Come funziona il regolatore PI dei termostati - significato dei parametri

[Rossi]

1 ora fa, Alessio Menditto ha scritto:

Ma non funziona così, il tuo ragionamento si basa su un presupposto errato.

Il punto debole è sempre il termostato, non se ne esce, ti faccio un esempio: i miei vicini, in pieno inverno con la neve, vedono le finestre di casa mia in fessura, quando loro con i termosifoni hanno serrato tapparelle finestre e doppivetri, e non si capacitano come io invece lasci le finestre in fessura.

Ora se il mio ipotetico termostato (che ho tolto) fosse vicino all finestra in fessura, logica vorrebbe che sarebbe “in chiamata”, perché “sente freddo”, quando in realtà la massa di cemento piastrelle e arredamento irradia il suo calore che mi avvolge come un pannetto di lana.

Per cui non serve nessuna regolazione che non sia quella della temperatura di ritorno, ci pensa lei a dare più gas per scaldare l’acqua che ha perso calore con la finestra in fessura, ma del quale io non me ne sono accorto perché l’inerzia della massa NON si è raffreddata così velocemente.

Io non ho il termostati vicino alla finestra, ma misurano la temperatura dell'aria nella stanza (quella che percepisco io). Non c'è il rischio che accendano (o spengano) il riscaldamento a sproposito come avviene per i tuoi vicini che hanno il termostato fuori dalla finestra (o quasi).

 

I miei termostati misurano la temperatura dell'ambiente (non la temperatura dell'acqua di riscaldamento). Trovi quindi errato che regolino la portata del fluido di riscaldamento?

[Livio Orsini]

2 ore fa, Rossi ha scritto:

Io non posso decidere la temperatura dell'acqua, ma solo la portata

 

Questo chiarisce molte cose, almeno per me.

 

Io non sono esperto in termotecnica, quindi non entro nel merito del problema generale. Mi esprimo solo come conoscitore di regolazioni automatiche.

 

Per conto mio o usi il temostato "così come è", oppure te ne fai uno tu, cosa non eccessivamente difficoltosa se si sa cosa fare.

Per abbreviare il transitorio puoi agire aprendo al 100% la valvola istantaneamente, facendo poi una regolaione proporzionale - derivativa, però non usando la derivate dell'errore, ma la derivata della temperatura. E quello che usualmente viene definito "anticipo di reazione", usatissimo ai tempi delle regolazioni analogiche, ma che io impiego spesso anche nelle regolazioni discrete.

Questa tecnica la puoi usare anche per compensare grossi disturbi, come l'apertura della finestra o disturbi prolungati come il soleggiamento della parte espsota a sud.

[Alessio Menditto]

Non è che è errato, ma tra azione e reazione passa troppo tempo, come il Covid, tra infettarsi e avere sintomi possono passare due settimane.

Intendiamoci, ci sono tanti pannelli radianti comandati da termostati, fatti da fior di termotecnici che li fanno funzionare (anche se andrebbe guardato bene come funzionano in realtà), per cui non è che non si può fare quello che vuoi fare, ma è abbastanza inutile per via del ritardo dall intervento del sistema e quello che sentì.

 

Se in un frigorifero ci sono 5 chili di carne, frutta, bottiglie ecc a 4 gradi centigradi, se tu lo apri per prendere il brodo e non lo trovi e tieni lo sportello aperto 1 minuto o due, sicuramente la temperatura dell aria da 4 gradi sarà salita anche di tanto, ma la massa dei chili e chili della merce, da 4 gradi, sarà salita probabilmente di pochissimi decimi di grado, è per quello che i termostati da frigo sono fatti in modo da NON sentire la temperatura dell’aria, perché altrimenti farebbero partire il compressore pur non essendoci bisogno.

[Rossi]

16 ore fa, Alessio Menditto ha scritto:

Non è che è errato, ma tra azione e reazione passa troppo tempo, come il Covid, tra infettarsi e avere sintomi possono passare due settimane.

Intendiamoci, ci sono tanti pannelli radianti comandati da termostati, fatti da fior di termotecnici che li fanno funzionare (anche se andrebbe guardato bene come funzionano in realtà), per cui non è che non si può fare quello che vuoi fare, ma è abbastanza inutile per via del ritardo dall intervento del sistema e quello che sentì.

Sono d'accordo sul ritardo: devo solo tenerne conto. Ma muovi un'aspetto interessante: se apro una finestra, la temperatura dell'aria (rilevata dal termostato) crolla. Il pannello radiante (pavimento nel mio caso) rimane caldo. Appena richiudo la finestra, tempo 10/20 minuti ho la stessa temperatura di prima (proprio grazie all'inerzia termica). 

