CLIMATIZZAZIONE

Enciclopedia Italiana - IV Appendice (1978)

CLIMATIZZAZIONE (v. ventilazione, XXXV, p. 124; App. II, 11, p. 1102)

Gino Parolini
Alberto Fantini

La c. ha lo scopo di stabilire e mantenere in uno spazio, di norma chiuso, condizioni di clima diverse da quelle che vi si produrrebbero naturalmente.

Il termine "clima", che viene riferito, nella sua accezione più comune, allo stato dell'atmosfera in senso meteorologico, assume in questo caso significati diversi a secondo del problema considerato. Per es., per ambienti in cui si svolgono particolari processi industriali interessano parametri fisici e chimici differenti da quelli presi in esame quando si vogliono garantire adatte condizioni di benessere alle persone, o addirittura la sopravvivenza delle stesse all'interno di speciali locali (veicoli spaziali, sottomarini). La grande varietà di casi che si possono presentare non consente evidentemente una trattazione generale dell'argomento. D'altra parte non v'è dubbio che le tecniche di c. volte al controllo delle condizioni ambientali dal punto di vista del benessere delle persone rivestano particolare importanza, almeno in senso quantitativo e per i riflessi nei confronti della collettività. Si è ritenuto pertanto opportuno trattare tale problema, tenendo anche conto che gli argomenti esaminati presentano diversi aspetti comuni con altri casi di climatizzazione.

I progressi tecnologici, le nuove tecniche costruttive adottate nell'edilizia, l'attuale organizzazione del lavoro nelle società moderne industrializzate, costituiscono i principali elementi che hanno determinato per l'uomo la necessità di trascorrere una notevole parte della vita in ambienti le cui condizioni vengono controllate artificialmente. Da questo punto di vista, uno dei fattori definiti per caratterizzare le reazioni complessive dell'organismo umano nei confronti dell'ambiente in cui vive è quello riguardante la sensazione di "benessere termico". Fin dai primi anni del secolo si sono svolte indagini tendenti a stabilire in qual modo i fattori ambientali influenzino tale sensazione. Ricerche del genere presuppongono, almeno in linea di principio, la valutazione delle sensazioni, effettuata mediante relazioni quantitative tra il mondo obiettivo degli stimoli esterni e il mondo complesso e misterioso delle corrispondenti risposte dell'organismo. A tal fine, tra gl'infiniti aspetti di ogni sensazione, è necessario preliminarmente procedere a una scelta che permetta di selezionare quelli ritenuti più importanti per gli scopi particolari che si perseguono: ciò comporta delle difficoltà, addirittura di carattere concettuale (impossibilità di analizzare una sensazione, che è una risposta a una situazione considerata nel suo insieme e che non può essere frazionata, senza modificare il tutto e le parti), cui sono da aggiungerne altre corrispondenti alla convenzionalità della "scala di misura", alle tolleranze ammissibili, ai limiti di validità delle interpretazioni statistiche dei risultati. Di tali difficoltà è ampia traccia nell'evoluzione delle indagini e delle modalità d'interpretazione dei risultati. Anche se attualmente si è giunti a un livello di conoscenze soddisfacente (salvo aspetti particolari), si è ritenuto opportuno, nelle note seguenti, dare più ampio sviluppo all'impostazione del problema che non alla descriziorie dei mezzi con i quali si possono realizzare i requisiti voluti, d'altronde facilmente ricavabili dalla letteratura tecnica specializzata. Ciò anche perché: 1°) l'evoluzione di tali mezzi è stata più spesso dettata dal progresso tecnologico in genere e dalle esigenze industriali, che non dall'effettiva necessità; oltrepassando spesso i limiti delle soluzioni convenienti con inutili e costose sofisticazioni; 2°) le caratteristiche dei mezzi stessi sono destinate presumibilmente a mutare in maniera rapida e significativa, viste le nuove dimensioni assunte dagli aspetti energetici ed ecologici.

