Termotecnica · circuiti idronici V04 · 10-10
Inerziale a 4 attacchi
© 2026 Ing. Paolo Savoia
Termotecnica ed acustica per il comfort in edilizia
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Puffer
Si inserisce il volume nominale del serbatoio; l’altezza del calcolo è quella a fondi piani con lo stesso volume.
Diametro interno, uno per tutti gli attacchi. Il cursore si arresta sui diametri interni UNI EN 10255:2007, prospetto 2, serie media, da 3/4" (21,7 mm) a 6" (158,3 mm); fra un arresto e l'altro prosegue in mm. La casella accetta anche un diametro interno fuori tabella.
Dove sta il serbatoio: centrale termica, cantina, sottotetto. La perdita di targa S vale con acqua a 65 °C e ambiente a 20 °C (UA = S/45 W/K); la dispersione vera si calcola con la differenza fra l'acqua e questa temperatura.
Quota degli attacchi — primario
Distanza dalla sommità del serbatoio, in percentuale dell’altezza. È la scelta che decide quanto il puffer stratifica: bocche lontane lasciano crescere una fascia calda in alto e una fredda in basso, e il serbatoio lavora per intero; bocche vicine fanno passare l’acqua per una zona ristretta e il resto del volume non partecipa allo scambio. Bocche ravvicinate caratterizzano il separatore, bocche distanti l’accumulo.
Quota degli attacchi — secondario
I due lati sono indipendenti. Sfalsarli e’ una scelta progettuale vera: un generatore che restituisce in basso e un impianto che preleva a mezza altezza non si contendono la stessa fascia d’acqua, e il corpo si comporta diversamente da come farebbe con le bocche allineate.
Modo
Attacchi
Stato dell'impianto
Impianto: acceso, il circuito dell’impianto preleva la potenza richiesta; spento, nessun prelievo dal puffer (potenza richiesta nulla, circolatore dell’impianto fermo). A impianto spento la potenza richiesta resta modificabile: il valore, in grigio, si applica all’accensione. Pompa di calore: accesa, la macchina lavora secondo la propria regolazione; spenta, nessuna portata né potenza sul primario e l’impianto preleva dal puffer. Con l’impianto spento e la pompa di calore accesa il puffer si carica secondo la regolazione della macchina. Con entrambi spenti il tempo simulato è fermo; con uno dei due acceso avanza.
Si apre spento: generatore e circolatori fermi, tempo simulato congelato. In questo modo si completa la configurazione e si avvia la simulazione solo quando necessario. Spegnendo, la potenza va a zero e viene ricordata: si riprende da dov'era. Il riempimento serve a saltare il transitorio iniziale, così non si perdono minuti a guardare il puffer che si scalda da freddo.
Potenza
Carico termico dell'impianto. L'utenza riceve l'acqua che esce dalla propria bocca di mandata e la restituisce alla bocca di ritorno con il salto P/(1,163·Qs); con potenza nulla il circolatore dell'impianto è fermo. Muovendo la potenza il circuito dell'impianto adegua la propria grandezza libera. La potenza resa dalla pompa di calore è distinta da questa: è un risultato del calcolo, dipende dal ritorno che la macchina riceve e si legge fra le letture.
Pompa di calore
Potenza termica resa dalla macchina alla portata nominale con il salto termico nominale: Pnom = 1,163·Qp·ΔTn. È fissa e definisce il campo di lavoro: la macchina modula fra la modulazione minima e il 100 % della nominale per tenere il set point della sonda del puffer. Il puffer si carica solo con l'eccedenza della potenza resa sulla potenza richiesta dall'impianto, quindi a regime la potenza nominale deve superare il carico.
Comando (con la regolazione predefinita, sonda sulla mandata all'impianto; le altre due, sulla mandata della PdC e sonda nell'inerziale, in «Regolazione della PdC»): la macchina rende la potenza che tiene il set point della sonda sulla mandata all'impianto, P = Pimp + K·(Tset − Tms), limitata fra la modulazione minima e la potenza nominale, con il guadagno K della legge di ripartenza scelta qui sotto (COP ottimizzato: K = 1,163·Qs; ripristino rapido: K = Pn/isteresi). Portata fissa: il circolatore lavora alla portata nominale e la potenza modula variando il salto termico, mandata = ritorno + P/(1,163·Qn), fino alla temperatura limite di mandata, che limita anche la potenza. Salto termico fisso: la mandata vale ritorno + ΔTn e la potenza modula variando la portata, Q = P/(1,163·ΔTn); se ritorno + ΔTn supera la temperatura limite la macchina si arresta. Con la sonda al set point e una potenza richiesta dall'impianto inferiore alla modulazione minima la macchina dovrebbe modulare sotto il minimo e si arresta; riparte quando la sonda scende sotto set point − isteresi ed è trascorso il tempo minimo di fermo. A macchina ferma è fermo anche il suo circolatore e l'impianto preleva dal puffer. In raffrescamento le relazioni sono speculari. Muovendo la potenza nominale, a portata fissa si ricalcola il salto e a salto fisso la portata.
