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.