Scambi termoigrometrici tra corpo umano e ambiente. Condizioni di benessere. - Le constatazioni sperimentali mostrano che condizione necessaria, ma non sufficiente, perché le persone si trovino a proprio agio senza che si verifichino sensazioni di caldo o di freddo, in un ambiente in cui debbano soggiornare per un tempo abbastanza lungo (in ogni caso superiore a un'ora), è costituita dall'equilibrio termico, in cui la quantità di calore ceduta all'ambiente è uguale a quella prodotta dall'organismo.

La condizione di equilibrio non è però sufficiente all'ottenimento di situazioni di benessere, se viene raggiunta attraverso l'intervento dei meccanismi di termoregolazione di emergenza di cui l'organismo è dotato (variazioni della circolazione del sangue tra i tessuti profondi e la periferia del corpo, essudazione, ecc.). La quantità di calore prodotta dall'organismo umano è fortemente influenzata dal grado di attività fisica. Prescindendo dalle differenze da individuo a individuo col riferimento a valori medi statistici, si passa dal minimo di circa 40 kcal/h per m2 di superficie corporea (mediamente circa 2 m2), in condizioni di riposo assoluto (praticamente coincidenti con quelle che vengono indicate come "metabolismo basale"), ai massimi di 400 ÷ 500 kcal/h • m2), corrispondenti a livelli di attività fisica particolarmente intensi. La convezione con l'aria, l'irraggiamento con le pareti e i corpi circostanti, l'evaporazione di acqua sulla pelle attraverso la traspirazione e all'interno dei polmoni tramite la respirazione, costituiscono le più importanti modalità di scambio tra il corpo umano e l'ambiente (di consueto la trasmissione per contatto con altri corpi ha importanza trascurabile).

Di conseguenza, i principali fattori che influenzano le condizioni di benessere termico sono: il livello di attività fisica; la resistenza termica e la permeabilità al vapor d'acqua del vestiario; la temperatura dell'aria; la temperatura media radiante delle pareti dell'ambiente; la velocità relativa tra l'aria e il corpo; la pressione parziale del vapor d'acqua nell'aria dell'ambiente (o l'umidità relativa dell'aria per una data temperatura).

Prima osservazione fondamentale è che combinazioni diverse dei fattori suindicati possono produrre sensazioni equivalenti da un determinato punto di vista. Come già detto, anche le sensazioni di caldo e di freddo presentano molteplici aspetti (è ben nota, per es., la diversa impressione che producono il "caldo umido" e il "caldo secco"), ma è indubbiamente più importante, per l'impostazione dei problemi d'ingegneria, l'impressione globale d'intensità di caldo o di freddo.

Il criterio di confronto prescelto, tenendo presenti gli scopi tecnici da raggiungere, è quindi quello della generica intensità della sensazione di caldo o di freddo. Si è proceduto nel senso di: 1) stabilire quali situazioni ambientali risultino effettivamente equivalenti tra di loro (anche se provocano sensazioni differenti per altri aspetti); 2) individuare la corrispondenza tra ciascuna di queste situazioni e la relativa sensazione.

Con l'introduzione della "temperatura effettiva", conseguente dai primi lavori di F. Houghten e C. Yaglou, e della prima "carta del benessere", diffusamente impiegate nell'ingegneria ambientale per alcuni decenni, si è giunti alle prime conclusioni. Esse presentano però delle limitazioni, riguardanti un'eccessiva valutazione degli effetti dell'umidità relativa a bassa temperature (18 ÷ 20 °C) e una sottovalutazione degli stessi a temperature più alte (28 ÷ 30 °C). Lo stesso Yaglou, nel 1947, ha indicato un metodo per rendere più aderenti alla realtà le indicazioni della scala delle temperature effettive. Corrispondentemente, sono stati proposti diversi altri indici (la "temperatura operativa" di A. Gagge, la "temperatura risultante" di A. Missenard, la "temperatura equivalente" di A. Dufton, ecc.) ricavati essenzialmente allo scopo di combinare, in un unico parametro, gli effetti prodotti sull'uomo da due o più delle predette variabili.

