Progetto Save No /Z/02-048/2002

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1 promuovere macchine e motori elettrici ad alta efficienza energetica Uno strumento decisionale per scegliere la macchina più efficiente per l industria e l edilizia e risparmiare energia e denaro Progetto promosso nell ambito del Programma Save della Commissione Europea

2 Progetto Save No /Z/02-048/2002 Il progetto è stato realizzato grazie al co-fi nanziamento della Commissione Europea. Questa brochure rifl ette il punto di vista degli autori. La Commissione Europea non risponde circa l utilizzo che può essere fatto delle informazioni in essa contenute.

3 promuovere macchine e motori elettrici ad alta efficienza energetica

4 ProMotgenerale Le macchine e i motori elettrici per uso industriale e quelli utilizzati nell edilizia per il terziario sono i maggiori consumatori di elettricità in Europa. Il potenziale di risparmio energetico è dunque notevole: stimabile, secondo i risultati di studi comunitari, in oltre 100 TWh in ciascuno dei settori in questione. ProMot è uno strumento di supporto decisionale sviluppato all interno di un progetto co-fi nanziato dal programma Save della Commissione Europea e ha lo scopo di aiutare gli utilizzatori di macchine e motori elettrici, sia nel settore industriale che dell edilizia, ad individuare le possibilità di risparmio energetico dei loro impianti. Questo strumento è facilmente utilizzabile da quanti hanno conoscenze tecniche di base. Le tipologie considerate e analizzate nel database comprendono: motori elettrici, pompe, sistemi di aria compressa e sistemi di refrigerazione (pompe di calore). Sono contemplati anche altri temi, come i sistemi di ventilazione. Informazioni generali di base introducono i vari moduli. ProMot permette di effettuare l audit di un installazione e di eseguire semplici ma signifi cativi calcoli per facilitare l acquisto di nuove macchine o motori, oppure la sostituzione o l adeguamento di quelli già esistenti. I calcoli, di natura tecnica ed economica, utilizzano metodi e dati provenienti da database europei, accreditati e aggiornati regolarmente. ProMot analizza quattro tipologie di macchine e motori elettrici di base corrispondenti ad altrettanti moduli, che sono: Motori e azionamenti elettrici Sistemi di aria compressa (CAS) Pompe per acqua Condizionatori e refrigeratori (pompe di calore) Informazioni generali Motori Pompe Sistemi aria compressa Condizionatori e refrigeratori Struttura Introduzione Moduli Partners File scaricabili e link Introduzione Scheda per audit/studi (VSD, LCC, MCP, ) Modulo per il calcolo Introduzione Scheda per audit/studi (LCC, EU pump study, ) Modulo per il calcolo Introduzione e modulo per il calcolo Scheda per audit/studi (LCC, CAS, ) Introduzione Scheda per audit/studi (HVAC, EECCAC, LCC, ) Modulo per il calcolo

5 Ventilatori Altro calore di Pompe Motori elettrici Per quanto riguarda motori ed azionamenti elettrici, il modulo classifica i motori esistenti secondo parametri di efficienza energetica e illustra i possibili benefici ottenibili dall uso di sistemi efficienti. Inoltre il tool guida l utilizzatore a scegliere la corretta grandezza del motore e a ridurre le perdite di trasmissione. La parte di calcolo è basata sul database EuroDEEM che, allo stato attuale, contiene dati relativi a oltre tipi di motore (i dati sono forniti direttamente dai produttori). L utente può calcolare la riduzione dei costi operativi e di energia che otterrebbe dalla sostituzione, riparazione o acquisto di un nuovo motore. Aria compressa Pompe Il modulo relativo ai sistemi di aria compressa conduce l utilizzatore attraverso un tour guidato ad analizzare il sistema esistente, al fine di identificare le azioni prioritarie per un risparmio energetico. Si possono trovare informazioni, analisi dei costi e del risparmio per tre casi diversi: Interventi a basso costo per migliorare il funzionamento e la manutenzione Modifiche significative o estensioni Progettazione, acquisto e installazione di un nuovo sistema ad aria compressa. Utilizzo di elettricità nei grandi impianti La sezione sui sistemi di pompaggio esamina le possibilità di risparmio energetico realizzabili negli impianti di pompaggio di acque chiare o nei sistemi di controllo. Come per altri componenti, il costo di acquisto di una pompa è una piccola parte del costo dell energia necessaria al funzionamento. La parte introduttiva del modulo fornisce una guida generale sulla scelta delle pompe e dei sistemi connessi. La parte di calcolo permette all utilizzatore di definire i dati di targa delle pompe e il diagramma di carico e calcola il consumo energetico basandosi sui costi operativi. Il modulo elenca anche i benefici ottenibili mediante l uso di convertitori di frequenza per l azionamento delle pompe a velocità variabile. La parte relativa ai condizionatori/refrigeratori contiene informazioni generali sui componenti di base di un sistema HVAC (refrigeratori, pompe/sistemi di ventilazione, tubi/condotti, AHUs e FCUs, ecc.). Il modulo permette di collegarsi direttamente al sito Eurovent-Cecomaf per un aggiornamento delle informazioni e dei prodotti. La parte di calcolo del modulo tratta i sistemi di raffreddamento ad acqua ed aria. Come per il modulo dei motori, qui l utente può stimare il consumo energetico e analizzare gli effetti delle diverse scelte di refrigeratori per installazioni nuove o ammodernamenti. I calcoli sono basati sul database Eurovent-Cecomaf, che viene regolarmente aggiornato. ProMot è disponibile sul web per chiunque sia interessato ad utilizzarlo.

