Esempio applicativo di Multi Chiller
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Esempio applicativo di Multi Chiller
SISTEMA MULTICHILLER PER IL CONTROLLO E LA SUPERVISIONE DI CENTRALI FRIGORIFERE COSTITUITE DA REFRIGERATORI COLLEGATI IN PARALLELO Numerosi impianti idronici di condizionamento impiegano più refrigeratori d’acqua, collegati tra loro in parallelo; i campi di applicazione sono molteplici, ma ogni impianto di questo tipo è individuato da alcune caratteristiche fondamentali che ne determinano la dinamica di funzionamento; alcune di queste caratteristiche sono comuni a tutti gli schemi d’impianto che prenderemo in esame, e garantiscono il corretto funzionamento di ogni refrigeratore in accordo con la sua logica di funzionamento, anche se impiegato all’interno di un sistema più complesso. Le caratteristiche fondamentali degli impianti che saranno messe in evidenza, così come le caratteristiche che contraddistinguono le logiche di gestione di cui si tratterà, non cambiano sostanzialmente nel caso si prenda in esame il funzionamento delle suddette macchine come pompe di calore. Una caratteristica comune a tutti i tipi di impianto che prenderemo in esame è la struttura a doppio anello, con i refrigeratori in parallelo che si chiudono sul primario, e il circuito utenze sul secondario, e con i due circuiti separati da un disgiuntore idraulico, che può essere un serbatoio di accumulo o un semplice collettore di by pass. Il circuito primario potrebbe essere dotato di un’unica pompa che alimenta gli evaporatori di tutti i refrigeratori, ma senza dubbio la soluzione migliore che può essere adottata da questo punto di vista è dotare ogni refrigeratore di una pompa dedicata che alimenti il corrispondente evaporatore; in questo caso la pompa può essere fornita interna al refrigeratore o montata esternamente ad esso, posta sul ramo del parallelo idraulico del refrigeratore servito, solitamente prima dell’evaporatore nel senso di percorrenza dell’acqua. Quale che sia la soluzione adottata nel realizzare il parallelo idraulico, è fondamentale garantire durante ogni istante di funzionamento dell’impianto una portata d’acqua costante all’evaporatore di ogni gruppo frigorifero, almeno fintanto che esso sta erogando potenza frigorifera, sia a carico pieno che a carico parziale. Come noto infatti, la logica di regolazione del refrigeratore, sia essa impostata sulla temperatura dell’acqua in mandata o in ritorno al gruppo frigo, presuppone portata costante all’evaporatore durante il funzionamento. È invece ammissibile che l’alimentazione di acqua all’evaporatore di un chiller venga interrotta quando esso non sta fornendo potenza frigo staccando la pompa corrispondente, ed anzi è consigliato in virtù del conseguente risparmio sulle spese di pompaggio. Il circuito secondario ha ovviamente un gruppo di pompaggio dedicato, che può essere a portata costante oppure a portata variabile, entrambe le soluzioni essendo tecnicamente praticabili e comunemente adottate. La parzializzazione della potenza erogata da una centrale frigorifera costituita da più refrigeratori collegati in parallelo, può essere gestita secondo due logiche fondamentali: • La logica di funzionamento simmetrica, detta anche omogenea, prevede che al variare del carico i refrigeratori modulino la potenza erogata tutti contemporaneamente e allo stesso modo, rimanendo tutti sempre in funzione sia pure a carico parziale. Se per esempio il carico d’impianto è pari al 50% circa di quella nominale, tutti i refrigeratori funzioneranno a carico parziale al 50% della potenza massima. • La logica di funzionamento sequenziale invece, prevede che al ridursi del carico frigorifero i refrigeratori comincino a parzializzare la potenza erogata uno alla volta e fino al completo distacco, rimanendo in funzione soltanto un numero ridotto di refrigeratori, ma a piena potenza. Sempre nel caso visto precedentemente di carico d’impianto pari al 50% del nominale, se la centrale frigorifera è costituita da 4 refrigeratori, due saranno completamente spenti e due funzioneranno al 100% della potenza nominale Altre logiche che possono essere adottate sono combinazioni delle due logiche principali, e cercano di ottimizzare i benefici di ciascuna dal punto di vista dell’efficienza energetica in funzione del carico richiesto. Prendiamo in esame un impianto particolarmente semplice, e seguiamone la dinamica al ridursi del carico frigorifero richiesto (e di conseguenza al parzializzare della potenza fornita) in corrispondenza di ciascuna logica di gestione, per evidenziare alcune proprietà fondamentali delle logiche stesse che possono essere sfuggite alla semplice descrizione che abbiamo fatto in precedenza. A tale fine supponiamo che la nostra centrale frigorifera sia costituita da due refrigeratori identici, con due pompe sul primario asservite ciascuna ad un refrigeratore, e con portata d’acqua al secondario costante. Indipendentemente dalla logica di regolazione, a pieno carico entrambi i refrigeratori lavorano con ΔT di 5°C sulla temperatura dell’acqua prodotta, con acqua di ritorno all’impianto a 12°C e acqua in mandata a 7°C, e con portata d’acqua sul circuito secondario pari alla portata d’acqua sul primario, quindi al doppio della portata d’acqua elaborata da ciascun gruppo. Supponiamo ora che il carico frigorifero si riduca, portandosi al 75% del carico nominale; essendo in questo caso la portata del secondario costante, l’avvenuta variazione di carico si manifesta sul secondario attraverso una riduzione del ΔT, che si porta da 5 °C a 3,75 °C, e in conseguenza di ciò i refrigeratori vedono tornare acqua agli evaporatori a 10,75 °C anziché ai 12 °C del funzionamento a pieno carico, indipendentemente dalla logica di gestione. Se il sistema adotta una logica di gestione simmetrica, ciascun gruppo parzializza la potenza erogata al 75% ed essendo costante la portata all’evaporatore è il ΔT all’evaporatore che cambia, portandosi a 3,75 °C; ne consegue che il ΔT del primario coincide con il ΔT del secondario, e che la temperatura dell’acqua in mandata non è cambiata per nessuno dei due refrigeratori. Se invece la logica adottata è quella sequenziale, bisogna che uno dei due gruppi parzializzi al 50% del carico e l’altro gruppo invece funzioni a pieno carico; in conseguenza di ciò il gruppo frigorifero che parzializza vede ridurre il ΔT all’evaporatore a 2,5 °C mentre il gruppo che lavora a pieno carico continua a mantenere un ΔT all’evaporatore di 5 °C; è fondamentale notare però che sia il primo che il secondo refrigeratore hanno dovuto cambiare la temperatura dell’acqua in mandata: quello che lavora a piena potenza per vedere un ΔT di 5 °C ha abbassato la temperatura dell’acqua in mandata a 5,7 °C, quello che lavora a metà potenza per vedere un ΔT all’evaporatore di 2,5 °C ha alzato la temperatura di mandata a 8,2 °C; questo è uno degli aspetti fondamentali che distingue le due logiche e che chiama in causa il sistema di controllo della centrale frigorifera. Naturalmente la temperatura dell’acqua in ingresso alle utenze non cambia visto che essa è frutto della miscela delle due uguali portate di acqua uscenti dai refrigeratori, ed è sempre pari a 7°C. Una ulteriore differenza che caratterizza i due modi di gestire i refrigeratori in parallelo si manifesta con parzializzazione del carico più accentuata, quando arriviamo a una potenza richiesta