Dopo il 1950 l'American Society of Heating Refrigerating and AirConditioning Engineers (ASHRAE) ha avviato un processo sistematico di revisione dei risultati fino ad allora acquisiti. Gli studi di W. Kock (e altri) nel 1960, di R. Nevins (e altri) nel 1966 e infine di F. Robles e Nevins nel 1971, hanno fornito nuovi elementi di valutazione. I risultati ottenuti hanno condotto alla preparazione di una nuova "carta del benessere" che è stata pubblicata nell'edizione 1972 dell'"ASHRAE Guide".

A proposito di tali risultati occorre tener presente che la carta si riferisce a persone sedute a riposo, vestite con abiti estivi e che nelle condizioni per le quali la maggior parte delle persone dichiara di trovarsi a proprio agio ("linea confortevole" della carta, corrispondente all'incirca, sul diagramma psicrometrico, a una retta che va dal punto 26,5 °C di temperatura dell'aria e 20% di umidità relativa, al punto 24,2 °C di temperatura dell'aria e 80% di umidità relativa) esiste una percentuale abbastanza rilevante di soggetti (circa il 30%) che esprime un parere difforme da quello della maggioranza.

Accertato che, qualunque condizione si realizzi in un ambiente, esiste un certo numero di persone che non si trovano completamente a proprio agio, è stato recentemente proposto (P. Fanger) un metodo che consente di conoscere, a priori, fissati i valori di tutti i parametri che influenzano il benessere termico delle persone, l'incidenza percentuale dei potenziali insoddisfatti. I risultati che così si ottengono permettono, in particolare, d'individuare, ovviamente nei limiti di validità delle ipotesi su cui è basato il metodo suddetto, l'effetto, finora non sufficientemente chiarito dalle esperienze dirette, di fattori importanti come il metabolismo e il grado d'isolamento dovuto al vestiario.

È così possibile, per es., stabilire che, passando da valori del metabolismo di 50 kcal/(h • m2) (persone sedute a riposo) a 80 kcal/(h • m2) (persone in piedi che svolgono leggeri lavori domestici), in condizioni medie di umidità relativa (50%), il valore ottimo di temperatura si sposta, per abbigliamento leggero estivo da 25,5 °C a 22 °C, e per vestiario pesante invernale addirittura da 20,5 °C a 14,5 °C.

Spostamenti, anche relativamente ampi (2 ÷ 3 °C), dei valori della temperatura intorno a quelli ottimi non dovrebbero dunque aumentare di molto il numero di persone insoddisfatte, specialmente per valori elevati del metabolismo e dell'isolamento del vestiario; le condizioni più critiche si verificano per persone a riposo in estate (maggiore attenzione va quindi posta ai processi di climatizzazione estiva rispetto a quelli invernali).

Da queste, e altre osservazioni del genere, si possono trarre interessanti conclusioni:

1) L'influenza del metabolismo e delle caratteristiche isolanti del vestiario sulle condizioni di comfort è assai significativa. Quindi, anche prescindendo dalle incertezze che possono derivare dal considerare statisticamente più o meno rappresentativo il "campione" di soggetti su cui sono state eseguite le varie prove, la definizione in senso generale di una o più condizioni di benessere non appare corrispondente alla realtà delle cose. Anche riferendosi infatti, per quanto riguarda il metabolismo, alle più modeste attività fisiche che possono essere svolte nelle case di abitazione o negli uffici, gli spostamenti che ne conseguono sui valori ottimi di temperatura sono assai significativi. Inoltre sembra logico presumere che il grado d'isolamento introdotto dal vestiario possa variare, nella pratica, da una persona all'altra; bastano modeste variazioni, per determinare spostamenti dell'ordine di 1 ÷ 1,5 °C dei valori ottimi di temperatura. In questa situazione appare assai più logico definire una "zona" di benessere piuttosto che una "linea" o addirittura una sola condizione.