In questo caso, è di mio interesse che i termostati non intervengano. Lo fanno, ma il sistema è abbastanza lento da non risentirne particolarmente dal punto di vista energetico.

 

17 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Per abbreviare il transitorio puoi agire aprendo al 100% la valvola istantaneamente, facendo poi una regolaione proporzionale - derivativa, però non usando la derivate dell'errore, ma la derivata della temperatura. E quello che usualmente viene definito "anticipo di reazione", usatissimo ai tempi delle regolazioni analogiche, ma che io impiego spesso anche nelle regolazioni discrete.

 

Quindi, l'anticipo di reazione è una buona idea ma in realtà dovrei trovare un modo per cui l'azione è inibita qualora aprissi una finestra (e probabilmente riesco a reperire questa informazione dalla centralina dell'allarme). Oppure, dal momento che mi interessa la velocità di reazione solo quando cambio il set-point di temperatura, potrei mettere la derivata sul set-point invece che sulla temperatura. Si è mai visto?

 

Aggiungo un punto ai miei obiettivi. Premesso che posso regolare la sola portata dell'acqua (la quale è fornita a temperatura costante di 30°C):

• minimi consumi una volta raggiunto il set-point
• evitare che aprire una finestra per qualche minuto determini un'azione significativa sul controllo della climatizzazione
• massima velocità di regolazione in caso di variazione a gradino del set-point

 

Vorrei però capire una cosa Alessio. Se fossi stato tu a progettare il sistema, avresti messo il termostato sulla temperatura dell'acqua di ritorno? Ovvero:

• Io imposto un set-point di 22°C
• L'acqua è a 19°C e la caldaia si accende riscaldando l'acqua e mettendola in circolo
• Il termostato regola la caldaia in modo tale che la temperatura di ritorno rimanga fissa a 22°C.

Ho capito bene?

 

 

[Alessio Menditto]

Due cose: la finestra in fessura è per garantire il ricambio di aria, è dimostrato da anni che la casa è uno degli ambienti più inquinati, se non si garantisce il ricambio.

Anni fa c’erano i serramenti vecchi, che chiudevano male, ma che garantiva alla Garibaldina un ricambio ruspante, adesso con i serramenti a tenuta ermetica (per non far uscire calore) resta questo problema grosso.

Seconda cosa io non metto nessun termostato, basta quello della caldaia, cioè imposto 30 di mandata ad esempio, poi ci pensa lei col SUO termostato sul ritorno.

Quello che mi preme dire, è che è un sistema di per se semplicissimo, risale agli antichi romani e prima, bisogna solo garantire (ma anni fa era difficile, ecco perché per anni è stato dimenticato) una bassa temperatura dell acqua di mandata.

Tu fai benissimo a fare gli esperimenti ci mancherebbe, ma se vogliamo essere scientifici tu bisogna però che mi dimostri “il vantaggio” del sistema, qualunque esso sia, altrimenti non vedo il senso se non un piacevole (rispettabile!!) passatempo.

[Livio Orsini]

12 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Seconda cosa io non metto nessun termostato, basta quello della caldaia, cioè imposto 30 di mandata ad esempio, poi ci pensa lei col SUO termostato sul ritorno.

 

Penso anch'io che su questo tipo di impianto, visto l'enorme volano termico, sia la soluzione migliore oltre, ovviamente, ad una buona progettazione della disposizzione delle serpentine.

Però ci si può divertire con speculazioni intellettuali su come ottimizzarne il funzionamento

[Alessio Menditto]

2 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

Però ci si può divertire con speculazioni intellettuali su come ottimizzarne il funzionamento

 

Certo che si, anzi la discussione è molto interessante perché da un lato c’è Rossi con i suoi grafici, ragionamenti precisi e puntuali, dall’altro abbiamo un impianto talmente ruspante da non poter essere piegato da grafici, addirittura le temperature come siamo abituati nei normali impianti a termosifoni qui sono addirittura un impedimento, un fastidio, una complicazione, cioè il Sacro e il Profano.

Per un tecnico è inaccettabile un sistema che funziona bene “quando stai bene”, perché “lo stare bene” è soggettivo, per cui i pannelli radianti sono un sistema nella sua semplicità, molto difficile da accettare, come richiederebbe (non è una battuta, si è letto tante volte qui ) un supporto psicologico per accettare una caldaia che funziona 24/24, per alcuni una vera fonte di stress.

[Rossi]

8 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Due cose: la finestra in fessura è per garantire il ricambio di aria, è dimostrato da anni che la casa è uno degli ambienti più inquinati, se non si garantisce il ricambio.