Grandezza che comanda la pompa di calore. Sonda sulla mandata all'impianto (predefinita): la macchina è comandata da una sonda sulla tubazione di mandata all'impianto, all'uscita della bocca di mandata verso l'impianto, che legge l'acqua che l'impianto riceve dalla sommità del puffer; potenza chiesta Pimp + K·(Tset − Tms); arresto con la mandata all'impianto al set point e potenza richiesta dall'impianto inferiore alla modulazione minima; ripartenza con la mandata all'impianto sotto set point − isteresi. La sonda nel puffer resta come sola lettura. Sulla mandata della PdC: la macchina regola sulla propria temperatura di mandata, letta all'uscita dell'acqua dalla sonda interna, come avviene con il solo regolatore di bordo; potenza chiesta Pimp + K·(Tset − Tman), fra la modulazione minima e la nominale e con la mandata entro il limite: a regime, con potenza resa pari a quella richiesta, la mandata coincide con il set point. Arresto soltanto se alla modulazione minima la mandata supera set point + isteresi; ripartenza, trascorso il tempo minimo di fermo, con il ritorno alla macchina sotto set point − ΔTn: alla ripartenza la mandata a salto nominale non supera il set point e fra arresto e ripartenza resta almeno l'isteresi. La sonda del puffer resta come sola lettura. Sonda nell'inerziale: la macchina è comandata dalla sonda nel puffer, alla quota impostata; potenza chiesta Pimp + K·(Tset − Tsonda); arresto con la sonda al set point e potenza richiesta dall'impianto inferiore alla modulazione minima; ripartenza con la sonda sotto set point − isteresi. Il guadagno K è quello della legge di ripartenza, in tutte e tre le regolazioni. In raffrescamento le relazioni sono speculari. Scelta di regolazione della macchina, non prescritta da norma.
Solo con la regolazione sulla mandata della PdC a portata fissa: azione integrale sull'errore di mandata, P = Pimp + K·(Tset − Tman) + I, con dI/dt = (K/Ti)·(Tset − Tman): a regime la mandata raggiunge il set point. I resta fermo alla modulazione minima, alla nominale e al limite di mandata, e si azzera a macchina ferma, quindi a ogni ripartenza. 0 = solo proporzionale. A salto termico fisso la mandata non dipende dalla potenza e l'integrale non si applica.
COP ottimizzato: la potenza chiesta è il carico dell'impianto più 1,163·Qs·(Tset − Tms), con guadagno pari alla portata dell'impianto: la macchina riparte a potenza parziale e lavora a lungo a potenza ridotta, con salto termico e temperatura di mandata più bassi, condizioni che massimizzano il COP; il ritorno in temperatura del puffer è più lento. A impianto fermo lavora alla modulazione minima. Ripristino rapido: la potenza chiesta è il carico dell'impianto più Pn·(Tset − Tsonda)/isteresi, con banda proporzionale pari all'isteresi: con la sonda a set point − isteresi la macchina riparte al 100 % e modula scendendo fino al set point, anche a impianto fermo. Il puffer torna in temperatura più in fretta, a potenza piena e con mandata più alta, quindi con COP inferiore. In entrambe le leggi la potenza resta fra la modulazione minima e la nominale; arresto, tempo minimo di fermo e ripartenza seguono le stesse regole.
Potenza minima alla quale il compressore lavora in continuo, in percentuale della potenza nominale; le pompe di calore a velocità variabile modulano di norma fino a circa il 30 %. Quando per tenere il set point servirebbe una potenza inferiore, cioè con la sonda al set point e una potenza richiesta dall'impianto inferiore a questo valore, la macchina si arresta. A portata fissa la temperatura limite di mandata riduce la potenza con ritorno oltre Tlim − ΔTn e arresta la macchina con ritorno oltre Tlim − (modulazione minima)·ΔTn. Con 100 % la macchina non modula e funziona a cicli di accensione e spegnimento. Con 55 °C, 10 K e 30 % la potenza si riduce oltre il ritorno di 45 °C e la macchina si arresta oltre 52 °C.
Tempo minimo fra un arresto e la ripartenza del compressore, contro i cicli brevi; i costruttori lo dichiarano in genere fra 3 e 10 minuti. Se la sonda chiama prima che sia trascorso, la macchina resta ferma e il puffer continua a scaricarsi sull'impianto.
Salto fra mandata e ritorno alla potenza nominale. Imponendolo, la portata nominale si ricalcola: Qp = Pnom/(1,163·ΔTn).
