Efficienza energetica. Componenti e sistemi

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1 Efficienza energetica Componenti e sistemi

2 Soluzioni complete per l efficienza energetica È noto che gran parte dell elettricità utilizzata viene assorbita dai motori (nell industria corrisponde a circa il 75% dei consumi), ed è quindi immediato comprendere come qualunque miglioramento delle loro caratteristiche e delle modalità di gestione del loro funzionamento produca benefici energetici e ambientali. Un aspetto su cui si può efficacemente agire per ottenere riduzioni assai significative dei consumi energetici è quello di utilizzare i nuovi motori ad alta efficienza. Il passo successivo è quello di controllarne la velocità secondo le reali esigenze di ogni applicazione, evitando il funzionamento alla Motori Convertitori massima potenza quando non è richiesto. Oggi, invece, è ancora fin troppo diffusa la consuetudine di gestire i motori con la semplice modalità on-off, oppure regolando i parametri dell impianto con altri dispositivi, come valvole, serrande ecc. Un altro importante intervento è il rifasamento degli impianti che, oltre ad accrescere l efficienza globale, consente all utente risparmi diretti evitando le penali imposte dal fornitore di energia a causa di un basso fattore di potenza (cos j). ABB è in grado di offrire soluzioni complete per l efficienza energetica per quanto riguarda sia gli azionamenti, producendo e commercializzando motori ad alta efficienza (EFF1) e moderni convertitori di frequenza, sia il rifasamento degli impianti. A queste si aggiungono anche diversi prodotti e sistemi per una migliore qualità della corrente elettrica in rete, tra cui, in particolare, i sistemi per il filtraggio attivo delle armoniche e le versioni dei convertitori di frequenza in grado di eliminare le armoniche, sia di basso che di alto ordine, grazie ai semiconduttori IGBT e ai filtri LCL di cui sono dotati. Importante Qualità della rete /001 L applicazione di tecnologie efficienti diventa, oggi, anche un interessante opportunità di business, in particolare per gli utilizzatori finali. Infatti, grazie al decreto attuativo della Legge n. 296 (Finanziaria 2007), l acquisto di un motore EFF1 (da 5,5 a 90 kw) o di un inverter (da 7,5 a 90 kw) dà diritto ad una detrazione dall imposta lorda pari al 20% della spesa sostenuta e documentata per l acquisto e l installazione. L incentivo è riconosciuto a persone fisiche, enti e soggetti titolari e non titolari di reddito di impresa. Se gli inverter e motori sono acquistati mediante contratti di locazione finanziaria, l agevolazione si determina sulla base del costo sostenuto dalla società concedente.

3 Attività ABB per l efficienza energetica nell industria Oltre a fornire prodotti, sistemi e soluzioni di qualità per rispondere alle esigenze di efficienza energetica presenti nell industria moderna, ABB Sace mette a disposizione strumenti di lavoro e di formazione sviluppati sulla base del proprio consolidato e completo know-how tecnologico. A questo proposito si evidenziano, in particolare: - la recente costituzione di un apposita task force per offrire un supporto tecnologico alle attività di energy audit e alla creazione di soluzioni migliorative rispetto ai problemi inerenti l efficienza energetica - strumenti dedicati, come il CD denominato ABB Energy Efficiency Kit, giunto alla sua terza edizione, che consente di quantificare ed applicare i sistemi e i prodotti di maggiore efficienza nei propri impianti - momenti specifici di formazione, come ad esempio i seminari che ABB organizza già da oltre quattro anni, dedicati alle soluzioni per il miglioramento dell efficienza negli impianti di condizionamento /001 3