2) Il controllo delle condizioni ambientali non appare molto critico, specialmente in inverno: non è quindi giustificata la tendenza a un'eccessiva raffinatezza dei sistemi di regolazione automatica. Appare assai più importante dare agli utenti la possibilità di modificare a proprio piacimento, sia pure entro certi limiti, le condizioni ambientali. Sembra invece opportuno che i sistemi di regolazione risultino sufficientemente pronti per evitare che, sommandosi il tempo di messa a regime dell'ambiente a quello di adattamento delle persone ed essendo questo abbastanza lungo, risulti compromessa la possibilità di raggiungere la completa assuefazione delle persone durante il tempo di soggiorno nell'ambiente.

3) Tenuto conto delle differenze tra l'abbigliamento estivo e quello invernale, attenuate rispetto al passato ma comunque sensibili, è da ritenere ingiustificata la tendenza ad avvicinare le temperature estive a quelle invernali; anche prescindendo da qualunque considerazione sull'opportunità di non sottoporre artificialmente l'organismo a condizioni ambientali che annullino gli effetti dell'evoluzione dei fatti naturali esterni, sembra opportuno che siano mantenute, tra il caso estivo e quello invernale, differenze di temperatura di almeno 3 ÷ 4 °C.

I risultati sopra accennati rimangono qualitativamente validi, ma possono essere quantitativamente modificati nel caso di ambienti in cui la temperatura media radiante delle pareti sia diversa da quella dell'aria. Ciò si può verificare per due motivi fondamentali: 1) la presenza di grandi superfici vetrate; 2) l'adozione di sistemi di riscaldamento a pannelli radianti, anche a elevata temperatura.

I dati sperimentali finora acquisiti in questo senso non sembra portino a conclusioni generali e sicure: in linea di larga massima si può ritenere che, per piccole differenze (qualche grado) tra la temperatura dell'aria e quella media radiante delle pareti, i due parametri influenzino in modo quantitativamente simile le sensazioni delle persone.

Purezza dell'aria. - Attraverso la funzione della respirazione si stabilisce, tra l'organismo e l'ambiente, un continuo scambio di sostanze, prevalentemente gassose. Un adulto, in condizioni normali di riposo, inspira circa 8 litri di aria al minuto primo: la composizione dell'aria espirata differisce da quella inspirata per i diversi tenori di ossigeno, anidride carbonica e vapor d'acqua. Nell'aria espirata sono anche presenti tracce d'idrogeno e di ammoniaca e di sostanze aromatiche non ben individuate, mentre mancano quasi completamente particelle in sospensione, poiché quelle inspirate si depositano nei "filtri" disposti lungo le vie respiratorie.

Variazioni nelle percentuali dei componenti normali dell'aria, e in particolare dell'ossigeno e dell'anidride carbonica, sono suscettibili di produrre effetti sull'uomo: ma conseguenze anche più rilevanti, che possono andare ben oltre il campo delle sensazioni sgradevoli e dei piccoli disturbi, possono essere provocate dalla presenza di sostanze estranee, che vengono individuate genericamente come fattori contaminanti o inquinanti, la cui origine può ritrovarsi in particolari fenomeni naturali e, più frequentemente in special modo nelle città, nell'attività stessa dell'uomo.

Il mezzo più largamente usato perché più efficace e più economico per purificare l'aria all'interno dei locali abitati è quello d'introdurre negli stessi adeguati quantitativi di aria prelevata all'esterno, avendo cura di rimuovere eventuali fattori inquinanti. La portata di aria esterna da introdurre viene posta in relazione al numero delle persone presenti e alla destinazione dell'ambiente: in caso di affollamenti normali (stanze di abitazione, uffici, ecc.) viene spesso fatto riferimento al volume dell'ambiente. Si adottano così valori variabili da 20 a 100 m3/h per persona e da 1 a 20 volumi ambiente/h (i valori più alti si riferiscono a casi particolari, come ambienti di terapia e sale operatorie).