Anni fa c’erano i serramenti vecchi, che chiudevano male, ma che garantiva alla Garibaldina un ricambio ruspante, adesso con i serramenti a tenuta ermetica (per non far uscire calore) resta questo problema grosso.

Questo forse non l'ho detto: ho le bocchette per la ventilazione meccanica controllata.

 

9 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Seconda cosa io non metto nessun termostato, basta quello della caldaia, cioè imposto 30 di mandata ad esempio, poi ci pensa lei col SUO termostato sul ritorno.

Quello che mi preme dire, è che è un sistema di per se semplicissimo, risale agli antichi romani e prima, bisogna solo garantire (ma anni fa era difficile, ecco perché per anni è stato dimenticato) una bassa temperatura dell acqua di mandata.

Intendevo il termostato della caldaia. Spiegami meglio: imposti 30°C e fai circolare l'acqua fino a che quella di ritorno non raggiunge i 22°C? Oppure tieni 30°C in modo indefinito? Come garantisci che negli ambienti hai la temperatura che vuoi? Mi interessa parecchio, perché posso accedere alle condotte e pensare ad un sistema di regolazione tutto all'interno del quadro dei collettori.

 

12 minuti fa, Alessio Menditto ha scritto:

Tu fai benissimo a fare gli esperimenti ci mancherebbe, ma se vogliamo essere scientifici tu bisogna però che mi dimostri “il vantaggio” del sistema, qualunque esso sia, altrimenti non vedo il senso se non un piacevole (rispettabile!!) passatempo.

I vantaggi sono:

• regolazione più veloce quando vario la temperatura di set-point (magari senza sovra-elongazioni)
  • Esempio: vado in ferie 2 settimane e spengo/abbasso il riscaldamento. Al mio ritorno vorrei raggiungere la temperatura di set-point in meno di 12 ore. Magari per il sistema che ho il meglio che posso ottenere è 10 ore, ma sarebbe già quasi il 20% più veloce.
  • Evitare sovra-elongazioni migliorerebbe il comfort (e ridurrebbe i consumi)
• minimizzazione delle oscillazioni una volta raggiunto il valore di set-point
  • Se riduco le oscillazioni riduco i consumi (quindi risparmio) e aumento il comfort
• riconoscimento della transitorietà dei disturbi
  • Non agisco sul riscaldamento se riconosco che la variazione di temperatura è solo transitoria (apertura di una finestra). Sempre in un'ottica di risparmio energetico (ed economico)

 

 

[Alessio Menditto]

Se imposto 30 la mandata, la caldaia modula fino a che LA TEMPERATURA DELL ACQUA DI RITORNO arriva a 30...perché si dovrebbe fermare a 22?

Arrivata a 30 la fiamma si regola per mantenere i 30.

[Alessio Menditto]

35 minuti fa, Rossi ha scritto:

Come garantisci che negli ambienti hai la temperatura che vuoi?

 

È questo il punto, NON ESISTE una temperatura da mantenere !!!

io adesso NON CONOSCO quanti gradi ho in casa e in ogni camera, so solo che con la temperatura dell’acqua di X gradi “sto bene”, punto.

Se tra una settimana la temperatura esterna cala a -10 e in casa “sento un po’ freddo”, alzo di un grado la mandata, se dopo un giorno che tutto è andato i  temperatura, “sento” ancora freddo, alzo di un grado ancora, è così via (anche viceversa), tutto qui.

[Alessio Menditto]

È ovvio che se vai in vacanza due settimane lo spegni, devi essere consapevole però che se ritorni e lo accendi, per parecchie ore devi tenere il piumino addosso, perché non si scalda mica subito come se ci fossero i termosifoni.

Ma che comfort vuoi migliorare, mica l’ho capito, più comfort di così non esiste, se non hai comfort è perché l’impianto non è bilanciato, mica perché non hai termostati da Star Trek.

[Rossi]

20 ore fa, Alessio Menditto ha scritto:

È questo il punto, NON ESISTE una temperatura da mantenere !!!

io adesso NON CONOSCO quanti gradi ho in casa e in ogni camera, so solo che con la temperatura dell’acqua di X gradi “sto bene”, punto.

Se tra una settimana la temperatura esterna cala a -10 e in casa “sento un po’ freddo”, alzo di un grado la mandata, se dopo un giorno che tutto è andato i  temperatura, “sento” ancora freddo, alzo di un grado ancora, è così via (anche viceversa), tutto qui.

Perfetto, ora mi è chiaro. Un po' lo stesso concetto del caminetto: se ho freddo aggiungo legna. Ma a questo punto c'è una ragione per cui regoli la temperatura dell'acqua e non direttamente la fiamma?

