ITTO20080961A1 - Sistema e metodo per la stima dell'energia termica scambiata fra un complesso utilizzatore e un impianto centralizzato di generazione e distribuzione di energia termica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Sistema e metodo per la stima dell’energia termica scambiata fra un complesso utilizzatore e un impianto centralizzato di generazione e distribuzione di energia termica"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un sistema ed un metodo per la stima dell’energia termica scambiata fra un complesso utilizzatore e un impianto centralizzato di generazione e distribuzione di energia termica.

Secondo la tecnica nota, esistono contatori di calore, detti anche contatori diretti, contabilizzatori diretti o contatermie che necessitano delle misure dirette ed istantanee della portata del liquido termovettore che attraversa ciascun corpo scaldante (o gruppi di corpi scaldanti) e della differenza di temperatura dello stesso fluido in ingresso ed uscita allo stesso corpo scaldante (o gruppo). I dati provenienti dai sensori, uno di portata e due di temperatura, vengono raccolti e memorizzati dal dispositivo elettronico contatermie e quindi integrati nel tempo per ricavarne il dato energetico. Tale dato può essere visualizzato su un eventuale display dello stesso dispositivo e/o salvato nella sua memoria interna e/o inviato ad una generica unità di controllo remota. Questa tipologia di dispositivi di contabilizzazione del calore à ̈ economicamente vantaggiosa solo per impianti di riscaldamento con distribuzione del liquido termovettore detta “orizzontale†o “a zone†.

Tale tipologia prevede un anello distributivo interno ad ogni unità immobiliare (o un numero limitati di anelli) che serve tutti i corpi scaldanti della stessa unità e che à ̈ allacciato ad un unico punto di derivazione dalla distribuzione principale. In questo caso per la contabilizzazione dell’energia erogata da ogni radiatore di una unità immobiliare à ̈ sufficiente un solo contatore diretto per ogni anello interno alla unità immobiliare. A-nalogamente anche per la funzione di regolazione della temperatura in questo caso à ̈ sufficiente controllare il passaggio del liquido termovettore interponendo un’unica elettrovalvola per anello distributivo in prossimità della derivazione dalla distribuzione principale. Contrariamente, per le tipologie distributive dette a colonne montanti o verticali, in cui ogni corpo scaldante à ̈ collegato ad un diverso tubo della distribuzione principale che scorre verticalmente lungo tutto l’edificio, la soluzione a contatore diretto risulta economicamente dispendiosa perché ogni corpo scaldante avrebbe bisogno di un contatore distinto e quindi un gruppo sensori (due di temperatura ed uno di portata) con la relativa elettronica. Quest’ultima soluzione quindi si tradurrebbe in interventi d’installazione molto invasivi, un aumento dei costi proporzionale al numero di corpi scaldanti ed un accentuato impatto estetico per l’unità immobiliare.

Un’ulteriore tipologia di sistema del tipo sopra citato à ̈ data dai ripartitori di calore. I ripartitori di calore sono dispositivi esistenti da decenni progettati per risolvere il problema della contabilizzazione del calore per impianti a distribuzione verticale (a colonne montanti). Il principio di funzionamento si basa su:

- la misura della temperatura media del corpo scaldante effettuata dai ripartitori che vengono applicati sulla superficie frontale dello stesso corpo scaldante;

- l’eventuale misura diretta dell’energia termica complessivamente scambiata fra l’unità termica e tutto l’impianto distributivo dell’edificio;

- un modello semplificato del corpo scaldante, e - l’eventuale misura della temperatura media dell’ambiente in cui ciascun corpo scaldante si trova ad agire.

I ripartitori di calore soffrono di svariati inconvenienti, fra i quali si cita il fatto che essi devono essere applicati sulla superficie frontale di ogni corpo scaldante in una specifica posizione che rappresenti la temperatura media del corpo stesso; tale posizione difficilmente à ̈ determinabile dall’installatore. Inoltre la loro accessibilità ne consente facilmente la manomissione e l’accuratezza della ripartizione degrada all’aumentare della non stazionarietà delle condizioni di esercizio del corpo scaldante a cui à ̈ associato il singolo ripartitore.

Un’ulteriore tecnica meno accurata e per questo poco utilizzata, applicabile sia su impianti con distribuzione a zone che impianti a colonne montanti, à ̈ quella che basa la ripartizione dei consumi del riscaldamento di ogni unità immobiliare in funzione soltanto dei tempi di utilizzo. Tuttavia in questo modo non si tiene in considerazione una molteplicità di fattori che impediscono nella realtà di avere su ogni utenza parità di portate e temperature del liquido termovettore in ingresso a parità di stato di utilizzo a causa delle perdite di pressione (dette anche perdite di carico) e perdite termiche che il fluido termovettore subisce scorrendo lungo la linea distributiva.

Inoltre le tipologie e dimensioni dei corpi scaldanti presenti in ogni unità immobiliare possono, nel tempo, aver subito modifiche a causa ad esempio di ristrutturazioni e non esser più omogenee tra le varie unità immobiliari.

Un’ulteriore strategia di contabilizzazione si basa su misure e grandezze fisiche dell’ambiente interno alle unità immobiliari di cui si vuole contabilizzare l’energia termica assorbita o ceduta. A questo proposito si riportano qui di seguito una sintesi di alcune pubblicazioni brevettuali.

Secondo il documento tedesco DE 30 12 267, la stima dell’energia termica scambiata fra l’impianto di riscaldamento ed ogni unità immobiliare viene condotta impiegando la conoscenza topografica delle adiacenze tra unità immobiliari e le costanti termiche (trasmittanze) e superfici dei muri separatori per calcolare la “sottrazione di calore†da unità più calde ad unità più fredde. Di fatto questa tecnologia si basa sulla conoscenza della temperatura interna a ciascuno degli ambienti riscaldati, delle costanti termiche degli elementi separatori (muri, solai, infissi, tetti), della temperatura esterna. L’energia termica ceduta dall’impianto di riscaldamento viene stimata a partire dagli effetti sugli ambienti interni alle unità immobiliari e di alcuni parametri strutturali del complesso utilizzatore.

Una tale tipologia di sistema soffre di alcuni inconvenienti, fra cui la necessità di un numero elevato di sensori da disporre nelle unità immobiliari; laddove, come spesso accade, questa tecnica venga applicata con un numero ridotto di sensori di temperatura ambientale l’accuratezza della contabilizzazione risulta degradata. Infatti la temperatura dell’aria interna agli ambienti delle unità immobiliari può variare molto sia di stanza in stanza sia all’interno della stessa stanza al cambiare ad esempio della quota tra pavimento e soffitto in cui si trova il sensore di temperatura, della vicinanza ad una finestra o di un corpo scaldante o di un muro perimetrale che dà verso l’esterno dell’edificio piuttosto che uno divisorio interno.

Nel documento EP 0 844 468 si utilizza l’idea di derivare i consumi termici dalla conoscenza dei volumi d’aria presenti in ogni ambiente controllato e dalla differenza di temperatura tra successivi picchi di temperatura minima e di temperatura massima rilevata in ciascun ambiente (dovuti ad esempio a periodi in cui i corpi scaldanti dallo stato chiuso passano allo stato acceso) al fine di tenere la temperatura intorno al valore desiderato.

Un inconveniente relativo a tale sistema à ̈ dovuto al fatto che questa tecnica, oltre a risentire come la precedente di forti problemi legati alla rilevazione di una temperatura coerentemente rappresentativa di quella media interna alla varie unità immobiliari con conseguente degrado dell’accuratezza della contabilizzazione, evidenzia anche l’inconveniente di trascurare l’energia termica persa verso l’ambiente esterno durante i periodi di accensione dei corpi scaldanti a “regime†ovvero per mantenere il livello di temperatura interno in un intorno di quello desiderato, dopo il transitorio di riscaldamento da un precedente livello di temperatura più basso, ed al fine di compensare unicamente le dissipazioni termiche verso l’esterno considerando quindi solo quella necessaria ad innalzare la temperatura dell’aria interna.

Infine anche la norma UNI 9019 che descrive la tecnica di contabilizzazione basata sul concetto di “gradi-giorno†trova fondamento sulla misura degli effetti termici sugli ambienti interni alle unità immobiliari dell’impianto di riscaldamento e soffre di analoghi problemi di accuratezza.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un sistema ed un metodo di tipo perfezionato, in grado di risolvere questi ed altri inconvenienti della tecnica nota, e che nel contempo possano essere realizzati in modo semplice ed economico.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti secondo la presente invenzione mediante un sistema ed un metodo del tipo sopra specificato e definiti nell’ annessa rivendicazione 1 e rispettivamente nell’annessa rivendicazione 10.

La tecnica di contabilizzazione secondo il sistema ed il metodo secondo la presente invenzione non à ̈ basata su misure degli effetti ambientali interni alle unità immobiliari dell’impianto di riscaldamento, né su misure dirette di calore associate ad ogni corpo scaldante (o gruppi di corpi scaldanti), né si basa su tecniche del tipo a ripartitori di calore. Pertanto, a differenza dello stato della tecnica attuale, il sistema ed il metodo secondo la presente invenzione, descritti dettagliatamente nel seguito, permettono una drastica riduzione dei sensori e dei dispositivi di contabilizzazione installati, garantendo nel contempo una elevata accuratezza di contabilizzazione del calore assorbito da ogni utenza termica.

Per questi ed altri motivi, il sistema ed il metodo oggetto della presente invenzione sono particolarmente apprezzabili, ad esempio, nell’ambito della conversione di vecchi impianti di riscaldamento centralizzati in impianti funzionalmente autonomi per la contabilizzazione dei costi energetici per le utenze finali.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ uno schema a blocchi di una possibile forma di realizzazione esemplificativa del sistema secondo la presente invenzione;

- la figura 2 à ̈ una rappresentazione schematica di un esempio di impianto termico a cui à ̈ applicato il sistema della figura 1; e

- la figura 3 à ̈ uno schema a blocchi che rappresenta a titolo esemplificativo un modello termofluidodinamico dell’impianto termico illustrato nella figura 2.