Sistemi tecnologici per la realizzazione dei requisiti ambientali. - Esistono varie possibilità per realizzare, in tutto o in parte, i requisiti ambientali sopra indicati: le differenze tra i vari sistemi riguardano principalmente il numero di fattori controllati e secondariamente i mezzi con i quali si opera il controllo. La più semplice tecnica di c. è quella degl'impianti di riscaldamento, con i quali si controlla la temperatura dell'aria nella stagione invernale mediante corpi riscaldanti (radiatori, termoconvettori, aereotermi, pannelli radianti) che forniscono all'ambiente la quantità di calore che nello stesso tempo è scambiata con l'esterno. I corpi riscaldanti sono alimentati nella gran parte dei casi da acqua calda, più raramente da vapore, da energia elettrica e da gas.

Con gl'impianti di termoventilazione si aggiunge il controllo della purezza dell'aria a quello della temperatura nella stagione invernale. L'azione sulla temperatura viene effettuata attraverso l'immissione di un'adeguata portata d'aria più calda di quella dell'ambiente, trattata di solito in un condizionatore centralizzato e distribuita attraverso un'apposita rete di canali. L'aria viene prelevata dall'esterno in tutto o in parte. La portata di aria esterna immessa negli ambienti è di solito il minimo strettamente indispensabile per il mantenimento delle condizioni di purezza all'interno. Quando la quantità di calore che può essere introdotta con tale portata (la temperatura d'introduzione non supera per diversi motivi di oltre 10 ÷ 20 °C quella desiderata negli ambienti) non è sufficiente per compensare il bilancio termico, al fine di non aumentare inutilmente le spese d'istallazione e di esercizio, si aggiunge all'aria esterna un'opportuna portata di aria prelevata dagli stessi locali da trattare, effettuando l'operazione detta "ricircolo". Tutta l'aria viene sottoposta a processi di eliminazione di sostanze inquinanti, che vanno dalla semplice filtrazione, con la quale si trattengono le particelle in sospensione anche di piccolissime dimensioni (i cosiddetti "filtri assoluti" eliminano fino a 995 su 1000 particelle di dimensioni dell'ordine 0,1 μm), al trattamento con carboni attivi per l'assorbimento di particolari gas o vapori, alla disinfezione con sostanze antibatteriche (come il cloruro di litio) o con radiazioni ultraviolette (lampade germicide).

Gl'impianti di condizionamento dell'aria rappresentano, allo stato attuale, la soluzione tecnica più completa: essi consentono di realizzare e mantenere per tutto l'anno idonee condizioni della temperatura, dell'umidità relativa, della velocità e della purezza dell'aria.

La temperatura viene mantenuta fornendo, o sottraendo, all'ambiente opportune qtiantità di calore, attraverso l'immissione in esso di aria più calda o più fredda. Il controllo dell'umidità relativa si ottiene aggiungendo (umidificazione) o sottraendo (deumidificazione) del vapor d'acqua all'aria da immettere negli ambienti. La necessità di umidificare o deumidificare deriva sostanzialmente da due fattori: 1) il diverso contenuto di vapor d'acqua dell'aria esterna, rispetto ai valori desiderabili in ambiente (d'inverno l'aria esterna è troppo secca, d'estate è troppo umida); 2) il vapor d'acqua emesso dalle persone. I trattamenti di umidificazione vengono effettuati di norma immettendo nell'aria acqua nebulizzata per aumentarne la velocità di evaporazione, più raramente iniettando direttamente vapore. La deumidificazione, di solito, è realizzata diminuendo la temperatura dell'aria al disotto del cosiddetto punto di rugiada e cioè della temperatura alla quale l'aria da trattare diviene satura di vapor d'acqua. Altre tecniche di deumidificazione basate sull'impiego di sostanze (come il cloruro di litio) capaci di assorbire il vapor d'acqua, trovano attualmente impiego in pochi casi, giustificati da particolari esigenze. La velocità (10 ÷ 15 cm/sec) nella zona occupata dalle persone è regolata per mezzo d'idonea disposizione e superficie delle bocchette di mandata e di ripresa.