Portata del circolatore della pompa di calore in marcia. Imponendola, il salto termico nominale si ricalcola a potenza nominale invariata. Il circolatore si ferma con il compressore; con portata nulla la pompa di calore è esclusa.
Limite di mandata della macchina: massima in riscaldamento, minima in raffrescamento. La mandata effettiva è il ritorno letto alla bocca più il salto termico, fino a questo limite; non è un valore imposto al puffer.
Regolazione della pompa di calore
Temperatura che la pompa di calore mantiene alla sonda del puffer, modulando fra la modulazione minima e la potenza nominale. Raggiunto il set point la macchina si arresta, con il suo circolatore, se la potenza richiesta dall'impianto è inferiore alla modulazione minima; altrimenti continua a modulare. Un set point oltre la temperatura limite di mandata non è raggiungibile e viene limitato a quella. Casella vuota: set point uguale alla temperatura di mandata limite.
Dopo un arresto, per set point raggiunto o per limite di mandata, la macchina riparte quando la mandata all'impianto scende sotto il set point meno l'isteresi (in raffrescamento quando sale sopra il set point più l'isteresi) e non prima del tempo minimo di fermo. Il valore usuale è 5 K; isteresi strette producono cicli di accensione brevi e frequenti.
Quota della sonda, dal fondo, in percentuale dell'altezza. La sonda legge la temperatura istantanea dell'acqua a quella quota, media sulla sezione.
Regolazione del secondario
Indipendente dal primario: si può avere salto fisso al generatore e portata fissa all’impianto, o il contrario. Il divario fra le due portate decide se dentro il corpo l’acqua sale, scende o sta ferma.
Circuito secondario
A potenza fissa, se cambi il ΔT si adegua la portata.
Modello
Con rimescolamento — le temperature dell'impianto indicate sono quelle lette sul campo risolto: il getto che entra mescola, la stratificazione si degrada, e l’efficacia dello scambio scende sotto il valore ideale. È il comportamento reale.
Solo ideale — le temperature dell'impianto indicate sono quelle del separatore perfetto, efficacia ε = min(1, Qp/Qs), calcolate dalla mandata effettiva della pompa di calore. È il limite superiore teorico, riportato come riferimento: il campo resta calcolato in entrambi i casi con il prelievo reale, cioè l'impianto riceve sempre l'acqua che esce dalla sua bocca e la restituisce con il proprio salto termico.
Lo scarto fra i due misura la penalizzazione dovuta alla forma del serbatoio e alla posizione degli attacchi.
Velocità della simulazione
Quanti secondi simulati per ogni secondo di orologio, da 1× a 120×. A 10× si seguono il getto e l'avanzamento del fronte; a 40× (valore predefinito) un minuto di impianto passa in un secondo e mezzo; a 120× si arriva in fretta al regime. Oltre un certo valore, che dipende dal computer e dal foglio, il calcolo non sta al passo: la riga «effettiva» indica il rapporto raggiunto. Rallentare non cambia i risultati, cambia solo quanto in fretta li si vede.
Mandata e ritorno del generatore e dell’impianto. La linea sottile è la mandata ideale all’impianto secondo la teoria della separazione: quando la mandata reale se ne discosta, quello scarto è la miscelazione dentro il corpo. La curva Sonda è la temperatura letta dalla sonda della pompa di calore; le linee verticali segnano le accensioni (▲, rosso) e gli spegnimenti (▼, grigio) della pompa di calore.
Le temperature agli attacchi si leggono nel campo alla quota di ciascuna bocca; la pompa di calore, comandata dalla sonda del puffer, modula fra la modulazione minima e la potenza nominale entro la mandata massima e si arresta quando dovrebbe scendere sotto la minima; il ritorno dell'impianto è la sua mandata con il salto termico P/(1,163·Qs), e le portate rispettano esattamente il bilancio di massa ed energia (ρ·c = 1,163 Wh/(kg·K), perdite del mantello trascurate). Il campo interno viene da un solutore CFD bidimensionale a corda cilindrica — il piano medio passante per un diametro, con ogni colonna pesata sulla corda del cilindro: avvezione BFECC, proiezione di pressione a spessore variabile, densità dell'acqua secondo la formula di Thiesen (coefficienti di Jones e Harris, 1992), viscosità e diffusività molecolari reali, sottogriglia di Smagorinsky con smorzamento sul numero di Richardson di gradiente e Prandtl turbolento 0,85. Il passo temporale è limitato da CFL, quindi il tempo mostrato è tempo simulato vero. I limiti restano la risoluzione — circa 2100 celle contro i milioni di una CFD industriale — la formulazione 2D a corda cilindrica invece che 3D, e una validazione sperimentale limitata alla carica e scarica diretta (documento di validazione): leggi i regimi e gli ordini di grandezza, non i decimali.
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