Un controllo inadeguato del refrigerante può causare un surriscaldamento instabile, sprechi energetici, sollecitazioni eccessive sul compressore e tempi di fermo. La scelta della valvola di espansione elettronica adeguata contribuisce a prevenire questi costosi problemi agli impianti di climatizzazione.
Le valvole di espansione elettroniche nei sistemi HVAC vengono solitamente classificate in quattro tipi di azionamento: valvole a motore passo-passo, a impulsi o a solenoide, analogiche e a motore termico. I modelli a motore passo-passo e a modulazione di larghezza di impulso sono le soluzioni moderne più diffuse, poiché garantiscono un controllo elettronico preciso del refrigerante in presenza di carichi variabili.
Comprendere il funzionamento di ciascun modello facilita la scelta delle valvole per refrigeratori, pompe di calore, sistemi VRF e altre apparecchiature HVAC.
A cosa serve una valvola di espansione elettronica?
Una valvola di espansione elettronica, comunemente denominata EEV, regola la quantità di refrigerante liquido che entra nell'evaporatore. A differenza di una valvola di espansione termostatica convenzionale, che reagisce meccanicamente, una EEV riceve comandi da un regolatore elettronico.
Il controller valuta in genere i dati di funzionamento quali temperatura, pressione e surriscaldamento calcolato, per poi regolare di conseguenza l’apertura della valvola. Ciò consente un controllo più reattivo del refrigerante in caso di fluttuazioni dei carichi di raffreddamento o riscaldamento. Le valvole elettroniche possono quindi garantire un funzionamento stabile dell’evaporatore, un surriscaldamento controllato e prestazioni efficienti dell’impianto in un ampio intervallo di funzionamento.
1. Valvole di espansione elettroniche con motore passo-passo
Le valvole di espansione elettroniche (EEV) a motore passo-passo sono tra le valvole di espansione elettroniche più diffuse nei moderni impianti di climatizzazione e refrigerazione. Un piccolo motore elettrico aziona il meccanismo della valvola attraverso una serie definita di singoli passi, anziché ruotare in modo continuo.
Poiché il controller è in grado di comandare movimenti molto piccoli, la valvola consente una regolazione precisa e ripetibile della portata del refrigerante. Questa caratteristica rende le valvole a passo adatte ad apparecchiature che operano con carichi soggetti a frequenti variazioni, tra cui refrigeratori, pompe di calore, sistemi VRF e impianti di climatizzazione commerciali.
I motori passo-passo possono inoltre essere suddivisi in configurazioni unipolari e bipolari. I motori unipolari utilizzano corrente che scorre in un'unica direzione e presentano in genere circuiti di azionamento più semplici. I motori bipolari invertono la polarità della corrente attraverso i propri avvolgimenti, il che può garantire una coppia e un'efficienza maggiori a parità di dimensioni del motore.
2. Valvole EEV a modulazione di larghezza di impulso o a solenoide
Le valvole di espansione elettroniche a impulsi funzionano in modo diverso. Anziché posizionare la valvola su numerose aperture intermedie, essa passa dallo stato aperto a quello chiuso e viceversa.
Il regolatore elettronico regola la portata media del refrigerante modificando la durata dell’apertura della valvola durante ciascun ciclo di funzionamento. Questo metodo è comunemente noto come modulazione di larghezza di impulso, o PWM. Un tempo di apertura più lungo comporta un maggiore flusso di refrigerante, mentre un tempo di apertura più breve riduce il flusso medio.
Le valvole PWM possono rappresentare un metodo relativamente semplice e affidabile per il controllo elettronico del refrigerante. Tuttavia, poiché il flusso del refrigerante avviene a impulsi anziché tramite una regolazione continua, i progettisti dei sistemi devono tenere conto delle caratteristiche di funzionamento ciclico, delle variazioni di pressione e dei requisiti dell’evaporatore.
3. Valvole di espansione elettroniche analogiche
Le valvole analogiche rappresentano un’altra categoria consolidata di valvole per refrigeranti a controllo elettronico. Il loro principio di funzionamento è legato a un solenoide, ma l’attuatore è progettato per generare un campo magnetico variabile.
Aumentando l'intensità del campo magnetico, la valvola si apre maggiormente, mentre riducendola si ottiene la chiusura della stessa. Ciò consente una modulazione continua anziché un semplice funzionamento in modalità "aperto-chiuso".