Per me potrebbe funzionare lo stesso principio, invece di regolare la temperatura della stanza, decido che sto bene con 3 litri/minuto di acqua di mandata e la regolo più o meno in funzione di quanto ho freddo. Ho capito bene?

 

[Alessio Menditto]

Perché ci pensa la caldaia a modulare, perché lo dovrei fare io?

Gli X gradi sono la “rappresentazione” del calore  che serve sia per scaldarmi che per compensare le perdite, cioè il calore che esce dai muri (e con la caldaia a condensazione ne sfugge meno sul camino, ecco il guadagno del sistema).

Posto che il calore non si può misurare col termometro (serve un calorimetro da laboratorio), la caldaia col termometro sul ritorno ne vede però l’effetto, quindi se si è perso molto calore la temperatura dell acqua si è abbassata, e con la logica della caldaia aumenta il gas in proporzione a questo Delta di temperatura (impostata/ di ritorno), in altre parole più si avvicina alla temperatura impostata più cala la potenza al bruciatore.

Il “limite” del sistema è quando, pur essendo il bruciatore al minimo, produce troppa potenza (la temperatura aumenta sopra quella impostata), quindi non può più modulare e si deve spegnere.

 

Ora il tuo sistema, se non ho capito male, obbligatoriamente, si basa sulla portata di acqua, ma in questo modo tu devi controllare due cose, sia la portata che la potenza del bruciatore per scaldare questa ultima, e secondo me oltre che fare più fatica, aumenti gli errori.

Col sistema semplice del pavimento invece c’è solo la fiamma del bruciatore da controllare, e il sistema funziona molto bene, oltre che risparmiare.

Peró attenzione, l’unico guadagno (da quello che so) col sistema a pavimento è solo nella resa della caldaia ( che butta al camino meno calore che una caldaia non a condensazione), perché in realtà è accesa praticamente 24/24, anche se al minimo.

 

[Rossi]

Il 16/12/2020 alle 10:17 , Alessio Menditto ha scritto:

Ora il tuo sistema, se non ho capito male, obbligatoriamente, si basa sulla portata di acqua, ma in questo modo tu devi controllare due cose, sia la portata che la potenza del bruciatore per scaldare questa ultima, e secondo me oltre che fare più fatica, aumenti gli errori.

Col sistema semplice del pavimento invece c’è solo la fiamma del bruciatore da controllare, e il sistema funziona molto bene, oltre che risparmiare.

Peró attenzione, l’unico guadagno (da quello che so) col sistema a pavimento è solo nella resa della caldaia ( che butta al camino meno calore che una caldaia non a condensazione), perché in realtà è accesa praticamente 24/24, anche se al minimo.

Io vivo in un condominio e non posso controllare niente se non la portata dell'acqua nel mio appartamento. La pompa di calore è regolata in modo da dare a tutti indistintamente 30°C, e io non posso cambiarla.

 

Quindi, in definitiva, non posso proprio testarlo il tuo sistema. Almeno che non cambi la temperatura anche ai miei vicini in funzione delle mie esigenze .

 

Ti ringrazio Alessio perchè effettivamente mi hai fatto meditare a lungo su cosa vuol dire comfort per me. Credo di essere arrivato a queste conclusione:

• Quello che percepisco come fastidio sono i gradienti di temperatura. Quindi passare da una stanza ad un'altra a temperature diverse
• Quindi, per quello che mi riguarda, la temperatura è la variabile giusta da controllare che è quanto mi garantisce che tutte le stanze siano calde uguale (con alcune eccezioni: la camera da letto la preferisco fredda ad esempio).
  • Infatti avere lo stesso flusso in tutte le camere temo che non funzionerebbe (le stanze a sud sarebbero più calde, quelle a nord più fredde)
  • Non modulare il flusso durante le giornate soleggiare mi porterebbe ad avere troppo caldo di giorno. E per quello mi dovrò necessariamente affidare ai termostati

 

[Alessio Menditto]

Bene, facci sapere se ci sono novità.

Non ho ben capito qual è il “mio” sistema però...è la caldaia che tiene sempre 30 di mandata, lei fa quello che ti ho descritto solo tramite la temperatura di ritorno di tutti gli appartamenti e modula lei, anche perché come farebbe a riuscire a tenere 30 gradi altrimenti?

Se per ipotesi Tu aumentassi la richiesta di calore del tuo appartamento, la caldaia non sa quale appartamento le fa abbassare la T di ritorno, e si regola per compensare aumentando la fiamma, ma sempre 30 gradi rimane.

[Rossi]

16 ore fa, Alessio Menditto ha scritto:

Bene, facci sapere se ci sono novità.

