuto dalla relazione tjk= tc- dtant(formula 3). Riv. 3 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che detto prelievo (Pk) si considera iniziato se la velocità di abbassamento di temperatura ha superato 0,02 °C/sec. Riv. 4 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. 2 caratterizzato dal fatto che detto intervallo di campionamento (6tc) à ̈ pari a 10 secondi. Riv. 5 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. 2 caratterizzato dal fatto che detto intervallo di anticipo (5tant) à ̈ pari a 180 sec. Riv. 6 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo qualunque riv. precedente caratterizzato dal fatto che - viene memorizzata la temperatura (Tmik) dell’acqua (Tm) letta al momento di inizio prelievo (tik), - viene monitorata la temperatura dell’acqua (Tm) dal momento di inizio prelievo (tik), - viene considerato terminato il prelievo quando detta temperatura dell’acqua (Tm) assume un valore minimo, - viene assunto tal valore minimo come temperatura dell’acqua a fine prelievo (Tmfk), - viene calcolato il detto decremento di temperatura (ATk) dovuto al prelievo (Pk) come differenza tra dette temperature iniziali e finali (Tmik, Tmfk) cioà ̈ secondo la relazione ATk= Tmik- Tmtk(formula 4)· Riv. 7 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che il valore di temperatura di prelievo (Tsetk) sufficiente ad assicurare detto prelievo (Pk) alla temperatura di utilizzo (Tu) à ̈ ottenuto - sommando a detto decremento di temperatura (ATk) un valore predefinito di massima temperatura richiesta (Treq.max) ed un ulteriore termine correttivo empirico del valore di 5 °C, cioà ̈ applicando la formula Tset.k = ATk+ T^max+ 5 (formula 7), - ma mantenendo comunque detto valore di temperatura di prelievo (Tsetk) compreso tra i valori della temperatura di mantenimento (Tstand-by) e della massima temperatura di settaggio (Tsctmax). dove - detto valore predefmito di massima temperatura richiesta (Treq.max) à ̈ il valore sufficiente a soddisfare il maggiore dei prelievi prevedibili per le tipologie di utenza per le quali detto modello di scaldaacqua (1) à ̈ considerato idoneo, - detto valore della temperatura di mantenimento (Tstand-by) à ̈ quello da impostare per assicurare che piccoli prelievi imprevisti possano essere ottenuti alla temperatura di utilizzo (Tu). Riv. 8 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che detto scaldaacqua (1) à ̈ il modello standard - e deto valore preferito per la massima temperatura richiesta (Treq.max) à ̈ 52 °C. Riv. 9 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo qualunque riv. precedente caraterizzato dal fatto che la temperatura dell’acqua (Tm) à ̈ sempre mantenuta pari ad una temperatura obiettivo (Ttarget) la quale: - durante deto primo tra detti cicli di prelievi nel quale vengono acquisite le dete informazioni sul profilo dei prelievi, à ̈ pari ad un valore preimpostato (Tset), - durante i successivi cicli di prelievi, - à ̈ posta pari alla temperatura di mantenimento (Tstand-by) lontano dagli orari di prelievo - ma à ̈ portata al valore della temperatura del prelievo (Tseu) al momento del previsto inizio prelievo (tik) . Riv. 10 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caraterizzato dal fato che affinché la temperatura dell’acqua (Tra) raggiunga il valore della temperatura del prelievo (Tset.k) al momento del previsto inizio prelievo (tik), - si registra il valore (Tmi) che ha la temperatura dell’acqua (Tm) in un predeterminato istante, - si registra il valore (Tm2) che la temperatura dell’acqua (Tm) ha raggiunto dopo un tempo predeterminato (At), - si calcola il valore dell’inerzia (IWh) dello scaldaacqua (1) con la relazione IWh= (Tm2-Tml)/At (formula 1) - si calcola un tempo di anticipo (Atanticipo) con la relazione Atanticipo.k= ClWk- Tm) / Iwh(formula 5) - si attiva l’elemento scaldante (3) con un anticipo pari al tempo di anticipo (Atanticipo) rispetto all’istante di inizio prelievo (t,k). Riv. 11 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo almeno la riv. 9 caratterizzato dal fatto che detta temperatura obiettivo (Ttarget) à ̈ mantenuta pari al valore della temperatura del prelievo (Tset.k) per tutto un intervallo tempo di ritardo (Atfitardo) successivo al momento del previsto inizio prelievo (tik),dove detto intervallo tempo di ritardo (Atritardo) - à ̈ un valore predefinito per ogni modello di scaldaacqua (1), - ha durata tale da soddisfare prelievi di entità maggiore di quella consentita dalla temperatura di prelievo (Tset k)-Riv. 12 Metodo per la gestione di uno scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che - detto scaldaacqua (1) à ̈ del tipo standard - e detto intervallo tempo di ritardo (Atritardo) à ̈ pari a 15 minuti. Riv. 13 Regolatore (4) per scaldaacqua (1) munito di - mezzi (IN, IN.l, EN.
