L'impianto di controllo è composto da un insieme di elementi che permettono di monitorare, gestire e armonizzare il funzionamento dei vari elementi di vari sottosistemi all'interno dell'intero impianto.
L'analisi delle grandezze monitorate e l'attuazione delle varie operazioni avvengono tramite sensori ed attuatori di varia natura gestiti localmente o centralmente a seconda delle richieste.
L'impianto di controllo è costituito da un'unità centrale che si interfaccia alla rete aziendale, garantendo un accesso selettivo e controllato alle varie pagine di visualizzazione di stato e configurazione. È quindi possibile consentire agli addetti di poter modificare i parametri di funzionamento delle porzioni competenti dell'impianto, garantendo nel contempo la possibilità ad altri utenti di effettuare controlli sullo stato di funzionamento di una parte o dell'intero impianto.
L'unità di controllo effettua anche una registrazione dei dati storici in modo da consentire l'analisi statistica dei valori ottenuti.
All'unità di controllo centrale vengono connesse diverse unità di gestione locale che permettono di semplificare le operazioni di controllo automatico delle varie parti dell'impianto, garantendo una modularità dello stesso e migliorandone le prestazioni. Per "prestazioni" dell'impianto di controllo si intende la velocità e la qualità o correttezza della risposta del sistema ad una variazione delle condizioni di funzionamento
Alle unità di controllo locali sono collegate le interfacce verso i sensori e gli attuatori disposti sui vari elementi dell'impianto.
- Suddivisione funzionale dell’impianto
È possibile effettuare una suddivisione funzionale delle zone d'azione del sistema, anche se la variazione di un parametro all'interno di una zona di competenza può influire sul funzionamento di un'altra parte dell'impianto.
Le zone funzionali sono le seguenti:
- climatizzazione piano terra e primo piano,
- gestione dell'impianto di refrigerazione,
- gestione pompe geotermiche,
- gestione caldaia,
- gestione impianto solare per riscaldamento,
- gestione impianto per prove,
- gestione sistema di recupero dell'acqua sanitaria,
- gestione impianti ausiliari,
- sistema di visualizzazione e controllo.
Gli impianti di climatizzazione sono essenzialmente costituiti dai termostati ambiente, dai ventil convettori e dai recuperatori di calore. Questo impianto consente di garantire il microclima ideale e la riduzione dei consumi nei vari ambienti della struttura.
In funzione della presenza o no di persone all'interno di un locale, delle richieste dell'utente e delle condizioni esterne, è possibile controllare i ventilconvettori del locale in modo da ottimizzarne il funzionamento ed i consumi.
Garantendo una gestione indipendente dei singoli locali si ottengono le migliori prestazioni in quanto i parametri di funzionamento sono legati a fattori esterni differenti (come ad esempio l'esposizione al sole), fattori umani (sensibilità alla temperatura degli utenti) e situazioni particolari.
L'impianto di climatizzazione genera le richieste che devono essere asservite da altre parti dell'impianto, e in special modo dal circuito della caldaia, dalle pompe di calore geotermiche e dal sistema di refrigerazione.
La parte di gestione dell'impianto di refrigerazione consente di controllare il funzionamento dei refrigeratori esterni e delle pompe di mandata in funzione delle richieste e delle temperature dei fluidi nell'impianto. In base alle condizioni esterne e alle impostazioni il sistema di controllo determina se le funzioni di refrigerazione debbano essere asservite dall'impianto di refrigerazione o dalle pompe geotermiche e quindi quale degli impianti deve essere attivato.
L'impianto geotermico è essenzialmente costituito tra tre elementi differenti, ossia tre differenti tipi di pompe di calore e sonde. La pompa di calore principale utilizza il metodo di prelievo e reimmissione nella falda acquifera tramite pozzi. Questo sistema garantisce potenze elevate e viene utilizzato sia per refrigerare che per produrre acqua calda.
Gli altri due elementi dell'impianto geotermico sono due pompe di calore, una con sonde verticali e l'altra con sonde orizzontali. Queste due pompe vengono utilizzate sia per le prove che in aggiunta alla pompa principale.