dall’utenza frigorifera che è solo il 50% di quella nominale: in questo caso (caratterizzato da ΔT sulle utenze di 2,5 °C e quindi in ogni caso da temperatura di ingresso ai refrigeratori pari a 9,5°C) la logica simmetrica procede nella modulazione del carico erogato da entrambi i refrigeratori in maniera analoga alla precedente, e quindi dimezzando il salto termico interno al refrigeratore, con la temperatura di mandata che si mantiene costante sui 7°C (a meno ovviamente delle variazioni intorno a tale valore pari al differenziale impostato, e associate alla dinamica di regolazione della singola macchina); la logica sequenziale invece prevede il completo distacco di uno dei due refrigeratori, con l’altro in funzione al 100% del carico, e di conseguenza con la possibilità di spegnere la pompa dedicata al refrigeratore che non lavora, possibilità che se sfruttata permette di ottenere dei risparmi sulle spese di pompaggio. È infatti vero che la portata che non attraversa l’evaporatore del refrigeratore spento passa attraverso il disgiuntore idraulico assicurando così al secondario la portata dovuta, e che richiede comunque per questo una certa potenza di pompaggio, ma le perdite di carico di questo tratto di by-pass sono molto minori di quelle incontrate dall’acqua nell’attraversamento dello scambiatore del chiller, da ciò la diminuzione dell’energia assorbita complessivamente dalle pompe. In questo caso la temperatura di mandata del chiller in funzione è cambiata ulteriormente, portandosi a 4,5°C per poter mantenere il salto termico di 5°C con temperatura di ritorno al refrigeratore di 9,5°C; la temperatura di mandata all’utenza si mantiene sempre attorno ai 7°C visto che l’acqua prodotta più fredda si miscela con quella proveniente dal collettore di by-pass, tornata a 9,5°C dall’impianto e rimasta inalterata. Queste differenze che abbiamo evidenziato continueranno a manifestarsi ovviamente per gradini di parzializzazione più bassi. Questo esempio pur nella sua semplicità mette in evidenza il ruolo che può avere un sistema di controllo della centrale frigorifera nella gestione di una di queste logiche di funzionamento: se collegassimo in parallelo i due refrigeratori e non prevedessimo alcun sistema di controllo a coordinarne il funzionamento i processori di cui sono dotati gestirebbero la modulazione della potenza al variare del carico ciascuno in maniera autonoma ma analoga, riproducendo così la logica simmetrica. Per ottenere una gestione sequenziale della centrale frigorifera invece deve necessariamente essere presente un sistema di controllo centralizzato, il quale impone la parzializzazione e il distacco di ogni macchina intervenendo sull’accensione e sullo spegnimento dei chiller, e sulla temperatura di set in mandata di quelli che rimangono in funzione, nel modo che è stato messo in evidenza nel corso dell’esempio precedente. Si intuisce quindi il ruolo del sistema di controllo, che in ogni caso non sostituisce il processore del chiller, e non ne stravolge la logica di funzionamento impostata; esso semplicemente rileva il carico di impianto e coordina di conseguenza il funzionamento delle varie macchine attraverso dei comandi impartiti a ciascuna di esse, istruzioni costituite dall’imposizione, momento per momento, dei valori di temperatura di set in mandata adeguati o dalla condizione di spegnimento; in base al valore di temperatura dell’acqua in mandata che le è in ogni momento richiesto ed in accordo con la logica propria della sua scheda ogni refrigeratore modulerà il carico. Naturalmente un sistema di gestione di solito è in grado di coordinare il funzionamento in parallelo delle macchine anche quando lavorano in pompa di calore, con logiche analoghe e differenti valori di temperatura caratteristici dell’attacco e stacco dei refrigeratori. Dal punto di vista dell’efficienza energetica ognuna delle due logiche di gestione appena esaminate presenta alcune caratteristiche che lo rendono vantaggioso ed altre che le rendono svantaggiose ed è impossibile considerare a priori una di esse energeticamente favorevole. Il modo simmetrico di gestire la parzializzazione privilegia il funzionamento di ogni chiller a carico parziale, il che come noto è dal punto di vista della sua efficienza frigorifera vantaggioso (EER più elevati ai carichi parziali per la centrale frigorifera); a rendere questo effetto ancora più evidente è il fatto che utilizzando la logica simmetrica di gestione la temperatura di set dell’acqua prodotta rimane costante durante il funzionamento ai carichi parziali di ogni macchina mentre la logica sequenziale di gestione richiede che il sistema di supervisione faccia cambiare la temperatura di set dei refrigeratori che rimangono in funzione; in quest’ultimo caso abbiamo notato che la temperatura di set dell’acqua prodotta dai refrigeratori che funzionano a pieno carico è sempre più bassa di quella inviata al circuito utenze, il che comporta un ulteriore abbassamento del loro EER. Per contro il modo sequenziale, visto che permette di staccare i refrigeratori, permette anche di spegnere le pompe ad esse dedicate, e di conseguenza di conseguire risparmi nelle spese di pompaggio. Si pensa comunemente che tale risparmio sia poca cosa rispetto a quello dovuto al miglioramento dell’EER del caso precedente, ed in effetti in alcuni casi è così (con chiller aria- acqua, perdite di carico nel circuito primario abbastanza contenute, pompe con buoni valori di rendimento idraulico) ma già la situazione si fa meno evidente se parliamo di refrigeratori acqua-acqua dove il contributo delle spese di pompaggio dei circuiti esterni (spesso con perdite di carico meno contenute) non è trascurabile; in tali casi il risparmio nelle spese di pompaggio può assumere valori importanti, e la scelta della soluzione con maggiore risparmio energetico non è affatto ovvia. Tra l’altro l’esempio visto prendeva in esame il caso di un secondario a portata costante; in un impianto con circuito secondario a portata variabile si può dimostrare anche che la logica di gestione sequenziale richiede temperature di set dell’acqua in mandata più alte per i refrigeratori che rimangono in funzione rispetto al caso di portata costante: la differenza nell’EER ai carichi parziali della centrale che adotta una logica o quell’altra è più bassa. Se infatti si vuole regolare la potenza erogata da un terminale di impianto attraverso la portata dell’acqua che lo attraversa, non c’è un legame lineare tra portata e potenza: per esempio dimezzando la portata dell’acqua attraverso una batteria (a parità di temperatura di ingresso dell’acqua in batteria) la potenza frigorifera totale è superiore alla metà di quella erogata con portata nominale, l’andamento non lineare dipende tra l’altro dalla temperatura dell’acqua in ingresso, come mostrato dal grafico seguente: Trattando con un impianto simile al precedente, ma con il secondario a portata variabile, se il carico richiesto dall’impianto fosse il 75% di quello nominale, una regolazione sulla pompa del secondario porterebbe ad abbassare la portata nello stesso al 40% di quella nominale con un innalzamento della temperatura di ritorno a 16,3 °C, in questo caso però perché siano bilanciate le portate del primario e del secondario, essendo invariata la portata sul primario, il disgiuntore idraulico viene attraversato da una certa portata di acqua dalla mandata al