CASCATA DI POTENZA

Owned by Marco Serpelloni
Last updated: Jul 17, 2023
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OBIETTIVO

Questo bollettino tecnico illustra nel dettaglio l’algoritmo della cascata di potenza che è possibile selezionare all'interno della Pagina OpenTherm del Configuratore RegConfig.

ALGORITMI DI CASCATA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO

Nell'immagine seguente si evidenzia, all'interno della pagina OpenTherm del RegConfig, la posizione della sezione Controllo Algoritmo di Cascata Riscaldamento e della sezione Compensazione Temperatura Secondario Riscaldamento:

L’algoritmo di cascata può essere di 3 tipi:

  • Funzionamento parallelo: tutti i generatori OpenTherm abilitati per riscaldamento e raffrescamento sono chiamati a lavorare contemporaneamente;

  • Cascata di potenza: questo controllo si può applicare a quei generatori che sono in grado di restituire al RegConfig come data point la potenza erogata, in quanto la funzione ha come obiettivo quello di mantenere accesi i generatori OpenTherm abilitati all'interno di un certo range di potenza erogata;

  • PID: è l’acronimo di Proporzionale - Integrale - Derivativo. Quest’ultimo controllo consente di accendere o spegnere i generatori OpenTherm abilitati in relazione a quanto vicina è la temperatura misurata da un sensore (generalmente posizionato in un volano tecnico a cui tutti i generatori sono collegati) e il set point impostato.

Per generatori OpenTherm abilitati si intendono quei generatori che nella sezione Generatori (evidenziata in verde) della pagina OpenTherm hanno un numero (che può andare da 1, priorità massima, a 8, priorità minima) e non OFF nella casella corrispondente alla colonna “Risc”. Il numero indica la priorità di chiamata, quindi nell'immagine seguente i generatori G1 e G3 hanno priorità 1 (vengono chiamati per primi), mentre G2 ha priorità 2 e G4 priorità 3:

Attenzione: non utilizzare G0 in quanto è il generatore OpenTherm utilizzato con il prodotto DOT, non con il sistema REG, quindi nella logica di cascata non viene mai considerato.

ALGORITMO DI CONTROLLO CASCATA DI POTENZA

L’algoritmo di Controllo Cascata di Potenza ha l’obiettivo di garantire all’impianto la temperatura dell’acqua il più possibile vicino al set point calcolato accendendo il numero di generatori necessari e cercando di farli lavorare nel modo più efficiente possibile. Per fare ciò è necessario conoscere la potenza erogata dai generatori, la % di potenza corrispondente alla massima efficienza del generatore e la temperatura di mandata del generatore.

Per definire quando accendere/spegnere un generatore l’algoritmo confronta la potenza minima erogata tra i generatori attivi (e non degradati dal sistema) con i parametri PotUp e PotDown (che verranno di seguito illustrati) dopo che è trascorso un tempo minimo impostabile durante il quale non viene fatta nessuna modifica al numero di generatori accesi, questo per permettere ai generatori attivi di andare a regime.

L’aggiunta o lo spegnimento di un generatore devono sempre rispettare i seguenti 3 parametri:

  • N. Generatori Start: indica il numero di generatori che vengono accessi partendo dalla condizione “tutti i generatori OpenTherm sono spenti”. Ad esempio si ipotizza di porre il numero di generatori Start pari a 2: si è nella condizione “tutti i generatori OpenTherm sono spenti” e l’algoritmo di cascata ha come risultato l’accensione di un solo generatore, però come minimo ne accende 2 contemporaneamente. Dopo l’accensione (e quindi perlomeno dopo il tempo indicato da “Pausa tra variazioni”) l’algoritmo potrà valutare se il numero di generatori è congruo alla richiesta dell’impianto (e quindi lasciarlo invariato), oppure diminuirlo o aumentarlo; il numero di generatori allo start è utile nel caso in cui ci siano impianti con molti generatori. Si supponga di avere un impianto con 8 generatori: se il sistema parte con un solo generatore e poi ogni “Pausa tra variazioni” (tipicamente 3 minuti) ne aggiunge un altro, passeranno almeno 21 minuti prima che il sistema vada a pieno regime; impostando invece il numero iniziale a 4 il sistema parte subito con 4 generatori, e poi si deciderà se aumentare tale numero (e comunque al massimo in 12 minuti andrebbe al massimo) o diminuirlo;

