Un controllo inadeguato della temperatura comporta un aumento dei costi energetici, riduce il comfort e compromette l'affidabilità degli impianti di climatizzazione. Gli attuatori termici risolvono questi problemi consentendo un controllo preciso e automatico delle valvole.
Un attuatore termico converte l'energia termica o un segnale di comando elettrico in movimento meccanico. Negli impianti di climatizzazione, viene comunemente utilizzato per comandare le valvole che regolano il flusso di acqua calda o fredda. Tra i principali tipi figurano gli attuatori termoelettrici, a cera, bimetallici, pneumatici, idraulici e motorizzati, ciascuno adatto a diverse esigenze di controllo e condizioni operative.
Comprendere i loro principi di funzionamento e le loro differenze rende più facile scegliere l'attuatore più adatto per un impianto di climatizzazione.
Che cos’è un attuatore termico?
A attuatore termico è un dispositivo di controllo che genera un movimento meccanico in risposta al calore, alle variazioni di temperatura o a un segnale elettrico che produce calore al suo interno.
Negli impianti di climatizzazione, gli attuatori termici vengono comunemente installati sulle valvole di regolazione utilizzate in:
- Ventilconvettori
- Sistemi di radiatori
- Sistemi di riscaldamento a pavimento
- Collettori di riscaldamento e raffreddamento
- Impianti di climatizzazione a zone
- Sistemi di controllo per edifici commerciali
Il loro scopo principale è quello di regolare il flusso di acqua calda o fredda in base al fabbisogno effettivo di riscaldamento o raffreddamento.
Ad esempio, quando un termostato rileva che una stanza necessita di riscaldamento, invia un segnale all'attuatore. L'attuatore apre la valvola corrispondente, consentendo all'acqua calda di fluire attraverso il terminale di riscaldamento. Una volta raggiunta la temperatura ambiente richiesta, il segnale di controllo cambia e la valvola si chiude.
Questo processo automatico garantisce temperature interne più stabili, riducendo al contempo i consumi energetici superflui.
Come funziona un attuatore termico?
Il principio di funzionamento dipende dal tipo di attuatore.
Un attuatore termoelettrico tipico è costituito da tre componenti principali:
- Elemento riscaldante elettrico
- Materiale espansivo termosensibile
- Meccanismo a pistone o a mandrino
Quando viene fornita corrente elettrica, l'elemento riscaldante aumenta la temperatura del materiale di espansione interno.
Man mano che il materiale si riscalda, si espande e genera una forza meccanica. Questa forza spinge il mandrino dell'attuatore, che a sua volta apre o chiude la valvola dell'impianto di climatizzazione collegata.
Quando il segnale elettrico viene interrotto, il materiale si raffredda gradualmente e si contrae. Una molla o un meccanismo di ritorno riporta l'attuatore nella sua posizione iniziale.
Gli attuatori termici funzionano generalmente più lentamente rispetto ai motori elettrici convenzionali. Tuttavia, nelle applicazioni idroniche di climatizzazione, di solito non è necessario un movimento rapido.
Il loro movimento graduale può contribuire a mantenere stabile il flusso d'acqua e a ridurre le variazioni improvvise all'interno del sistema.
Quali sono i principali tipi di attuatori termici?
Gli attuatori termici possono essere classificati in base al loro meccanismo di funzionamento e alla fonte di energia.
1. Attuatori termoelettrici
Attuatori termoelettrici sono tra i tipi di attuatori più diffusi negli impianti di climatizzazione.
Utilizzano l'energia elettrica per riscaldare un elemento di espansione interno. Quando il materiale si espande, genera un movimento lineare che aziona la valvola.
Tra le applicazioni più comuni figurano:
- Valvole di zona
- Ventilconvettori
- Valvole per radiatori
- Collettori per riscaldamento a pavimento
- Sistemi di distribuzione del riscaldamento e del raffreddamento
Gli attuatori termoelettrici sono generalmente compatti, silenziosi e adatti al controllo automatico di accensione/spegnimento.
A seconda dei requisiti di sistema, sono generalmente disponibili in normalmente chiuso e normalmente aperto configurazioni.
2. Attuatori termici a cera
Attuatori termici a cera utilizzare l'espansione e la contrazione di una cera appositamente formulata per generare un movimento meccanico.
Quando la cera viene riscaldata, il suo volume aumenta e spinge un pistone verso l'esterno. Quando la temperatura diminuisce, la cera si contrae e il pistone torna indietro.
Le caratteristiche principali includono:
- Struttura compatta
- Meccanismo di funzionamento relativamente semplice
- Elevata resistenza meccanica rispetto alle loro dimensioni
- Movimento fluido e graduale
Gli attuatori a cera sono presenti nelle valvole degli impianti di climatizzazione, nei dispositivi di controllo termostatico, nei sistemi di raffreddamento delle automobili e in altre apparecchiature sensibili alla temperatura.
3. Attuatori termici bimetallici
A attuatore bimetallico è costituito da due metalli diversi uniti tra loro.
Poiché i due metalli hanno coefficienti di dilatazione termica diversi, le variazioni di temperatura provocano la flessione della lamiera composita.