6 motori elettrici

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8 motori e azionamenti elettrici 1.5% 2.5% I motori elettrici sono fra i maggiori consumatori di elettricità in Europa. Si stima che nel settore industriale i motori utilizzino il 70% dell elettricità consumata, mentre nell edilizia per il terziario ne consumano almeno un terzo. Durante il suo ciclo di vita, il motore dà luogo a dei costi operativi così rappresentati (approssimativamente): Quando si acquista un motore è quindi molto importante valutare il suo consumo energetico per cercare di limitarlo il più possibile. Al fi ne di ottimizzare la gestione economica di un motore elettrico, occorre quindi considerare i seguenti parametri: Classe di efficienza Dimensione Perdite di trasmissione Riparazione/riavvolgimento Azionamento a velocità variabile Prezzo d acquisto 96% Energia Manutenzione Classifica dei motori secondo la loro efficienza A partire dal 1999, in Europa è stata creata una classifi ca dei motori in corrente alternata a bassa tensione, cui hanno aderito i maggiori produttori europei. Le classi di effi cienza energetica sono le seguenti: EFF1: motori ad alta efficienza EFF2: motori ad efficienza standard EFF3: motori a scarsa efficienza

9 I motori elettrici sono spesso sovradimensionati. Poiché la massima effi cienza si ottiene quando un motore funziona fra il 60 e il 100% del suo carico, sovradimensionare un motore comporta: un aumento del costo di capitale una diminuzione della sua effi cienza funzionale un possibile aumento della velocità operativa. Ad esempio, nel caso di un ventilatore o di una pompa, un piccolo aumento nella velocità del motore (es: da 1440 giri/ a 1460 giri/, cioè + 1,4%) può dar luogo ad un aumento del carico e quindi del consumo energetico di circa il 4%. modulo di calcolo Il modulo di calcolo permette all utilizzatore di specifi care i parametri del motore desiderato: potenza, velocità, fabbricante, ecc. Sulla base delle opzioni inserite, il modulo - attingendo dal database EuroDEEM che contiene dati riferiti a più di prodotti - presenta i motori disponibili ed un analisi economica della ricerca effettuata.

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12 Sistemi di aria compressa 13% L uso dei sistemi di aria compressa nell industria e nel terziario è prassi abbastanza comune, poiché la produzione, il trattamento ed il loro funzionamento sono sicuri e semplici. Tuttavia, l aria compressa è costosa: dai 0.6 ai 6 centesimi per Nm 3. Inoltre, l effi cienza energetica di molti sistemi di aria compressa è bassa, ma semplici accorgimenti possono garantire un risparmio fra il 5 e il 50%. 12% Nota: per 6000 ore l anno sulla base di un ciclo di vita di 5 anni È possibile risparmiare attraverso: produzione e trattamento di aria compressa reti di aria compressa strumenti ed utensili ad aria compressa (utilizzatori finali) progettazione del sistema e conduzione Per mezzo del Tour guidato, è possibile identifi care le azioni prioritarie per ottenere un risparmio energetico in un dato sistema. Tour guidato Che tipo di misure di effi cienza energetica necessita il sistema? Misure semplici e a basso costo per migliorare la conduzione e la manutenzione? Riparazione consistente o estensione? Progettazione, acquisto e installazione di un nuovo sistema? Investimento Energia O&M Repair New 75% nuten Manutenzione Stima dei risparmi possibili attraverso alcune tipologie di azioni Dispersione del calore: fi no al 20% Conduzione: fi no al 20% Perdite: fi no al 50% Aspirazione: fi no al 2% Compressore: fi no al 50% Condizionamento: fi no al 5% Distribuzione: fi no al 15% Utilizzatori fi nali: fi no al 50% Metodi di lavorazione: fino al 30%

