Un salto di qualità nell'efficienza energeticaIl mercato HVAC sta cambiando rapidamente. La tecnologia degli inverter a velocità variabile AC è la tecnologia più efficiente dal punto di vista energetico e sta rivoluzionando il modo in cui i sistemi di condizionamento dell'aria vengono progettati e costruiti per soddisfare le esigenze di climatizzazione di tutto il mondo. I primi ad adottare la tecnologia a velocità variabile ottengono un vantaggio competitivo.
Esigenze del mercato: Evitare il sovradimensionamento del sistema, ridurre la bolletta elettrica e la corrente di spunto, aumentare il comfort e il processo sono alcuni fattori chiave per la capacità variabile.
Tecnologie modulanti: Esistono diversi modi per modulare la capacità di raffreddamento negli impianti di refrigerazione o condizionamento dell'aria e di riscaldamento.
Metodo di bypass
Principio di funzionamento: I compressori inverter funzionano a velocità diverse generando un flusso di massa di refrigerante modulato e un'uscita di raffreddamento.
Video "Compressori inverter per HVAC"
Vantaggi: Migliore qualità dell'alimentazione, diagnostica del sistema, controllo dell'umidità, risparmio energetico, controllo preciso della temperatura, minore rumorosità, sicurezza del processo, maggiore comfort
Sfide: La scelta del compressore e del convertitore di frequenza, le capacità di progettazione rendono il sistema nel complesso affidabile ed efficiente.
Migliore qualità dell'alimentazione, diagnostica del sistema, controllo dell'umidità, risparmio energetico, controllo preciso della temperatura, minore rumorosità, sicurezza del processo, maggiore comfort.
La tecnologia dei compressori inverter offre nuove opportunità per gli impianti di condizionamento dell'aria, innanzitutto in termini di edifici ad alta efficienza energetica, consumo energetico ridotto e minori costi di esercizio.
Inoltre, la tecnologia migliora il fattore di potenza, il che si traduce in una migliore qualità dell'alimentazione, nonché una migliore diagnostica del sistema e protocolli di comunicazione aperti che facilitano la manutenzione.
L'adattamento continuo alla domanda di raffreddamento offre un maggiore risparmio energetico e un controllo accurato della temperatura.
Il compressore risponde all'ingresso di potenza con la capacità di raffreddamento. L'unità gestisce efficacemente le variazioni di temperatura e funziona a carico parziale, con una riduzione dei costi energetici di oltre il 30% su base annua rispetto a un compressore a velocità fissa o a modulazione meccanica. Il controllo stabile della temperatura assicura i processi in modo ottimale e offre un maggiore comfort. Tutto ciò si traduce in efficienza energetica negli edifici.
La modulazione della capacità attenua i picchi di domanda di potenza, contribuendo anche ad aumentare l'affidabilità della rete e la qualità dell'energia fornita.
Il controllo dell'avviamento graduale si traduce in una corrente di spunto quasi pari a zero e migliora l'indice di efficienza energetica (EER):
Ulteriori vantaggi dei compressori inverter sono:
Ciò si aggiunge alla lunga lista di vantaggi per produttori, ingegneri e utenti finali in termini di:
Figura 1
Consumo energetico per sistemi di raffreddamento che utilizzano diverse configurazioni del compressore. Indice di consumo medio in base a simulazioni con compressori di 10-30 TR utilizzati in applicazioni con un basso rapporto di pressione (rooftop); indice 100 = consumo energetico dell'inverter scroll VZH di Danfoss.
Figura 2
Tipico profilo di carico in un edificio.In un edificio solo poche percentuali di operazioni sono a pieno carico. I sistemi HVAC sono progettati per condizioni di picco (lato destro del grafico). Queste condizioni non sono quelle in cui l'apparecchiatura funzionerà per la maggior parte del tempo. Questo grafico rappresenta i dati climatici annuali tipici e le ore di funzionamento (% dell'anno) per ogni condizione.
Fonte: Strumento HVAC Danfoss
La scelta del compressore e del convertitore di frequenza, le capacità di progettazione rendono il sistema nel complesso affidabile ed efficiente.
Importanza dell'inverter drive: Il compressore e il convertitore di frequenza devono essere qualificati per lavorare insieme e per applicazioni dedicate. Il convertitore di frequenza modula la velocità del compressore e ne impedisce il funzionamento al di fuori dei limiti di funzionamento del compressore. I convertitori di frequenza degli inverter devono utilizzare algoritmi sviluppati specificamente per il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell'aria (HVAC) o per la refrigerazione. Garantiscono che il sistema funzioni entro i limiti dell'applicazione. Il convertitore di frequenza può anche gestire altri dispositivi come valvole di iniezione dell'olio o compressori multipli. Man mano che la velocità di rotazione del compressore cambia, la quantità di refrigerante e di olio che scorre nel compressore aumenta o diminuisce. Il convertitore di frequenza assicura una lubrificazione ottimale del compressore a tutte le velocità.