Nel corso della presente descrizione e nelle rivendicazioni sarà fatto riferimento ad alcuni termini, il cui significato à ̈ da intendersi come espresso nelle definizioni che seguono.

Complesso utilizzatore: si tratta della struttura o del gruppo di strutture con cui l’impianto termico scambia energia termica. A titolo esemplificativo, tale complesso può comprendere indifferentemente una o più strutture di varia tipologia, ad esempio edifici residenziali (quali palazzi, case a schiera, bungalow, ecc.), commerciali, industriali o immobili autonomi.

Utenza termica: si tratta di una generica porzione del complesso utilizzatore di cui si desidera monitorare il consumo di energia termica, in particolare al fine di un’eventuale contabilizzazione successiva. Può essere, un’unità immobiliare o un loro gruppo, una zona o sottozona particolare di un’unità immobiliare, una stanza di un unità immobiliare, o addirittura l’ambiente riscaldato da un singolo scambiatore termico dell’impianto.

Impianto termico centralizzato: si tratta di un impianto destinato a generare e trasferire energia termica alle utenze termiche del complesso utilizzatore mediante un fluido termovettore attraverso un circuito distributivo; oppure destinato a prelevare energia termica dalle utenze e rilasciarla nell’ambiente esterno. L’impianto può essere infatti di riscaldamento o di refrigerazione. Negli esempi di realizzazione secondo la presente invenzione, esso sarà descritto come un impianto di riscaldamento di tipo per sé noto che prevede un’unità termica (o caldaia) idonea a riscaldare il fluido termovettore ed un dispositivo di pompaggio idoneo a indurre una circolazione forzata di quest’ultimo in un circuito distributivo chiuso.

Circuito distributivo: à ̈ l’insieme di condotti, derivazioni, congiunzioni e di dispositivi valvolari che definisce il percorso del fluido termovettore fino alle sue terminazioni a cui sono connessi gli scambiatori termici dell’impianto.

Unità termica: à ̈ un apparecchio in grado di generare una variazione di energia termica nel fluido termovettore fluente proveniente dal circuito distributivo. Nel caso in cui si desideri ottenere il riscaldamento di una o più utenze termiche, la variazione di energia termica nel fluido termovettore sarà positiva. Invece, nel caso in cui si desideri ottenere il raffreddamento di una o più utenze termiche la variazione di energia termica nel fluido termovettore sarà negativa. Ad esempio, nel caso di un impianto di riscaldamento l’unità termica può essere una caldaia di tipo per sé noto.

Dispositivo di pompaggio: può essere una qualunque apparecchiatura in grado di indurre una circolazione forzata del fluido termovettore attraverso il circuito distributivo.

Dispositivi di scambio termico: si tratta dei singoli elementi che consentono lo scambio termico (ad esempio, mediante convezione o irraggiamento) fra il fluido termovettore circolante nel circuito distributivo e le utenze termiche. Esempi di tali dispositivi di scambio termico possono essere generici corpi scaldanti (quali i termosifoni utilizzati per il riscaldamento di ambienti interni ad un edificio) oppure ventilconvettori (funzionanti mediante ventilazione forzata ed utilizzabili indifferentemente per il riscaldamento e per la refrigerazione).

Con riferimento alla figura 1 Ã ̈ illustrato sinteticamente uno schema a blocchi relativo ad una possibile forma di realizzazione esemplificativa di un sistema secondo la presente invenzione.

Il sistema à ̈ indicato nel suo complesso dal riferimento numerico 10 ed à ̈ associato ad un complesso utilizzatore U riscaldato da un impianto termico centralizzato I. Nella forma di realizzazione discussa, si à ̈ considerato il complesso utilizzatore U come un edificio residenziale, mentre l’impianto termico centralizzato I come un impianto di riscaldamento. Tuttavia, come sopra citato e come sarà chiaro ad un tecnico del settore dalla lettura della presente descrizione, i principi dell’invenzione sono applicabili anche a diverse tipologie di complessi utilizzatori e anche nel caso di un impianto di refrigerazione, quale un impianto di climatizzazione estiva.

Come visibile nella figura 1, il complesso utilizzatore U comprende una pluralità di utenze termiche, quali m unità immobiliari U1, …, Umdestinate a ricevere calore dall’impianto di riscaldamento I. Tale impianto di riscaldamento I comprende:

- un circuito distributivo C destinato ad essere percorso da un fluido termovettore,

- un’unità termica G, quale una caldaia, predisposta per generare la variazione desiderata di energia termica nel fluido termovettore proveniente dal circuito distributivo C, e

- un dispositivo di pompaggio P, quale una pompa di tipo per sé noto, destinato ad indurre una circolazione forzata attraverso il circuito distributivo C.

Ulteriormente, l’impianto di riscaldamento I comprende una pluralità di dispositivi termici, quali n=n1+…+nmcorpi scaldanti, dove l’indice m corrisponde al numero totale di unità immobiliari U1, …, Um, indicati con le sigle H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm, dove il primo pedice indica l’unità immobiliare di afferenza mentre il secondo identifica lo specifico corpo scaldante all’interno della stessa unità immobiliare. I corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm, sono connessi al circuito distributivo C in modo ripartito fra le m unità immobiliari U1, …, Ume sono idonei a cedere il calore del fluido termovettore all’ambiente in cui sono inseriti. A seconda della tipologia di impianto di riscaldamento I, la ripartizione dei corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, …, H2,1, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nmfra le singole unità immobiliari e la loro tipologia anche all’interno delle stesse possono essere differenziate. Inoltre i corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, …, H2,n1, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nmpossono essere indifferentemente allacciati ad un impianto distributivo a colonne montanti (anche denominata distribuzione di tipo “verticale†) oppure ad anello distributivo interno (anche denominata distribuzione di tipo “orizzontale†).

Il sistema 10 include una pluralità di dispositivi valvolari di controllo, quali p=p1+…+pmelettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pmper le quali il primo pedice indica l’unità immobiliare di afferenza mentre il secondo identifica lo specifico elemento valvolare associato a tale unità immobiliare. Le elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pmsono interposte e ripartite fra le diramazioni dei condotti del circuito distributivo C e gli n corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm. In questo modo, il percorso del fluido termovettore attraverso il circuito distributivo C e gli n corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nmà ̈ controllato in base allo stato di azionamento di ciascuna delle singole elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm.

Si ipotizzi che le singole elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pmsiano configurate per disporsi in soltanto 2 stati operativi, “aperto†o “chiuso†, a seconda che si desideri rispettivamente riscaldare o meno gli ambienti circostanti agli associati corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm. In questo modo il circuito distributivo C potrà assumere 2<p>differenti configurazioni operative, per ciascuna delle quali à ̈ definito un particolare percorso distributivo per il fluido termovettore attraverso gli n radiatori H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm. L'azionamento delle elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pmpuò essere controllato manualmente da un utente oppure automaticamente dall’elettronica di controllo di ogni singola elettrovalvola se dotata di sensore di temperatura ambientale; oppure da un’unità di controllo locale associata a ciascuna unità immobiliare U1, …, Um, quale un termostato o cronotermostato di tipo noto e che sovraintende al controllo delle temperature nelle singole unità immobiliari U1, …, Um.

Come noto nel settore, nel caso di una distribuzione a colonne montanti, tipicamente gli nicorpi scaldanti Hi,1, …, Hi,nidell’i-esima unità immobiliare Uisono associati a rispettive qielettrovalvole Ei,1, …, EVi,qidove ni=qi. Invece nel caso della distribuzione ad anello interno, generalmente tutti gli nicorpi scaldanti Hi,1, …, Hi,niappartenenti alla medesima unità immobiliare Ujsono associati ad un’unica elettrovalvola EVk, quella che intercetta la derivazione dalla colonna verticale all’anello distributivo interno a cui sono collegati tutti gli nicorpi scaldanti. Nel caso si sia applicato un dispositivo valvolare per corpo scaldante à ̈ possibile suddividere inoltre l’azione di controllo e quindi la contabilizzazione in modo indipendente per sottogruppi di corpi scaldanti della stessa unità immobiliare. Ad esempio si possono suddividere gli nicorpi scaldanti in due gruppi, di x ed y elementi ciascuno, tali che ni=x+y, realizzando un controllo della temperatura e quindi una contabilizzazione distinti per il gruppo di corpi scaldanti Hi,1,…,Hi,x(es. zona giorno) e per il gruppo Hi,x+1,…,Hi,y(es. zona notte). La stessa cosa à ̈ agevolmente realizzabile nel caso di circuito distributivo orizzontale se nell’unità immobiliare considerata sono presenti due anelli distributivi uno che serve il gruppo di corpi scaldanti Hi,1, …, Hi,xe l’altro il gruppo Hi,x+1, …, Hi,y; in tal caso sono necessari solo due dispositivi valvolari, uno per anello.

In una modalità di esercizio normale che sarà nel seguito dettagliatamente descritta per un periodo di tempo ΔtTOT, l’impianto di riscaldamento I eroga energia termica E al complesso utilizzatore U attraverso i corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nmalimentati dal fluido termovettore che scorre attraverso il circuito distributivo C. La suddetta energia termica totale E si ripartisce fra le singole unità immobiliari U1, …, Umin rispettive quantità individuali di energia termica E1, …, Em. Come già anticipato, lo scopo del sistema 10 secondo la presente invenzione à ̈ quello di ottenere valori stimati Ê1, …, Êmdell’energia termica individualmente scambiata fra l’impianto termico di riscaldamento I e le unità immobiliari U1, …, Um.

Il sistema 10 comprende una pluralità di sensori principali predisposti per rilevare grandezze fisiche indicative del funzionamento del circuito distributivo C ad intervalli di campionamento Δt durante il suddetto periodo di tempo determinato ΔtTOTe fornire primi segnali indicativi di tali dati per ciascuno di tali intervalli di campionamento Δt.