Il sistema di gestione progettato prevede l'integrazione della pompa di calore principale con le due pompe di calore per prove, quando quella principale non ha potenza sufficiente ad asservire alle richieste dell'impianto. Se, in caso di funzionamento da refrigeratore, la potenza totale fornita dal sistema geotermico non fosse sufficiente il sistema di controllo procederebbe all'attivazione dell'impianto di refrigerazione. Nel caso di funzionamento da riscaldatore, qualora la potenza termica fornita dalla pompe geotermiche non fosse adeguata a rispettare le richieste, il sistema di controllo invierebbe una richiesta di funzionamento alla caldaia a condensazione.
Il sistema di controllo progettato consente di analizzare i consumi elettrici e l'energia termica prodotta dalle pompe di calore, realizzando anche una raccolta di dati storici in modo da poter evidenziare l'andamento di tali valori durante i vari nel tempo.
La caldaia modulare a condensazione viene utilizzata per produrre l'acqua calda per le prove, per l'integrazione dell'impianto solare e per l'eventuale riscaldamento dei locali qualora la parte geotermica non avesse potenza adeguata.
Le varie richieste dell'impianto vengono asservite attivando le pompe di mandata e controllando il funzionamento della caldaia stessa: la logica di controllo interna alla caldaia gestisce autonomamente il numero di moduli riscaldanti attivi.
L'impianto solare per il riscaldamento viene utilizzato per fornire acqua calda sanitaria. La potenza ottenuta dai pannelli solari viene calcolata e memorizzata in modo da poter verificarne l'andamento durante le varie ore del giorno e nei vari periodi dell'anno. L'utilizzo di sensori che indicano le condizioni atmosferiche del cielo consentono di correlare i valori di potenza termica resa dai pannelli solari con la presenza di nubi nel cielo e di effettuare regolazioni più rapide dell'impianto. Qualora i pannelli solari non riuscissero a fornire energia sufficiente per rispondere alle richieste è infatti possibile comandare un intervento integrativo della caldaia.
La gestione della temperatura degli accumuli collegati al circuito solare avviene in maniera automatica e in caso di riscaldamento eccessivo degli stessi si procede al rilascio automatico di una quantità d'acqua sufficiente a scongiurare il pericolo di un surriscaldamento degli accumuli.
Per realizzare le prove all'interno dei laboratori è necessario fornire acqua con valori differenti di temperatura, pressione e portata. Una gestione centralizzata di tali parametri consente una semplificazione degli impianti di prova all'interno dei locali del laboratorio ed una riduzione dei consumi. L'acqua calda necessaria per le prove è ottenuta utilizzando la caldaia a condensazione che, grazie alla modularità, è sufficientemente flessibile da adattarsi alle diverse condizioni di funzionamento, garantendo sempre rendimenti elevati.
Il sistema di recupero dell'acqua sanitaria consente di recuperare parte del calore ceduto all'acqua utilizzata per le prove. In questo modo è possibile ridurre ulteriormente i consumi necessari per la produzione di acqua calda per le prove: la gestione dell'impianto di recupero avviene grazie al sistema di controllo e non richiede alcun intervento da parte degli operatori.
- Interfaccia remota del sistema
Il sistema di controllo è dotato di un sistema di gestione e visualizzazione remoto che consente a tutti gli elaboratori collegati alla rete locale di accedere a vari servizi previa autorizzazione con parola chiave. In aggiunta a tele tipo di gestione via PC è prevista la possibilità di accesso alle varie unità di controllo presenti nei quadri locali e in sottoporzioni dell'impianto tramite pannelli LCD murali. Per la visualizzazione completa dello stato di funzionamento di tutto l'impianto, con l'indicazione dei consumi e delle potenze impiegate, è presente un grande display LCD: questo display posizionato nello showroom consente sia agli operatori che ai visitatori di constatare direttamente le potenze prodotte tramite fonti alternative e lo stato dell'impianto.
Le interfacce software di visualizzazione e controllo sono realizzate con schemi sinottici con grafica ricercata in modo da rendere elementare, immediata e chiara la comprensione dello stato dei vari elementi dell'impianto.