Competenze del produttore OEM nell'integrazione di sistemi inverter: non tutti gli OEM sono pronti ad adottare la tecnologia degli inverter per le seguenti ragioni:
Convinzioni errate sulla tecnologia a velocità variabile
La tecnologia inverter reagisce troppo lentamente alle variazioni di carico: alcuni scroll inverter aumentano/diminuiscono l'intervallo di velocità tra 0,1s e 3600s. Perdite a pieno carico dell'inverter 5-10%, alla massima velocità l'inverter perde il 3% di efficienza. Poiché il profilo dominante non è il pieno carico, la perdita nel consumo complessivo dell'unità sarà minima.
La circolazione dell'olio aumenta in caso di funzionamento ad alta frequenza: la velocità di circolazione dell'olio controllata elettronicamente da alcuni scroll inverter può essere inferiore al 3% alla massima velocità. La gestione dell'olio è più complessa con i sistemi di compressori inverter. Alcuni scroll inverter controllano la circolazione dell'olio sia a bassa che ad alta velocità, richiedendo minimi aggiustamenti di progettazione.
Gli inverter non possono essere utilizzati nel caso in cui la compatibilità elettromagnetica (EMC) sia un problema: alcune soluzioni di inverter offrono due livelli di filtrazione EMC che soddisfano i più severi standard europei relativamente alle interferenze elettromagnetiche.
Evitare il sovradimensionamento dei sistemi, ridurre la bolletta elettrica e la corrente di spunto, maggiore comfort e processo sono alcuni dei fattori chiave a favore della capacità variabile.
Molti impianti di refrigerazione e condizionamento dell'aria richiedono processi che siano affidabili, più efficienti, compatti, rispettosi dell'ambiente, facili da installare e gestire. I requisiti di raffreddamento variano in un'ampia gamma durante il giorno e nel corso dell'anno a causa delle condizioni ambientali, dell'occupazione e dell'uso, dell'illuminazione, ecc.
Tre diverse tendenze di mercato convergono per creare nuove opportunità per soluzioni efficienti e sostenibili:
L'efficienza energetica non è più un'opzione. Le normative energetiche si stanno rafforzando. I codici e gli standard energetici degli edifici sono sviluppati a livello globale e gli incentivi energetici ricevono sempre maggiore attenzione. Un'altra questione globale è la sicurezza energetica. Come garantire che un giorno non manchi l'energia?
I sistemi HVAC e di refrigerazione sono generalmente progettati per la domanda di picco che rappresenta solo una piccola percentuale del funzionamento effettivo. Un tale sovradimensionamento comporta perdite di efficienza e costi aggiuntivi per le apparecchiature sovradimensionate. La modulazione di capacità ad alta efficienza energetica è un modo per abbinare la capacità di raffreddamento alla domanda di raffreddamento, soddisfacendo così questi requisiti applicativi.
Esistono diversi modi per modulare la capacità di raffreddamento negli impianti di refrigerazione o condizionamento dell'aria e di riscaldamento. I più noti nel condizionamento dell'aria sono: ciclo on-off, bypass a gas caldo, configurazioni in parallelo di più compressori, modulazione meccanica (anche chiamata digitale) e tecnologia inverter. Ognuna presenta vantaggi e svantaggi.
L'aria condizionata è responsabile del 20% circa del consumo totale annuo di energia elettrica in un paese come gli Stati Uniti. L'introduzione della tecnologia di azionamento a inverter negli impianti di condizionamento dell'aria e a pompa di calore offre notevoli risparmi energetici grazie all'efficiente funzionamento a carico parziale ed inoltre contribuisce a migliorare la qualità dell'energia della rete.
Il fattore di potenza è una misura importante del lavoro necessario a un'azienda elettrica per fornire elettricità.
L'aumento del fattore di potenza degli impianti può influire direttamente sulla qualità della rete di alimentazione. Per le aziende elettriche, ciò equivale a minori perdite e a una maggiore affidabilità del servizio. Per i proprietari di immobili e abitazioni, questo significa attrezzature più efficienti con la possibilità di programmi di incentivazione locali, statali e/o federali.
Il fattore di potenza è la combinazione del fattore di potenza di scostamento (scostamento della potenza attiva e reattiva) e del fattore di potenza di distorsione (distorsione dell'energia elettrica dovuta ad armoniche).
Un fattore di potenza prossimo a 1 significa:
L'uso di drive inverter consente un significativo miglioramento del fattore di potenza, poiché il fattore di potenza di scostamento è prossimo a 1. Il fattore di potenza di distorsione, tuttavia, influisce negativamente su trasformatori, cavi, fusibili e interruttori a causa delle armoniche.
La tecnologia inverter Danfoss presenta una bassa distorsione e un elevato fattore di potenza (0,98) grazie alla correzione da una valvola ad aria CC, mentre altri convertitori di frequenza o sistemi a modulazione meccanica possono avere un fattore di potenza di solo 0,60.