Più specificamente, il sistema 10 comprende il seguente gruppo di sensori principali:

- un dispositivo misuratore principale di portata 12 predisposto per fornire primi segnali principali Qman.indicativi della portata di fluido termovettore fluente in un tratto principale di mandata Cman.del circuito distributivo C;

- un primo e un secondo sensore principale di temperatura 14, 16 configurati per fornire secondi segnali principali Tman.e Trit.indicativi di una prima e rispettivamente una seconda temperatura che il fluido termovettore assume nel tratto di mandata Cman.e rispettivamente in un tratto di ritorno Crit.del circuito distributivo C; e

- un primo ed un secondo sensore principale di pressione 18, 20 predisposti per fornire terzi segnali principali Pman.e Pritindicativi di una prima e una seconda pressione che il fluido termovettore assume nel tratto di mandata Cman.e nel tratto di ritorno Crit.del circuito distributivo C.

Come sarà chiaro ad un tecnico del settore, il primo e secondo sensore principale di pressione 18, 20 possono essere vantaggiosamente sostituiti da un unico sensore di pressione differenziale che svolga la funzione di ottenere la differenza Δp fra le pressioni Pman.e Prit.(vale a dire, la perdita di carico complessiva che si realizza ai capi del circuito distributivo).

Ulteriormente, come sarà meglio descritto nel seguito, le elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pmsono predisposte per fornire direttamente al sistema 10 quarti segnali principali s = s1,1, …, s1,p1, s2,1, …, s2,p2, …, sm,1, …, sm,pmindicativi dei loro rispettivi stati operativi (vale a dire, nell’esempio di realizzazione considerato valvola aperta/chiusa). Nel seguito della presente descrizione il vettore s à ̈ anche denominato “vettore di configurazione operativa†. In base ai quarti segnali principali s = s1,1, …, s1,p1, s2,1, …, s2,p2, …, sm,1, …, sm,pm, à ̈ possibile stabilire univocamente quale sia il percorso distributivo del fluido termovettore attraverso il circuito distributivo C, determinando pertanto la configurazione operativa assunta da quest’ultimo. In ulteriori varianti di realizzazione (non illustrate) il sistema può essere provvisto di dispositivi rivelatori o controllori locali associati alle unità immobiliari e separati dalle elettrovalvole, in modo idoneo ad imporre e rilevare i loro stati operativi e configurati per fornire segnali indicativi di tali stati di azionamento. Ad esempio, qualora le unità immobiliari siano fornite di dispositivi cronotermostati che comandano le elettrovalvole, essi sono in grado di archiviare e fornire tutte le informazioni necessarie su come gli stati di azionamento s1,1, …, s1,p1, s2,1, …, s2,p2, …, sn,1, …, sn,pnsono variati durante il periodo di tempo ΔtTOTin ciascun istante di campionamento Δt.

Preferibilmente, il dispositivo misuratore principale di portata 12 Ã ̈ ubicato nel circuito distributivo C immediatamente a valle della pompa P, rispetto al verso impresso al liquido termovettore.

Preferibilmente, il primo sensore principale di temperatura 14 à ̈ ubicato nel circuito distributivo C immediatamente a monte dell’unità termica G, e il secondo sensore principale di temperatura 16 à ̈ ubicato nel circuito distributivo C immediatamente a valle del gruppo comprendente l’unità termica G e la pompa P, rispetto al verso impresso al liquido termovettore.

Preferibilmente, il primo sensore principale di pressione 18 à ̈ ubicato nel circuito distributivo C immediatamente a monte dell’unità termica G, e il secondo sensore principale di temperatura 20 à ̈ ubicato nel circuito distributivo C immediatamente a valle del gruppo comprendente l’unità termica G, la pompa P e il misuratore di portata 12, rispetto al verso impresso al liquido termovettore.

Ulteriormente, il sistema 10 comprende un'unità di controllo 22 che include un modulo di memoria 23 in grado di ricevere e memorizzare dati relativi ai segnali principali Qman., Tman., Trit., Pman., Prited s forniti dal gruppo di sensori principali sopra menzionato in ciascun intervallo di campionamento Δt. Si noti che l’intervallo di campionamento Δt scelto à ̈ convenientemente inferiore alle costanti di tempo caratteristiche del comportamento fisico dell’impianto di riscaldamento.

Nello stesso modulo di memoria 23 sono preliminarmente immagazzinati dati relativi ad un modello termo-fluidodinamico M rappresentativo del circuito distributivo C, dell’impianto di riscaldamento I e del sistema 10. Le caratteristiche e modalità di definizione e identificazione del modello termo-fluidodinamico M saranno descritte nel seguito.

L'unità di controllo 22 comprende inoltre un modulo elaboratore 24 configurato per acquisire dal modulo di memoria 23 (in alternativa direttamente dal medesimo gruppo di sensori principali) i segnali principali Qman., Tman., Trit., Pman., Prited s memorizzati, e per elaborare questi ultimi in base al modello termo-fluidodinamico M altresì memorizzato nella memoria 23.

Pertanto il modulo elaboratore 24 à ̈ predisposto per fornire dati di uscita Ê1, …, Êmrappresentativi della stima dell’energia termica reale E1, …, Emindividualmente scambiata fra l’impianto termico I e ciascuna utenza termica U1, …, Umdurante l’intero periodo di tempo ΔtTOT.

In modo opzionale, il modulo elaboratore 24 comprende un primo ed un secondo sottomodulo 24a e 24b.

Il primo sottomodulo 24a à ̈ predisposto per effettuare l’operazione intermedia di elaborazione dei segnali principali Qman., Tman., Trit., Pman., Prit.ed s ed à ̈ configurato per fornire in uscita – sulla base del modello termo-fluidodinamico M - primie secondi dati intermedi<Qˆ>1,…,<Qˆ>m e Δ<T>1ˆ,…, Δ<Tˆ>m rap-presentativi della stima in ciascun intervallo di campionamento Δt delle portate individuali di fluido termovettore fluenti attraverso ogni unità immobiliare U1, …, Ume rispettivamente della stima del differenziale termico tra il liquido termovettore in ingresso ed in uscita ad ogni unità immobiliare U1, …, Um. Preferibilmente, nel caso in cui vi siano più radiatori Hi,1, …, Hi,niassociati a ciascuna delle unità immobiliari U1, …, Um, ciascuno deiprimi e secondi dati intermedi<Qˆ>1, …,<Qˆ>m e Δ<T>1ˆ, …, Δ<Tˆ>m può presentare carattere vettoriale essendoespressione di una pluralità di campi, vale a dire:

Q<ˆ>1 = (Q<ˆ>1,1,...,Q<ˆ>1, n 1 ) ,…,Q<ˆ>m = (Q<ˆ>m,1,..., Q<ˆ>m , nm ) e ΔT<ˆ>1 = (ΔT<ˆ>1,1,..., ΔT<ˆ>1, n 1 ),…,ΔT<ˆ>m = (ΔT<ˆ>m,1,..., Δ T<ˆ>m , nm ).Ad esempio, il j-esimo campo dell’i-esimo se-gnale<Qˆ>i , j à ̈ rappresentativo della portata di fluidotermovettore fluente nel j-esimo scambiatore termico Hi,jche appartiene alla i-esima unità immobiliare Ui.

Il secondo sottomodulo 24b à ̈ configurato perricevere i suddetti dati intermedi<Qˆ>1,…,<Qˆ>m eΔT 1ˆ,…,<ΔTˆ>med à ̈ predisposto per fornire i dati di uscita Ê1, …, Êm, che sono riferiti complessivamente ad un periodo di tempo ΔtTOT(ad esempio l’intera stagione di esercizio dell’intero impianto di riscaldamento). Per ricavare i suddetti dati di uscita Ê1, …, Êm, il secondo sottomodulo 24b esegue una somma o un’integrazione nel tempo della potenza termica ceduta alle unità immobiliari<Wˆ>i, a sua volta somma delle potenze termiche assorbite da ciascun corpo scaldante della stessa unità immobi-liare i-esima W<ˆ>i =W<ˆ>i,1+... W<ˆ>i , ni , che à ̈ ricavabile daidati intermedi

Q<ˆ>1 =(Q<ˆ>1,1,...,Q<ˆ>1, n 1 ) ,…,Q<ˆ>m =(Q<ˆ>m,1,..., Q<ˆ>m , nm ) e ΔT<ˆ>1=(ΔT<ˆ>1,1,..., ΔT<ˆ>1, n 1 ) ,…,ΔT<ˆ>m =(ΔT<ˆ>m,1,..., Δ T<ˆ>m , nm )forniti dal primo sottomodulo 24a, in base alle formule:

W<ˆ )>i,j=Q<ˆ>i,j(tk)*cp*ΔTi ,j( t k )

,

j = nik = kfinj<=>n<i>k = kfin

E<ˆ ˆ>)

i=∑ ∑Wi ,j(tk)*Δt= ∑ Q<ˆ>i , j(tk)*cp*ΔTi ,j(t k) *Δ t j = 1 k = 0 j = 1 ∑ k = 0

La suddetta formula à ̈ una discretizzazione dell’equazione tempo-continua che esprime l’energia scambiata attraverso un liquido termovettore in circolazione

j = n finij = n t

ij<=>n t

<i>fin

E<ˆ>i=<∑>E<ˆ>i j=<∑>∫W<ˆ>)

,i , j(t)dt=<∑>Q<ˆ>i, j(t)*cp*ΔTi , j(t)dt, j = 1 j = 1 t in j = 1∫t in

in cui:

-<c>p à ̈ capacità termica del fluido,

<ΔT>ˆi ,j(<t>k) à ̈ la differenza di temperatura del li--quido termovettore ingresso ed in uscita al j-esimo corpo scaldante dell’i-esima unità immobiliare,

- Q<ˆ>i , j( t )à ̈ la portata massica del fluido attraverso il j-esimo corpo scaldante dell’i-esima unità immobiliare,

-<t>k<=t>in<+kâ‹… Δ t>à ̈ il k-esimo istante di campionamento,

-<t>inà ̈ l’istante iniziale di campionamento per k=0, e

<->tfin =tin+k finâ‹… Δ t<à ̈ quello finale>

e tali che

ΔtTOT=tfin−tin=kfin⋅ Δ t.

I dati di uscita Ê1, …, Êmpossono essere memorizzati opportunamente dalla memoria 23 oppure essere trasmessi a ulteriori dispositivi remoti destinati ad una loro elaborazione successiva.

