Commissione Impianti ed Energia
Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bologna
Corso
Corso per
per Certificatori
Certificatori Energetici
Energetici Regionali
Regionali ER
ER
Estate
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Docente e Relatore: Ing. Stefano Sarti - www.energytechsystems.it
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Parte IV
Soluzioni progettuali e costruttive per la ottimizzazione
dell’efficienza energetica degli impianti.
Tipologie e caratteristiche di impianti di condizionamento per il
raffrescamento degli edifici
Soluzioni innovative rispetto alla interazione
edificio/impianto nei settori residenziale e terziario.
Esempi di soluzioni tecniche per il miglioramento di
impianti esistenti anche attraverso interventi di
efficientamento e di integrazione impiantistica.
Ing. Stefano Sarti - Bologna, 21 feb 2012
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IL COMFORT TERMICO
Concept: diffusori a basso impulso ÆRaffreddamento
Sono i diffusori più comunemente utilizzati nell’industria chimica, alimentare, elettronica
e farmaceutica, ospedali, ristoranti cucine industriali, industrie molitorie.
Lo scopo è quello di poter creare le migliori condizioni ambientali possibili per prodotti e
personale impegnato nelle lavorazioni in concomitanza di condizioni di lavoro
particolarmente disagiate ( basse temperature, alte portate sino a 20-30 voI/ h ed oltre).
L’idea di partenza che ha consentito di sviluppare questo tipo di diffusore è stata quella
che fosse possibile distribuire aria facendola circolare all’interno dei locali da refrigerare
attraverso la trama di un tessuto a velocità inavvertibili dal personale sottostante (da
0,02 a 0,2 m/sec) asportando letteralmente volumi di aria “sporca” dall’ambiente.
L’aria oltrepassando la trama, carica elettrostaticamente il materiale tessile e viene casi
continuamente filtrata sedimentando polveri polIine, batteri funghi, protozoi che risultano
essere dannosi sia al personale impegnato all’interno dei locali sia ai prodotti che vi
sono conservati o preparati. Ad intervalli regolari questi diffusori possono venire rimossi
e disinfettati mediante lavaggio in lavatrice dopo essere stati sezionati tramite zippers.
E’ consigliata una buona pre-filtrazione a monte quando venga introdotta una certa
quantità d'aria esterna nel sistema di ventilazione o quando all’interno dei locali vengono
effettuate lavorazioni che comportino a produzione di una consistente quantità di polveri.
Un'altra caratteristica del sistema che si è rivelata determinante in certe applicazioni è la
singolarità del moto nel deflusso. I filetti fluidi fuoriuscendo a bassissima velocità non
possiedono energia residua necessaria alla miscela con aria ambiente e non riescono
perciò a produrre vortici o turbolenze.
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IL COMFORT TERMICO
Concept: diffusori a basso impulso ÆRaffreddamento
Si muovono infatti per strati paralleli messi in movimento da la diversa densità dell’aria
sia nella corrente di deflusso sia all’interno del locale condizionato. Il vantaggio è una
altissima efficienza di ventilazione e questo rende possibile l’allontanamento di aerosol
inquinanti, di aria viziata provocata da un elevato affollamento interno, di polveri; senza
che vortici o turbolenze provocati da alte velocità di deflusso possano favorirne il
ristagno. Questa particolare tecnica di ventilazione chiamata anche ventilazione a
dislocamento, si applica principalmente quando si debba rimuovere un surplus di
energia termica all’interno del locale oppure si debba disinquinarli.
Invece di sforzarsi di lottare contro le correnti convettive naturali, come si fa nella
tradizionale ventilazione a miscela, si sfrutta la differenza di densità tra le correnti
convettive calde provocate da carichi termici interni particolarmente rilevanti e aria
primaria immessa che essendo più fredda tende ad alimentare dal basso le correnti
convettive ascendenti senza che le due correnti interferiscono l’una con l’altra. Grande
attenzione deve essere posta dal punto di vista progettuale per evitare stratificazioni del
calore nel periodo invernale e gradienti di temperatura troppo accentuati tra soffitto e
pavimento nel periodo estivo.
Esistono diversi tipi di media filtrante di documentate caratteristiche + corrispettivi in
materiale autoestinguente in cl.0/1 e materiali applicabili in camere sterili sino alla classe
1000.