ritorno del chiller, a temperatura di 7 °C, il che fa in modo che la temperatura di ritorno al chiller sia di 10,7 °C, come nel caso di secondario a portata costante, situazione illustrata nella figura seguente Se il carico frigorifero di impianto però si porta al 50% di quello nominale, la portata del secondario scende al 20% circa di quella nominale, con una temperatura di ritorno dall’impianto che sale a 20,1 °C, come illusta la figura seguente; nel caso la centrale frigorifera adotti una logica simmetrica la portata di acqua che attraversa il disgiuntore idraulico aumenta, e in conseguenza di ciò in ingresso ai refrigeratori abbiamo una temperatura di 9,5 °C, il che è perfettamente normale visto che la portata sul primario non è cambiata; se invece la centrale frigorifera segue una logica sequenziale a questo punto ha staccato un refrigeratore e la sua pompa, per cui la portata di acqua che attraversa il disgiuntore dalla mandata verso il ritorno è più bassa, e la temperatura di ritorno al chiller si porta a 12 °C; ne segue che per lavorare al 100% del carico il refrigeratore rimasto acceso deve produrre acqua a 7 °C. Abbiamo un chiller rimasto acceso che lavora con acqua 12°C/ 7°C, mentre nel caso di secondario a portata costante lavorava con acqua 4,5°C/ 9,5°C, quindi con EER senza dubbio più alto. Lavorare con secondario a portata variabile comporta in generale un risparmio nelle spese di pompaggio verso l’utenza, e penalizza meno la logica sequenziale rispetto a quella simmetrica dal punto di vista dell’EER. La tendenza è confermata via via che si va verso potenze erogate più basse come conferma la situazione con carico frigorifero richiesto pari al 25% di quello massimo, e che viene rappresentata nello schema seguente: anche in questo caso la macchina che rimane accesa nella logica sequenziale lavora con acqua 9,5°C/ 7°C all’evaporatore, contro i 8,2°C / 5,7°C del circuito con secondario a portata costante ed analoga logica. Da tutte queste considerazioni possiamo comprendere che un impianto con secondario a portata variabile e logica di gestione sequenziale a causa del risparmio nelle spese di pompaggio sul secondario e nelle spese di pompaggio del primario (che possono essere importanti per esempio con refrigeratori acqua-acqua), e a causa della penalizzazione nell’EER tutto sommato contenuta rispetto alla logica simmetrica di gestione può essere una soluzione energeticamente conveniente, e per questo è l’applicazione più frequente di un sistema di controllo e gestione della centrale frigorifera. Per dare al progettista di impianti uno strumento potente e flessibile che consenta di rendere operative queste logiche, e che costituisca al tempo stesso un sistema di supervisione per la centrale frigorifera, Aermec ha messo a punto Multichiller, sistema di controllo e supervisione per refrigeratori collegati in parallelo. Il sistema Multichiller è costituito da una scheda centrale (pCO1) che è il processore, da una scheda di interfaccia (pCOE) che gestisce la trasmissione dei segnali dalle sonde alla scheda pCO1, e il dialogo tra le schede dei refrigeratori e la pCO1, e dalle sonde SUW e SIW che, poste in punti opportuni del circuito, rilevano segnali di temperatura che costituiscono il feed back del sistema di controllo; è inoltre componente fornito a corredo un pannello di interfaccia touch screen che permette l’impostazione della scheda in funzione del tipo di impianto, del tipo e del numero dei refrigeratori, e della logica di gestione adottata (di solito eseguito in fase di installazione o a seguito di modifiche), che permette il settaggio dei parametri fondamentali sotto il controllo dell’utente (temperatura di set dell’acqua prodotta in freddo e/o in caldo, funzionamento in condizionamento estivo o in pompa di calore, fasce orarie di accensione e spegnimento dell’impianto, ecc), e che riporta tutte le informazioni sul funzionamento corrente della centrale frigorifera (temperature epressioni di funzionamento dei vari chiller, eventuali allarmi, storico allarmi, ecc). Multichiller può dialogare con tutti i refrigeratori al cui interno il funzionamento è gestito da schede pCO2 o da schede GR3, quindi con praticamente tutti i refrigeratori pluricompressore attualmente nel catalogo Aermec (NRA, NRC, RV, RVB, NSB, NBW, NWB, WSA, WSB, e in futuro si prevede con i TW110); permette di supportare centrali frigorifere costituite da un numero di refrigeratori collegati in parallelo che può arrivare a 9, se dotati di compressore a vite con il limite di 4 compressori per refrigeratore). Focalizzando la nostra attenzione sulle funzioni di controllo di Multichiller, che più interessano in questa sede per le già viste ricadute positive sull’efficienza energetica che può avere la scelta della logica di gestione adatta, notiamo che (pur essendo possibile gestire la logica sequenziale su impianti con secondario a portata costante) il sistema ha algoritmi ottimizzati per gestire il caso di un impianto con secondario a portata variabile che segue una logica sequenziale, che è il caso più comune e conveniente di applicazione del sistema di controllo messo a punto dai tecnici Aermec. È possibile però gestire impianti che seguono la stessa logica ma funzionanti con secondario a portata costante, oppure impianti che adottano la logica simmetrica. Esistono in genere differenti algoritmi per eseguire la parzializzazione secondo la logica scelta; nel nostro caso si ha la possibilità di scegliere due algoritmi: un algoritmo di regolazione LOAD, pensato per ottimizzare la prontezza di risposta del carico erogato dalla centrale frigorifera alle variazioni di carico dell’impianto e un algoritmo di regolazione TEMPERATURE, pensato per ottenere un controllo più rigoroso della temperatura dell’acqua in mandata anche durante i transitori. La scelta di un algoritmo o dell’altro non comportando differenze nella logica di gestione non si ripercuotono sull’economia di esercizio dell’impianto, ma soddisfano esigenze specifiche particolari. Anche dal punto di vista dei componenti necessari non ci sono differenze nell’impiego di un algoritmo o di quell’altro se non nel posizionamento delle sonde al servizio di Multichiller. L’algoritmo di regolazione LOAD prevede il posizionamento di due sonde al servizio del Multichiller, una in mandata in uscita dal primario e una sul ritorno in ingresso nel primario, entrambe posizionate tra i refrigeratori ed il disgiuntore idraulico; esse misurano il ΔT tra ingresso ed uscita dei refrigeratori accesi e di conseguenza la potenza che stanno erogando i refrigeratori ancora accesi rispetto alla potenza massima erogabile dagli stessi, che si riscontra quando il salto termico misurato corrisponde a quello nominale dei refrigeratori a pieno carico. La condizione di accensione di un nuovo chiller si ha quando il carico % erogato dal complesso dei refrigeratori accesi raggiunge un valore % prefissato, la condizione di spegnimento di un chiller si raggiunge quando la potenza che dovranno erogare i chiller rimasti accesi non superi un valore % prefissato della loro potenzialità massima complessiva. Ad esempio una impostazione di un algoritmo LOAD per una logica sequenziale potrebbe essere: attacco un refrigeratore quando quelli rimasti accesi sono al 100 % della potenza massima erogabile, stacco un refrigeratore quando quelli rimasti accesi si stabilizzeranno erogando una potenza