CENTRALI FRIGORIFERE RISPARMIO ENERGETICO. Firenze, 17 maggio 2013

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1 CENTRALI FRIGORIFERE NUOVE TECNOLOGIE E RISPARMIO ENERGETICO Firenze, 17 maggio 2013

2 La portata d acqua variabile nei circuiti frigoriferi primari e secondari Diego Danieli Libero Professionista - Venezia

3 IL CARICO FRIGORIFERO CHE LA CENTRALE FRIGORIFERA DEVE NEUTRALIZZARE, NELLA STRAGRANDE MAGGIORANZA DEI CASI NON È COSTANTE NEL TEMPO E NON SI PRESENTA MAI CONTEMPORANEAMENTE CIRCUITO IDRAULICO REFRIGERATORE D ACQUA Pev Pf AMBIENTE DA CLIMATIZZARE 3

4 LE ESIGENZE DEI GRUPPI FRIGORIFERI Il contenuto d acqua di un impianto influisce sulla sua inerzia termica con ripercussioni sul funzionamento dei compressori. Per salvaguardare la vita di un gruppo frigorifero è necessario seguire tre regole: a) ridurre al minimo gli avviamenti dei compressori ed allungare il loro tempo di funzionamento (6 avviamenti ora) b) mantenere costante la portata dell'acqua agli scambiatori (evaporatori e condensatori) c) Stabilizzare, per quanto possibile, le condizioni di funzionamento dei circuiti frigoriferi Necessità di separare circuito primario e secondario con disgiuntore idraulico (by-pass). 4

5 TIPOLOGIE DELLE CENTRALI FRIGORIFERE 1.CENTRALE FRIGORIFERA CON CONDENSAZIONE AD ACQUA DI TORRE O FALDA 2. CENTRALE FRIGORIFERA CON CONDENSAZIONE AD ARIA UNO O PIU REFRIGERATORI IN PARALLELO. ANALISI TECNICO-ECONOMICA FISSA UN LIMITE DI POTENZA PER LA CONDENSAZIONE AD ARIA VARIABILE TRA kwf. CIRCUITI PRIMARI E SECONDARI A PORTATA COSTANTE CIRCUITI PRIMARI A PORTATA COSTANTE E SECONDARI A PORTATA VARIABILE CIRCUITI PRIMARI E SECONDARI A PORTATA VARIABILE CIRCUITI PRIMARIO A PORTATA VARIABILE VPF (VARIABLE PRIMARY FLOW) 5

6 CENTRALE FRIGORIFERA CON CONDENSAZIONE AD ACQUA DI TORRE 6

7 CENTRALE FRIGORIFERA CON CONDENSAZIONE AD ARIA 7

8 DUE REFRIGERATORI IN PARALLELO 8

9 SE Q(P1) < Σ Q(P2) MISCELAZIONE IN MANDATA 9

10 SE Q(P1) > Σ Q(P2) MISCELAZIONE SU RITORNO 10

11 I circuiti idraulici a portata variabile presentano una serie di vantaggi che li rendono sempre preferibili nel caso di impianti di climatizzazione. Tali vantaggi riguardano sia il progetto della rete idraulica, sia il corretto funzionamento del refrigeratore d acqua sia il risparmio energetico. I sistemi a portata variabile consentono di ridurre la portata del fluido all interno di un circuito in funzione delle esigenze dell impianto Così facendo permettono di ridurre il consumo di energia elettrica per la circolazione del fluido all interno del circuito 11

12 La potenza di pompaggio P, ovvero la potenza richiesta per movimentare il fluido all interno del circuito, è data dalla nota relazione: P = ρ g Q H η La potenza di pompaggio varia linearmente sia con la portata che con la prevalenza. La portata è determinata dalle prestazioni richieste dall impianto. La prevalenza varia in funzione della regolazione adottata. 12

13 VARIAZIONE DELLA PORTATA Nei circuiti ad aria la relazione è lineare. La variazione di potenza fornita da un impianto ad acqua non è lineare con la portata d acqua. L acqua, infatti, cede calore all aria attraverso i terminali. Questi possono avere curve tra loro diverse, in funzione sia della temperatura dell acqua che di quella dell aria da trattare, il cui andamento è sempre comunque lontano da quello lineare. 1 n ρ g k H η kv = Q H 2 P 3 2 ρ g Q η k la potenza di pompaggio varia con il cubo della portata = = 3 13

14 100% 90% 80% PO OTENZA ELETTRICA 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% PORTATA aria acqua 14

15 IL CONTROLLO DELLA PORTATA Il controllo della portata senza intervento di organi di regolazione è sempre possibile negli impianti quando l impianto serve un unico locale.in tutti gli altri casi è sempre necessario avere organi di regolazione, serrande negli impianti ad aria e valvole a tre vie ovvero a due vie in quelli ad acqua. Il controllo della portata viene affidata a sonde di pressione disposte lungo il circuito. La posizione delle sonde determina la minima prevalenza H cn che si vuole mantenere all interno del circuito e, conseguentemente, la potenza di pompaggio nelle varie condizioni di funzionamento. 15