E’ da intendersi che la trasmissione dei segnali principali Qman., Tman., Trit., Pman., Prit.ed s all’unità di controllo 22 può avvenire in una qualsiasi modalità nota ad un tecnico del settore, ad esempio attraverso connessioni senza fili o via radio di tipo per sé noto. Ovviamente, la considerazione sopra riportata à ̈ valida anche per i dati intermedi

Q<ˆ>1 = (Q<ˆ>1,1,...,Q<ˆ>1, n 1 ) ,…,Q<ˆ>m = (Q<ˆ>m,1,..., Q<ˆ>m , nm )

ΔT<ˆ>1 = (ΔT<ˆ>1,1,..., ΔT<ˆ>1, n 1 ) ,…,ΔT<ˆ>m = (ΔT<ˆ>m,1,..., Δ T<ˆ>m , nm )

e i dati di uscita Ê1,…,Êm. Conseguentemente, i moduli e sottomoduli che compongono l’unità di controllo 22 possono anche essere distribuiti in diverse ubicazioni interne o esterne al complesso utilizzatore.

Come sarà anche ulteriormente esposto nel seguito, uno dei vantaggi che conseguono dall’adozione di questo approccio per ottenere i dati di uscita Ê1, …, Êmconsiste nella drastica riduzione delle grandezze fisiche da misurare durante la modalità di esercizio dell’impianto e che sono necessarie per ottenere una stima affidabile dei consumi termici delle singole unità immobiliari U1, …, Um. Di conseguenza, viene ridotto il numero di sensori e dispositivi che devono essere installati nel complesso utilizzatore U e nell’impianto termico centralizzato I. Infatti, anche grazie ai soli segnali principali Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s rappresentativi delle condizioni di funzionamento del circuito distributivo C ed applicati al modello termo-fluidodinamico, à ̈ possibile prevedere, con accuratezza anche migliore dei sistemi alternativi esistenti e già descritti, l’entità dello scambio termico fra l’impianto termico I e le unità immobiliari U1, …, Um, sia in condizioni stazionarie che durante transitori idraulici e/o termici nonché in caso di eventuali anomalie. Il che semplifica e migliora le procedure di installazione, riduce i costi complessivi del sistema, riduce gli interventi di manutenzione e limita l’impatto estetico dei dispositivi installati nelle unità immobiliari U1, …, Um.

Preferibilmente, il sistema 10 comprende un gruppo di sensori secondari includenti sensori termici secondari (non illustrati) predisposti per fornire segnali secondari o di identificazione, che sono indicativi della temperatura del fluido termovettore fluente in ulteriori porzioni del circuito distributivo C, e particolarmente in sue diramazioni secondarie o in corrispondenza delle terminazioni in prossimità dei corpi scaldanti.

Ad esempio, qualora nel circuito distributivo C vi sia la presenza di numerose colonne montanti à ̈ possibile prevedere l’installazione di tali sensori termici secondari nel tratto di colonna montante immediatamente a valle della derivazione della mandata di questa dal circuito principale ed immediatamente a monte della congiunzione della colonna di ritorno verso il circuito di distribuzione principale. Tali sensori possono eventualmente essere applicati a tutte le colonne montanti o convenientemente ad un campione ristretto e rappresentativo.

Secondo un ulteriore esempio, à ̈ possibile includere anche uno o più sensori di portata secondari (non illustrato) in coincidenza di uno o più eventuali tratti di by-pass inseriti lungo la linea di distribuzione principale. Tale sensore di portata secondario à ̈ predisposto per fornire segnali secondari indicativi della misura di portata nel tratto di by-pass corrispondente in funzione della configurazione operativa assunta dal circuito fluidico C (vale a dire, in base agli stati operativi dei dispositivi valvolari di controllo). Pertanto il suddetto sensore di portata secondario à ̈ pertanto utile per desumere le perdite di carico fluidiche lungo il tratto distributivo chiuso sul by-pass corrispondente.

Secondo un ulteriore esempio, à ̈ possibile includere anche uno o più ulteriori sensori di temperatura secondari (non illustrati) in coincidenza di uno o più eventuali tratti di by-pass. Tale sensore di temperatura secondario à ̈ predisposto per fornire segnali secondari indicativi della temperatura in corrispondenza della porzione terminale del tratto dal by-pass stesso, e rappresentativi delle perdite termiche lungo tutto il tratto di circuito distributivo che porta al by-pass corrispondente.

Secondo un altro esempio, à ̈ possibile reperire ulteriori informazioni sul funzionamento del circuito idraulico C includendo ulteriori sensori termici secondari predisposti per fornire segnali indicativi della temperatura del fluido termovettore in ingresso e/o in uscita ad uno o più dei corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm.

Infine secondo un ulteriore esempio, à ̈ possibile includere uno o più sensori di pressione, singoli o differenziali, in coincidenza di tratti del circuito in cui convenientemente si può misurare la pressione al fine di determinare la perdita di carico fluidico tra due punti dello stesso circuito distributivo; o predisporre delle prese autosigillanti per l’applicazione di sensori di pressione mobili.

Questo gruppo di sensori secondari non vengono utilizzati dal sistema 10 per condurre misure dirette ed in tempo reale effettuate nella modalità di esercizio, come invece avviene per tutti i sistemi secondo la tecnica nota precedentemente descritta. Bensì tali sensori sono impiegati soltanto nella modalità di identificazione che sarà nel seguito descritta, al solo scopo di identificare (vale a dire, determinare) i rispettivi valori dei parametri caratteristici del modello termofluidodinamico M definito. Per questo motivo, il gruppo di sensori secondari possono convenientemente essere installati in modo rimovibile dall’impianto di riscaldamento I e dal circuito distributivo C. Come à ̈ chiaro ad un tecnico del settore, all’aumentare del numero di sensori secondari applicati (vale a dire all’aumentare dei tratti del circuito distributivo C di cui si misurano le grandezze fisiche significative) si affina il processo identificativo del modello termo-fluidodinamico M.

In questo modo il modello termo-fluidodinamico M può fornire in uscita una stima più accurata dell’energia termica scambiata fra le differenti unità immobiliari U1, …, Ume l’impianto di riscaldamento I.

Inoltre, il sistema 10 può eventualmente comprendere un gruppo di sensori ausiliari (non mostrato) predisposto per fornire segnali ausiliari indicativi di grandezze fisiche relative a elementi e componenti estranei al circuito distributivo C.

Ad esempio, il gruppo di sensori ausiliari può includere sensori termici ausiliari esterni (non raffigurati) predisposti per fornire segnali ausiliari indicativi della temperatura nell’ambiente esterno al complesso utilizzatore U.

Come ulteriore esempio, il secondo gruppo sensore può includere sensori termici ausiliari (non illustrati) configurati per fornire segnali indicativi della temperatura ambientale in una rispettiva zona interna alle unità immobiliari U1, …, Um. Poiché tra i locali interni alle unità immobiliari U1, …, Umla temperatura può variare sensibilmente, à ̈ anche possibile prevedere di installare una pluralità di tali sensori ausiliari di temperatura ambientale interna, uno per zona o uno per stanza, non tanto di supporto diretto al metodo qui illustrato di contabilizzazione, ma a corredo del sistema di controllo della temperatura che può prevedere una suddivisione dell’ambiente interno ad una stessa unità immobiliare in più zone a controllo indipendente potendo impostare in modo indipendente la temperatura desiderata per ogni zona. In tal caso come già illustrato i corpi scaldanti Hi,1, …, Hi,nivengono suddivisi in gruppi ciascuno afferente ad una specifica zona di controllo; a ciascuna zona à ̈ associato uno o più sensori che rilevano una temperatura ambientale interna rappresentativa di quella media della zona di afferenza. Anche in questo caso l’informazione sullo stato di apertura/chiusura delle elettrovalvole di una i-esima unità immobiliare può essere rappresentata del vettore di configurazione operativa si(t). Tuttavia, giacché in tal caso sono disponibili a fini di controllo ulteriori misure ambientali di temperatura, interne e/o esterne, il modello termofluidodinamico M può anche prendere in considerazione il contributo apportato dai seguenti ulteriori segnali ausiliari per affinare ulteriormente la tecnica di stima dell’energia termica scambiata: - segnali ausiliari forniti dai sensori termici ausiliari e

- segnali ausiliari esterni forniti dai sensori termici ausiliari esterni.

Inoltre l’unità di controllo 22 comprende vantaggiosamente un modulo di identificazione 28 predisposto per identificare preliminarmente e quindi fornire in uscita la valorizzazione dei parametri caratteristici del modello termo-fluidodinamico M al modulo di memoria 23.

La procedura di identificazione comprende una prima fase completamente o semi-automatica che à ̈ condotta all’atto d’installazione.

Questa prima fase à ̈ finalizzata ad ottenere i valori dei parametri caratteristici del modello termo-fluidodinamico M che descrive il comportamento fisico del complesso utilizzatore U, dell’impianto termico centralizzato I e dei sensori ed attuatori del sistema. Preferibilmente per identificare i modelli di comportamento di componenti standard quali sensori, pompe ed attuatori e convalidare le caratteristiche dichiarate dai costruttori ci si avvale di un laboratorio e non à ̈ necessario ripetere per ogni installazione l’intera procedura identificativa a parità di componenti installati. Invece, per quanto attiene l’impianto termico centralizzato I, l’innovazione di questa stima delle energie termiche scambiate prevede proprio che venga definito un modello termo-fluidodinamico M dello stesso impianto I fedele ad ogni distinta installazione e che esso venga effettivamente identificato realizzando una pluralità di misure in configurazioni operative differenti e predeterminate e che vengono elaborate online od offline per permettere l’ottenimento dei valori dei suddetti parametri caratteristici. In questo modo vengono effettivamente modellizzati ed identificati tutti gli elementi fisici appartenenti allo specifico impianto termico centralizzato I e non solo supposti da tabelle predefinite come avviene per i ripartitori di calore ed i corpi scaldanti a cui questi vengono applicati.