Esistono vari tipi di impianti di condizionamento d'aria, ciascuno dei quali offre prestazioni diverse, soprattutto per quanto concerne la regolazione della temperatura al variare della quantità di calore scambiata tra i singoli locali e l'esterno. Va infatti osservato che i fenomeni termici che interessano gli ambienti non si svolgono mai in condizioni di regime stazionario: è tipica, a questo riguardo, la variabilità degli effetti prodotti dall'irraggiamento solare nel tempo e nello spazio per locali aventi diversa esposizione. Quindi, mentre il controllo della purezza e dell'umidità relativa dell'aria può essere effettuato in maniera indifferenziata per i diversi ambienti, l'azione sulla temperatura dev'essere svolta nel tempo e nello spazio per locale o per gruppi di locali aventi analoghe esigenze.

Per gl'impianti destinati a pochi ambienti di ampie dimensioni (teatri, cinema, sale di riunione, ecc.) la regolazione della temperatura può essere ancora centralizzata (impianti a tutta aria, semplici o multizone), e non è quindi necessaria l'installazione di apparecchiature di trattamento locale. Per gl'impianti destinati a edifici comprendenti numerosi ambienti (uffici, alberghi, scuole, ecc.) la regolazione della temperatura dev'essere realizzata cedendo o fornendo calore con diversi sistemi in base ai quali vengono, di consueto, distinti i vari tipi d'impianto. Si hanno così:

a) gl'impianti ad aria primaria e mobiletti locali, in cui l'elemento che fornisce o sottrae calore all'ambiente è costituito da un apparecchio comprendente sostanzialmente una batteria di scambio termico a tubi alettati e un ventilatore, mentre l'aria primaria, con la quale si provvede al controllo dell'umidità relativa e della purezza, proviene da un condizionatore centrale;

b) gl'impianti a induzione, analoghi ai precedenti, ma nei quali l'azione del ventilatore è sostituita dal trascinamento operato sull'aria ambiente dall'aria primaria uscente a forte velocità da appositi ugelli;

c) gl'impianti ad aria primaria e pannelli, che prevedono come corpo scaldante o raffreddante locale un pannello radiante e cioè un elemento di ampia superficie (che si realizza, di solito, nel soffitto dell'ambiente) a contatto della quale sono opportunamente disposti tubi percorsi da acqua calda o fredda;

d) gl'impianti a doppio condotto, che prevedono una doppia distribuzione di aria a temperatura inferiore o superiore a quella che si vuole mantenere nei locali trattati: prima dell'introduzione in ambiente, le due correnti d'aria sono mescolate in un'adatta scatola, in modo che la portata immessa, mantenuta costante da un dispositivo meccanico o pneumatico, sia in grado di fornire o sottrarre calore in base alle varie esigenze;

e) gl'impianti a portata variabile, nei quali l'adeguamento delle prestazioni alle richieste è ottenuto aumentando o diminuendo la portata d'aria immessa in ciascun ambiente.

La scelta del sistema che s'intende adottare va effettuata in base alle caratteristiche dell'edificio, tenendo presente che le varie soluzioni possono condurre a costi d'istallazione e di esercizio notevolmente diversi.

Sistemi di regolazione e automazione. - Da quanto successivamente esposto si può dedurre che i notevoli vantaggi, sia di carattere tecnologico per quanto riguarda la qualità e affidabilità del servizio, sia economico per gli aspetti particolari dei costi d'istallazione ed esercizio che per quelli più generali del risparmio di risorse, si possono in realtà conseguire interamente a patto che siano verificate alcune condizioni, fra cui principalmente: 1) scelta di adatte tolleranze all'atto dell'impostazione del progetto, tenendo opportunamente conto delle larghe indeterminazioni proprie dei problemi tecnici che hanno all'origine la valutazione di sensazioni; 2) scelta di soluzioni di progetto adeguate alle esigenze di ogni edificio e alle funzioni che vi si svolgono.