Non ho ben capito qual è il “mio” sistema però...è la caldaia che tiene sempre 30 di mandata, lei fa quello che ti ho descritto solo tramite la temperatura di ritorno di tutti gli appartamenti e modula lei, anche perché come farebbe a riuscire a tenere 30 gradi altrimenti?

Se per ipotesi Tu aumentassi la richiesta di calore del tuo appartamento, la caldaia non sa quale appartamento le fa abbassare la T di ritorno, e si regola per compensare aumentando la fiamma, ma sempre 30 gradi rimane.

Si, la descrizione del mio sistema è stata piuttosto frammentata:

• Condominio, ~50 appartamenti tutti con
  • riscaldamento/raffrescamento a pavimento
  • deumidificatore per i mesi estivi, che utilizza la stessa acqua del circuito di raffreddamento
• 2 pompe di calore ad acqua di falda
  • forniscono acqua calda/fredda (n funzione della stagione) al circuito di climattizzazione
  • forniscono acqua calda di falda
  • quasi ridondanti perchè una da sola è in grado di sopperire all'intero fabbisogno ma a prestazioni lievemente inferiori
  • COP stagionale attorno al 3.2, ERR stagionale attorno al 3.9 (consumo delle pompe del pozzo escluso)
• Le pompe (d'inverno) forniscono un'acqua di mandata a 30°C, costante per tutti
  • Ho stimato un rendimento stagionale del sistema di distribuzione attorno al 90%-95%
• I termostati dei vari appartamenti regolano la portata di quest'acqua (agendo sull'apertura delle valvole)
  • Un termostato e un circuito separato per ogni stanza
  • Regolazione continua delle valvole (si possono regolare anche posizioni intermedie)

Manca qualcosa?

[Alessio Menditto]

Si, quanto paghi in media d’inverno per riscaldamento?

E d’estate per raffreddare?

 

[Rossi]

Perdonate la latenza, sono stato piuttosto impegnato (e poi non trovavo più la discussione 😃...boh, nel mio profilo non c'è). Prima di fare una segnalazione aspetterò che il forum sia ripristinato completamente.

 

il 19/12/2020 at 12:10 , Alessio Menditto scrisse:

Si, quanto paghi in media d’inverno per riscaldamento?

E d’estate per raffreddare?

Allora:

• inverno 2019-2020 ho pagato 0.13 €/kWh (per un totale di 14 €) + 12 € di involontario
• estate 2020 ho pagato 0.16 €/kWh (per un totale di 71 €) + 50 € di involontario

Acqua calda sanitaria invece (se interessa)  4.71 €/mc + 171 € di involontario --> Qui mi interesserebbe una vostra opinione: non è esagerato?

 

Quindi, in somma, forse con tutte le mie turbe mentali, potrei risparmiare un paio di Euro 😆

 

 

Come ultimo aggiornamento, sono riuscito attorno a Natale a fare una prova con regolazione puramente proporzionale. Ecco il confronto tra PI e P con condizioni ambientali esterne molto simili (temperatura esterna -2/0°C, umidità 95/100%). In pratica:

• Nessun beneficio in termini di velocità all'aumentare della portata. 100% nell'azione del regolatore produce gli stessi effetti di un 50%.
• La regolazione proporzionale risulta più efficiente dal punto di vista energetico (~ 7 kWh di proporzionale contro ~9 kWh di proporzionale-integrale)
• Il regolatore proporzionale mi elimina la fastidiosa sovra-elongazione, e oscilla poco attorno al setpoint (se confrontato con il PI)

In sostanza, il proporzionale sembra essere più efficiente, ma questo semplicemente perchè si evita la sovra-elongazione. Se avessi tenuto un setpoint fisso tutto l'inverno, scalini non ce ne sarebbero stati (e quindi nemmeno sovra-elongazioni).

Sono ancora un po' indeciso su quale potrebbe essere la configurazione migliore per me.

• Un PI è ideale se tengo un setpoint fisso tutta la stagione, ma sembrerebbe non convenire spegnerlo se me ne vado di casa per qualche giorno.
• Un P funziona benone, ma se apro una finestra è la temperatura rilevata scende di molto (anche se per solo qualche minuto) mi spara al massimo la regolazione.
  • Per quel poco che pago probabilmente va bene anche così

 

Fra qualche mese comincerò a raffrescare. Vediamo che succede. Lì c'è una complicazione in più: il deumidificatore (che raffredda insieme al pavimento) potrebbe disturbare il rilevamento (in quanto il deumidificatore non è controllato dalla temperatura dell'appartamento, ma dall'umidostato).