pari all’85% della potenza massima da essi erogabile complessivamente (e quindi quando la potenza erogata prima dell’accensione è sicuramente minore dell’85% del carico). L’algoritmo di regolazione TEMPERATURE prevede la presenza di una sonda in mandata SUW in ingresso all’utenza (e la possibilità di mettere in mandata anziché una sonda fino a tre sonde, ciascuna su un ramo dell’utenza in parallelo, il cui segnale è considerato ai fini della regolazione solo se il relativo contatto di flussostato è chiuso) e la presenza della sonda di ritorno SIW in ingresso al primario. L’algoritmo prevede l’accensione di un nuovo chiller se una delle sonde di mandata abilitate sul secondario legge un valore di temperatura maggiore di quello impostato, e lo spegnimento di un nuovo chiller si ha se la sonda SIW legge una temperatura in ingresso all’evaporatore minore di un valore impostato, calcolato in modo che la temperatura di spegnimento di un chiller faccia si che quelli rimanenti riescano comunque a garantire una temperatura SUW minore del set di accensione per non innescare continui cicli di accensione/spegnimento del chiller. Indipendentemente dal tipo di algoritmo utilizzato (LOAD o TEMPERATURE) sono previsti dei ritardi e dei filtri sull’accensione/spegnimento dei chiller, per evitare oscillazioni repentine della temperatura e dare modo ai chiller di accendersi, attivare i compressori e stabilizzarsi prima di effettuare altre accensioni oppure in spegnimento attendere che i chiller si portino alla potenza costante prima di spegnerne altri. Il sistema di controllo tra l’altro permette di gestire la rotazione dei refrigeratori funzionanti in diversi modi. Si può per esempio stabilire un ordine di accensione /spegnimento prefissato (dal chiller 1 sempre il primo ad accendersi e l’ultimo a spegnersi al chiller n, sempre ultimo ad accendersi e primo a spegnersi), oppure un ordine fissato in ogni istante in base alle ore di lavoro dei compressori (il chiller che ha il compressore con meno ore di lavoro è il primo a partire e l’ultimo a spegnersi). Un chiller con più circuiti se ne ha uno in allarme viene in ogni caso considerato ultimo a partire e primo a fermarsi. Si può selezionare un chiller da accendere solamente in caso di indisponibilità per anomalia di qualsiasi altro chiller presente nell’impianto. Sostituisce chiller che hanno tutti i circuiti in allarme, viene acceso per ultimo e spento per primo anche rispetto ad un altro chiller con circuiti parzialmente in allarme. È possibile inoltre ottenere il setpoint caldo o il set point freddo in funzione di un ingresso analogico, o effettuare una compensazione del set point caldo o freddo in base al segnale analogico stesso. Tale segnale può essere disponibile come segnale di corrente (0 ÷ 20mA) , segnale di tensione 0 ÷ 5V, oppure segnale proveniente da sonda NTC 10kohm. MULTICHILLER – APPLICAZIONE AD UN PROGETTO SPECIFICO Il sistema Multi Chiller, pur essendo accessorio a corredo per la maggioranza delle famiglie di refrigeratori Aermec e prestandosi a molteplici impieghi, ha avuto un’evoluzione strettamente associata allo sviluppo di alcuni specifici progetti di impianto, che hanno posto fin da subito come requisito fondamentale dell’impianto stesso la possibilità di gestire in maniera ottimizzata il funzionamento della centrale frigorifera relativamente alla modulazione del carico. Uno dei primi progetti che hanno dato l’impulso allo sviluppo del sistema Multi Chiller, e che citiamo come esempio particolarmente significativo, riguarda la realizzazione dell’impianto di condizionamento di una grossa ed importante struttura sportiva in Gran Bretagna, con caratteristiche di centro multifunzionale (dotato quindi non solo di impianti sportivi nel senso stretto del termine ma anche di strutture di tipo ricreativo e commerciale destinate ad accogliere grandi volumi di persone); caratteristica fondamentale di questo tipo di applicazioni è la discontinuità d’impiego di molti ambienti trattati, e conseguentemente la grande variabilità del carico, con richiesta che può talvolta scendere a valori percentuali molto bassi rispetto alla potenza installata, e con fattore di contemporaneità non prevedibile; il valore notevole di potenza frigorifera installata e la necessità di parzializzazione ha fatto in modo che la tipologia di impianto idronico scelta fosse quella a doppio anello con circuito secondario a portata variabile; la regolazione della portata alle utenze viene gestita in maniera autonoma sulle varie utenze in parallelo tra loro (perlopiù con pompe a velocità variabile su grandi terminali quali batterie di raffrescamento e deumidificazione di centrali di trattamento d’aria), ed in ogni caso è del tutto indipendente dalla regolazione della centrale frigorifera, che ha il compito di modulare la potenza erogata in funzione di quanto succede a valle dell’impianto secondo quanto visto precedentemente. La centrale frigorifera è costituita da 9 refrigeratori Aermec RV 3603 A, le cui caratteristiche tecniche fondamentali sono le seguenti: temperatura esterna di progetto: 35 °C temperatura acqua ingresso evaporatore: 11 °C temperatura acqua uscita evaporatore: 5 °C potenza frigorifera: 908 kW potenza assorbita: 328 kW portata acqua: 130147 l/h perdite di carico circuito primario: 35 kPa 3 circuiti frigoriferi indipendenti / 3 compressori n° gradini di parzializzazione: 9 Comportamento del refrigeratore ai vari gradini di parzializzazione: gradino di 1 2 3 4 5 6 7 8 parzializz. Potenza 15 24 33 48 57 67 82 90 frigo % Potenza 20 26 33 53 59 67 86 92 ass. % 9 100 100 Nota: la potenza assorbita non comprende la potenza assorbita dalle pompe, esterne al refrigeratore. Il valore calcolato dell’efficienza media alle condizioni ESEER di riferimento (che non coincide con l’ESEER data la temperatura acqua prodotta a 5 °C) è pari a 3,40. La tipologia di un impianto caratterizzato dal circuito secondario a portata variabile, è stata scelta innanzitutto a causa della variabilità del carico ed all’impiego discontinuo di alcuni grandi terminali in parallelo sul circuito utenze, e permette di conseguire sul secondario notevoli risparmi di pompaggio; ci sono però altre caratteristiche positive di questo tipo di impianto quali la prontezza di risposta della centrale frigorifera alle variazioni di carico che certamente hanno avuto peso in questa scelta progettuale. Per quanto riguarda la scelta della logica di gestione della parzializzazione, la logica di gestione simmetrica avrebbe permesso di disporre di 9 gradini di parzializzazione per la centrale frigorifera (le macchine avrebbero parzializzato il carico tutte contemporaneamente al variare del carico e della temperatura di ritorno dell’acqua dall’impianto) ma la logica di gestione sequenziale permette di disporre di 81 gradini, quindi di dosare la potenza in maniera più precisa. Inoltre possiamo osservare fin da subito che la tipologia di refrigeratore (compressore a vite, e 3 circuiti indipendenti per ogni refrigeratore) non è di quelle che permettono di cogliere notevoli miglioramenti di EER alla riduzione della potenza erogata dal singolo chiller: le parzializzazioni 33% e 66% comportano semplicemente l’esclusione di un circuito frigorifero o di due circuiti frigoriferi, senza benefici sull’EER, per gli altri gradini di parzializzazione che impiegano uno dei compressori a carico parziale, la perdita