13 Esemplificazione del modulo di calcolo

14 pompe per acqua

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16 Sistemi di pompaggio Recenti studi effettuati dalla Commissione Europea, così come dal Dipartimento Energia degli Stati Uniti hanno dimostrato che i motori elettrici consumano il 20% dell elettricità prodotta a livello mondiale. A loro volta i sistemi di pompaggio utilizzano il 22-25% di questa quota, che equivale al 4% del consumo mondiale. Secondo altri studi, i risparmi possibili per le pompe rotodinamiche possono raggiungere il 40%. selezione di pompe più effi cienti: 3% selezione di una più adeguata dimensione delle pompe 4% una migliore installazione/manutenzione 3% una migliore progettazione del sistema 10% un migliore sistema di controllo 20% Totale risparmio possibile 40% 5% costo iniziale 10% costo di manutenzione 85% costo dell energia consumata Costo tipico del ciclo di vita di una pompa Le pompe sono tipicamente acquistate come componente singolo, pur essendo utilizzate come parte dell impianto. L energia e i materiali utilizzati da un sistema dipendono dal tipo di pompa, dall installazione e dal modo in cui il sistema viene fatto funzionare. I sistemi di pompaggio sono utilizzati ovunque, sia per applicazioni domestiche che industriali. Le due categorie principali sono costituite dalle pompe rotodinamiche (centrifughe) e da quelle volumetriche. Le pompe rotodinamiche rappresentano il 73% delle pompe utilizzate ed il maggiore potenziale di risparmio energetico. I dati contenuti in ProMot si concentrano quindi esclusivamente su questo tipo di pompa.

17 Per capire il funzionamento di una pompa rotodinamica occorre innanzitutto valutare come lavora la pompa all interno di un sistema. Le curve di sistema sono date dalla somma dell altezza geodetica e delle perdite di carico. L altezza geodetica è semplicemente la differenza in altezza fra i serbatoi in aspirazione e in mandata. Le perdite di carico (espresse in m di colonna di liquido) sono dovute agli attriti interni del liquido che scorre nella tubazione sommate alle perdite dovute alla presenza di valvole ed altri accessori. Per ottenere il massimo dell effi cienza in un sistema di pompaggio occorre che la curva del sistema intersechi la curva caratteristica della pompa nel punto di maggiore effi cienza. modulo di calcolo Il modulo Promot per le pompe e gli azionamenti a velocità variabile (VSD) Miglioramento dell effi cienza energetica dei sistemi di pompaggio: determinare la categoria di effi cienza di una pompa trovare la migliore soluzione fra costo ed effi cienza energetica

18 e Condizionamento d aria (HVAC) riscaldamento, ventilazione

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20 condizionatori e refrigeratori Un sistema tipico di HVAC comprende un impianto di produzione di caldo o freddo (boiler, pompe di calore, ecc.), pompe e/o ventilatori, reti di tubazioni, scambiatori di calore che trasferiscono o assorbono il calore da uno spazio o da un processo. In questa sezione, il software analizza i refrigeratori come parte di un sistema HVAC. Essi sono defi niti pompe di calore utilizzate per raffrescare, e possibilmente reversibili, cioè in grado di produrre alternativamente calore. Gli studi hanno dimostrato che circa il 90% dell energia di tali sistemi è consumata dal refrigeratore (chiller)/pompa di calore e il restante 10% dai servizi ausiliari. I dati per effettuare l analisi sono quelli contenuti nel database Eurovent-Cecomaf. Le differenze di prestazione delle 6600 macchine contenute nel database sono molto signifi cative. Prestazioni energetiche a pieno carico Tipo di Chiller EER (*) COP (**) Min - Max Min - Max Raffreddamento ad aria Raffreddamento ad acqua (*) Rapporto di effi cienza energetica (**) Coeffi ciente di performance Negli ultimi anni, il consumo di energia per il raffrescamento ha ricevuto particolare attenzione, anche in considerazione del fatto che esso contribuisce moltissimo - durante l estate - a creare quei picchi di consumo che causano black-out in diverse aree geografi che. Molti studi hanno calcolato che il condizionamento dell aria incide per il 40% sui picchi energetici di questo tipo. Le pompe di calore, d altro lato, sono anche sempre più utilizzate per il riscaldamento nel settore del terziario. Di conseguenza, la valutazione dei parametri di effi cienza energetica nella scelta dei refrigeratori/pompe di calore riveste notevole importanza.