Il costo del servizio però dipende, oltre che dalle scelte sopraindicate, da un'adeguata gestione idonea a garantire la realizzazione e il mantenimento dei requisiti da conseguire attraverso le condizioni e la manutenzione soddisfacente degl'impianti, ottenute riducendo al minimo il costo della mano d'opera. Analogo discorso vale per la conduzione: i forti risparmi di energia, materiali di consumo ecc., nonché l'ottenimento di effluenti puliti può essere ottenuto solo attraverso un esercizio finalizzato a tali scopi e dotato degli strumenti necessari. La riduzione della mano d'opera destinata alla gestione è, infine, uno degli aspetti più interessanti da cui dipende parte rilevante del costo del servizio.

È per soddisfare le condizioni sin qui riassunte che, negli ultimi decenni, hanno avuto applicazione sempre più estesa agl'impianti civili le tecniche della regolazione automatica. Questa consente infatti di lasciare a carico della conduzione effettuata dall'uomo soltanto le operazioni più qualificate, cioè le scelte volontarie o, se si vuole, quelle più significative dal punto di vista di una politica di gestione. È invece una serie di congegni che, mediante un insieme di organi di misura e di comando, mantiene in modo automatico sempre soddisfatte le condizioni necessarie e sufficienti perché i vari e numerosi componenti dell'impianto, in relazione alle caratteristiche di funzionamento di ciascuno, adattino l'uno all'altro il proprio regime di funzionamento, allo scopo di realizzare le condizioni volute e scelte dell'operatore umano.

Al crescere delle dimensioni, delle complessità e del grado di centralizzazione degl'impianti, la regolazione automatica non è da sola sufficiente a consentire di realizzare appieno tutte le condizioni sopraindicate. In tali circostanze esse possono essere soddisfatte solo attraverso un'estensione della centralizzazione anche alla gestione, oltre che alla costituzione fisica, delle istallazioni. Infatti l'unificazione della responsabilità e la stessa concentrazione spaziale delle risorse, soprattutto umane, destinate alla gestione sono le circostanze che sole consentono il confluire di tutte le informazioni pertinenti e utili in un organismo unico capace di elaborarle al fine di programmare, coordinare e assumere decisioni operative in modo ottimale al fine del raggiungimento degli obiettivi fissati.

In tempi relativamente recenti, la fusione delle conoscenze e delle tecnologie relative, da un lato, alla regolazione automatica e, dall'altro, all'informatica e agli elaboratori elettronici, ha reso disponibili strumenti assai affidabili ed efficaci, atti a svolgere le funzioni sopra precisate. Si tratta dei cosiddetti "centri di controllo" o "sistemi centralizzati di regolazione e controllo".

Un "centro di controllo" è costituito, di regola, da un insieme di elementi periferici di misura o di controllo (servomeccanismi) collegati a un elemento centrale. Su questo vengono rese disponibili le informazioni relative ai punti di misura, nonché comandi relativi agli elementi di controllo. Fino a tempi relativamente recenti (circa un decennio), il segnale degli strumenti, come il segnale di comando, era di tipo analogico: si trattava cioè di una grandezza di solito elettrica (tensione, corrente), funzione continua del valore delle grandezze misurate o controllate. La trasmissione avveniva con una coppia di conduttori elettrici per ciascun punto di misura o di controllo: infine, esisteva un apposito strumento indicatore o elemento di comando per ciascuna grandezza misurata.

Siffatti centri hanno evidentemente delle limitazioni nel numero dei punti di misura e controllo disponibili conseguenti dal fatto che, già quando questo numero raggiunge il centinaio, il quadro di misura e di controllo diventa di grandi dimensioni (superfici di diversi m2 o di decine di m2); perciò l'ingombro, e il costo, diventano notevoli: il gran numero degli strumenti indicatori e la loro intrinseca delicatezza strutturale riduce l'affidabilità dell'insieme, aumentando il rischio che una certa percentuale dei punti di controllo o misura sia inefficiente, e accresce l'eventualità, più subdola e pericolosa, di indicazioni errate dovute all'immissione nei conduttori di segnali spurii (correnti vaganti, tensioni elettrostatiche, onde elettromagnetiche, ecc.).