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IL COMFORT TERMICO
Concept: diffusori a basso impulso ÆRaffreddamento
•
Applicazione commerciali e residenziali in condizioni di basso carico termico:
installazione di un solo diffusore in zona alta prossima alla parete opposta
alla ripresa (bassa) dell’aria
•
Applicazioni commerciali ed industriali in condizione di alto carico termico;
protezione da contaminanti aerodispersi. Installazione di molteplici diffusori
all'interno della zona occupata appena sopra la zona degli occupanti.
•
Altre applicazioni: camere bianche, sale operatorie.
•
TEST: ripartizione in altezza delle temperature
•
TEST: ripartizione in altezza della concentrazione
(bioeffluente anidride carbonica, ppm)
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IL COMFORT TERMICO
Concept: diffusori a basso impulso ÆRaffreddamento
Travi fredde
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IL COMFORT TERMICO
Concept: Diffusori ad alto impulso Æ Riscaldamento
•
Sono i diffusori che per principio di funzionamento sono maggiormente assimilabili ai diffusori in moto
turbolento già conosciuti, come bocchette o anemostati.
Sono molto più efficaci in quanto a parità di sezione e velocità di efflusso, offrono un maggior perimetro di
efflusso a contatto con l’aria ambiente.
L’idea originale che ha consentito di sviluppare i diffusori in fibra tessile ad alto impulso è quella che si
possa convenientemente sfruttare la laminazione di una vena fluida per realizzare opportune depressioni
che sono utili a miscelare l’aria immessa e l’aria ambiente entro tragitti limitati con la massima efficienza
possibile.
Quando una vena fluida fuoriesce in alta velocità da un orifizio od ugello, assume una particolare forma
caratteristica denominata "vena contratta".
La contrazione dovuta ad un aumento della velocità nel centro dell’ugello rispetto alla periferia provoca una
depressione così intensa da riuscire a richiamare verso l’alto l’aria ambiente e miscelarla nei getti.
•
Il fenomeno di induzione si amplifica in concomitanza di correnti convettive ascendenti provocate da
eventuali carichi termici presenti in ambiente (persone, illuminazione, macchinari) concorrendo ad una
rapida ed efficiente miscelazione.
Una rapida miscelazione significa sia una drastica caduta di velocità, sia una rapida omogeneizzazìone
della temperatura entro tragitti limitati e questo vuoi dire aumentare le condizioni di comfort all’interno della
zona occupata.
Una efficiente miscelazione consente inoltre di ridurre considerevolmente il fenomeno della stratificazione
dei calore nel periodo invernale e di conseguire risparmi economici sino al 20% rispetto all’uso dei sistemi
convenzionali, all’interno di locali anche di altezza considerevole.
Si progettano sistemi a bassa, media, alta capacità di induzione a seconda delle caratteristiche degli
impianti di ventilazione richiesti (altezze locali, temp. medie richieste, etc).
•
Per l’esecuzione dei canali esistono materiali autoestinguenti in Cl.1 e materiali in fibra di poliammide
rinforzati in Carbonio. Entrambi i materiali sono disponibili in vasta gamma di colori
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IL COMFORT TERMICO
Distribuzione aria ad alto impulso
•
Schema di flusso A: getti diretti verso il soffitto. Applicazioni
di raffreddamento e riscaldamento per altezze inferiori ai sei metri.
DT in raffreddam. max 12°C - DT in riscaldamento 7°C.
Carichi termici positivi rilevanti.
•
Schema di flusso B: getti diretti lateralmente.
Applicazioni di raffreddamento per altezze inferiori a 8 m.
DT in raffreddamento max 10°C - DT in riscaldamento 6°C.
Carichi termici positivi rilevanti.
•
Schema di flusso C: getti diretti verso il basso.
Applicazioni di riscald. e raffredd. per altezze inferiori a 12 m.
DT raffreddamento max 10°C - DT in riscald. max 12°K.
Carichi termici debolmente positivi.
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IL COMFORT TERMICO
La distribuzione dell’aria
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IL COMFORT TERMICO
La distribuzione dell’aria
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Parte 3 – La distribuzione dell’aria con i canali
La distribuzione dell’aria ad alta induzione
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IL COMFORT TERMICO
La distribuzione dell’aria
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IL COMFORT TERMICO
La distribuzione dell’aria
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IL COMFORT TERMICO
La distribuzione dell’aria
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IL COMFORT TERMICO
I dispositivi terminali di distribuzione aria
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IL COMFORT TERMICO
La distribuzione dell’aria
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La distribuzione dell’aria con i canali
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La distribuzione dell’aria con i canali
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Canali rettangolari
Area netta
Q
[m3/h]
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La distribuzione dell’aria con i canali
La corretta velocità di distribuzione aria
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La distribuzione dell’aria con i canali
Le canalizzazioni in tessuto
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La distribuzione dell’aria con i canali
Le canalizzazioni in tessuto
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Soluzioni innovative rispetto alla interazione
edificio/impianto nei settori residenziale e terziario.