Questo movimento può essere utilizzato per azionare:
- Interruttori elettrici
- Valvole di piccole dimensioni
- Ammortizzatori
- Meccanismi di regolazione termostatica
Gli attuatori bimetallici hanno una struttura relativamente semplice e possono funzionare senza complessi sistemi di controllo elettronico.
Tuttavia, la loro escursione e la precisione di posizionamento potrebbero risultare più limitate rispetto a quelle degli attuatori a controllo elettronico.
4. Attuatori pneumatici
Attuatori pneumatici utilizzare l'aria compressa per generare un movimento meccanico.
La pressione dell'aria agisce su un diaframma o su un pistone, che modifica la posizione di una valvola o di una serranda collegata.
Gli attuatori pneumatici sono stati tradizionalmente impiegati in:
- Grandi edifici commerciali
- Strutture istituzionali
- Impianti HVAC industriali
- Sistemi di automazione degli edifici di vecchia generazione
Sebbene le tecnologie di controllo elettronico siano ormai ampiamente diffuse, in molti impianti esistenti continuano a essere utilizzati attuatori pneumatici.
Possono inoltre rivelarsi utili laddove sia già presente un’infrastruttura per l’aria compressa.
5. Attuatori idraulici
Attuatori idraulici utilizzare un liquido pressurizzato al posto dell'aria compressa.
La pressione idraulica aziona un pistone o un altro elemento meccanico, generando la forza necessaria per il controllo delle apparecchiature.
Tra le loro caratteristiche principali figurano:
- Elevata forza operativa
- Movimento meccanico stabile
- Idoneità a carichi più pesanti
- Ottime prestazioni in alcune applicazioni industriali
Tuttavia, gli attuatori idraulici richiedono componenti aggiuntivi e sistemi di gestione dei fluidi.
Per questo motivo, nelle applicazioni standard di climatizzazione a livello di locale sono meno diffusi rispetto agli attuatori termoelettrici.
6. Attuatori motorizzati per valvole
Attuatori motorizzati non vengono sempre classificati come attuatori puramente termici, ma svolgono funzioni simili di controllo della temperatura negli impianti di climatizzazione.
Questi dispositivi utilizzano un motore elettrico per azionare una valvola in base ai segnali provenienti da:
- Termostati
- Sensori di temperatura
- Controllori per impianti di climatizzazione
- Sistemi di gestione degli edifici (BMS)
Gli attuatori motorizzati possono fornire: comando di accensione/spegnimento oppure controllo modulante.
Grazie al controllo modulante, la valvola può rimanere parzialmente aperta anziché essere semplicemente completamente aperta o completamente chiusa.
Ciò consente di regolare il flusso d'acqua in modo più preciso in base al fabbisogno effettivo di riscaldamento o raffreddamento.
Attuatori termici normalmente aperti e normalmente chiusi
Un’altra importante classificazione riguarda la posizione operativa predefinita dell’attuatore.
Normalmente chiuso (NC)
A attuatore normalmente chiuso mantiene la valvola chiusa quando non è presente alimentazione elettrica.
Quando viene alimentato, l'attuatore apre la valvola.
I modelli normalmente chiusi vengono solitamente scelti quando è necessario che il flusso d'acqua si interrompa automaticamente in caso di interruzione del segnale di comando o dell'alimentazione elettrica.
Normalmente aperto (NO)
A attuatore normalmente aperto mantiene la valvola aperta in assenza di alimentazione elettrica.
Quando viene alimentato, l'attuatore chiude la valvola.
Questa configurazione può essere selezionata quando la progettazione del sistema richiede un flusso continuo durante un’interruzione di corrente.
L'opzione corretta dipende da:
- Configurazione dell'impianto di climatizzazione
- Requisiti di sicurezza
- Strategia di controllo
- Requisiti in materia di gestione energetica
- Funzionamento a prova di guasto
Come scegliere un attuatore termico
Per scegliere l'attuatore giusto non basta limitarsi a scegliere tra modelli normalmente aperti e normalmente chiusi.
Tra i fattori tecnici più importanti figurano:
- Compatibilità con le valvole
- Tensione di funzionamento
- Lunghezza della corsa dell'attuatore
- Forza di chiusura o di azionamento
- Tempo di risposta
- Tipo di segnale di controllo
- Configurazione normalmente aperta o normalmente chiusa
- Condizioni ambientali di funzionamento
- Dimensioni dei raccordi
- Compatibilità con BMS
Gli ingegneri dovrebbero inoltre stabilire se l'applicazione richieda un semplice funzionamento on/off o un controllo proporzionale.
Per i progetti commerciali e industriali, la scelta degli attuatori dovrebbe essere coordinata con la strategia complessiva di controllo dell'impianto di climatizzazione, anziché essere considerata come una decisione isolata relativa a un singolo componente.
Jinyi HVAC offre soluzioni HVAC per il settore industriale e commerciale che comprendono la selezione delle apparecchiature, strategie di controllo personalizzate, assistenza alla messa in servizio e integrazione con i sistemi di gestione degli edifici (BMS), in base alle diverse esigenze dei progetti.
Conclusione
Gli attuatori termici garantiscono un controllo automatico e affidabile delle valvole, contribuendo a migliorare la regolazione della temperatura, l'efficienza energetica, la stabilità dei sistemi HVAC e le prestazioni operative complessive.