4 I motori ad alta efficienza Sono evidenti le possibilità di risparmio ottenibili installando motori ad alta efficienza EFF1 in nuovi impianti o in sostituzione di motori a rendimento inferiore già esistenti in impianto, anche quando la differenza tra i rendimenti dei motori è limitata. Ciò risulta ben evidente dal seguente esempio di calcolo. Ipotesi operative: Efficienza % Le moderne tecnologie dei materiali e una più attenta progettazione, in grado di ottimizzare le parti attive, consentono oggi di costruire motori di efficienza più elevata che in passato. In Europa, dove non è ancora stata promulgata una legge che definisca degli standard minimi accettabili, esiste un accordo volontario tra i più importanti produttori di motori in base al quale è stata definita una classificazione in tre diverse classi di efficienza: EFF1, EFF2, EFF3. I motori EFF1 sono quelli a più alto rendimento e rappresentano, insieme ai convertitori di frequenza, un importante soluzione offerta da ABB per ridurre considerevolmente i consumi di energia rispetto alle soluzioni tradizionali: fino al 20% e, con l utilizzo dei convertitori di frequenza, fino al 60%. Inoltre, ABB certifica il rendimento dei suoi motori ed offre sugli stessi una garanzia di 36 mesi. Motori ABB EFF1 Motori ABB EFF2 Funzionamento annuale Potenza del motore Coefficiente di utilizzo 100% Costo dell energia elettrica h/anno 55 kw 4 poli 0,12 /kwh Rendimento motore EFF1 94,6 % Rendimento motore EFF2 93,4 % Rendimento motore EFF3 92 % Calcolo dei consumi energetici per le tre classi di motori: (consumo = ore x potenza x costo / rendimento) Consumo energetico con motori EFF1: 7.680*55*0,12*1/0,946 = /anno Consumo energetico con motori EFF2: 7.680*55*0,12*1/0,934 = /anno Consumo energetico con motori EFF3: 7.680*55*0,12*1/0,92 = /anno Risparmio energetico annuale EFF1 rispetto a EFF /anno Risparmio energetico annuale EFF1 rispetto a EFF2 688 /anno Da quanto sopra si possono trarre le seguenti conclusioni: 1 sostituendo un motore EFF3 esistente in impianto con un motore EFF1, considerando un costo medio di quest ultimo pari a 3.000, si ha che il nuovo motore si ripaga in circa 2 anni (inferiori al tempo di garanzia offerto da ABB) e, da quel momento in poi, si avrà un risparmio di /anno per ciascun motore installato. Potenza kw 2 acquistando per una nuova installazione un motore EFF1 anziché un motore EFF2, la differenza di costo tra i due motori (circa 500 ) viene assorbita in meno di 9 mesi di esercizio e, da quel momento in poi, si avrà un risparmio di 688 /anno per ciascun motore installato /001

5 Motori general purpose in alluminio Dati tecnici per motori trifase a gabbia di scoiattolo chiusi IP 55 - IC Isolamento classe F, Sovratemperatura classe B Output kw 1,1 Motore Tipo Prodotto Codice Velocità r/min Efficienza a FL 100% 3/4 75% Fattore di potenza cos j IN A Corrente 3000 r/min = 2-poli 400 V 50 Hz Design base 80 C 3GVA B ,8 82,6 0,85 2,25 8,1 3,69 4,2 3,5 1,5 90 L 3GAA E ,9 86,5 0,87 3,2 7,7 5 2,7 3,6 2,2 90 LB 3GAA E ,8 87,1 0,87 4,4 7,4 7,3 3,0 3, LB 3GAA E ,6 87,5 0,86 5,9 10,0 9,9 3,9 4, M 3GAA C ,7 89,4 0,93 7,1 7,5 13,4 2,6 3,4 5,5 132 SA 3GAA C ,6 89,6 0,88 10,3 9,7 18,1 3,8 4,3 7,5 132 SB 3GAA C ,9 91,3 0,90 13,3 11,0 24,6 5,1 5, MA 3GAA C ,0 91,2 0, ,2 36 2,1 2,8 15 M3VA 160 M 3GAA C ,3 91,7 0,90 26,5 6,4 49 2,3 2,7 18,5 160 L 3GAA C ,4 93,1 0, ,2 61 2,6 2, M 3GAA C ,8 93,3 0,89 38,5 7,2 71 2,7 3, MLA 3GAA C ,2 93,2 0, ,5 97 2,9 3, MLB 3GAA C ,6 93,7 0, , ,3 2, SMB 3GAA C ,1 93,9 0, , ,5 2, SMA 3GAA C ,2 93,8 0, , ,4 3, SMA 3GAA C ,1 95,2 0, , ,4 3, SMB 3GAA C ,4 94,8 0, , ,7 3,4 1, r/min = 4-poli 400 V 50 Hz Design base 90 L 3GAA E ,9 84,3 0,80 2,4 6,1 7,4 2,9 3,4 1,5 100 LA 3GAA E ,6 85,5 0,82 3,2 6,9 10 2,8 3,4 2,2 100 LC 3GAA E ,8 86,5 0,77 4,8 8,5 14,5 4,0 4, MA 3GAA C ,5 87,8 0,81 6,2 7,9 19,7 2,7 3, M 3GAA C ,3 88,6 0,76 8,6 8,5 26,3 3,3 4,3 5,5 132 S 3GAA C ,3 90,5 0,84 10,6 7,5 36 2,6 3,1 7,5 132 M 3GAA C ,1 91,4 0, ,8 49 2,2 3, M 3GAA C ,0 92,7 0,81 21,5 7,6 72 2,9 3,4 15 M3AA 160 L 3GAA C ,8 92,5 0, ,1 98 3,3 3,6 18,5 180 M 3GAA C ,3 92,9 0, , ,9 2, L 3GAA C ,1 93,9 0, , ,6 2, MLB 3GAA C ,4 94,0 0, , ,5 2, SMA 3GAA C ,6 93,8 0, , ,9 3, SMB 3GAA C ,2 94,4 0, , ,8 3, SMA 3GAA C ,6 94,9 0, , ,1 3, SMA 3GAA C ,8 95,3 0, , ,7 3, SMB 3GAA C ,0 95,3 0, , ,3 3,2 Is IN TN Nm Coppia Ts TN Tmax TN /001 5