  • N. Generatori Minimo: indica il numero minimo di generatori attivi. Se per esempio è impostato su 3 e attualmente sono attivi 3 generatori, anche se l’algoritmo di cascata determinasse la necessità di spegnere un ulteriore generatore, non ne verrebbe spento nessuno; detto in altro modo non verrebbero mai lasciati accesi meno di 3 generatori (nota bene: si intende che il sistema REG abilita 3 generatori i quali possono poi decidere di spegnere la fiamma/il compressore, perché determinano che la loro temperatura di mandata è soddisfatta);

  • N. Generatori Massimo: indica il numero massimo di generatori che possono essere contemporaneamente accesi. Se sono abilitati 5 generatori, ma il numero massimo è pari a 3 significa che al massimo l’algoritmo può accendere 3 generatori anche se ne servirebbero 4. Questa scelta ha come conseguenza diretta il fatto che il set point potrebbe non essere mai raggiunto o potrebbe essere raggiunto, ma in un arco di tempo molto lungo.

Una volta definito il numero di generatori start/minimo/massimo è necessario definire i seguenti parametri:

  • Pausa tra variazioni (s): la variazione è il cambiamento corrispondente all’accensione o allo spegnimento di un generatore OpenTherm. La pausa tra due variazioni è il tempo minimo che trascorre tra l’accensione o lo spegnimento di un generatore OpenTherm e la successiva accensione (o successivo spegnimento) di un altro generatore OpenTherm. Ad esempio se al tempo x viene acceso un generatore, per il tempo indicato nella casella Pausa tra variazione, l’algoritmo non aggiungerà o toglierà generatori (anche se il risultato del calcolo lo richiederebbe) per dare il tempo ai generatori accesi di andare a regime e di vedere gli effetti sull’impianto;

  • PotUp [%]: tra tutte le caldaie accese (con fiamma accesa e con riscaldamento acceso), ignorando quelle eventualmente degradate e quelle che non stanno producendo ACS, il valore di potenza erogata (in %) più basso viene confrontato con PotUp: se superiore viene acceso un altro generatore. Di solito impostato a 50%. Se c'è solo un generatore acceso la potenza erogata sarà da sola confrontata con PotUp. Non bisogna dimenticare che bisogna sempre rispettare gli eventuali limiti dati dal numero di generatori start/minimo/massimo, quindi ad esempio se c'è un impianto con 8 generatori abilitati, ma il numero di generatori massimo è 6, il sistema chiamerà a rotazione i vari generatori, ma più di 6 contemporaneamente non ne accenderà mai anche se l’algoritmo lo richiederebbe;

  • PotDown [%]: tra tutte le caldaie accese (con fiamma accesa e con riscaldamento acceso), ignorando quelle eventualmente degradate e quelle che non stanno producendo ACS, il valore di potenza erogata (in %) più basso viene confrontato con PotDown: se inferiore viene spenta la prima caldaia che era stata accesa. Di solito impostato a 30%. Se c'è solo una caldaia accesa la potenza erogata sarà da sola confrontata con PotDown. Anche in questo caso il sistema può continuare a togliere generatori, ma non scenderà mai sotto il numero generatori start a meno che non cessi la richiesta di riscaldamento da parte delle zone;