di efficienza del compressore a vite ai carichi parziali si bilancia con il vantaggio di batterie di condensazione sovrabbondanti; se non fosse che nelle condizioni di riferimento, che sono quelle ESEER, la parzializzazione del carico si accompagna ad un abbassamento della temperatura esterna, la sola riduzione del carico porterebbe addirittura ad una riduzione dell’efficienza. Fin dalla scelta della tipologia di refrigeratori si poteva quindi osservare che probabilmente una logica di gestione di tipo sequenziale, che non privilegia il funzionamento parzializzato di tutte le macchine contemporaneamente, sarebbe stata energeticamente vantaggiosa; se i refrigeratori componenti la centrale fossero stati equipaggiati con compressori scroll, con tandem di compressori sul singolo circuito, caratterizzati da EER migliori ai carichi parziali, forse la scelta di logica di gestione sarebbe stata diversa. Ed in effetti un calcolo di efficienza energetica della centrale frigorifera che tenga conto dell’efficienza dei refrigeratori e delle spese di pompaggio sul primario conferma la convenienza di questa scelta. Per ricondurre un calcolo preliminare di convenienza energetica a condizioni di riferimento attendibili adottiamo le condizioni ESEER: Potenza % 100% 75% 50% 25% Peso energetico 3% 33 % 41% 23% Temp.esterna 35 °C 30 °C 25 °C 20 °C Si può valutare la potenza frigorifera resa media nel corso dell’intera stagione alle condizioni ESEER (cioè il valore di potenza che se assunto ipoteticamente costante nel corso della intera stagione comporterebbe la stessa erogazione di energia che si avrebbe nelle condizioni di riferimento). Tale valore può essere calcolato valutando contemporaneamente le frazioni temporali in cui i refrigeratori funzionano alle varie condizioni di parzializzazione, non coincidenti con i pesi energetici, e risulta: Potenza frigorifera media = 446,4 kW x 9 = 4018 kW Ne discende il calcolo della potenza media assorbita, utilizzando il valore di efficienza media ESEER: Potenza media assorbita = pot. frigo media / ESEER =131,3 kW x 9 = 1181 kW Tale potenza media assorbita non tiene conto della potenza assorbita dalle pompe del circuito primario, tutte sempre in funzione nel caso della logica simmetrica, che comporterebbe una potenza assorbita pari a: Potenza assorbita dalle pompe del primario = 39,6 kW Potenza assorbita totale (valore medio stagionale) = 1221 kW. Facendo lavorare i refrigeratori secondo una logica sequenziale dobbiamo comunque riferirci alle condizioni stabilite nella definizione dell’ESEER; per fare questo dobbiamo tenere conto del fatto che per la centrale frigorifera una certa frazione dell’energia prodotta (il 33%) si deve considerare prodotta con temperatura esterna 30 °C, una frazione del 41% dell’energia prodotta si deve considerare prodotta con temperatura esterna di 25 °C, ed una frazione del 23% si deve considerare prodotta con temperatura esterna del 20 °C; tuttavia a differenza del caso precedente i refrigeratori rimasti accesi si può pensare che lavorino tutti a piena potenza; in tale situazione il valore dell’efficienza media della centrale frigorifera, a parità di condizioni di riferimento, non coincide con il valore calcolato prima. Il comportamento di ognuno dei refrigeratori impiegati, a pieno carico e con le condizioni esterne tipiche del calcolo dell’ESEER è rappresentato dai dati seguenti: temperatura est. 35 °C 30 °C 25 °C 20 °C Cf 0,9 0.98 1,1 1,18 Ca 0,99 0,89 0,81 0,76 EER 2,52 3,05 3,75 4,30 Cf = coefficiente correttivo della potenza frigorifera resa Ca = coefficiente correttivo della potenza assorbita tali coefficienti esprimono l’influenza della temperatura esterna con refrigeratore a pieno carico Facendo riferimento alle condizioni ESEER per quanto riguarda la temperatura esterna ed i pesi energetici ed agli EER calcolati in tabella, possiamo valutare l’efficienza media della centrale frigorifera: (EER)medio = (3 x 2,52 + 33 x 3,05 + 41 x 3,75 + 23 x 4,30 ) / 100 = 3,61 conseguentemente la potenza media assorbita stagionale (escluse le spese di pompaggio) è la seguente: potenza assorbita media = potenza frigorifera media / (EER)medio la potenza frigorifera media erogata non cambia in funzione della logica di gestione scelta, e in definitiva: potenza assorbita media = 4018 kW / 3,60 = 1116 kW Oltre che una maggiore resa dal punto di vista dell’efficienza frigorifera, che conferma le considerazioni preliminari, si consegue naturalmente un risparmio nelle spese di pompaggio del primario: è stato stimato, valutando le frazioni temporali di funzionamento alle varie condizioni di carico, che il valore medio della potenza di pompaggio è circa il 46,5% del valore che si aveva nel caso di logica simmetrica, quindi pari a 18,4 kW. Potenza assorbita totale (valore medio stagionale) = 1134 kW In definitiva l’adozione della logica di gestione sequenziale permette di ottenere un risparmio nella potenza assorbita dalla centrale frigorifera nel suo complesso di circa il 7% e rende ragione della scelta di progetto di implementare un sistema di controllo che supporta questa logica di gestione. Il fatto di avere sul circuito secondario una portata variabile comporterà un ulteriore risparmio energetico nelle spese di pompaggio sul secondario, che renderà ulteriormente vantaggiosa la tipologia di impianto scelta per la nostra applicazione. È però fondamentale sottolineare che la soluzione di un circuito utenze a portata variabile non è stata adottata unicamente per conseguire questo ultimo vantaggio, ma si lega strettamente alla scelta della logica di gestione sequenziale; se infatti avessimo mantenuto costante la portata sul secondario, ai carichi parziali avremmo dovuto abbassare la temperatura di set dei refrigeratori rimasti accesi, e questo avrebbe comportato un peggioramento del loro EER, probabilmente con la logica sequenziale non sarebbe stato possibile conseguire i risparmi energetici che abbiamo evidenziato nel caso precedente. C’è un altro motivo che lega strettamente le due scelte progettuali fondamentali che caratterizzano questo impianto: l’abbassamento della temperatura di set dei refrigeratori funzionanti che si sarebbe resa necessaria nel caso di portata costante alle utenze sarebbe stato maggiore ai carichi più bassi, come mostra la tabella seguente: Temperature di funzionamento chiller ON (logica sequenziale, secondario a portata costante) N° chiller ON T ritorno ai chiller TEMP. DI SET ΔT utenza 9/9 6 °C 11 °C 5 °C 8/9 5,33 °C 10,33 °C 4,33 °C 7/9 4,67 °C 9,67 °C 3,67 °C 6/9 4 °C 9 °C 3 °C 5/9 3,33 °C 8,33 °C 2,33 °C 4/9 2,66 °C 7,66 °C 1,66 °C 3/9 2 °C 7 °C 1 °C 2/9 1,33 °C 6,33 °C 0,33 °C 1/9 0,67 °C 5,67 °C -0,33 °C La centrale frigorifera, dato l’uso discontinuo di molte delle sue strutture, deve erogare in alcune situazioni una potenza percentualmente bassa rispetto a quella massima installata, e come si vede già con un carico inferiore al 67 % del totale per i refrigeratori accesi scatterebbe l’allarme antigelo; certamente si può evitare che questo accada prendendo le opportune contromisure quali il ricorso a refrigeratori versione Y per produzione di acqua anche sotto i 4 °C, con antigelo tarato a temperature più basse, e soprattutto utilizzo nel circuito di miscela acqua-glicole per proteggere gli scambiatori dalla formazione del gelo, ma tale accorgimento comporta una penalizzazione di resa frigorifera e di scambio