6 La regolazione mediante convertitori di frequenza Oltre che con l applicazione di motori ad alta efficienza, notevoli risparmi sui costi energetici si ottengono con gli azionamenti a velocità variabile, in cui il funzionamento dei motori viene controllato dai convertitori di frequenza, noti anche come inverter. Le applicazioni in cui tale risparmio è particolarmente rilevante sono quelle, molto diffuse nell industria, relative a pompe, ventilatori e compressori. L inserimento di un convertitore di frequenza tra la rete di alimentazione e il motore consente di regolare la portata del fluido (acqua o aria) variando direttamente il numero di giri della pompa o del ventilatore e sostituendo, in tal modo, i sistemi meccanici fortemente dissipativi, come valvole, serrande, by-pass, oggi presenti in campo. Gli inverter consentono anche di elaborare la portata in funzione di un parametro specifico d impianto, come per esempio la temperatura, la pressione o la fascia oraria; inoltre permettono di ridurre i costi di manutenzione, abbattere la rumorosità dell impianto e rifasare il carico ad un valore di cos j prossimo a 1 (tipicamente 0,98). ABB fornisce convertitori di frequenza per qualunque potenza ed esigenza applicativa; in particolare gli Standard Drives serie ACS550 e ACH550 e gli Industrial Drives ACS800 (in tecnologia DTC) sono la soluzione ideale per ottenere importanti miglioramenti dell efficienza energetica. Gli Standard Drives possono essere utilizzati in moltissimi settori industriali, sia per le più semplici applicazioni a coppia quadratica, come pompe e ventilatori, sia per ottenere dinamiche più complesse; sono facili da installare, mettere in servizio e utilizzare. Nello specifico la serie ACH550 è stata appositamente studiata per le applicazioni nel settore HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning). Nel suo complesso la gamma Standard Drives comprende convertitori per potenze da 0,75 a 355 kw (200/480V); sono adatti per il controllo vettoriale ad anello aperto e dispongono di macro applicative, display con interfaccia intuitiva, filtri EMC per primo ambiente integrati come standard, riduzione disturbi THD con induttanze a saturazione variabile, chopper di frenatura integrato fino a 7,5 kw, schede tropicalizzate, comunicazione seriale standard /001

7 I convertitori ACS800 Industrial Drives, sono caratterizzati dalla semplicità di utilizzo, grazie al pannello di controllo alfanumerico multilingue con Start-up Assistant e Multiblock Programming, e dal design compatto, che integra filtro EMC (1 e 2 ambiente secondo lo standard EN ), chopper di frenatura, moduli di estensione I/O, moduli Fieldbus (Profibus, DeviceNet, CANopen, ControlNet, Modbus, Ethernet,...), modulo per encoder a impulsi, modulo per link ottico per collegamenti opzionali esterni in fibra ottica. Gli ACS800 sono disponibili per potenze da 0,55 a 2800 kw, in diverse esecuzioni e con diverse possibilità di montaggio. La tabella riportata di seguito indica i possibili risparmi ottenibili con le seguenti ipotesi operative comunemente riscontrabili negli impianti: - Funzionamento annuale h/annue - Costo dell energia elettrica 0,12 /kwh - Ciclo di carico come da Studio della Comunità Europea - Confronto con regolazione a serranda per il ventilatore - Confronto con regolazione on/off per la pompa. Applicazione Ventilatore Pompa Potenza 7,5 kw 11 kw Riduzione consumi -10 MWh/anno (-38,4%) -19 MWh/anno (-42,2%) Riduzione emissioni -5 tonnellate di CO 2 /anno -9,5 tonnellate di CO 2 /anno Tempo di payback senza valorizzazione CO 2 1 anno 0,6 anni 400 V IP21 Nota: Dimensionamento riferito alla possibilità di sovraccarico in corrente del 110% Potenza kw Corrente in uscita A Standard drives - ACS550 Standard drives per applicazioni HVAC - ACH550 Potenza kw Corrente in uscita A Industrial drives DTC - ACS800 0,75 2, ACH A4-4 0, ,1 3,3 ACS A3-4 ACH A3-4 1, ,5 4,1 ACS A1-4 ACH A1-4 1,5 4,7 ACS ,2 5,4 ACS A4-4 ACH A4-4 2,2 5,9 ACS ,9 ACS A9-4 ACH A ,7 ACS ,8 ACS A8-4 ACH A ,2 ACS ,5 11,9 ACS A-4 ACH A-4 5,5 12,7 ACS ,5 15,4 ACS A-4 ACH A-4 7,5 18 ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ,5 38 ACS A-4 ACH A-4 18,5 41 ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS ACS A-4 ACH A ACS /001 7

8 ABB SACE S.p.A. Una società del gruppo ABB Via L. Lama, Sesto San Giovanni (MI) Tel.: /001 - Ottobre 07 Printed in Italy CAL

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