Come utilizzare al meglio le pompe di calore: il ruolo del bilanciamento

L’utilizzo di pompe di calore per la climatizzazione sia invernale che estiva degli edifici, negli ultimi anni, sta avendo una forte impennata. Ciò è dovuto alle potenzialità di risparmio energetico che le caratterizzano. Risparmio che non è però una caratteristica intrinseca delle pompe di calore, ma dipende dalla loro corretta configurazione.

Vedremo di seguito il ruolo di un adeguato bilanciamento nel corretto funzionamento di una pompa di calore idronica.

Impianti di climatizzazione: significato e ruolo del bilanciamento

Sul tema degli impianti di climatizzazione, siamo tutti abituati a sentire parlare di “regolazione” ma un po’ meno di “bilanciamento”. Con bilanciamento si intendono infatti tutte quelle operazioni finalizzate a fornire a ciascun terminale la corretta portata di progetto, dimensionata in maniera opportuna in modo da assicurare le condizioni di comfort termico all’interno dell’ambiente, definite dall’utenza finale. 

Il bilanciamento è fondamentale per qualsiasi tipologia di impianto (ad acqua - idronico o ad aria – aerotermo), ma in questa sede ci soffermeremo sulla prima tipologia, in quanto la più diffusa a livello residenziale.

Negli edifici dotati di impianti idronici (ovvero con fluido termovettore acqua), il corretto bilanciamento è un elemento fondamentale per garantire comfort e risparmio energetico, riducendo i consumi energetici per il riscaldamento anche fino al 20%. Un’errata regolazione della portata può causare:

• Disuniformità di riscaldamento: i terminali più lontani del generatore di calore potrebbero ricevere portate di acqua troppo basse per pater raggiungere le temperature di progetto (sia in riscaldamento che in raffrescamento);
  
  
• Spreco di energia dovuto ai tentativi di compensazione delle portate troppo basse (come aumento dei giri della pompa di distribuzione o della temperatura del fluido termovettore) che richiedono uno sforzo maggiore all’impianto;
  
  
• Rumore e usura, causati da portate o troppo alte (velocità eccessiva) o troppo basse (formazione di bolle d’aria e deposito di fanghi);
  
  
• Controllo e modulazione instabile delle valvole di controllo;
  
  
• Performance ridotte del generatore e dell’impianto.

È pertanto molto importante individuare la corretta tipologia di bilanciamento idronico a seconda del tipo di impianto di climatizzazione.

Pompe di calore e la termoregolazione: cos'è importante sapere
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Riferimenti legislativi e normativi sul bilancimento idronico

Attualmente non esistono riferimenti legislativi specifici in merito al bilanciamento idronico, mentre nel D.M. 26 giugno 2015 “Decreto Requisiti Minimi” sono presenti riferimenti alla regolazione.

Nel caso di edifici di nuova costruzione o soggetti a ristrutturazione importante di primo livello (si veda il decreto per le definizioni), gli impianti di climatizzazione invernale devono essere dotati di sistemi per la regolazione automatica della temperatura ambiente nei singoli locali o nelle singole zone termiche al fine di non determinare sovra riscaldamento per effetto degli apporti solari e degli apporti gratuiti interni. Tali sistemi devono essere assistiti da compensazione climatica che però può essere omessa, con motivazione nella relazione tecnica, qualora non sia tecnicamente realizzabile. Nel caso invece di ristrutturazioni importanti di secondo livello o riqualificazione energetica, negli edifici dotati di impianto termico non a servizio di una singola unità immobiliare residenziale o assimilata, devono essere installate valvole termostatiche o altro sistema di termoregolazione per singolo ambiente o singola unità immobiliare, assistita da compensazione climatica (evitabile se presenti sistemi migliorativi o evidenti impedimenti tecnici.

Infine, nel caso di ristrutturazione o di nuova installazione di impianti di climatizzazione, o di sostituzione di generatori di calore, compresi gli impianti a sistemi ibridi, devono essere installati sistemi di regolazione per singolo ambiente o per singola unità immobiliare, assistita da compensazione climatica, e, qualora l’impianto sia asservito a più unità immobiliari, un sistema di contabilizzazione diretta o indiretta del calore.

Per quanto riguarda la normativa tecnica, sebbene anche in questo caso non esistano riferimenti specifici in merito al bilanciamento idronico, nella norma UNI EN 14336:2004 “Impianti di riscaldamento negli edifici - Installazione e messa in servizio dei sistemi di riscaldamento ad acqua calda” (contenente i requisiti per l'installazione e la messa in servizio dei sistemi di riscaldamento ad acqua calda negli edifici, con una temperatura massima di esercizio di 110 °C e una pressione massima di esercizio di 6 bar), è riportata una guida relativa alle buone pratiche in materia di bilanciamento delle portate di acqua all’interno dell’impianto (Allegato G). Il bilanciamento del flusso dei circuiti idraulici in un sistema di riscaldamento viene eseguito per garantire che il sistema sia in grado di fornire il calore a tutte le utenze dell'edificio. La portata è normalmente indicata nelle specifiche di progettazione, insieme alla pressione differenziale. La norma suggerisce diversi metodi di bilanciamento, per i quali indica la procedura da seguire:

1. Bilanciamento manuale:
   
   a. Iterativo, in cui le operazioni di bilanciamento devono essere ripetute fino a quando tutte le valvole di bilanciamento e dei terminali di emissione non hanno i flussi entro le tolleranze specificate (il principio è di ridurre il flusso in eccesso in alcuni circuiti al fine di aumentare il flusso in più circuiti remoti);
   
   b. Proporzionale, si basa sul principio che a prescindere da quanti terminali siano collegati allo stesso circuito, qualsiasi variazione della pressione differenziale all'ingresso dei circuiti modifica i flussi in tutti gli altri circuiti nella stessa proporzione. Questo implica che la pressione cala in tutti gli elementi (es. tubi, valvole, radiatori) in base alla stessa relazione (la caduta di pressione è proporzionale al flusso al quadrato) e che la loro resistenza idraulica rimane invariata;
   
   c. Compensato, che parte dal metodo proporzionale, ma assumendo come circuito di riferimento per il bilanciamento quello più lontano dal generatore.
   
   
2. Bilanciamento con misurazione del flusso e valvole di bilanciamento autoazionanti, sistema composto da:
   
   a. Regolatore di pressione differenziale, il quale mantiene la pressione costante su un gruppo o ramo. Il bilanciamento dei terminali dovrebbe avvenire dopo il controllo della pressione differenziale.
   
   b. Limitatore di flusso, che mantiene automaticamente il flusso verso i terminali al livello specificato, nel caso di pressione differenziale sufficiente. È importante che la valvola di controllo funzioni correttamente quando deve affrontare l'aumento della caduta di pressione causata dall'azione del limitatore di flusso.
   
   
3. Regolazione mediante bilancio termico: quando un sistema completo o parte di un sistema è costituito da un numero relativamente piccolo di unità terminali, o quando la deviazione del flusso consentita supera il ± 20%, spesso può non essere economicamente conveniente l’installazione di dispositivi di misurazione del flusso. In questi casi si può ricorrere alla regolazione mediante bilancio termico, ma solo nel caso di sistemi in cui attraverso ciascuna unità terminale sia richiesta la stessa differenza di temperatura. Con questo metodo, la regolazione del sistema dovrebbe essere effettuata con una caduta di temperatura pari ad almeno 0,75 volte la caduta di temperatura di progetto. Il sistema deve essere bilanciato regolando la portata della pompa al fine di garantire la differenza di temperatura di progetto all’interno del generatore. Il flusso di calore disponibile nei circuiti di distribuzione dovrebbe essere ripartito in funzione del numero totale di emettitori di calore.

La qualità del bilanciamento dipende dalla precisione del flusso, ma c’è una grande differenza nella necessità di precisione in vari tipi di sistemi di riscaldamento. Sistemi con poca differenza di temperatura o valvole automatiche per radiatori non necessitano di elevata precisione, mentre i sistemi con elevate differenze di temperatura richiedono un bilanciamento più accurato.

È importante notare che la qualità del bilanciamento non è l'unico problema che influenza la temperatura ambiente.

Se ci sono difetti nella progettazione, un bilanciamento accurato non può essere d'aiuto, ma d'altra parte un bilanciamento errato può contribuire a peggiorare le cose.

Il bilanciamento idronico: i principii base

Attualmente, per gli impianti termici idronici, esistono tre principali tipologie di valvole di bilanciamento:

• Bilanciamento statico (SBV - Static Balancing Valve), per mantenere costante la portata di progetto nel sistema e sono regolate/tarate nella fase di avviamento dell’impianto;
• Bilanciamento indipendente dalla pressione (PICV - Pressure Indipendent Control Valve), mantiene costante la portata, indipendentemente dalla pressione differenziale, causata dalla variazione delle condizioni del sistema;
• Bilanciamento tramite il controllo della pressione differenziale (DPCV - Differential Pressure Control Valve), per mantenerlo dinamicamente costante tra due punti specifici del sistema.

L’installazione delle valvole di bilanciamento non è però sufficiente per garantire un controllo stabile e preciso del sistema, è necessario che l’intero sistema si progettato a regola d’arte, per garantire la portata di progetto in tutti i terminali, evitare sovra-portate (economicamente ed energeticamente non convenienti) e limitare le pressioni differenziali delle valvole entro certi limiti. I dispositivi di bilanciamento, infatti, possono gestire le portate, ma non possono creare la portata o la pressione differenziale, le quali sono funzioni a carico del sistema di pompaggio dell’impianto.

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L'articolo riporta un esempio pratico che aiuta a comprendere gli effetti del bilanciamento nella configurazione impiantistica pompa di calore abbinata a pavimento radiante. In chiusura si riportano ulteriori informazioni circa le caratteristiche di impianto da tenere in considerazione nella corretta progettazione dei sistemi di bilanciamento e regolazione.

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