2. 2, IN.3) atti a introdurre in esso primi dati dall’ esterno in fase di produzione e/o all’ atto della installazione e/o successivamente a cura dell’utente - mezzi (IN, IN.4) atti a introdurre in esso secondi dati di temperatura (T, Tl, T2) dell’acqua riscaldata nel serbatoio di accumulo (2) e rilevati da uno o più sensori (S, SI, S2) - una memoria (MEM) atta a conservare detti primi dati ricevuti dall’ esterno, detti secondi dati ricevuti da detti uno o più sensori (S, SI, S2) nonché ulteriori parametri elaborati da detti primi e secondi dati, - unità di elaborazione (UE) atta a processare detti primi e secondi dati per ottenere detti parametri, un orologio (CLOCK) per associare almeno alcuni di detti parametri a corrispondenti orari - primi mezzi (Ul) per inviare in uscita segnali per il controllo ON-OFF o modulante di un elemento scaldante (3) preposto al riscaldamento dell’acqua in detto serbatoio di accumulo (2) - eventuali secondi mezzi di uscita (U2) per segnalare lo stato del sistema all’utente e/o all’operatore caratterizzato dal fatto di essere atto ad acquisire informazioni, elaborare le medesime e regolare detto elemento scaldante (3) secondo i metodi secondo una o più delle rivendicazioni da 1 ad 12. Riv. 14 Scaldaacqua(l) munito di - regolatore (4) secondo la riv. 13 - elemento scaldante (3) - uno o più sensori (S, SI, S2) disposti a diverse altezze in posizioni (S, SI, S2) tali che le temperature (T, Tl, T2) da essi rilevate siano rappresentative della distribuzione di temperatura all’interno del serbatoio (2) caraterizzato dal fato di essere atto a beneficiare dei metodi secondo una o più delle rivendicazioni da 1 ad 12. Riv. 15 Scaldaacqua (1) secondo la riv. precedente caraterizzato dal fato che deti uno o più sensori (S, SI, S2) consistono in un unico sensore (S, SI) collocato dove normalmente à ̈ piazzato il sensore del termostato di uno scaldaacqua (1) secondo arte nota. Riv. 16 Scaldaacqua (1) secondo la riv. 14 caraterizzato dal fato che deti uno o più sensori (S, SI, S2) consistono in due sensori (S, SI, S2) - essendo un primo sensore (S, SI) collocato basso, sostanzialmente a 100 ÷ 200 mm dal fondo del serbatoio e comunque in prossimità dell’ ingresso acqua fredda (2.1) del serbatoio di accumulo (2), - mentre il deto secondo sensore (S, S2) à ̈ collocato dove normalmente à ̈ piazzato il sensore del termostato di uno scaldaacqua (1) secondo arte nota. Riv. 17 Scaldaacqua (1) secondo la riv. 14 caraterizzato dal fato che sono previsti più di due sensori (S, SI, S2) distribuiti in modo da poter rilevare con una certa fedeltà l’andamento delle temperature (T, Tl, T2) lungo l’asse verticale.