Come la manutenzione dei sensori contribuisce al risparmio energetico negli impianti HVAC

I sistemi di controllo avanzati, come la ventilazione controllata in base alla domanda (DCV) e il free cooling, stanno diventando sempre più diffusi, poiché cresce l'esigenza di ridurre il consumo energetico degli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC). Tuttavia, anche il sistema di automazione degli edifici più evoluto è inefficace se il sensore che misura le condizioni reali ha subito una deriva. Non basta che i sensori soddisfino i requisiti di precisione al momento dell'installazione: tali prestazioni devono essere mantenute per l'intero ciclo di vita dell'edificio. Le condizioni dell'aria interna non sono considerate critiche per i sensori. Tuttavia, una volta messo in funzione il sistema, i sensori impiegati nell'automazione degli edifici vengono raramente sottoposti a taratura o manutenzione. Poiché errori di cablaggio o guasti dei sensori sono piuttosto comuni, durante la messa in servizio del sistema è consigliabile eseguire almeno una misurazione di confronto. È inoltre opportuno verificare i sensori installati dopo un paio d'anni utilizzando uno strumento portatile affidabile.

Alcune misure richiedono particolare attenzione. Di seguito analizzeremo più nel dettaglio i sensori di umidità e CO₂ per esterni.

Misura dell'umidità esterna

In determinate condizioni climatiche, gli economizzatori possono ridurre il consumo energetico sfruttando l'aria esterna come risorsa di raffrescamento naturale (free cooling). Nei climi umidi, il fattore più significativo è la quantità di umidità nell'aria esterna, non la temperatura. A 30 °C l'entalpia passa da 30 kJ/kg a 96 kJ/kg quando l'umidità relativa passa da zero a 95 %RH. Secondo lo standard ASHRAE 90.1, nei climi caldi e umidi si consiglia l'uso del controllo entalpico differenziale o del controllo entalpico fisso negli economizzatori. La precisione del valore RH per i sensori di controllo deve essere pari a <±5 %RH. Anche se per la maggior parte dei sensori viene dichiarata una precisione di ±5 %RH o superiore, tale valore si riferisce alle condizioni iniziali di fabbrica. Il valore ±5 %RH deve essere mantenuto per l'intero ciclo di vita del sistema.

Le misure di umidità in ambiente esterno sono particolarmente impegnative. I sensori sono infatti esposti a elevata umidità, vento, irraggiamento solare e inquinamento. Per questo motivo è preferibile utilizzare un unico sensore di umidità esterna di alta qualità, sottoposto a regolare manutenzione, anziché diversi sensori di qualità inferiore.

Oltre alla verifica periodica delle misure, la manutenzione comprende anche la pulizia regolare dello schermo di protezione dalle radiazioni. In mancanza di una manutenzione adeguata, le letture della temperatura possono risultare superiori di diversi gradi centigradi e i valori di umidità relativa inferiori di oltre 10 %RH rispetto ai valori reali.

L'aspetto più importante è utilizzare un sensore progettato specificamente per applicazioni outdoor. Alcuni sensori che sulla scheda tecnica sembrano offrire prestazioni adeguate possono subire derive così marcate da diventare inutilizzabili dopo pochi mesi di utilizzo all'esterno. Nella Figura 1 sono riportati i risultati delle prove su tre sensori Vaisala HUMICAP® utilizzati all'esterno per oltre 12 anni presso il sito di prova Vaisala di Vantaa, in Finlandia. Nonostante questi risultati straordinari, consigliamo comunque di eseguire controlli periodici con uno strumento portatile affidabile almeno ogni due anni perché le condizioni all'esterno variano in modo considerevole.

Sensori di CO2

I sensori di CO2 sono fondamentali nella riduzione del consumo energetico mediante la DCV. Poiché la misura della CO2 determina direttamente la quantità di aria esterna immessa nell'edificio, i requisiti di precisione sono sempre più rigorosi. La normativa della California CEC-400-2008-001-CMF richiede una precisione di ±75 ppm a 600 e 1.000 ppm, comprensiva di una stabilità garantita per cinque anni. Lo standard ASHRAE 90.1 per la bioedilizia richiede una precisione di ±50 ppm a 1.000 ppm. Livelli di precisione di questo tipo non possono essere raggiunti con strumenti semplici basati su algoritmi di compensazione automatica della concentrazione di fondo pari a 400 ppm. Infatti, una concentrazione di controllo pari a 1.000 ppm è troppo distante dal valore di fondo di circa 400 ppm e la deriva di sensibilità che si accumula nel tempo può amplificare ulteriormente l'errore. In particolare, il requisito di ±50 ppm può essere soddisfatto solo con strumenti a raggio doppio o singolo a doppia lunghezza d'onda come Vaisala CARBOCAP® , sottoposti a regolare taratura mediante gas campione. A seconda del tipo di strumento, un intervallo di taratura di due anni è generalmente sufficiente.

La cosa più importante è utilizzare un sensore progettato appositamente per l'uso outdoor. Alcuni sensori che sulla carta sembrano idonei, nella realtà possono subire derive notevoli, tanto da diventare inutilizzabili dopo pochi mesi. Nella Figura 1 sono riportati i risultati delle prove su tre sensori Vaisala HUMICAP® utilizzati all'esterno per oltre 12 anni presso il sito di prova Vaisala di Vantaa, in Finlandia. Nonostante questi risultati straordinari, consigliamo comunque di eseguire controlli periodici con uno strumento portatile affidabile almeno ogni due anni perché le condizioni all'esterno variano in modo considerevole.

Per requisiti leggermente inferiori, un regime di manutenzione o sostituzione a 5 anni potrebbe essere sufficiente, come dimostrato nella Figura 2, che mostra la stabilità dei 23 moduli di misura Vaisala CARBOCAP® GM10 testati.

Quando si utilizzano sensori di CO₂ per controllare una differenza di 600 ppm tra la concentrazione di CO₂ interna ed esterna, quel singolo sensore diventa uno dei dispositivi più importanti dell'intero edificio. Un'eventuale deriva di questo sensore influisce su tutte le zone dell'edificio gestite in modo indipendente.

In conclusione:

Molti strumenti HVAC vengono impiegati per ridurre il consumo energetico. Per ottenere il risparmio energetico previsto, è essenziale che le misure mantengano la loro accuratezza per tutto il ciclo di vita dello strumento. Se vale la pena misurare un valore, vale la pena misurarlo correttamente.

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