Analisi Energetica per la possibile introduzione di azionamenti a

Analisi Energetica per la possibile
introduzione di azionamenti a velocità
variabile (VSD)
Ipotesi di trasferimento sotto Azionamento a Velocità Variabile (VSD) di applicazioni
individuate presso XXX.
A seguito della nostra visita del 28 Ottobre 2004 presso XXX, vi sottoponiamo la seguente
relazione relativa ai vantaggi derivanti dall’utilizzo di inverter su applicazioni da voi individuate.
Premessa
Sono state da Voi individuate alcune applicazioni da sottoporre alla nostra attenzione. In
particolare trattasi di UTA per il condizionamento di XXX. Con questa relazione andremo ad
analizzare i possibili vantaggi derivanti dall’utilizzo di inverter per il controllo dei ventilatori di
mandata (55 kW) e ripresa (30 kW) di una prima UTA.
Ventilatore di Mandata
Si tratta di un ventilatore da 55 kW. E’ un ventilatore attualmente avviato con avvio diretto in rete
(DOL) e parzializzato tramite una serranda in aspirazione. La sua portata viene fatta variare
nell’arco della giornata in base al numero di piani attivi all’interno dell’edificio controllato.
I dati da Voi forniti per il ventilatore sono i seguenti:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Portata
Prevalenza totale (Pascal)
Potenza Installata
No giri/min
Natura del fluido
Temp. Funzionamento (oC)
77.000 m3/h
2000 Pa
55 kW
2480 rpm
aria pulita
40 oC
I dati da Voi forniti per il motore sono i seguenti:
¾
¾
¾
¾
Marca o Fornitore
Modello
Potenza
Cosϕ
¾ No giri/min
¾ Tensione
Elettro Adda
C250MT-4
55 kW
0,86
3000 rpm
380 V
I dati di funzionamento da Voi forniti sono i seguenti:
¾
¾
¾
¾
Giorni di funzionamento annui
Ore funzionamento giornaliero
Ore funzionamento annue
Portata media di funzionamento
¾ Costo Kwh
300 gg./anno
20 h/gg
6000 h/anno
75 % Q nominale,
regolata con serranda in aspirazione
0,12 €/kWh
I dati da Noi ipotizzati per procedere con l’analisi energetica sono i seguenti:
¾ Efficienza ventilatore
¾ Efficienza del motore
¾ Efficienza trasmissione
88 %
93 %
97 %
Ventilatore estrazione
Si tratta di un ventilatore da 30 kW. E’ un ventilatore attualmente avviato con avvio diretto in rete
(DOL) e parzializzato tramite una serranda in aspirazione. La sua portata viene fatta variare
nell’arco della giornata in base al numero di piani attivi all’interno dell’edificio controllato.
I dati da Voi forniti sono i seguenti:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Portata
Prevalenza totale (Pascal)
Potenza Installata
No giri/min
Natura del fluido
Temp. Funzionamento (oC)
68.000 m3/h
1010 Pa
30 kW
1470 rpm
aria pulita
40 oC
I dati da Voi forniti per il motore sono i seguenti:
¾ Marca o Fornitore
¾ Modello
¾
¾
¾
¾
Potenza
Cosϕ
No giri/min
Tensione
non comunicato
non comunicato
30 kW
non comunicato
1470 rpm
380 V
I dati di funzionamento da Voi forniti sono i seguenti:
¾
¾
¾
¾
Giorni di funzionamento annui
Ore funzionamento giornaliero
Ore funzionamento annue
Portata media di funzionamento
¾ Costo Kwh
300 gg./anno
20 h/gg
6000 h/anno
75 % Q nominale,
regolata con serranda in aspirazione
0,12 €/kWh
I dati da Noi ipotizzati per procedere con l’analisi energetica sono i seguenti:
¾ Efficienza ventilatore
¾ Efficienza del motore
¾ Efficienza trasmissione
80 %
92 %
97 %
Risultati analisi energetica (Vedi considerazioni finali)
Dall’analisi energetica emerge un grande vantaggio in termini di consumi energetici derivabile
dall’utilizzo dei VSD sui due ventilatori analizzati.
L’utilizzo di una regolazione tramite serranda in aspirazione rappresenta, infatti, un metodo di
regolazione del flusso estremamente dispendioso.
I motori vengono fatti funzionare al massimo introducendo perdite di carico addizionali sul canale
di aspirazione per ottenere la portata necessaria.
L’utilizzo del drive consente, viceversa, la possibilità di elaborare la sola portata necessaria,
controllando il flusso direttamente agendo sulla velocità di rotazione del motore.
Viste le particolari condizioni di utilizzo (portate mediamente parzializzate al 75 % durante l’anno)
i vantaggi in termini energetici sono estremamente rilevanti. Bisogna, infatti, ricordare che la
potenza assorbita in impianti di ventilazione e pompaggio varia con il cubo della portata. Questo
significa che una riduzione del 20 % della portata tramite variazione della velocità del motore
permette una riduzione teorica prossima al 50% della potenza assorbita.
Nell’analisi energetica, in via cautelativa, è stata considerata la possibilità di ridurre la velocità di
rotazione dei ventilatori ad un valore pari solo al 75% della velocità nominale. Visto la destinazione
d’uso degli edificio, si potrebbe stimare un risparmio ulteriore riducendo ulteriormente la portata
nel momento in cui alcuni piani non risultino occupati durante il giorno.