Per determinare agevolmente i valori di tali parametri caratteristici à ̈ preferibile ricorrere ad una serie di ipotesi fisiche, che permettano di semplificare l’intera procedura di identificazione pur garantendo che il modello così identificato stia entro le specifiche di accuratezza desiderate.

Le ipotesi fisiche assunte sono le seguenti: • costanza dei coefficienti al variare della temperatura: si ipotizza che le perdite di carico non subiscano variazioni in funzione delle oscillazioni di temperatura del fluido termovettore entro gli intervalli di funzionamento reale; e

• completa caratterizzazione al variare dei regimi di flusso (turbolento o laminare): si ipotizza che la variazione delle perdite di carico nei diversi regimi di flusso sia completamente e sufficientemente caratterizzata dall’uso delle classiche e rispettive formule per il calcolo delle perdite di carico nei due regimi laminare e turbolento.

La procedura identificativa à ̈ destinata a realizzare le condizioni operative necessarie per ogni passo identificativo laddove necessario. Ad esempio potrebbe essere necessario creare condizioni operative stazionarie e stabilizzate a livello termico e fluidico. Pertanto, durante una variazione fra la condizione operativa precedente e successiva, si attenderà generalmente che sia terminato un periodo transitorio di assestamento e che si siano instaurate le nuove condizioni di regime. Queste condizioni di stazionarietà possono essere utili ad esempio per determinare le predite termiche o di pressione lungo specifici tratti del circuito distributivo. In altri passi identificativi la procedura à ̈ destinata a realizzare invece delle condizioni transitorie controllate al fine di creare degli opportuni stimoli in ingresso all’elemento sotto identificazione. Questo può avvenire ad esempio nell’identificazione del comportamento termico dei corpi scaldanti.

Sebbene nell’esempio seguente venga fatta una scelta specifica riguardo alla modellizzazione, il sistema ed il metodo secondo la presente invenzione riguardano una stima dell’energia termica scambiata fra un complesso utilizzatore e un impianto termico centralizzato che può essere ottenuta con qualsiasi tipologia di modello matematico purché rappresenti coerentemente il comportamento fisico reale di ogni blocco costituente l’impianto termico. Tra le generiche tipologie possibili di modelli si citano quelle a “black-box†, “grey-box†e “white-box†; la scelta della tipologia di modello e dello specifico modello influenza la procedura di identificazione.

Per modello “white-box†si intende un modello basato sull’individuazione e l’utilizzo diretto delle equazioni che descrivono i fenomeni fisici che regolano il funzionamento dell’oggetto descritto.

Per modello “black box†si intende un modello che prescinde dalla conoscenza delle leggi fisiche del sistema reale da rappresentare. Il modello viene caratterizzato “stimolando†il sistema reale con opportuni ingressi e misurando le uscite del sistema reale che gli “stimoli†hanno generato. Criteri statistici vengono poi applicati per caratterizzare questo tipo di modello.

Per modello “grey box†si intende una tipologia ibrida tra le due precedenti e si basa su equazioni parametriche ricavate dalla conoscenza parziale dei fenomeni fisici che regolano il comportamento del sistema fisico reale. Anche questo tipo di modello viene sottoposto ad opportuni “stimoli†e le uscite che si ottengono servono per valorizzare i parametri delle equazioni.

Ai fini della prima fase della procedura di identificazione i parametri caratteristici da stimare sono principalmente influenzati dalla struttura e dal comportamento statico e dinamico e parzialmente dallo specifico modello scelto per ogni blocco costituente l’impianto termico:

- l’impianto di riscaldamento,

- il circuito distributivo ,

- i corpi scaldanti,

- le elettrovalvole e

- i sensori installati nel sistema.

In modo vantaggioso, il modulo di identificazione 28 esegue procedure di attuazione e di misura per identificare i parametri caratteristici indicativi del comportamento della pompa P, del misuratore principale di portata 12, delle elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm, dei sensori di temperatura 14 e 16, del circuito distributivo C, e dei corpi scaldanti H1,1, …, H1,n1, …, H2,1, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm. Come già evidenziato, tali procedure possono essere convenientemente ed a seconda dei casi, eseguite in laboratorio o direttamente sull’impianto termico centralizzato I e sono effettuate mediante:

- l’imposizione di stati di attuazione come lo stato dei dispositivi valvolari ed il regime funzionamento della pompa;

- eventuali ed opportune stimolazioni degli ingressi degli elementi sottoposti ad identificazione;

- acquisizione delle misure in uscita alle sollecitazione dei singoli elementi o dell’impianto termico nella sua interezza, e

- elaborazione dei dati di misura per estrarne i valori dei parametri caratteristici riferiti allo specifico modello.

Tutti i parametri descritti qui di seguito come significativi per i vari elementi del sistema e dell’impianto termico si riferiscono ad un esempio per il quale si sono scelti specifici, ma non esclusivi, modelli matematici rappresentativi del comportamento termico e fluidico di ciascun elemento.

Relativamente alla pompa P, i parametri caratteristici che sono vantaggiosamente forniti in ingresso al modulo di identificazione 28 comprendono quelli riepilogati nella tabella che segue.

SIMBOLO NOME

R p<Range di fluttuazione della>pressione della pompaεp, ∞<Errore stazionario della pres->sione della pompa

Ï„ p<Ritardo assestamento pressione>della pompa

m&P, max<Portata massima della pompa>

m&P, min<Portata minima della pompa>

Ï„P,rec , td<Tempo di recovering top-down:>

tempo impiegato dalla pompa per portarsi dal valore massi mo di prevalenza (differenza di pressione esercitata ai suoi capi) a quello minimo o nullo

Ï„P,rec , dt<Tempo di recovering down-top:>

tempo impiegato dalla pompa per portarsi dal valore minimo o nullo di prevalenza a quello massimo

Con riferimento al dispositivo misuratore principale di portata 12, i parametri caratteristici che sono vantaggiosamente identificati e quindi valorizzati dal modulo di identificazione 28 comprendono quelli riepilogati nella tabella che segue.

SIMBOLO NOME

Ï„ FM<Ritardo di misura>

εFM , max<Accuratezza alla portata mas->sima

m&P, min<Portata minima del misuratore>di portata

m&P, max<Portata massima del misuratore>di portata

Con riferimento alle elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm, i parametri caratteristici che sono identificati, e quindi valorizzati, dal modulo di identificazione 28 comprendono quelli riepilogati nella tabella che segue, assumendo che il modello del comportamento delle elettrovalvole (ad esempio, valvola meccanica dotata di attuatore lento, presentante tempi di attuazione di circa 120 secondi) venga rappresentato: - per il comportamento fluidico della valvola meccanica a regime di completa apertura da una perdita di carico concentrata e quindi dalla classica equazione (modello “white-box†)

ΔPEV = k EV ⋅m<& 2>

dove<ΔP>EVà ̈ la perdita di carico (caduta di pressione fluidica) ai capi dell’elettrovalvola, k EV ilcoefficiente di perdita di carico em<&>la portatafluente, e

- per l’attuatore si ipotizza che un modello “on/off†che semplifichi i transitori di apertura e chiusura con dei ritardi medi di attuazione non degradi l’accuratezza della contabilizzazione complessiva se opportunamente identificati

SIMBOLO NOME

Ï„EV , oad<Ritardo attuazione in apertura>(opening actuation delay)

Ï„EV , cad<Ritardo attuazione in chiusura>(closing actuation delay)

Ï„EV , ofbsd<Ritardo segnale di apertura>(opening feedback signal delay)

Ï„EV , cfbsd<Ritardo segnale di chiusura>(closing feedback signal delay)

Ï„EV , od<Ritardo apertura (opening de->lay)

Ï„EV , cd<Ritardo chiusura (closing de->lay)

k EV<Coefficiente perdita di carico>elettrovalvola (intesa come blocco complessivo attuatore/valvola meccanica)

Sempre relativamente alle elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm, se queste sono a dinamica lenta (es. valvole elettrotermoattuate con transitori di commutazione nei due versi dell’ordine di 120 secondi), à ̈ da notarsi che

le perdite di carico in transitorio - essendo variabili - non possono essere rappresentate con un unico parametro a meno che non risulti in seconda analisi significativo un dato statistico aggregato, quale il valor medio. La rappresentazione esaustiva della perdita di carico in transitorio à ̈ comunque data dall’insieme delle misure di differenziale di pressione ai capi delle singole elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pmdurante tutto il periodo di apertura e di chiusura. In ogni caso i valori di perdita di carico cambiano in funzione del tipo e delle dimensioni della valvola a cui à ̈ applicato l’attuatore oltre che dalla tipologia dello stesso attuatore (valvola dritta, ad L, ecc.) e l’identificazione va quindi ripetuta per ciascun caso.

Con riferimento ai sensori principali di temperatura 18, 20, e ai sensori secondari i parametri caratteristici identificati, e quindi valorizzati, dal modulo di identificazione 28 comprendono quelli riepilogati nella tabella che segue.

SIMBOLO NOMEΔTTS ,hb,i , k<Offset tra la coppia formata>dal sensore di temperatura di ingresso e quello di uscita del dispositivo termico kesimo afferente alla i-esima unità immobiliare Ui.

ΔTTS ,dp , j<Offset tra la j-esima coppia>formata da un sensore di temperatura di mandata e quello di ritorno posti in un qualsiasi tratto del circuito distributivo che non sia un dispositivo termico.

ΔTTS ,ref ,hb,i , k<Offset tra la coppia formata>dal sensore di temperatura di riferimento dell’impianto (definito come un sensore lungo la linea principale nominalmente scelto come quello di riferimento per l’intero impianto) e quello di ingresso al k-esimo dispositivo termico dell’i-esima unità immobiliare Ui.

ΔTTS ,ref ,dpl , i<Offset tra l’i-esima coppia>formata dal sensore di temperatura di riferimento dell’impianto e l’i-esimo sensore di temperatura di mandata o ritorno posto in un qualsiasi tratto del circuito distributivo che non sia un dispositivo termico.

<T>cal,TS ,hb,i , k ,Rispettivamente sono le temperature a cui sono state effet-<T>cal,TS ,dpl , i ,

tuate le misure di offset pre-Tcal,TS ,ref ,hb,i , kcedenti.