Le valvole analogiche consentono quindi una regolazione fluida del flusso del refrigerante. Tuttavia, il posizionamento può essere influenzato da fattori quali l’isteresi, l’attrito interno e il magnetismo residuo. La letteratura tecnica del settore descrive quindi i modelli analogici come meno diffusi rispetto alle valvole a motore passo-passo in molte applicazioni HVAC.
4. Valvole di espansione elettroniche con motore termico
Le valvole termomotrici funzionano secondo un principio di azionamento diverso. La loro struttura è simile sotto alcuni aspetti a quella di una valvola di espansione termostatica, ma sono controllate da un riscaldatore alimentato elettricamente, anziché affidarsi esclusivamente al calore trasferito dalla linea di aspirazione.
Il riscaldatore modifica la temperatura di un elemento riempito di fluido. Man mano che il fluido si espande o si contrae, modifica la posizione della valvola e, di conseguenza, regola il flusso del refrigerante.
Le valvole a motore termico rientrano nella classificazione consolidata delle valvole elettroniche di controllo del refrigerante, sebbene le tecnologie a motore passo-passo e PWM siano generalmente più diffuse nelle moderne apparecchiature HVAC a controllo elettronico.
Confronto tra i diversi tipi di valvole di espansione elettroniche
| Tipo EEV | Metodo di controllo | Caratteristiche principali | Considerazioni tipiche |
|---|---|---|---|
| Motore passo-passo | Movimento incrementale del motore | Posizionamento preciso della valvola | Richiede un controller e un driver compatibili |
| PWM/solenoide | Cicli ripetuti di apertura e chiusura | Modulazione elettronica semplice | Il flusso di refrigerante viene erogato a impulsi |
| Analogico | Campo magnetico variabile | Movimento fluido e proporzionale | È necessario tenere conto del posizionamento e dell'isteresi |
| Motore termico | Elemento a fluido riscaldato elettricamente | Modulazione termica | La risposta dipende dall'azionamento termico |
Questa classificazione riflette i diversi modi in cui le valvole a comando elettronico modificano fisicamente la loro apertura. La documentazione tecnica Parker identifica le valvole a solenoide o a impulsi, quelle analogiche, quelle a motore termico e quelle a motore passo-passo come le quattro categorie consolidate di valvole elettriche.
Come si sceglie un tipo di EEV?
La scelta di una valvola di espansione elettronica non si limita alla semplice selezione della tecnologia di azionamento. Gli ingegneri devono valutare il tipo di refrigerante, la potenza frigorifera o termica, la pressione di esercizio, l’intervallo di carico previsto, la stabilità del surriscaldamento richiesta, la direzione del flusso, la compatibilità con il regolatore e le condizioni di installazione.
Per gli impianti a carico variabile che richiedono una regolazione particolarmente precisa del refrigerante, le valvole a motore passo-passo sono spesso indicate grazie alla loro elevata risoluzione di posizionamento. Le valvole PWM possono essere appropriate nei casi in cui una modulazione on/off robusta sia compatibile con la progettazione dell’impianto. Le tecnologie analogiche e a motore termico possono essere prese in considerazione quando le loro specifiche caratteristiche di controllo si adattano all’applicazione.
Alcune valvole EEV moderne a passo supportano anche il flusso bidirezionale del refrigerante, rendendole utili nelle applicazioni con pompe di calore reversibili. I produttori offrono inoltre diverse caratteristiche di flusso e dimensioni delle valvole per soddisfare specifici requisiti di portata e controllo.
Nei progetti di climatizzazione industriale e commerciale, la scelta delle valvole dovrebbe inoltre essere coordinata con la capacità complessiva delle apparecchiature e la strategia di controllo. Il profilo aziendale di Jinyi HVAC descrive soluzioni personalizzate che prevedono la selezione delle apparecchiature e schemi di controllo in base alle esigenze del progetto, rendendo la compatibilità dei componenti una parte importante della progettazione integrata degli impianti di climatizzazione.
La scelta del tipo di EEV corretto migliora la stabilità del surriscaldamento, le prestazioni energetiche, la protezione dei componenti e l'affidabilità a lungo termine dell'impianto HVAC.