Valutiamo i consumi energetici stimati dell’applicazione con le due soluzioni a confronto:
Ventilatore di mandata 55 kW
Consumi Mandata 55 kW
250,000
200,000
236,818
150,000
178,688
kWh
100,000
50,000
0
kWh attuali
Risparmio energetico stimato
Risparmio annuo stimato
Costo dell’Investimento (inverter)
Payback Time
kWh con inverter
58.129 kWh/anno (-24.5%)
6.976 €/anno
4.300 €
0,6 Anni
Valutazione di risparmio energetico tramite programma FanSave:
Raffronto, alle diverse portate, degli assorbimenti del ventilatore regolato tramite inverter e
tramite serranda in aspirazione.
Ventilatore di ripresa 30 kW
Consumi Ripresa 30 kW
120,000
100,000
117,828
80,000
kWh
88,906
60,000
40,000
20,000
0
kWh attuali
Risparmio energetico stimato
Risparmio annuo stimato
Costo dell’Investimento (inverter)
Payback Time
kWh con inverter
28.922 kWh/anno (-24.5%)
3.471 €/anno
2.300 €
0,7 Anni
Valutazione di risparmio energetico tramite programma FanSave:
Raffronto, alle diverse portate, degli assorbimenti del ventilatore regolato tramite inverter e
tramite serranda in aspirazione.
Risultati complessivi per i due ventilatori:
Consumi Totali
400,000
350,000
300,000
250,000
kWh 200,000
150,000
100,000
50,000
0
354,646
267,594
kWh attuali
Risparmio energetico complessivo stimato
Risparmio annuo stimato
Costo complessivo inverter
Payback Time
kWh con inverter
87.052 kWh/anno (-24.5%)
10.447 €/anno
6.600 €
0,6 Anni
Vantaggi ulteriori
L’utilizzo degli inverter nell’applicazione consente ulteriori vantaggi oltre al risparmio energetico.
Il primo vantaggio riguarda la manutenzione e l’usura dei componenti. Grazie al VSD i costi di
manutenzione vengono ridotti perché il motore, non avviandosi direttamente da rete, non subisce
più gli stress dovuti alle correnti di spunto a tutto vantaggio di cuscinetti, gabbia di scoiattolo ed
avvolgimenti.
Saranno anche evitati colpi d’aria nelle condotte, si ridurrà la necessità di manutenzione delle
cinghie.
Un ulteriore vantaggio riguarda la possibilità di regolazione. Disponendo di un inverter sarà
possibile tarare al meglio l’impianto anche al variare delle condizioni di carico ad oggi riscontrate
nell’impianto. Sarà anche possibile automatizzare il controllo per ottimizzarlo ulteriormente rispetto
alle esigenze.Si eliminerà la necessità di manutenzione degli attuatori oggi in campo e si
risolveranno eventuali attuali problemi d’isteresi nel controllo.
Un terzo vantaggio consiste nella riduzione della rumorosità. La possibilità di togliere le serrande in
aspirazione consente di eliminare nel contempo sorgenti di rumorosità indesiderata.
Una riduzione tramite inverter del 50% della portata rispetto al valore nominale, comporta una
riduzione del livello acustico di ca. 16 dBA.
Il fenomeno è descritto con la seguente legge:
Riduzione emissione sonora [dB(A)] = 55 x log (n1/n2).
( n1= velocità di rotazione effettiva; n2= velocità nominale )
Un discorso a parte riguarda il Cosϕ.
La regolazione di portata mediante VSD anziché mediante strozzamento, garantisce per le utenze un
Cosϕ prossimo all’unità. Questo permette di ridurre la potenza reattiva assorbita o in alternativa
elimina la necessità di prevedere un sistema di rifasamento.
In questo caso l’inverter consentirebbe di passare da un Cosϕ 0,86 ad un Cosϕ 0,98 con un
evidentemente ulteriore risparmio di energia reattiva.
Una particolare nota va fatta per quanto concerne l’impatto ambientale. Grazie al risparmio
energetico conseguente all’utilizzo degli inverter e alla conseguente minor necessità di produrre
energie elettrica, si stima una riduzione delle emissioni di anidride carbonica in ambiente di circa
43 tonnellate/anno (media di emissione: 0.5 Kg CO2 / kWh prodotto).
Raccomandazioni
Prima di procedere all’installazione dell’inverter raccomandiamo verificare la compatibilità dei
motori installati alla regolazione tramite inverter (isolamento verso massa, isolamento verso fase).
Per quanto riguarda l’installazione dell’inverter, bisogna prevedere:
¾ Cavi opportunamente schermati
¾ Fusibili di protezione a monte
¾ Filtri EMC (installati a bordo )
Le condizioni ambientali per l’installazione dovranno essere:
¾ Temperatura ambiente 0....+ 50 oC (declassamento 1% / 1 oC oltre 40oC)
¾ Aria asciutta e pulita per il raffreddamento
¾ Umidità relativa 5...95% senza condensa
Considerazioni finali
Per sviluppare quest’analisi sono stati utilizza dati forniti direttamente dall’utilizzatore finale, là
dove non disponibili sono stati da lui stimati.
I dati forniti da ABB fanno riferimento ai valori più frequenti riscontrabili nel mercato.
In particolare vi preghiamo di verificare quanto ipotizzato relativamente a:
¾ Efficienza motore ventilatore di mandata
88%
¾ Efficienza motore ventilatore di ripresa
80%
¾ Efficienza motore di mandata
93%
¾ Efficienza motore di ripresa
92%
¾ Efficienza Trasmissione
97%
La bontà dei risultati dipende dalla precisione dei dati fornitici in fase di analisi.
I risultati dell’analisi vanno intesi con accuratezza dell’ordine del ±10%.
Eventuali diversità da quanto comunicatoci possono comportare variazioni anche significative dei
risultati ottenuti.