,

Tcal,TS ,ref ,dpl , i

Con riferimento ai vari tratti ed elementi che compongono il circuito distributivo, i parametri caratteristici che sono identificati, e quindi valorizzati, dal modulo di identificazione 28 comprendono quelli riepilogati nella tabella che segue ammesso che si adotti, ad esempio, un modello descrittivo fluidodinamico di tipo “white-box†e rappresentato dall’equazione generica

ΔP = k ⋅m<& 2>

dove<k>à ̈ il relativo coefficiente di perdita di carico (perdita di pressione) ai capidell’elemento,m<&>à ̈ la portata massica del fluido termovettore che attraversa l’elemento ed in questo esempio supposto lavorare in pieno regime turbolento. Ulteriori specificazioni sono possibili per al variare della tipologia di elementi del circuito distributivo fluidico (tratti rettilinei, curvilinei, congiunzioni/disgiunzioni, collettori, ecc.) e/o al variare del regime fluidico rappresentabile dal numero di Reynolds.

SIMBOLO NOME

kPL,bypass , kCoefficiente perdita di carico tratto di bypass k-esimokPl,bypass , k<Coefficiente perdita di carico>tratto i-esimo del circuito principale

γimp.distr. princ .<Coefficiente trasmissione ter->mica per unità di lunghezza del tratto distributivo principale

γvpl , k<Coefficiente trasmissione ter->mica per unità di lunghezza della k-esima colonna montantekvpl,1 , k ,…,kvpl,N , k<Coefficienti di perdita di ca->rico associati ai vari tratti della colonna montante k-esima

al variare del piano dall’1

all’N-esimo

ka,N , k<Coefficienti di perdita di ca->rico associati alle derivazio-

ni delle varie utenze termiche

(i loro dispositivi termici)

dalle colonne montanti

Con riferimento ai corpi scaldanti per i quali

si à ̈ scelto nell’esempio un modello matematico

“black-box†e più specificatamente un filtro arx

del secondo ordine, i parametri caratteristici che

sono identificati, e quindi valorizzati, dal modulo

di identificazione 28 derivano da algoritmi numeri-

ci di stima ai minimi quadrati. Tale tipologia di

filtro approssima in modo efficace l’andamento del-

la temperatura del liquido termovettore misurata in

uscita al corpo scaldante. L’equazione del modello

termico “black-box†arx del secondo ordine del cor-

po scaldante à ̈ la seguente:

Thbout,i,k(j)=a1Thbout,i,k(j−1)+a2Thbout,i,k(j−2)+b11m &hbout,i , k( j−1 ) b12m &hbout,i,k(j−2)+b21Thbout,i,k(j−1)+b22Thbout,i , k( j −2 )

e la sua identificazione prevede preferibilmente la campionatura della temperatura entrante ed uscente e della relativa portata in diverse condizioni di esercizio del corpo scaldante di transitorio ed a regime.

Come già accennato la fase di identificazione dei vari blocchi di modellazione costituenti complessivamente il modello termo-fluidodinamico M utilizzato dal sistema e dal metodo secondo la presente invenzione, viene usualmente preceduta da un’analisi dell’edificio e dell’impianto termico centralizzato da parte di un operatore umano atta a definire:

- la struttura interna dell’edificio

- la struttura dell’impianto termico esistente - la dislocazione topologica dei vari elementi dell’impianto di generazione e distribuzione rispetto i locali dell’edificio

- la dislocazione dei dispositivi e dei sensori del sistema rispetto la struttura dell’impianto e dell’edificio

- la definizione funzionale del sistema di controllo, come la suddivisione in zone a controllo indipendente all’interno di una stessa unità immobiliare.

Queste informazioni sono fornite al modulo identificatore 28 per implementare la procedura di identificazione. Tale procedura può essere totalmente automatizzata se il modulo identificatore 28 à ̈ in grado, per la specifica installazione del sistema, di imporre tutti gli stati di funzionamento e/o stimoli necessari e di rilevare tutte le grandezze fisiche necessarie alla stessa procedura.

Alternativamente, la procedura di identificazione può essere semiautomatica se essa viene implementata dal modulo identificatore 28 con il sostegno di un operatore umano che impone manualmente particolari stati di funzionamento e/o rilevi con strumentazione di misura mobile specifiche grandezze fisiche lungo il sistema distributivo. Questo può essere convenientemente richiesto per risolvere criticità identificative di impianti termici particolari senza dover installare sensori fissi di fatto utilizzati una tantum.

In sostanza, in tale fase del processo di identificazione, il modulo identificatore 28 Ã ̈ predisposto per:

- imporre al circuito distributivo C una sequenza predeterminata di configurazioni operative s(t) ed

- identificare il modello termo-fluidodinamico M preliminarmente definito rilevando l’andamento dei segnali principali Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s(t) e dei suddetti segnali secondari in funzione della sequenza di configurazioni operative s(t) imposte al circuito distributivo C.

In ogni caso, in condizioni di esercizio, quando si richiede cioà ̈ al sistema 10 di stimare il calore ceduto (inverno) o assorbito (estate) alle/dalle utenze termiche, il gruppo di misura utilizzato à ̈ estremamente ridotto dovendo rilevare solo le grandezze<Δ P>(differenziale di pressione lungo la totalità della linea principale),<Δ T>(differenziale di temperatura lungo la totalitàdella linea principale) em<&>(portata lungo la li-nea principale) del liquido termovettore e il vettore di configurazione operativa s(t) non più imposto esternamente dal modulo identificatore, ma localmente ed indipendentemente all’interno di ogni unità immobiliare al fine di controllare la temperatura e mantenerla attorno al valore liberamente impostato da ciascun utente; tutte le grandezze intermedie, comprese quelle significative per lo scambio termico tra corpi scaldanti e l’ambiente interno alle unità immobiliari, sono grandezze sti mate dal modello matematico termo-fluidodinamico M dell’impianto utilizzato dal sistema e dal metodo. In altre parole, il valore stimato della temperatura, il valore stimato della portata di fluido termovettore e il valore stimato delle perdite di carico in uscita e ai capi di un blocco strutturale modellizzato (si veda l’esempio della figura 3) sono determinati in base al modello e ai propri parametri caratteristici e in funzione delle stime delle stesse tipologie di grandezze fisiche effettuate per il blocco che lo precede. Costituiscono eccezione a questa regola le grandezze fisiche realmente misurate di pressione, temperatura e portata del liquido termovettore in coincidenza della mandata e del ritorno del circuito distributivo principale complessivo; nell’esempio di figura 3 il primo blocco A1 modellizza il primo tratto in mandata della linea distributiva principale immediatamente a valle della pompa in coincidenza del quale vengono misurati i valori delle grandezze fisiche, interne al circuito fluidico stesso, di pressione, temperatura e portata istantanee. Analogamente vengono rilevati i valori di pressione e temperatura del liquido termovettore in coincidenza dell’ultimo tratto di ritorno della linea distributiva principale, nell’esempio di figura 3 corrispondente al blocco di modellazione A11. Grazie a questo approccio innovativo, per il quale i valori delle grandezze in ingresso ai blocchi di modellazione dei singoli elementi del circuito sono valori stimati con ottima accuratezza dal blocco che li precede, si ottiene la drastica riduzione di sensori e dispositivi pur garantendo le specifiche desiderate in merito alla bontà della stima dell’energia termica scambiata.

In questo modo durante la fase di esercizio del sistema già identificato ed ai fini della stima indipendente dell’energia termica scambiata fra le utenze termiche e l’impianto termico centralizzato I, il primo modulo elaboratore 24a può correlare ciascun blocco strutturale del modello con il precedente ed il successivo, in modo tale da ottenere un unico modello termo-fluidodinamico M che espliciti, anche grazie alla conoscenza dell’evoluzione temporale del vettore di configurazione operativa s = s1,1, …, s1,p1, s2,1, …, s2,p2, …, sm,1, …, sm,pm, le relazioni:

- della portata di fluido termovettore<Q>man .fluente nel tratto principale di mandata<C>man .immediatamente a valle del dispositivo di pompaggio del circuito distributivo C e

- delle perdite di carico stimate<ΔPˆ>i , j di cia-scun tratto del circuito distributivo e

- della differenza di pressione<P>man.<− P>rit .che il fluido termovettore presenta rispettivamente fra il tratto principale di mandataCman ,e il tratto principale di ritorno<C>rit .del circuito distributivo C con la stima delle portate di fluido termovettoreQ<ˆ>1,1,...,Q<ˆ>1,n1,Q<ˆ>2,1,...,Q<ˆ>2,n2,...,Q<ˆ>m,1,..., Q<ˆ>m , nm che attraversanociascun corpo scaldante (in caso di sistema distributivo a colonna montanti) o gruppi di corpi scaldanti (in caso di sistema distributivo orizzontale o a zone) H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nmdelle utenze termiche U1, …, Um;

- della prima e la seconda temperaturaTman ,,<T>rit .del fluido termovettore in corrispondenza rispettivamente del tratto principale di mandata<C>man .immediatamente a valle del dispositivo di pompaggio e del tratto principale di ritorno<C>rit .immediatamente a monte del generatore di calore del circuito distributivo C e

- delle portate di fluido termovettore stimateQ<ˆ>1,1,...,Q<ˆ>1,n1,Q<ˆ>2,1,...,Q<ˆ>2,n2,...,Q<ˆ>m,1,..., Q<ˆ>m , nm che attraversanociascun corpo scaldante e

- delle perdite termiche stimate<ΔTˆ>i , j associatea ciascun tratto del circuito distributivo con la stima dei differenziali termiciΔT<ˆ>1,1,...,ΔT<ˆ>1,n1,ΔT<ˆ>2,1,...,ΔT<ˆ>2,n2,...,ΔT<ˆ>m,1,..., Δ T<ˆ>m , nm relativi aciascun corpo scaldante H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nmdelle utenze termiche U1, …, Um.