21 refrigeratori ad aria Sono sistemi di produzione di aria o acqua fredda (o calda). La risorsa energetica primaria è l elettricità, mentre il calore è ceduto all ambiente o assorbito attraverso scambiatori di calore ad aria. Elementi di progettazione Sistemi compatti che rispondono ad una vasta gamma di bisogni di raffreddamento (o riscaldamento). Installazione facile in spazi esterni ben ventilati. Elementi di manutenzione La manutenzione va effettuata almeno una volta l anno (due volte se i sistemi sono utilizzati per produrre sia aria calda che fredda). Le operazioni di manutenzione includono il controllo, la rimessa a punto e la pulizia di scambiatori di calore, filtri la misura delle temperature di afflusso ed efflusso dei liquidi di lavorazione la misura del livello di pressione dei compressori la misura della corrente assorbita da compressori e ventilatori Refrigeratori ad aria Refrigeratori ad acqua Sistemi di assorbimento modulo di calcolo Il modulo del tool ProMot relativo ai chillers riguarda i refrigeratori raffreddati ad acqua o ad aria. L utilizzatore può calcolare il consumo energetico e analizzare l effetto della scelta di diversi chillers per un nuovo sistema o per una ristrutturazione.

22 Il potenziale di risparmio dei ventilatori è compreso fra il 5 e il 10% Il potenziale di risparmio dei sistemi di ventilazione è di circa il 17.5% Il risparmio di denaro potrebbe essere pari a 2592 milioni di Euro l anno Il consumo di energia dei ventilatori aumenterà in tutti gli scenari fino al 2020, a causa di un incremento nel loro utilizzo, specialmente se si considerano i sistemi HVAC negli edifici commerciali Il consumo di elettricità dei ventilatori è di circa 100 TWh nell industria, 94 TWh nel settore del terziario e 3.4 TWh nel settore dei trasporti ventilatori

23 coordinatore: Center for Renewable Energy Sources Dr. Ilias Sofronis 19th Km Marathon Ave Pikermi Greece Tel.: Website: partners: ADEME - Département Industrie-Agriculture Mr. Jacques-Olivier Budin 2 square La Fayette BP Angers Cedex 01 Tel.: +33 (0) jacques-olivier.budin@ademe.fr Website: ADENE - Agência para a Energia Mr. Fernando Oliveira Estrada de Alfragide, Praceta I - n 47 Alfragide Amadora, Portugal Tel.: fernando.oliveira@adene.pt Website: Austrian Energy Agency Mr. Kostantin Kulterer Otto-Bauer-Gasse 6 A-1060 Vienna, Austria Tel.: +43 (0) DW Fax: +43 (0) konstantin.kulterer@energyagency.at Website: Danish Energy Authority Mr. Finn Josefsen Amaliegade 44, 1256 København K, Danmark .: fj@ens.dk Website: Eurovent / Cecomaf Mr. Sule Becirspahic, Director of Operations 62, bl Sebastopol, Paris, France s.becirspahic@eurovent-certifi cation.com Website: Federazione delle associazioni scientifiche e tecniche Mr. Alberto Pieri, Mrs Rosaria Gandolfi Piazzale Morandi 2, I Milano, Italy Tel.: Fax: fast@fast.mi.it Website: www. fast.mi.it project team Fraunhofer Institute System and Innovation Research (Fraunhofer ISI) Dr. Ing. Peter Radgen Breslauerstr. 48, Karlsruhe, Germany Tel.: Fax peter.radgen@isi.fraunhofer.de Website: Instituto Superior Técnico Prof. Luis Roriz Av Rovisco Pais Lisboa, Portugal pclroriz@mail.ist.utl.pt Website: National Technical University of Athens School of Chemical Engineering Prof. Dionysis Assimacopoulos Dr. George Arampatzis 9 Herron Polytechniou St., Zografou Campus GR-15780, Athens, Greece Tel.: Fax assim@chemeng.ntua.gr Website: Semafor Informatik & Energie AG Dr. Ronald Tanner Sperrstrasse 104B CH 4057 Basel Switzerland Tel.: Fax: tar@semafor.ch Website: con il supporto di: European Commission DG JRC Dr. Paolo Bertoldi DG Joint Research Centre I Ispra, Varese, Italy Tel.: Fax: paolo.bertoldi@cec.eu.int Website: ciency.jrc.cec.eu.int/

24 Federazione delle associazioni scientifiche e tecniche Piazzale Morandi 2, I Milano Tel.: Fax: fast@fast.mi.it Website: www. fast.mi.it