Le conoscenze acquisite nella tecnologia degli elaboratori elettronici hanno prodotto un salto qualitativo nei moderni centri di controllo. I segnali d'uscita dagli elementi di misura e di comando vengono connessi per gruppi a unità periferiche, a loro volta collegate all'unità centrale. Nelle unità periferiche viene svolta una serie di elaborazioni dei segnali in ingresso e uscita: tra queste, la conversione analogico/digitale (in alcuni casi il segnale delle sonde di misura è fornito direttamente sotto forma digitale) e la codificazione dei segnali sotto forma digitale. I contenuti d'informazione vengono così ridotti in una forma nella quale grandi quantità di informazioni da un lato possono essere trasmesse, in tempo reale, su una sola coppia di fili, dall'altro, possono essere gestite con grande efficienza e affidabilità con le tecniche metodologiche proprie degli elaboratori digitali, che contengono elementi di memorizzazione, di trasmissione ed elaborazione delle informazioni. Tutto è progettato in vista della particolare finalizzazione al controllo e regolazione degl'impianti. In particolare sia l'elaboratore sia gli elementi d'interfaccia (visori, telescriventi, ecc.) sono predisposti per effettuare funzioni specializzate, fra cui, per es.: operazioni di avviamento-arresto; segnalazioni di stato (acceso-spento); misurazione di pressione, temperatura, umidità, portata, velocità, ecc.; impostazione di limiti superiori e inferiori per le grandezze controllate; allarmi per uscita di grandezze controllate dal campo consentito; variazione non comandata di stato (per es., spegnimento di motori per intervento della protezione); scandaglio automatico ad alta velocità (migliaia di punti/sec.) dei punti controllati e segnalazione eventuale di allarmi; stampa, visualizzazione, ecc. di dati su interrogazione, o automatica per riepilogo; programmi d'intervento (accensioni e spegnimenti, ecc.); ritaratura a distanza di dispositivi di controllo elettronico, pneumatico, ecc.

Tali funzioni speciali e numerose altre consentite possono essere predisposte sia sotto forma circuitale (hardware) sia attraverso la programmazione dell'elaboratore (software). La gestione in hardware comporta di solito una maggiore semplicità operativa, ma risulta meno elastica nel senso che può effettuare solo le funzioni inizialmente previste. La gestione in software è più elastica, nel senso che le risorse dell'elaboratore possono essere impiegate per quelle funzioni che caso per caso possono risultare più utili. Tale gestione viene di regola eseguita adoperando programmi già predisposti, acquisiti insieme al centro di controllo e disponibili di solito in cassette di nastro magnetico. In alcuni casi esiste anche la possibilità, da parte dell'utente, d'impostare programmi direttamente dalla consolle dell'elaboratore. È peraltro da tener presente che, in relazione alla finalità precisa e limitata dei centri di controllo e soprattutto al livello di qualificazione degli operatori (sostanzialmente quello di un conduttore di impianti termotecnici), l'esigenza di larghe disponibilità di gestioni dirette in software, da parte dell'utente non sono molto sentite, soprattutto perché, all'atto pratico, non sarebbero, attualmente, sfruttate appieno.

I centri di controllo così costituiti sono caratterizzati da affidabilità, semplicità di operazioni e piccolo ingombro, anche se i punti controllati superano diverse migliaia (la trasmissione sotto forma digitale consente l'impiego di un unico cavetto coassiale invece delle grosse matasse di fili richieste dalla trasmissione diretta analogica); il riconoscimento del segnale dal rumore avviene con probabilità di errore praticamente trascurabile (l'impianto è in ogni momento interamente sotto controllo): condizioni tutte necessarie per la gestione corrispondente ai fini già citati.

Vedi tav. f. t.

TAG

Conversione analogico/digitale

Radiazioni ultraviolette

Ingegneria ambientale

Conduttori elettrici

Anidride carbonica