Chiaramente, le suddette relazioni sono dipendenti dagli stati di azionamento s1,1, …, s1,p1, s2,1, … ,s2,p2, …, sm,1, …, sm,pmdelle elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm,che definiscono di caso in caso una diversa configurazione operativa del circuito distributivo C.

Con riferimento in particolare alle figure 2 e 3, à ̈ illustrato un esempio semplificato di un impianto termico per cui viene definito ed identificato il modello termo-fluido-dinamico M. La struttura esaminata à ̈ un impianto termico I con due colonne montanti e con due unità immobiliari U1e U2, ciascuna di esse essendo dotata di due rispettivi corpi scaldanti.

In questo esempio, l’impianto termico à ̈ composto da svariati blocchi strutturali che sono indicati da riferimenti alfanumerici comprendenti una lettera seguita da un numero.

Ciascuna lettera rappresenta la tipologia di ciascun blocco strutturale individuato, vale a dire:

- con la lettera A si indicano i tratti di tubazione rettilinea del circuito distributivo, che sono caratterizzati da perdite di carico distribuite;

- con la lettera B si indicano i tratti di tubazione caratterizzati da perdite di carico concentrate come avviene ad esempio per tratti curvilinei, strozzature, valvole di bilanciamento, sensori applicati lungo la linea, ecc.;

- con la lettera C si indicano le congiunzioni a T che uniscono due flussi entranti distinti in un unico flusso uscente;

- con la lettera D si indicano le derivazioni a T che dividono il flusso entrante in due flussi uscenti distinti;

- con la lettera F si indicano valvole di bypass; e

- con la lettera G si indicano i corpi scaldanti;

- con la lettera U si indicano le utenze termiche.

Ciascun numero che segue la rispettiva lettera rappresenta univocamente l’identità di ciascun elemento all’interno dell’impianto di riscaldamento. Nell’esempio di figura 2 all’utenza termica U1, ad esempio una unità immobiliare, sono associati i corpi scaldanti G28e G29mentre all’utenza U2sono associati i corpi scaldanti G30e G31.

Ulteriormente, nella figura 3 i riferimenti<Q>,<T>man,<T>rit ,<P>man e<P>ritrappresentano le misurazioni ottenute grazie ai sensori del sistema secondo la presente invenzione. Invece quando i suddetti riferimenti<m&>, T, sono accompagnati da un pedice e dal simbolo “^†, essi si riferiscono al loro valore stimato in uscita dal blocco strutturale del modello che à ̈ individuato da tale pedice. Ad esempio,<m&ˆ>20individua il valore stimato della portata di fluido termovettore uscente dal blocco strutturale A20, secondo il modello termo-fluidodinamico M.

Come già precedentemente illustrato prima che si avvii il processo di identificazione, l’operatore deve definire la struttura dell’impianto di generazione e distribuzione del calore e quindi la struttura del relativo modello termo-fluidodinamico. Tale definizione avviene specificando i blocchi strutturali del modello che rappresenta ciascun elemento della linea distributiva e mettendoli in relazione ingresso/uscita tra loro. Essi vengono altresì topologicamente contestualizzati rispetto la struttura dell’edificio. Si noti che – per motivi di concisione – nella figura 3 sono state omesse le perdite di carico stimate<ΔP>i, jche sono comunque stimate tra l’ingresso e l’uscita fluidica di ciascun blocco strutturale.

Grazie all’introduzione dei parametri caratteristici sopra specificati, identificati e quindi valorizzati dal modulo di identificazione 28, il modulo di elaborazione 24 sfrutta il modello termofluidodinamico M – in tale esempio – esplicita la relazione fra:

- la portata del fluido termovettore in ingresso Qman., la temperatura in ingresso Tman.e di uscita Trit., e la perdita di carico Pman-Priteffettivamente rilevate agli estremi del circuito distributivo C, e

- i valori stimati in uscita della portata difluido termovettore m&<ˆ>28,m<ˆ>&29,m<ˆ>&30, m &<ˆ>31, le temperature stimate in ingresso T<ˆ>15,T<ˆ>23,T<ˆ>13, T<ˆ>21 ed uscita T<ˆ>28,T<ˆ>29,T<ˆ>30, T<ˆ>31<e le perdite di carico>ΔP28,ΔP29,ΔP30 , Δ P 31<per ciascuno>dei dispositivi termici G28, G29, G30, G31. Come già accennato sopra la suddetta relazione à ̈ dipendente anche dagli stati di azionamento s1,1, …, s1,p1, s2,1, …, s2,p2, …, sm,1, …, sm,pmdelle elettrovalvole EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm. Utilizzando la nomenclatura di figura 1 si hanno le seguenti uguaglianze

- per l’utenza dell’unità immobiliare U1:

Q<ˆ>1,1= m<ˆ>&15= m<ˆ>&23, Q<ˆ>1,2 = m<ˆ>&23 = m<ˆ>& 29

- per l’utenza dell’unità immobiliare U2:

Q<ˆ>2,1= m<ˆ>&13= m<ˆ>&30, Q<ˆ>2,2 = m<ˆ>&21 = m<ˆ>& 31

Pertanto per il calcolo della stima dell’energia termica scambiata della prima utenza termica associata all’unità immobiliare U1à ̈ applicata la seguente formula:

Δ tTOTΔ tTOTE<ˆ1>= E<ˆ>G<30>+E<ˆ>G<31>= ∫cp *m<ˆ&30>(t)(T<ˆ13>(t)−T<ˆ 30>(t))dt+ c p*m<ˆ &>31(t)(T<ˆ>21(t)−T<ˆ>31(t) )dt 0 ∫ 0

dove E<ˆ>G 30 rappresenta la stima dell’energiatermica ricevuta dalla prima utenza termica grazie al dispositivo termico G30 nel periodo di tempo ΔtTOT,

dove E<ˆ>G 31 rappresenta la stima dell’energiatermica ricevuta dalla prima utenza termica grazie al dispositivo termico G31 nel periodo di tempo ΔtTOT,

dove m<ˆ&>30( t ) rappresenta l’andamento in funzionedel tempo della portata massica di fluido termovettore che scorre in uscita al dispositivo termico G30,

dove m<ˆ&>31( t ) rappresenta l’andamento in funzionedel tempo della portata massica di fluido termovettore che scorre in uscita al dispositivo termico G31,

dove T1ˆ3( t ) rappresenta l’andamento in funzione del tempo della temperatura del fluido termovettore che scorre in ingresso al dispositivo termico G30, dove T3ˆ0( t ) rappresenta l’andamento in funzione del tempo della temperatura del fluido termovettore che scorre in uscita al dispositivo termico G30,

dove T2ˆ1( t ) rappresenta l’andamento in funzione del tempo della temperatura del fluido termovettore che scorre in ingresso al dispositivo termico G31, e

dove T3ˆ1( t ) rappresenta l’andamento in funzione del tempo della temperatura del fluido termovettore che scorre in uscita al dispositivo termico G31. Di conseguenza, un ulteriore vantaggio della presente invenzione consiste nel fatto che il metodo e il sistema 10 secondo l’invenzione sono adattabili in modo automatizzato all’impianto termico I su cui vengono installati grazie ad una procedura di identificazione del modello termo-fluidodinamico M utilizzato. Infatti l’identificazione di un modello termo-fluidodinamico M che riproduce il comportamento dell’impianto di riscaldamento I non vincola l’installazione soltanto a complessi utilizzatori U di tipo predeterminato.

Come chiaro ad un tecnico del settore, il sistema secondo la presente invenzione può essere associato ad una pluralità di complessi utilizzatori fra di loro correlati, ad esempio nel caso di una pluralità di edifici che condividono il medesimo impianto di riscaldamento. A seconda delle diverse situazioni à ̈ concepibile sia l’utilizzo di un’unica unità di controllo centralizzata, sia l’impiego di una pluralità di unità di controllo locali gerarchicamente asservite ad una medesima unità di supervisione centrale.

In varianti realizzative non illustrate della presente invenzione, à ̈ possibile prevedere un dispositivo per convertire parte dell’energia cinetica e/o termica del fluido termovettore che attraversa il circuito distributivo in energia elettrica per alimentare il sistema secondo l’invenzione. Infatti una delle più promettenti applicazioni dei sistemi di contabilizzazione autonoma del calore per impianti di riscaldamento/refrigerazione centralizzati consiste nella loro conversione in impianti funzionalmente autonomi per quanto concerne il controllo della temperatura e la stima effettiva dei consumi termici per ogni unità immobiliare dell’edificio o del complesso di edifici. Il più grande vincolo alla diffusione commerciale di questi sistemi di conversione à ̈ proprio l’alimentazione dei dispositivi costituenti il sistema di controllo e contabilizzazione in particolare dell’elettronica e degli attuatori a bordo dei corpi scaldanti o dell’anello distributivo interno. Attualmente le tecnologie applicate per l’alimentazione di tali dispositivi sono:

- alimentazione a batterie;

- alimentazione da rete elettrica;

I grossi inconvenienti della prima soluzione sono: - il vasto parco di batterie necessario ad alimentare tutti i dispositivi di controllo di ogni unità immobiliare;

- contrariamente a quanto promesso dai costruttori, il rapido tasso di scarica delle stesse batterie che nella maggior parte dei casi di utilizzo devono essere sostituite più volte per stagione; - l’impatto economico ed ambientale della sostituzione della batterie;

- l’onerosa gestione della sostituzione delle batterie che per una sostanziale percentuale di utenti non à ̈ agevole e la loro scarica viene percepita come “rottura del dispositivo†.

Per contro gli svantaggi dell’alimentazione da rete elettrica derivano dal fatto che la necessità di convertire impianti di riscaldamento/refrigerazione centralizzati in autonomi si ha per vecchi edifici generalmente privi di canalizzazioni interne ai muri utili per portare la linea elettrica in sicurezza e nascosta alla vista fino a bordo dei corpi scaldanti. E’ quindi necessario realizzare un’opera di canalizzazione esterna, anche per il rispetto delle norme vigenti in merito alla sicurezza elettrica, applicata al muro dal corpo scaldante fino alla più vicina presa di corrente elettrica; tale soluzione à ̈

- fortemente antiestetica e mediamente non accettata dal cliente finale, e

- onerosa dal punto di vista economico e dei tempi di realizzazione.

