La portata d`acqua variabile nei circuiti frigoriferi primari

CENTRALI FRIGORIFERE
NUOVE TECNOLOGIE E
RISPARMIO ENERGETICO
Firenze, 17 maggio 2013
La portata d’acqua variabile nei
circuiti frigoriferi primari e
secondari
Diego Danieli
Libero Professionista - Venezia
La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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
Pev
REFRIGERATORE
D’ACQUA
Pf
AMBIENTE DA
CLIMATIZZARE
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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).
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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 500-600 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)
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CENTRALE FRIGORIFERA CON
CONDENSAZIONE AD ACQUA DI TORRE
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CENTRALE FRIGORIFERA CON
CONDENSAZIONE AD ARIA
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
DUE REFRIGERATORI IN PARALLELO
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
SE Q(P1) < Σ Q(P2)
MISCELAZIONE IN MANDATA
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
SE Q(P1) > Σ Q(P2)
MISCELAZIONE SU RITORNO
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
La potenza di pompaggio P, ovvero la potenza richiesta
per movimentare il fluido all’interno del circuito, è data dalla
nota relazione:
ρ gQH
P=
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.
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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.
kv = Q H
1
−
n
3
2
ρ gkH
ρ g Q3
P=
=
2
η
ηk
la potenza di pompaggio varia con il cubo della portata
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
100%
90%
POTENZA ELETTRICA
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
PORTATA
aria
acqua
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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 Hcn che si vuole
mantenere all’interno del circuito e, conseguentemente, la
potenza di pompaggio nelle varie condizioni di
funzionamento.
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
Corpo r
A
Corpo r-1
A
B
Corpo 2
B
C
Corpo 1
C
D
D
Più bassa è la minima
prevalenza Hcn 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.
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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)
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
andamento dei carichi
RIDUZIONE DELLA POTENZA DI POMPAGGIO
La potenza resa da un terminale non è lineare
con la portata
4
6
8
10
12
14
16
18
20
ORE
Nord
Est
S ud
Ovest
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
RIDUZIONE DELLA POTENZA DI POMPAGGIO
La riduzione di portata è maggiore della riduzione di
carico
100%
90%
PORTATA TOTALE
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
4
6
8
10
12
14
16
18
20
ORE
Carico
Portata acqua
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
POTENZA DI POMPAGGIO
Dipende dal valore della pressione controllara dalle sonde
100%
POTENZA POMPAGGIO
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
4
6
8
10
12
14
16
18
20
ORE
Portata costante
Portata variabile teorico
Portata variabile - Hc = Hpr
Portata variabile - Hc = 0,3 Hpr
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
RIDUZIONE PORTATA MASSIMA
Distribuzione con portata costante
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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
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CORRISPONDENZA CHILLER – IMPIANTO
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CORRISPONDENZA CHILLER - IMPIANTO
Andamento potenza refrigeratore - carico
100%
FUNZIONAMENTO
75%
50%
25%
0%
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
TEMPO [secondi]
Chiller
Carico
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CORRISPONDENZA CHILLER - IMPIANTO
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CORRISPONDENZA CHILLER - IMPIANTO
Andamento potenza refrigeratore - carico
100%
FUNZIONAMENTO
75%
50%
25%
0%
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
TEMPO [secondi]
Chiller
Carico
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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)
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CENTRALE FRIGORIFERA:
PRIMARIO COSTANTE E
SECONDARIO VARIABILE
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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.
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CENTRALE FRIGORIFERA: VPF
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
CENTRALE FRIGORIFERA: VPF
CON PIÙ REFRIGERATORI
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VANTAGGIO
MINOR COSTO DI
INSTALLAZIONE (TRA IL 4-8 %)
SVANTAGGI
COMPLESSITA’ SEQUENZA ONOFF CHILLER E REGOLAZIONE
MINORE CORRENTE DI PICCO
CONTROLLO DEL BY-PASS, CON
(RISPARMI DI POMPAGGIO >50%) FLUSSIMETRO O ∆p
MINORE CONSUMI DI ENERGIA (
COMPRESA TRA 4-7%)
IL TUBO DI BY-PASS RICHIEDE
UNA PROGETTAZIONE
ACCURATA
MINORE SPAZIO RICHIESTO IN
CENTRALE
NUMERO DI REFRIGERATORI
MINORE TOLLERANZA VERSO
BASSI ∆T
PROGETTAZIONE ACCURATA
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La portata d’acqua variabile nei circuiti frigoriferi
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.
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Le opinioni espresse dagli Autori non rispecchiano necessariamente quelle dell’Associazione