nei terminali, talvolta si preferisce evitarlo ed eventualmente scaricare l’impianto d’inverno; nella situazione di questo progetto per non dover ricorrere all’uso del glicole dobbiamo disporre di regolazione di portata sul secondario che, come visto, ci permette di non dover abbassare la temperatura di set dei refrigeratori in funzione. Insomma, la tipologia di impianto più conveniente è proprio quella sequenziale a patto che si disponga di un secondario a portata variabile, e proprio per questa situazione Multi Chiller è nato ed è stato sviluppato. Le sue molteplici funzioni gli rendono possibile gestire anche la logica sequenziale con impianti a portata costante sul secondario, nei quali il progettista dovrà adottare gli opportuni accorgimenti, ma certamente la situazione ottimale per l’impiego del sistema di controllo e supervisione sviluppato da Aermec è quella vista nel caso di questo impianto inglese. Per quanto riguarda l’algoritmo di gestione del sistema, in questo caso priorità dei progettisti era garantire il controllo della temperatura dell’acqua in mandata, che non doveva superare i ogni caso i 5,2 °C (il controllo di temperatura è finalizzato ad assicurare sui terminali di raffrescamento e deumidificazione il corretto rapporto tra calore sensibile e latente). Per questo la modalità “temperature” è quella adottata nel nostro caso, con: Leaving water temp start chiller = 5,2 °C Le temperature di spegnimento di ogni nuovo chiller impostate (return water temp stop chiller), che vengono lette dalla sonda SUW variano a seconda del livello di parzializzazione da raggiungere e sono tanto più basse quanto minore è la potenza percentuale da erogare; esse vengono accuratamente calcolate, impianto per impianto, in modo tale che lo spegnimento di un chiller faccia sì che quelli rimanenti riescano comunque a garantire una temperatura SUW minore del set di accensione return water temp stop chiller, per non innescare continue accensioni/ spegnimenti delle macchine. A titolo di esempio, per l’impianto che ha portato allo sviluppo del Multi chiller i valori return water stop chiller calcolati sono quelli mostrati nella tabella della pagina seguente. Come si può notare, i valori della temperatura di ritorno acqua ai chiller in corrispondenza dei quali si stacca un refrigeratore sono molto vicini tra loro quando riguardano lo spegnimento dei primi refrigeratori (con quasi tutti i refrigeratori accesi) per evitare quindi che a causa di errori di lettura delle sonde vengano staccati più refrigeratori del necessario sono stati introdotti dei filtri temporali (tra il distacco di un refrigeratore e l’altro deve passare un tempo minimo impostato, sufficiente a fare in modo che la temperatura di ritorno acqua ai refrigeratori risalga, a meno che non ci sia effettivamente bisogno di ridurre la potenza erogata ulteriormente. N° chiller accesi 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Return water stop chiller 10,14 °C 9,97 °C 9,89 °C 9,78 °C 9,55 °C 9,33 °C 8,75 °C 7,75 °C 5,19 °C In conclusione possiamo osservare che il sistema Multi Chiller può essere sempre un utile strumento per la supervisione della centrale frigorifera ma in molti tipi di impianto anche per una gestione energeticamente vantaggiosa della stessa; ci sono buoni motivi di pensare che per questo il suo impiego diverrà piuttosto diffuso in tutta Europa, e naturalmente anche nel nostro Paese. Regolazione Multi Chiller – Sistema di controllo e supervisione per chiller in parallelo A cura del Servizio Tecnico Commerciale AERMEC S.p.A. Generalità Numerose applicazioni impiantistiche di refrigeratori richiedono l’impiego di più macchine collegate in parallelo Caratteristiche strutturali dell’impianto: • Doppio anello con disgiuntore idraulico • Portata acqua costante agli evaporatori • Sul circuito primario: una pompa per refrigeratore o una pompa comune • Circuito secondario a portata costante o variabile Modalità di inserimento e spegnimento • FUNZIONAMENTO SIMMETRICO (detto anche OMOGENEO): la regolazione del carico avviene parzializzando contemporaneamente tutte le macchine nella stessa percentuale • FUNZIONAMENTO SEQUENZIALE: la regolazione del carico avviene parzializzando prima una macchina fino a spegnerla, mantenendo le altre al 100% della potenza, procedendo poi nello stesso modo fino alla completa disattivazione di tutti i gruppi Dinamica dell’impianto (secondario a portata costante) Primario a portata variabile Secondario a portata costante CARICO IMPIANTO: 100% P1a ON, P1b ON Q (P2) = Q (P1a) + Q (P1b) Portata nulla nel disgiuntore Dinamica dell’impianto (secondario a portata costante) CARICO IMPIANTO 75%: Modo simmetrico P1a ON p1b ON Q (P2) = Q (p1a) + Q (p1b) Portata nulla nel disgiuntore Modo sequenziale P1a ON p1b ON Q(P2) = Q (p1a) + Q (p1b) Portata nulla nel disgiuntore Dinamica dell’impianto (secondario a portata costante) CARICO IMPIANTO 50%: Modo simmetrico: P1a ON P1b ON Q (P2) = Q (P1a) + Q (P1b) Portata nulla nel disgiuntore Modo sequenziale: P1a ON P1b OFF Q (P2) > Q (P1a) Portata nel disgiuntore dal ritorno verso la mandata Dinamica dell’impianto (secondario a portata costante) CARICO IMPIANTO 25%: Modo simmetrico P1a ON P1b ON Q (P2) = Q (P1a) + Q (P1b) Portata nulla nel disgiuntore Modo sequenziale P1a ON P1b OFF Q (P2) > Q (P1a) Portata nel disgiuntore dal ritorno verso la mandata Dinamica dell’impianto (secondario a portata variabile) CARICO IMPIANTO 75% Modo simmetrico P1a ON P1b ON Q (P2) < Q (P1a) + Q (P1b) Portata nel disgiuntore dalla mandata al ritorno Modo sequenziale P1a ON P1b ON Q (P2) < Q (P1a) + Q (P1b) Portata nel disgiuntore dalla mandata al ritorno Dinamica dell’impianto (secondario a portata variabile) CARICO IMPIANTO 50% Modo simmetrico P1a ON P1b ON Q (P2) < Q (P1a) + Q (P1b) Portata nel disgiuntore dalla mandata al ritorno Modo sequenziale P1a ON P1b OFF Q (P2) < Q (P1a) Portata nel disgiuntore dalla mandata al ritorno Dinamica dell’impianto (secondario a portata variabile) CARICO IMPIANTO 25% Modo simmetrico P1a ON P1b ON Q (P2) < Q (P1a) + Q (P1b) Portata nel disgiuntore dalla mandata al ritorno Modo sequenziale P1a ON P1b OFF Q (P2) < Q (P1a) Portata nel disgiuntore dalla mandata al ritorno Dinamica dell’impianto con le due tipologie di inserimento • Il modo simmetrico non richiederebbe necessariamente un sistema di supervisione che controlli l’inserimento dei gruppi (in teoria basta porre il set di tutte le macchine allo stesso valore) • Il modo sequenziale invece richiede necessariamente la presenza di un sistema di supervisione, che deve accendere o spegnere refrigeratori, ed il valore di set di ogni macchina deve variare in funzione del numero di gruppi attivi Dinamica dell’impianto con le due tipologie di inserimento L’efficienza media stagionale di un sistema di più gruppi frigoriferi operanti in parallelo dipende, oltre che da tipo di compressori tipo di condensazione efficienza nominale dei chiller anche da • Sequenza di inserimento dei gruppi frigoriferi • tipologia del circuito idraulico secondario • Impostazione del set di temperatura di produzione • Potenza assorbita dalle pompe Dinamica dell’impianto con le due tipologie di inserimento • Il modo simmetrico di inserimento del carico privilegia il funzionamento parzializzato dei refrigeratori, per contro richiede il funzionamento di tutte le pompe in ogni condizione (maggiore efficienza dei