16 Corpo r A Corpo r-1 A B Corpo 2 B C Corpo 1 C D D Più bassa è la minima prevalenza H cn che si vuole mantenere all interno del circuito più bassa è la potenza di pompaggio richiesta. Quindi le sonde poste in A garantiscono prestazioni energetiche migliori delle sonde poste in D. Nel caso di più terminali, però, controllare un valore troppo basso di HC potrebbe creare dei problemi. 16

17 VANTAGGI 1) riduzione del consumo elettrico delle pompe (potenza di pompaggio) 2) riduzione della portata massima contemporanea nel circuito dell impianto 3) corrispondenza tra la potenza frigorifera fornita dal refrigeratore e la richiesta dell impianto 4) temperatura in mandata all impianto sempre uguale a quella di uscita dal refrigeratore 5) Semplicità di gestione della parzializzazione dei refrigeratori, e possibilità di arresto dei refrigeratori e relative pompe in condizioni di carico parziale Come condizione prioritaria bisogna che il T della rete secondaria non deve essere inferiore al T dei refrigeratori a pieno carico. (LOW DT SYNDROME) 17

18 RIDUZIONE DELLA POTENZA DI POMPAGGIO La potenza resa da un terminale non è lineare con la portata andamento dei carichi ORE Nord Est S ud Ovest 18

19 RIDUZIONE DELLA POTENZA DI POMPAGGIO La riduzione di portata è maggiore della riduzione di carico 100% 90% 80% PORTATA TOTALE 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% ORE Carico Portata acqua 19

20 POTENZA DI POMPAGGIO Dipende dal valore della pressione controllara dalle sonde 100% 90% POMPAGGIO POTENZA 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% ORE Portata costante Portata variabile - Hc = Hpr Portata variabile teorico Portata variabile - Hc = 0,3 Hpr 20

21 RIDUZIONE PORTATA MASSIMA Distribuzione con portata costante 21

22 RIDUZIONE PORTATA MASSIMA Distribuzione con portata variabile: si riduce sia la grandezza della pompa che i diametri delle tubazioni, con riduzione dei costi d installazione 22

23 CORRISPONDENZA CHILLER IMPIANTO 23

24 CORRISPONDENZA CHILLER - IMPIANTO Andamento potenza refrigeratore - carico 100% 75% FUNZIONAM MENTO 50% 25% 0% TEMPO [secondi] Chiller Carico 24

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26 CORRISPONDENZA CHILLER - IMPIANTO 26

27 CORRISPONDENZA CHILLER - IMPIANTO Andamento potenza refrigeratore - carico 100% 75% FUNZIONAME ENTO 50% 25% 0% TEMPO [secondi] Chiller Carico 27

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29 TEMPERATURA MANDATA IMPIANTO = TEMPERATURA USCITA CHILLER La miscela si forma sul circuito primario Come condizione prioritaria bisogna che il T della rete secondaria non deve essere inferiore al T dei refrigeratori a pieno carico. (LOW DT SYNDROME) 29

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31 CENTRALE FRIGORIFERA: PRIMARIO COSTANTE E SECONDARIO VARIABILE 31

32 VPF VARIABLE PRIMARY FLOW Circuito unico senza disgiuntore. Le pompe primarie (che possono essere anche a bordo macchina) sono a portata variabile. I refrigeratori hanno evaporatori progettati in grado di lavorare su una variazione di portata fino al 50% della nominale, garantendo la temperatura di evaporazione costante. Uso di valvole di laminazione elettroniche. Si eliminano le pompe secondarie. Unico vincolo è garantire la portata minima all evaporatore. Si dimensiona un by-pass con inserimento di valvola azionata da un pressostato che aprirà solo all occorrenza. Questo per assicurare un funzionamento corretto della macchina e in particolare un buon scambio termico nello scambiatore. 32

33 CENTRALE FRIGORIFERA: VPF 33

34 CENTRALE FRIGORIFERA: VPF CON PIÙ REFRIGERATORI 34

35 VANTAGGIO MINOR COSTO DI INSTALLAZIONE (TRA IL 4-8 %) MINORE CORRENTE DI PICCO (RISPARMI DI POMPAGGIO >50%) MINORE CONSUMI DI ENERGIA ( COMPRESA TRA 4-7%) MINORE SPAZIO RICHIESTO IN CENTRALE MINORE TOLLERANZA VERSO BASSI T SVANTAGGI COMPLESSITA SEQUENZA ON- OFF CHILLER E REGOLAZIONE CONTROLLO DEL BY-PASS, CON FLUSSIMETRO O p IL TUBO DI BY-PASS RICHIEDE UNA PROGETTAZIONE ACCURATA NUMERO DI REFRIGERATORI PROGETTAZIONE ACCURATA 35

36 Conclusioni L utilizzo della tecnica a portata variabile negli impianti frigoriferi è oramai consolidata. La centrale con circuito primario a portata costante e secondario a portata variabile è oramai consolidata. Le nuove tecnologie dei refrigeratori, della regolazione, e l utilizzo di inverter permettono l utilizzo di circuiti diretti con primario a portata variabile-vpf. Questi stanno dimostrano sempre più interesse e applicazioni soprattutto alle medie e alte potenze contribuendo al risparmio energetico. 36

37 GRAZIE PER L ATTENZIONE Le opinioni espresse dagli Autori non rispecchiano necessariamente quelle dell Associazione