Ing. Stefano Sarti - Bologna, 21 feb 2012
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INVERTER
FANS &
COMPRESSORS
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EHP aria-acqua per impianti “Split System indoor”
Heating With Additional Heater
Cooling With Compressor
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Whole Climate System
ACS + Heating OR Cooling
Indoor System
Heating
OR
Cooling
Indoor Unit
Outdoor Unit
Tank Unit
External
Heating
Equipment
[Gas, Oil,
wood, solar]
Sanitary Hot
Water Outlet
Main Water Inlet
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EHP aria-acqua per impianti ‘All in one”
Climate System
Heating & Cooling
Plate Heat
Exchanger
Water Piping
[Radiators, Under-floor Heating,
Fancoils...]
2way valve
Refrigerant Piping
3way valve
2way Valve
Tank
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EHP aria-acqua per impianti “Split System indoor”
3way valve
Plate Heat
Exchanger
2way valve
2way valve
Refrigerant Piping
Climate System
Heating & Cooling
[Radiators, Under-floor Heating,
Fancoils...]
Water Piping
Tank
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Pompe di calore per ACS: Hot Water
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Altro esempio di impianto integrato
Whole Climate System
ACS + Heating OR Cooling
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Geotermia
Prendendo in considerazione la
tipologia di impianti a scambio
chiuso con il terreno, si osserva
come grazie alla sua elevata
inerzia termica, già a moderata
profondità il terreno risenta poco
delle fluttuazioni termiche
giornaliere e stagionali, al punto
che la sua temperatura si può
considerare pressoché costante
per tutto l'anno: l’ampiezza
dell’escursione termica giornaliera
si riduce a un decimo a circa 3.5 m
di profondità, mentre quella
dell’escursione termica stagionale
si riduce dello stesso fattore a circa
6 m di profondità.
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Geotermia
Un impianto che utilizza l‟energia geotermica per la climatizzazione è sostanzialmente
composto da:
un sistema di sonde di geoscambio più frequentemente costituito da sonde geotermiche
in polietilene percorse da un fluido termovettore che veicola l‟energia termica;
una pompa di calore, per la produzione dell’energia termica necessaria al fabbisogno
utile alla clima-tizzazione dell’edificio e alla produzione di acqua calda sanitaria;
un accumulo termico per sopperire all‟impossibilità di poter produrre istantaneamente
tramite pompa di calore il fabbisogno termico richiesto;
un sistema di distribuzione ed erogazione del calore, comprendente i terminali di
impianto (ventilconvettori, pavimenti radianti…).
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Geotermia
La pompa di calore, del tipo acqua / acqua è in grado di prelevare dal terreno la quota di
FER in fase invernale per il riscaldamento e di cedere la quota di calore di condensazione
al terreno in fase di raffreddamento estivo.
Estivo
Invernale
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Geotermia
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Altro esempio di unità in pompa di calore
acqua/acqua alimentata a metano
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Soluzioni tecniche per il miglioramento di impianti
esistenti anche attraverso esempi di possibili interventi
di efficientamento e di integrazione impiantistica.
Ing. Stefano Sarti - Bologna, 21 feb 2012
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L’EFFICIENZA DELLE UNITA’ VRF DX
CON RECUPERO DI CALORE
Senza entrare nei loro dettagli costruttivi, queste macchine consentono la contemporanea
produzione di potenza termica e frigorifera da distribuire alle unità interne secondo la richiesta
dell’utente (dando come plus un maggiore comfort per l’utenza nelle stagioni intermedie).
Domanda: quale risulta essere, in queste condizioni di utilizzo contemporaneo di riscaldamento
e raffreddamento, l’effetto utile delle macchine VRF a recupero di calore? Resta valido che:
POTENZA TERMICA RESA [kW]
EFFICIENZA = RENDIMENTO = -----------------------------------------------------POTENZA ELETTRICA ASS. [kW]
Nelle MACCHINE in pompa di calore, in funzionamento semplice estivo od invernale (nelle
condizioni nominali per es. stabilite dalla normativa ISO 5151 cond. Amb. T1 / H1) l’efficienza è
suddivisa in EER o COP.