Altri vantaggi della correzione del convertitore di frequenza prequalificato nelle soluzioni inverter Danfoss:
Un compressore inverter è progettato per funzionare con un convertitore di frequenza che regola di continuo la velocità del motore del compressore per soddisfare le esigenze di raffreddamento.
Possono essere compressori scroll, rotativi o alternativi, semiermetici, aperti, inclusi compressori a vite, centrifughi e assiali. Questo tipo di compressore utilizza uno speciale convertitore di frequenza per controllare la velocità del motore del compressore (misurata in giri al secondo RPS). I compressori inverter possono funzionare a diverse velocità: il compressore inverter è progettato specificamente per funzionare con diverse velocità del motore, generando così un flusso di massa refrigerante modulato e un'uscita di raffreddamento.
Il drive a frequenza variabile indica la necessità di raffreddamento al motore del compressore. Il motore adatta continuamente la velocità per produrre più o meno portata del raffreddamento per soddisfare le esatte esigenze di raffreddamento. La combinazione dei due dispositivi, compressore e convertitore di frequenza, fornisce una modulazione del raffreddamento continua. Il principio della velocità variabile richiede un compressore molto robusto per il funzionamento alla massima velocità e uno speciale sistema di lubrificazione dello stesso per i sistemi che utilizzano olio. Un'eccellente gestione dell'olio è un requisito fondamentale per garantire la durata del compressore. Il sistema di gestione dell'olio garantisce una buona lubrificazione della serie scroll a bassa velocità ed evita che l'olio in eccesso venga iniettato nel circuito durante il funzionamento a piena velocità per mantenere un rapporto di circolazione dell'olio perfetto.
Utilizzando i compressori inverter Danfoss, è possibile ottenere notevoli risparmi energetici rispetto ai compressori on-off tradizionali o alle tecnologie a modulazione meccanica.
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Il compressore scroll inverter VZH di Danfoss offre efficienza e affidabilità. Oltre il 30% di risparmio energetico è possibile con le soluzioni rooftop, chiller, sistemi di controllo chiusi, ecc.
I compressori alternativi inverter Danfoss evitano sistemi sovradimensionati e cicli brevi. Il compressore si adatta automaticamente al carico attuale. Combinando un efficiente compressore alternativo Danfoss Maneurop® con un Danfoss Drive, l'azienda fornisce un pacchetto innovativo e intelligente che utilizza la tecnologia a velocità variabile per garantire un'efficienza superiore nell'intero ciclo operativo di refrigerazione di precisione.
Danfoss è il produttore leader di compressori oil-free e del pionieristico compressore Danfoss Turbocor®, il primo compressore a cuscinetti magnetici oil-free per il settore HVAC.
I compressori oil-free Danfoss Turbocor® modello TTS sono disponibili in quattro diversi modelli che vanno da 60 tonnellate a 200 tonnellate/da 200 a 700 kW con refrigeranti R134a o R513A a basso GWP.
I compressori oil-free Danfoss Turbocor modello TGS sono disponibili in 5 diversi modelli che variano da 40 tonnellate a 150/d 140 kW a 540 kW con refrigerante R1234ze o R515B a bassissimo GWP.
Componente chiave del sistema HVAC, un chiller raffredda l'acqua o il fluido termovettore utilizzati per raffreddare e deumidificare l'aria negli edifici o nei processi industriali. Si tratta di un'unità montata in fabbrica che raffredda l'acqua o il fluido termovettore utilizzando un evaporatore e che dispone di un condensatore interno o remoto con controlli appropriati.
Dai primi anni 1990 è stato stabilito un volume variabile di refrigerante o un flusso variabile di refrigerante (a seconda del costruttore). L'idea di base è che una grande unità esterna (o diverse unità esterne in parallelo) sia in grado di servire più unità interne.
In molti processi industriali i macchinari o i processi generano calore che richiede raffreddamento, per proteggere le attrezzature e/o per garantire che il prodotto fabbricato sia della qualità richiesta. L'unità di raffreddamento del processo viene utilizzata per raffreddare, estrarre l'umidità o regolare la temperatura del processo di produzione.
Unità monoblocco per il raffreddamento dell'armadio elettrico. I condizionatori d'aria con sistema di controllo chiuso sono utilizzati nel raffreddamento di apparecchiature elettroniche e informatiche utilizzate nei data center, nelle telecomunicazioni e nell'industria manifatturiera.
Le unità di trattamento dell'aria con raffrescamento integrato sono utilizzate nelle applicazioni commerciali per il condizionamento dell'aria in molti tipi diversi di edifici, dai piccoli edifici adibiti a uffici, centri fitness e strutture mediche ai grattacieli.
Il raffreddamento delle apparecchiature IT nei data center rappresenta una sfida crescente per operatori e progettisti. La gestione dell'energia elettrica è la sfida principale, con un consumo energetico e carichi termici che crescono di pari passo con la densità dei server. Affrontare queste sfide è essenziale per garantire la sicurezza e la disponibilità dei dati.
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