- Vantaggi introdotti dall'uso del sistema di controllo
L'impianto di controllo consente di ridurre attivamente gli sprechi adattando dinamicamente il funzionamento dei vari elementi dell'impianto alla richieste contingenti.
La gestione automatica dell'impianto consente di applicare strategie di ottimizzazione dei consumi, semplificare la gestione dell'impianto da parte degli operatori, migliorare il funzionamento delle singole parti dell'impianto e, contemporaneamente, dell'intero complesso. Infine il sistema di controllo permette di migliorare il benessere fisico legato al microclima presente nei vari locali dell'edificio, potendo garantire sempre le condizioni ottimali.
Un sistema di controllo centralizzato consente di adattare il funzionamento dell'impianto alle richieste effettive e contingenti dell'utenza, evitando di far funzionare parti dell'impianto quando non necessario e coordinando il funzionamento tra i vari sottosistemi. È infatti possibile configurare il funzionamento dei vari attuatori nel modo il più consono possibile all'asservimento delle varie richieste provenienti dalle diverse parti dell'impianto.
Come esempio si può considerare il seguente caso:
In periodo tardo autunnale il riscaldamento dei locali viene normalmente garantito utilizzando una pompa di calore. L'acqua calda sanitaria utilizzata all'interno delle docce e delle cucine dello stabilimento è prodotta grazie ai moduli solari, con l'integrazione ove necessario della caldaia.
Dovendo realizzare una prova con acqua calda si attiva la pompa di mandata della singola parte dell'impianto. La riduzione della temperatura dell'acqua che ne consegue porta all'attivazione di un numero di elementi scaldanti della caldaia sufficiente a soddisfare la richiesta. Qualora la temperatura esterna scendesse eccessivamente e l'impianto geotermico non riuscisse a soddisfare la richiesta di potenza, verrebbe utilizzata la caldaia per il riscaldamento.
L'utilizzo del sistema di controllo consente di ottimizzare il funzionamento dei vari impianti in modo da poter scegliere in ogni momento quello che consente consumi minori, in relazione alla capacità di asservire nel miglior modo possibile le richieste imminenti.
Supponendo di voler garantire le condizioni migliori di microclima nei vari locali, con un controllo manuale dell'impianto è impossibile adattare dinamicamente, giorno per giorno o ora per ora il funzionamento delle varie parti dell'impianto ed è quindi necessario considerare le condizioni peggiori. In tali condizioni è necessario incrementare il periodo durante l'inverno in cui la caldaia venga fatta funzionare anche in sostituzione all'impianto geotermico. Discorso analogo è fattibile per il funzionamento estivo dell'impianto di refrigerazione. Per garantire la possibilità di riscaldare e raffreddare a sufficienza i locali è quindi necessario garantire la possibilità di avere una quantità di energia termica maggiore di quella effettivamente necessaria in un determinato momento, in modo da poter gestire eventuali oscillazioni.
La notevole instabilità climatica degli ultimi anni non permette di effettuare una scelta oculata in quanto è possibile che si verifichino cambiamenti repentini e con forti oscillazioni che richiederebbero la continua commutazione manuale tra i diversi tipi di sistemi di riscaldamento e raffrescamento.
L'utilizzo di un sistema di controllo globale dell'impianto consente anche di evitare gli sprechi garantendo una gestione giornaliera o addirittura oraria delle varie parti del sistema.
I consumi elettrici aggiuntivi dell'impianto sono complessivamente stimabili dell'ordine di qualche decina di watt, ad esclusione dei PC comunque attivi per le normali attività di laboratorio e l'LCD dimostrativo presente nello showroom.
Il sistema di controllo consente anche un considerevole incremento della sicurezza intrinseca dell'impianto, andando a monitorare parametri critici (es. pressioni e temperature) o situazioni di pericolo (es. fughe di gas, allagamenti). In tali condizioni si riduce il rischio di incidenti e di conseguenza la spesa sociale. In caso di pericolo imminente, la gestione degli allarmi avviene in diverse modalità, sia disattivando ove necessario porzioni dell'impianto, sia comunicando repentinamente tramite e-mail o finestre di avviso sui terminali collegati alla rete.