refrigeratori, ma maggiori spese di pompaggio) • Il modo sequenziale di inserimento del carico privilegia il funzionamento a pieno carico dei gruppi frigo, ma permette di fermare le pompe dei gruppi disattivi (minore efficienza dei refrigeratori, in compenso vi sono minori spese di pompaggio) Dinamica dell’impianto con le due tipologie di inserimento NON SI PUO’ DIRE A PRIORI QUALE DELLE DUE SIA IN ASSOLUTO LA METODOLOGIA DI REGOLAZIONE OTTIMALE L’ANALISI DEI COSTI DI ESERCIZIO DELL’IMPIANTO SPETTA AL PROGETTISTA Per gestire un impianto con più refrigeratori in parallelo, con la possibilità di gestire le diverse logiche di controllo e le diverse modalità di attacco/stacco dei chiller, AERMEC ha messo a punto MULTICHILLER Sistema integrato di controllo e supervisione di più refrigeratori (ad uno o più compressori) collegati in parallelo Famiglie di modelli collegabili • NRA • NRC • NLW • NBW • RV, RVB • NW, NWB • NSB • WS Numero massimo di unità collegabili Fino a 9 RV, RVB (ognuno dei quali fino a 4 compressori) Fino a 9 NRA (NRC, NLW, NBW) Architettura Multichiller DISPLAY PGD3 grafico 320x240 pixel a colori touch screen Ai chiller Sonde Interfaccia PCOE Processore PCO1 Componenti Multichiller pCO1 Scheda principale di controllo della gestione del sistema Componenti Multichiller pCOE Scheda di espansione per collegamento pCO1 con sonde e chiller Componenti Multichiller INTERFACCIA UTENTE Interfacciamento Multichiller – pCO2 Chiller Chiller n Chiller 2 1 Master Interfaccia AER485P2 oa nl / a or f m f e n t e r Master oa nl / a Slave or f m f e n 1te r oa nl / a or f m f Slave 2 MODBUS RS485 BMS MULTICHI LLER Modbus (in futuro Lonworks Ethernet Bacnet Trend) e n t e r Master Interfacciamento Multichiller – GR3 TIA TIA AERMEC 12.0 °C TIA AERMEC 12.0 °C MODBUS RS485 BMS MULTICHI LLER Modbus (in futuro Lonworks Ethernet Bacnet Trend) AERMEC 12.0 °C Componenti elettrici Il kit viene fornito all’interno di una scatola elettrica con il cablaggio della parte di alimentazione (trasformatore e interruttore differenziale) Del pCO1 e di alimentazione e comunicazione tra display e pCO1: Per ogni altro collegamento aggiuntivo vale la regola di separare quanto più possibile i cavi di ingresso di segnali (sonde, ingressi digitali) Dai cavi di potenza per evitare disturbi elettromagnetici Bus di collegamento tra chiller e multichiller Seriale RS485 Distanza max 600 m Multichiller Espansione PCOE Seriale RS485 Distanza max 1000 m Chiller Funzioni del collegamento Multichiller • Realizza un sistema di controllo per l’accensione e lo spegnimento di chiller in parallelo con portata di acqua costante sui singoli evaporatori • Realizza un sistema di supervisione per impianti di più chiller con centralizzazione di comandi e di informazioni • Possibilità di scegliere tra diverse logiche di accensione/spegnimento chiller Modi di accensione/spegnimento chiller • SEQUENZIALE: i chiller vengono accesi/spenti uno alla volta (possibile se ogni chiller ha la propria pompa che viene accesa o spenta con esso) • OMOGENEO: i chiller sono accesi e spenti tutti assieme (raccomandato se tutti i chiller hanno la pompa in comune) • COMBINATO: i chiller vengono accesi e portati ad una certa potenza minore della massima prima di accenderne altri • Con circuiti che hanno al primario una pompa comune ed al secondario portata costante, è consigliata senza dubbio la logica di gestione simmetrica • Con circuiti che hanno al primario pompe dedicate ma al secondario portata costante, può convenire talvolta la logica combinata o sequenziale, ma il numero di refrigeratori che si possono staccare è limitato (abbassamento temperatura di set >> rischio di allarme antigelo per i refrigeratori accesi) per prevenire questo rischio è possibile impostare un numero massimo di refrigeratori che possono essere staccati durante la logica sequenziale, TALE NUMERO DIPENDE DALL’IMPIANTO E VA STABILITO DAL PROGETTISTA • Con circuiti con pompe dedicate sul primario e secondario a portata variabile è spesso conveniente la logica sequenziale o combinata, ed infatti è proprio per questa situazione che la funzione di controllo di Multi Chiller è stata pensata e permette di ottenere i migliori risultati Modalità di settaggio Vi sono due modalità alternative di settaggio (algoritmi eseguiti dal processore) con cui Multi Chiller coordina il funzionamento dell’impianto secondo la logica sequenziale o combinata: • Algoritmo per la gestione degli inserimenti che ottimizza la prontezza di risposta alle variazioni di carico (LOAD) • Algoritmo per la gestione degli inserimenti che ottimizza il controllo della temperatura di mandata dalla centrale frigorifera (TEMPERATURE) Dal punto di vista dei componenti fisici del sistema, cambia soltanto la posizione delle sonde al servizio di Multi Chiller Modalità di settaggio LOAD Sonde posizionate entrambe sul circuito primario, prima del disconnettore FUNZIONAMENTO: VIENE CALCOLATA IN MODO INDIRETTO LA POTENZA DEI CHILLER ACCESI TENENDO CONTO DEL DIFFERENZIALE DI TEMPERATURA TRA SIW e SUW CONFRONTATO CON IL PARAMETRO DT CHILLER FULL LOAD SUW SIW Primario Disconnettore Secondario Modalità di settaggio LOAD Condizione di accensione nuovo chiller: Quando il valore calcolato % LOAD è maggiore del Parametro % LOAD TO START NEXT Condizione di spegnimento prossimo chiller: Quando il valore previsto % LOAD è minore del parametro % LOAD CHILLER TO STOP NEXT SUW Secondario SIW Primario Disconnettore Modalità di settaggio LOAD • MODO SEQUENZIALE: Accensione: il primo chiller è sempre ON, il secondo chiller viene acceso quando il primo è al 100%, il terzo viene acceso quando gli altri due sono al 100% Spegnimento: il terzo chiller viene spento quando ci si aspetta che i due rimanenti accesi non aumentino la potenza oltre l’85%, il secondo chiller viene spento quando ci si aspetta che l’unico chiller non aumenti la potenza oltre l’85% • MODO COMBINATO Accensione: il primo chiller è sempre ON , il secondo chiller viene acceso quando il primo è all’80%, il terzo chiller viene acceso quando gli altri due sono all’80% Spegnimento: il terzo chiller viene spento quando ci si aspetta che i due rimanenti accesi non aumentino la potenza oltre il 60%, il secondo chiller viene spento quando ci si aspetta che l’unico chiller rimanente acceso non aumenti la potenza oltre il 60% Modalità di settaggio TEMPERATURE Posizione sonde: la sonda (o le sonde) SUW deve essere posizionata sulla mandata del circuito secondario, dopo il disconnettore, la sonda SIW sul primario nel ritorno in ingresso ai chiller dopo il disconnettore SUW SUW2 SUW3 SIW Primario Disconnettore Secondario Modalità di settaggio TEMPERATURE Condizione di accensione nuovo chiller: se la sonda (o una delle tre sonde) in mandata al secondario legge una temperatura maggiore del parametro LEAVING WATER TEMP START CHILLER Condizione di spegnimento nuovo chiller: se la sonda SIW legge una temperatura minore del parametro RETURN WATER TEMP STOP CHILLER SUW SUW2 SUW3 SIW Primario Disconnettore Secondario Modalità di settaggio TEMPERATURE LA MODALITA’ DI INSERZIONE SEQUENZIALE E’ L’UNICA POSSIBILE CON LA LOGICA DI REGOLAZIONE DEL CARICO BASATA SULLA TEMPERATURA Le temperature LEAVING WATER TEMP START CHILLER e RETURN WATER TEMP STOP CHILLER vengono impostate in base alle caratteristiche dell’impianto e dei refrigeratori Descrizione delle funzioni del Multichiller 1) Regolazione della temperatura