  • Gap [%]: rappresenta l’escursione massima di potenza che ci può essere tra il generatore che lavora di meno e quella che lavora di più, di solito impostato a 8 %. Questo parametro serve per far lavorare i generatori accesi più o meno alla stessa potenza. Quindi se la potenza minima espressa tra i generatori accesi è 25% e Gap è 8%, tutti i generatori verranno limitati al 33% (= Potenza Massima). Attenzione: le potenze sono espresse in percentuale, quindi se ci sono generatori di potenza diversa, ad esempio da 24kW e 35kW, a parità di potenza % corrisponde una potenza effettiva diversa. Inoltre alcune caldaie danno in uscita la potenza effettiva, quindi considerano 0% con caldaia spenta, mentre con fiamma accesa il valore di potenza letto dal sistema è ≥ 15-17%, cioè la potenza minima a cui riescono a modulare; altre invece indicano la % rispetto al range utile di regolazione, quindi con 0% indicano che la caldaia sta lavorando al minimo della sua modulazione (probabilmente un 15-20% della potenza nominale), ma comunque accesa. Questo può avere un impatto sulle impostazioni (anche se di solito non grande): per le prime la potenza minima = 30% indica un 30% effettivo, mentre nel secondo caso la potenza minima = 30% indica probabilmente più un valore intorno al 40% effettivo, supponendo che il suo minimo sia il 15%, sarebbe [(100%-15%)*0,3+15%)] ;

  • Idle: questo parametro (che significa inattivo) è il limite inferiore della limitazione di potenza, un generatore non viene mai limitato ad una potenza inferiore a Idle. Quindi se la potenza minima erogata tra i generatori accesi è 5% e Gap é 8%, la Potenza massima sarebbe 13%, ma se Idle è 30% allora i generatori saranno limitati a 30%. Questo parametro è fondamentale nel momento in cui un nuovo generatore viene acceso. Ipotizziamo di aver acceso 2 generatori che sono intorno al 45 % di potenza entrambi. La potenza minima erogata tra i due generatori supera il 50% (Pot Up) e il sistema ne chiama un terzo, il quale parte da potenza 0%. Se il parametro Gap è 8% significa che tra il generatore che esprime la potenza minima e quello che esprime la massima ci può essere una differenza al massimo dell’8%. Quindi se il terzo generatore è a 0%, gli altri dovrebbero stare a 8%! Per evitare ciò si mette un limite inferiore alla potenza dei generatori già attivi, ad esempio 30% (Idle). Quindi anche se i generatori accesi dovrebbero per rispettare il parametro Gap stare sull’8% di potenza andranno al valore di Idle impostato;

GESTIONE DEI GENERATORI DEGRADATI

Restano da impostare 2 parametri (non obbligatori):

  • Power degraded

  • Temperatura degraded

se lasciati a zero l’algoritmo non gestisce i generatori degradati.

Un generatore viene considerato degradato se:

  1. è passato il tempo di pausa (cioè non si considerano le condizioni durante l’intervallo successivo all’aggiunta/rimozione di una caldaia);

  2. un generatore è in richiesta di riscaldamento o raffrescamento (non si considera la produzione ACS);

  3. la potenza a cui è limitato il generatore è maggiore della potenza degradata

  4. la temperatura di mandata del generatore è inferiore al set richiesto al generatore di più della Temperatura degradata (T mandata < set point - temperatura degradata dove quest’ultima è un delta di temperatura K e non un valore assoluto). Ad esempio se il set point è 40°C e la temperatura degradata 5 K, la temperatura del generatore deve scendere sotto i 35°C prima di poter essere degradato sempre che si verifichino anche gli altri quattro punti;

  5. la potenza erogata dal generatore è inferiore a “Potenza degradata” (che é un valore assoluto e non un delta di potenza). Ad esempio se la potenza degradata è 20% la potenza erogata del generatore deve scendere sotto il 20% prima di poter essere degradato sempre che si verifichino anche gli altri quattro punti.

