Valvole a 3 vie: come sceglierle e collegarle

Nella guida alla termoregolazione degli impianti radianti abbiamo visto che la valvola miscelatrice a tre vie è il primo anello della catena: prende l’acqua calda dal generatore, la mescola con quella che torna dal pavimento e manda ai circuiti la temperatura giusta. È un componente semplice, che però si sbaglia spesso, nella scelta e nel collegamento.

Questo articolo è per chi la deve scegliere su un progetto o montare in cantiere.

Miscelatrice o deviatrice

Le valvole a tre vie si usano in due modi, che hanno lo stesso aspetto ma funzioni opposte.

Miscelatrice. Due ingressi e un’uscita. Entrano l’acqua calda (via A) e l’acqua di ritorno (via B), esce l’acqua miscelata (via AB). Aprendo più la via A, la mandata si scalda; aprendo più la via B, si raffredda. È il caso tipico del circuito radiante alimentato da una caldaia.

Deviatrice. Un ingresso e due uscite. L’acqua entra da AB ed esce da A o da B, o in parte da tutte e due. Si usa per mandare l’acqua a due utenze alternative, per esempio al circuito di riscaldamento o al bollitore dell’acqua calda sanitaria, oppure come by-pass di un terminale.

Molte valvole si possono montare in entrambi i modi, ma non tutte: il costruttore indica quale configurazione è ammessa. Montare una miscelatrice come deviatrice, o al contrario, può dare rumori, trafilamenti e una regolazione instabile.

Il Kvs, spiegato in breve

Il dato che decide la dimensione della valvola è il Kvs: la portata d’acqua, in metri cubi all’ora, che attraversa la valvola completamente aperta con una perdita di carico di 1 bar. Più alto il Kvs, più grande la valvola.

La relazione tra portata, Kvs e perdita di carico è:

Δp [bar] = (Q / Kvs)²

dove Q è la portata in m³/h. Il diametro dei tubi non dice niente sul Kvs giusto: una valvola con gli attacchi uguali ai tubi è quasi sempre troppo grande.

Un esempio di dimensionamento

Un circuito radiante deve fornire 10 kW con un salto termico di 5 °C tra mandata e ritorno.

1. La portata. Q = P / (1,163 × ΔT) = 10 / (1,163 × 5) ≈ 1,7 m³/h.
2. La perdita di carico desiderata. Per un circuito miscelato si punta di solito a una perdita di carico della valvola aperta intorno ai 10 kPa, cioè 0,1 bar. Una valvola che perde troppo poco non “comanda” la portata e regola male.
3. Il Kvs. Kvs = Q / √Δp = 1,7 / √0,1 ≈ 5,4 m³/h.
4. La scelta. Nelle serie commerciali i Kvs vanno a gradini: 2,5, 4, 6,3, 10. Si sceglie il valore più vicino, qui 6,3, e si ricalcola la perdita reale: (1,7 / 6,3)² ≈ 0,07 bar, cioè 7 kPa. Va bene.

Una valvola con Kvs 10 o 16, scelta “perché ha gli attacchi giusti”, lavorerebbe quasi sempre poco aperta: una piccola corsa del servomotore cambierebbe molto la temperatura, e la mandata oscillerebbe.

Il servomotore: 3 punti o 0–10 V

La valvola è mossa da un servomotore. I tipi più diffusi sono due.

A 3 punti. Ha due comandi: apri e chiudi. Il regolatore lo fa muovere per impulsi più o meno lunghi. È semplice ed economico, ma il regolatore non sa con certezza in che posizione si trova la valvola, a meno di rifare la corsa completa.

Modulante 0–10 V. Riceve un segnale continuo: 0 V valvola chiusa, 10 V valvola aperta, i valori intermedi per le posizioni intermedie. Molti modelli restituiscono anche un segnale di posizione. È la scelta migliore per la regolazione climatica, perché la posizione è sempre nota e il regolatore può usare un controllo proporzionale e integrale.

Per entrambi conta il tempo di corsa: il tempo che il servomotore impiega da tutto chiuso a tutto aperto. Per i circuiti radianti vanno bene tempi lunghi, da uno a due minuti, perché l’impianto è lento. Tempi troppo brevi rendono la regolazione nervosa.

Il collegamento a Brick

Nel quadro una valvola modulante richiede pochi conduttori:

• l’alimentazione del servomotore, spesso a 24 V in corrente alternata, protetta e separata dalle altre utenze;
• il segnale di comando 0–10 V, da un’uscita analogica del controllore;
• il comune del segnale, collegato al riferimento del controllore;
• il ritorno di posizione, se presente, su un ingresso analogico.

E una sonda: la sonda di mandata, a valle della valvola e della pompa, a una distanza di qualche diametro dalla valvola, perché l’acqua sia già ben miscelata. A contatto con il tubo, con pasta termica e isolata, o meglio ancora a immersione in un pozzetto.

Brick lavora con i servomotori Siemens SAX, SAS e SSB modulanti 0–10 V e con le valvole Siemens VXG miscelatrici a tre vie, ma il principio vale per qualsiasi marchio.

Errori che si vedono in cantiere

• Vie invertite. La via A collegata al ritorno e la B alla mandata del generatore: la logica si capovolge e la regolazione diventa impossibile. Le vie sono marcate sul corpo: si controllano prima di serrare.
• Servomotore montato al contrario, con il senso di apertura invertito rispetto al segnale. Molti modelli hanno un selettore per invertire la direzione.
• Sonda di mandata troppo vicina alla valvola, o fuori dal flusso, o non isolata. Legge temperature che non sono quelle che vanno nel pavimento.
• Valvola sovradimensionata. È l’errore più comune, ed è quello che si vede di più nei grafici: una mandata che sale e scende di continuo intorno al valore impostato.
• Nessun termostato di sicurezza. La valvola, il servomotore e il controllore possono guastarsi. Il termostato di sicurezza cablato sulla pompa resta obbligatorio per proteggere il massetto.

Prima di accendere

Due prove semplici evitano molte telefonate. La prima: con l’impianto fermo, si comanda la valvola a 0 V, a 5 V e a 10 V e si verifica che si muova tutta la corsa e nel verso giusto. La seconda: con l’impianto in funzione, si guarda per un’ora il grafico della mandata. Se oscilla di più di un grado intorno al valore impostato, si allunga il tempo di integrazione o si verifica il Kvs. La curva climatica si regola dopo, quando la mandata è stabile.