dell’acqua in un solo punto • • • Collegamento sonda ingresso e uscita acqua impianto al Multi Chiller Regolazione sul primario o sul secondario dell’impianto (a seconda del tipo di impianto) Inserimento e disinserimento dei chiller (non dei singoli compressori) in base al carico Descrizione delle funzioni del Multichiller 2) Impostazione centralizzata dei principali parametri di funzionamento: • • • • • ON/OFF Funzionamento caldo/freddo Setpoint di lavoro Timer fasce orarie Compensazione setpoint con sonda aria esterna da ingresso analogico Descrizione delle funzioni del Multichiller 3) Centralizzazione delle informazioni dello stato delle macchine su un unico display • • • • • Stato ON/OFF Setpoint Allarmi chiller dettagliati Temperature e pressioni chiller Livello di parzializzazione singoli chiller Descrizione delle funzioni del Multichiller 4) Gestione della rotazione dei chiller con possibilità di mantenere delle macchine come emergenza • Rotazione per equilibrio ore lavoro dei chiller • Rotazione per allarmi • Selezione impostabile della sequenza accensione chiller Esempio applicativo di Multi Chiller Esempio di impianto per il quale è ottimizzata la funzione di controllo di Multi Chiller: • Impianto di notevoli dimensioni, caratterizzato da notevole potenza installata ma impiegato non raramente a carico parziale, con carichi parziali talvolta anche molto bassi • Circuito secondario a portata variabile • Centrale frigorifera con 9 refrigeratori Aermec RV 3603 A collegati in parallelo, ciascuno dotato di gruppo di pompaggio dedicato Esempio applicativo di Multi Chiller Dati tecnici fondamentali di progetto: • Temperatura acqua refrigerata prodotta = 5 °C • Temperatura acqua ritorno ai chiller = 11 °C • Temperatura esterna di progetto: secondo condizioni ESEER in funzione della parzializzazione,a pieno carico temperatura esterna 35 °C • Potenza frigo massima: 9 x 908 kW = 8172 kW • Refrigeratori aria –acqua con 3 compressori a vite e 3 circuiti frigoriferi indipendenti, ciascuno dotato di 9 gradini di parzializzazione. Esempio applicativo di Multi Chiller Efficienza media dei refrigeratori: • Calcolata nelle condizioni ESEER per quanto riguarda il peso energetico percentuale dell’energia prodotta ai carichi parziali, e per quanto riguarda la temperatura dell’aria esterna ai carichi parziali, e tenendo conto della temperatura acqua prodotta • Nel caso si adotti una logica di gestione SIMMETRICA della parzializzazione vale: EER MEDIA =3,40 Esempio applicativo di Multi Chiller Valore medio della potenza frigorifera resa nell’arco dell’intera stagione alle condizioni di riferimento (logica simmetrica) Pf (m) = 446 kW x 9 = 4018 kW Condizioni di riferimento: parzializzazione Temp. esterna Peso energetico Acqua prodotta 100 % 35 °C 3% 5 °C ∆T = 6 °C 75 % 30 °C 33 % 5 °C ∆T = 6 °C 50 % 25 °C 41 % 5 °C ∆T = 6 °C 25 % 20 °C 23 % 5 °C ∆T = 6 °C Esempio applicativo di Multi Chiller Valore medio della potenza assorbita nell’arco dell’ intera stagione alle condizioni di riferimento (logica simmetrica) Pa (m)= Pf (m) / (EER) media = 1181 kW Potenza assorbita dalle pompe del circuito primario (tutte sempre in funzione) = = 36,4 kW Valore medio della potenza assorbita totale nell’arco dell’ intera stagione alle condizioni di riferimento per la centrale frigorifera: Pa tot (m) = 1221 kW (escluse le spese di pompaggio del circuito utenze) Esempio applicativo di Multi Chiller Nel caso di logica sequenziale il calcolo dell’efficienza media tiene conto del peso energetico medio ai carichi parziali e alle condizioni ESEER, ma nella formula di calcolo l’EER dei refrigeratori viene calcolato considerandoli funzionanti a pieno carico (la parzializzazione di potenza riguarda la centrale frigorifera nel suo complesso ma non i singoli refrigeratori rimasti accesi) EER MEDIA = 3,61 Esempio applicativo di Multi Chiller Valore medio della potenza frigorifera resa nell’arco dell’intera stagione alle condizioni di riferimento (logica sequenziale) circa coincidente con il valore calcolato precedentemente Pf (m) = 446 kW x 9 = 4018 kW Valore medio della potenza assorbita nell’arco dell’ intera stagione alle condizioni di riferimento (logica sequenziale): Pa (m) = Pf (m) / (EER) media= 1116 kW Potenza assorbita dalle pompe del circuito primario (ora non tutte sempre in funzione contemporaneamente) = 18,4 kW Esempio applicativo di Multi Chiller Potenza assorbita totale (valore medio nell’arco dell’intera stagione) nel caso di logica sequenziale Pa tot (m) = 1134 kW Nel caso di logica di gestione sequenziale si consegue quindi un risparmio energetico nella gestione della centrale frigorifera di circa il 7 % ( con questo impianto) rispetto all’adozione della logica simmetrica. Questo vantaggio economico si consegue nel caso in cui il circuito secondario sia a portata variabile. Esempio applicativo di Multi Chiller SCHEMA DELL’ IMPIANTO: Sonda unica SUW in mandata al secondario Sonda SIW in ingresso al primario dopo il disgiuntore idraulico. 9 AERMEC RV 3603 A SUW SUW2 SUW3 SIW Primario Disconnettore Secondario Esempio applicativo di Multi Chiller In caso di adozione di una logica di gestione sequenziale è importante disporre di un SECONDARIO A PORTATA VARIABILE perché • permette di non abbassare le temperature di set dei refrigeratori ON man mano che gli altri vengono spenti => 1) migliore EER 2) i refrigeratori ON non rischiano l’allarme antigelo a basse parzializzazioni della centrale frigorifera • Permette di conseguire risparmi anche nelle spese di pompaggio del secondario • Permette di avere da parte della centrale frigorifera una risposta più pronta al variare del carico d’impianto Esempio applicativo di Multi Chiller Come conseguenze di queste considerazione l’impianto è stato progettato con: • secondario a portata variabile • logica sequenziale di gestione della parzializzazione • Modalità di settaggio TEMPERATURE con leaving water temp start chiller = 5,20 °C che permette il controllo della temperatura di mandata per assicurare sui terminali il corretto rapporto sensibile / latente Esempio applicativo di Multi Chiller • Valori di return water temp stop chiller variabili in funzione del numero di refrigeratori accesi, calcolate in modo che allo spegnimento di un chiller quelli rimanenti riescano comunque a garantire una temperatura di mandata al secondario < 5,20 °C per non introdurre continue accensioni e spegnimenti del chiller. • Introduzione di filtri temporali tra il distacco di un refrigeratore e il distacco successivo, che permettono alla temperatura di ritorno di adattarsi al nuovo carico erogato, per non staccare più refrigeratori del necessario. Conclusioni Multi Chiller è uno strumento potente e flessibile per gestire impianti con più refrigeratori secondo logica sequenziale; la convenienza economica di adottare questo tipo di logica dipende dall’impianto in questione, e va valutata con analisi preliminari da parte del progettista. Le funzioni di supervisione di cui è dotato sono utili in ogni tipo di impianto I risparmi energetici che si possono conseguire dall’adozione dell’opportuna logica di gestione, soprattutto su impianti medio-grandi fanno pensare che il suo impiego sarà crescente in tutta Europa e naturalmente anche nel nostro Paese. Regolazione Multichiller – Sistema di controllo e supervisione per chiller in parallelo A cura del Servizio Tecnico Commerciale AERMEC S.p.A.