Se un generatore viene degradato il sistema lo esclude da tutti i calcoli illustrati (calcolo potenza minima, potenza massima per confronto con PotUp, PotDown, Gap e Idle).

l risultato delle impostazioni effettuate è visualizzato nella parte in alto a destra della pagina OpenTherm “Stato Richiesta Generatori”:

  • Abilita Set/Riscaldamento: se il quadrato ha la spunta significa che c'è una richiesta ai generatori e nel rettangolo a destra è indicato il set point richiesto. Se il quadrato non è spuntato e il set point è a zero significa che dai circuiti non sta arrivando nessuna richiesta a OpenTherm.

  • Abilita Set/Sanitario: se il quadrato ha la spunta significa che c'è una richiesta ai generatori e nel rettangolo a destra è indicato il set point richiesto per la produzione di Acqua calda Sanitaria. Se il quadrato non è spuntato e il set point è a zero significa che dai circuiti o dalla pagina ACS non sta arrivando nessuna richiesta a OpenTherm.

  • Numero Generatori attivi (cascata): indica quanti generatori sono stati attivati per la cascata in riscaldamento (non per la produzione ACS).

  • l’ultimo rettangolo in basso (riquadro giallo) è il countdown della pausa tra variazioni in centesimi di secondo.

Facendo sempre riferimento all'immagine relativa alla sezione Generatori della pagina OpenTherm:

si fa presente quanto segue:

  • la produzione di Acqua Calda Sanitaria non risponde all'algoritmo di cascata di potenza;

  • l’algoritmo di cascata accende i generatori OpenTherm in base alla priorità inserita.

Nella parte inferiore della pagina OpenTherm si riporta per ogni generatore il risultato delle richieste di riscaldamento e ACS (riquadro rosso) e il feedback dai generatori verso il sistema REG (giallo):

Evidenziato in rosso si trova:

  • la richiesta di R = Riscaldamento, A = ACS;

  • la temperatura richiesta in riscaldamento [°C];

  • la potenza in riscaldamento [%] è il limite superiore ed è il maggiore tra Idle e la minore delle potenze delle caldaie attive più il gap.

Se il generatore viene chiamato per la sola produzione ACS sia la temperatura richiesta che la potenza sono a zero, i valori che vengono passati in caso di produzione ACS sono quelli che si visualizzano in Stato Richiesta Generatori (in alto a destra nella pagina OpenTherm).

La pagina OpenTherm può gestire caldaie mediante protocollo OpenTherm. In giallo si evidenziano i valori trasmessi dalla caldaia strettamente legati a come il produttore dei generatori ha implementato il protocollo OpenTherm sulla caldaia stessa (fare sempre riferimento alla documentazione del generatore a riguardo). Passando con il mouse sopra i vari rettangoli/quadrati compare un tag con una descrizione estesa:

  • Stato Generatore: indica in che stato si trova il generatore (G = guasto, R = riscaldamento, SA = Acqua sanitaria, F = fiamma, S = service, ecc.). Se non implementato nessun quadrativo verrà popolato con le spunte.

  • Temperatura mandata, Temperatura ritorno, Temperatura ACS [°C]: sono le letture dei sensori del generatore se presenti.

  • Pot.: potenza erogata dal generatore in % (fare riferimento al manuale del produttore della caldaia).

  • Errore OT: errori Opentherm più frequenti (Ra = richiesta assistenza, Rr = reset remoto abilitato, Bp = Bassa pressione acqua, ecc.).

  • Errore OEM: indicazione del numero dell’errore, fare riferimento al manuale del generatore per la diagnostica.

  • Reset: reset dell’errore, funziona solo se la caldaia lo gestisce, fare riferimento al manuale del generatore per la diagnostica.

ROTAZIONE

A parità di priorità l’accensione segue l’ordine numerico dei generatori per la prima accensione, mentre per le successive accensioni i generatori vengono fatti ruotare:

Quindi nell’esempio sopra riportato alla prima accensione l’ordine sarà:

G1 → G3 → G2 → G4

Alla seconda accensione:

G3 → G1 → G2 → G4

Warning

La produzione di Acqua Calda Sanitaria non risponde all'algoritmo di cascata di potenza.