Una soluzione alternativa alle due tecniche citate per l’alimentazione dei dispositivi del sistema può prevedere, ad esempio, una microturbina dotata di una girante che viene applicata in un tratto del circuito distributivo in cui il fluido termovettore sia un liquido. In modo per sé noto, il flusso di liquido che investe la girante trascina in rotazione un albero collegato a quest’ultima, il quale a sua volta aziona un generatore elettrico (ad esempio, un alternatore). Mediante accorgimenti noti ad un tecnico del settore, l’energia elettrica così generata viene utilizzata per alimentare direttamente i componenti del sistema oppure per caricare batterie necessarie al suo funzionamento. Ad esempio, tale turbina ed alternatore possono essere integrati nel dispositivo elettrovalvola e relativa elettronica. Alternativamente o in supporto a questa tecnica di alimentazione dei dispositivi si può prevedere lo sfruttamento di fenomeni termoelettrici quali quelli che caratterizzano le termocoppie o l’effetto Peltier. In questo modo, ad esempio, l’elettronica e gli attuatori delle elettrovalvole possono essere alimentati trasformando l’energia termica dello stesso corpo scaldante da essi controllato direttamente in energia elettrica.

Ulteriormente il sistema secondo l’invenzione à ̈ compatibile con l’installazione di idonei dispositivi cronotermostati fungenti anche da unità di controllo locali (non mostrati) ubicati in alcune o in tutte le unità immobiliari e predisposti per monitorare e regolare la temperatura in zone o sottozone delle rispettive unità immobiliari di appartenenza mediante un’attuazione controllata delle elettrovalvole dell’impianto termico. Questo accorgimento ovviamente non crea conflitti con il regolare funzionamento dell’unità di controllo dell’impianto installata con il sistema.

Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (10) per la stima dell’energia termica scambiata fra un complesso utilizzatore (U) e un impianto termico centralizzato (I) per la generazione e distribuzione dell’energia termica in un periodo di tempo (ΔtTOT) predeterminato; detto complesso utilizzatore (U) includendo una pluralità di utenze termiche (U1, …, Um) da monitorare; detto impianto termico centralizzato (I) comprendendo: - un circuito distributivo (C) atto ad essere percorso da un fluido termovettore e predisposto per assumere selettivamente una pluralità di configurazioni operative (s) in cui definisce rispettivi percorsi distributivi per detto fluido termovettore; e - un’unità termica (G) predisposta per generare una variazione desiderata di energia termica nel fluido termovettore circolante dal circuito distributivo (C); - un dispositivo di pompaggio (P) destinato a indurre una circolazione forzata di detto fluido termovettore attraverso detto circuito distributivo (C); - una pluralità di dispositivi scambiatori termici (H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm) connessi a detto circuito distributivo (C), ripartiti fra dette utenze termiche (U1, …, Um), destinati ad essere attraversati selettivamente da detto fluido termovettore in funzione della configurazione operativa assunta da detto circuito distributivo (C), e idonei a consentire lo scambio termico fra detto fluido termovettore e dette utenze termiche (U1, …, Um); detto sistema (10) essendo caratterizzato dal fatto che comprende: mezzi sensori (12, 14, 16, 18, 20) predisposti per fornire segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s) indicativi di grandezze fisiche rappresentative del funzionamento di detto circuito distributivo (C) in detto periodo di tempo (ΔtTOT); mezzi di controllo (22) comprendenti: - mezzi di memoria (23) predisposti per immagazzinare primi dati relativi a un modello termo-fluidodinamico (M) preliminarmente definito ed identificato, rappresentativo dell’impianto termico centralizzato (I) e del complesso utilizzatore (U), e l’andamento nel periodo di tempo (ΔtTOT) di detti segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s); e - mezzi elaboratori (24) predisposti per ricevere in ingresso detti primi dati (M, Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s) da detti mezzi di memoria (23), e configurati per fornire dati di uscita (Ê1, …, Êm) che sono rappresentativi della stima dell’energia termica (E1, …, Em) individualmente scambiata fra ciascuna utenza termica (U1, …, Um) e l’impianto termico centralizzato (I) e che sono elaborati in funzione di detti primi dati (M, Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s) forniti dai mezzi sensori (12, 14, 16, 18, 20) sono rappresentativi delle seguenti grandezze fisiche: - la portata di fluido termovettore fluente in un tratto principale di mandata (Cman.) del circuito distributivo (C); - una prima ed una seconda temperatura (Tman., Trit.) del fluido termovettore in corrispondenza rispettivamente del tratto principale di mandata (Cman.) e del tratto principale di ritorno (Crit.) del circuito distributivo (C); - la configurazione operativa (s) assunta del circuito distributivo (C); e - la differenza di pressione (ΔP) che il fluido termovettore presenta rispettivamente fra il tratto principale di mandata e il tratto principale di ritorno (Crit.) del circuito distributivo (C).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi sensori (12, 14, 16, 18, 20) sono predisposti per rivelare soltanto detti segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s), e i mezzi elaboratori (24) sono predisposti per fornire detti dati di uscita (Ê1, …, Êm) soltanto in funzione di detti primi dati (M, Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s).
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi sensori (12, 14, 16, 18, 20) comprendono inoltre mezzi sensori ausiliari destinati a rilevare dati indicativi di ulteriori grandezze fisiche relative ad elementi e componenti esterni al circuito distributivo (C).
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una pluralità di dispositivi valvolari (EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm) interposti fra detto circuito distributivo (C) e detti dispositivi scambiatori termici (H1,1, …, H1,n1, …, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm) in modo tale da controllare il passaggio del fluido termovettore attraverso detti dispositivi termici scambiatori termici (H1,1, …, H1,n1, …, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm); dette configurazioni operative essendo determinate dallo stato di azionamento di detti dispositivi valvolari (EV1,1, …, EV1,p1, EV2,1, …, EV2,p2, …, EVm,1, …, EVm,pm).
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi identificatori (28) predisposti per identificare preliminarmente detto modello termo-fluidodinamico (M) e per fornire detto modello termo-fluidodinamico (M) a detti mezzi di memoria (23).
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui i mezzi sensori (12, 14, 16, 18, 20) comprendono ulteriormente mezzi sensori secondari predisposti per fornire ai mezzi di identificazione (28) segnali secondari indicativi di grandezze fisiche rappresentative del funzionamento di detto circuito distributivo (C) in ulteriori suoi tratti intermedi; detti mezzi identificatori (28) essendo predisposti per: - imporre al circuito distributivo (C) una sequenza di configurazioni operative (s) predeterminate ed - identificare detto modello termofluidodinamico (M) preliminarmente definito rilevando l’andamento di detti segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit.) e di detti segnali secondari in funzione di detta sequenza di configurazioni operative (s) imposte al circuito distributivo (C).
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti sensori secondari sono montabili in modo rimovibile rispetto a detto circuito distributivo (C).
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi convertitori per convertire l’energia termica e/o cinetica posseduta dal fluido termovettore fluente nel circuito distributivo (C) in energia elettrica destinata ad alimentare almeno un elemento di detto sistema.
10. 10. Metodo per la stima dell’energia termica scambiata fra un complesso utilizzatore (U) ed un impianto termico centralizzato (I) per la generazione e distribuzione dell’energia termica in un periodo di tempo (ΔtTOT) predeterminato; detto complesso utilizzatore (U) includendo una pluralità di utenze termiche (U1, …, Um) da mo nitorare; detto impianto termico centralizzato (I) comprendendo: - un circuito distributivo (C) atto ad essere percorso da un fluido termovettore e predisposto per assumere selettivamente una pluralità di configurazioni operative (s) in cui definisce rispettivi percorsi distributivi per detto fluido termovettore; e - un’unità termica (G) predisposta per generare una variazione desiderata di energia termica nel fluido termovettore proveniente dal circuito distributivo (C); - un dispositivo di pompaggio (P) destinato a indurre una circolazione forzata di detto fluido termovettore attraverso detto circuito distributivo (C); - una pluralità di dispositivi scambiatori termici (H1,1, …, H1,n1, H2,1, …, H2,n2, …, Hm,1, …, Hm,nm) connessi a detto circuito distributivo (C), ripartiti fra dette utenze termiche (U1, …, Um), destinati ad essere attraversati selettivamente da detto fluido termovettore in funzione della configurazione operativa assunta da detto circuito distributivo (C), e idonei a consentire lo scambio termico fra detto fluido termovettore e dette utenze termiche (U1, …, Um); detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi operative: - identificazione di un modello termofluidodinamico (M) strutturalmente e topologicamente rappresentativo dell’impianto (I) e del complesso utilizzatore (U); - memorizzazione di dati relativi ad un modello termo-fluidodinamico (M) preliminarmente identificato rappresentativo dell’impianto termico (I) e del complesso utilizzatore (U); - rilevazione e memorizzazione, per un periodo di tempo predeterminato (ΔtTOT), di segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s) indicativi del funzionamento di detto circuito distributivo (C); - elaborazione di detti segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s) memorizzati in funzione di detto modello termo-fluidodinamico (M) memorizzato, fornendo dati di uscita (Ê1, …, Êm) rappresentativi della stima dell’energia termica (E1, …, Em) individualmente scambiata fra ciascuna utenza termica (U1, …, Um) e l’impianto termico centralizzato (I).
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui detti segnali principali (Qman., Tman., Trit., Pman., Prit., s) sono rappresentativi delle seguenti grandezze fisiche: - la portata di fluido termovettore fluente in un tratto principale di mandata (Cman.) del circuito distributivo (C); - una prima ed una seconda temperatura (Tman., Trit.) del fluido termovettore in corrispondenza rispettivamente del tratto principale di mandata (Cman.) e del tratto principale di ritorno (Crit.) del circuito distributivo (C); - la configurazione operativa (s) assunta del circuito distributivo (C); e - la differenza di pressione (ΔP) che il fluido termovettore presenta rispettivamente fra il tratto principale di mandata e il tratto principale di ritorno (Crit.) del circuito distributivo (C).