In questo specifico caso di MACCHINE AD ESPANSIONE DIRETTA CON RECUPEO DI
CALORE l’effetto utile è TUTTA LA POTENZA TERMICA (di riscaldamento o di raffreddamento)
PRODOTTA, mentre la potenza elettrica assorbita risulta sempre quella del(i compressore/i in
singolo modo di lavoro (estate o inverno).
Quindi, nelle stagioni intermedie, in presenza di un involucro edilizio dove per sua struttura
l’irraggiamento solare sia parte notevole del carico termico, è opportuno (perché virtuoso)
utilizzare queste macchine in quanto in linea teorica il COP in queste condizioni di utilizzo misto
può arrivare ad essere la SOMMA dei singoli COP/ERR nominali!
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L’EFFICIENZA DELLE UNITA’ VRF DX
CON RECUPERO DI CALORE
Outdoor Unit
Funzionamento cooling-heating
BILANCIATO
Indoor unit A
Flow divide
controller
Suction
gas pipe
Discharge
gas pipe
Heating
Indoor unit B
Heating
Indoor unit C
Indoor unit D
Liquid pipe
Cooling
accumulator
Cooling
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Free Cooling chillers
Std CHILLER + DRY COOLER = FREE
COOLING CHILLER !
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Free Cooling chillers
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Il Free Cooling è utilizzabile anche nel geotermico !
FC ON: EHP STOP !
Chillers con T set scorrevole f(Tamb)
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Il recupero di calore dall’aria trattata
ESEMPI DI PRODOTTI
CON SCAMBIATORE
A FLUSSI
INCROCIATI
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Calcolo energia recuperata per la climatizzazione
Caso estivo
Impianto di ricambio aria esterna
Te=32°C, ricambio di aria esterna da 500 mc/h e Ti=26 °C. Calore
sensibile da asportare al flusso di aria esterna utilizzando un
condizionatore:
Qs = (500/3600)*1,2*1000*(32-14)= 3000 W
Utilizzando invece un recuperatore da 500 mc/h, ipotizzando ήts = 75%
(tipico), vediamo il risparmio conseguibile sul solo calore sensibile.
Troviamo le Temperature di aria all’uscita del recuperatore nel tipico
caso estivo:
• T imm = 32 – (32-26)*0,75 = 27,5 °C
• Tesp = 26 + (32-26)*0,75 = 30,5 °C
Æ Qs recup = (500/3600)*1,2*1000*(32-27,5)= 750 W
Æ Qs clima = (500/3600)*1,2*1000*(27,5-14) = 2250 W
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Recuperatore di calore con impianto VRF e
trattamento aria esterna post heating/cooling
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Il recupero di calore
Esempio di impianto di VMC
1. Unità di recupero di calore e ventilazione forzata
2. Unità interna canalizzata monosplit
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IMPIANTO EHP + RECUPERO DI CALORE:
il recupero di efficienza della Unità esterna
20 °C
15 °C
0 °C
Condizioni
Invernali
5 °C
Aspirazione UE
Æ Incremento del 10% in
efficienza della PDC (COP) e
meno sbrinamenti (fermo
macchina in riscaldamento).
con portate aria di recupero
dello stesso ordine di quella
dei ventilatori della U.E. 46
Diagramma dei limiti di funzionamento e delle correzione
delle prestazioni unità monospit
Guadagno ~ 10%
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IMPIANTO PDC + RECUPERO DI CALORE
+ recupero di efficienza nella unità esterna
26 °C
27 °C
Condizioni
Estive
32 °C
30 °C
Aspirazione UE
Æ Incremento del 3% c.a. in
efficienza della PDC (EER),
con portate aria di recupero
dello stesso ordine di quella
dei ventilatori della U.E.
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Diagramma dei limiti di funzionamento e delle correzione
delle prestazioni unità monospit
Guadagno ~ 5%
se avessi tutta la
portata d’aria
incidente a 30°C
sulla unità esterna
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Recuperatori di calore semplificati
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Accensione impianto da remoto
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Pellicole solari
In fase di riqualificazione energetica di un edificio, applicare un filtro
solare oltre ad ottemperare al DPR 59-09, ottenendo un Fattore Solare
inferiore a 0.50 (0,30 per la Lombardia) permette di avere un elevato
risparmio economico.
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Raffrescamento evaporativo
Si chiama anche RAFFRESCAMENTO ADIABATICO, perché non vi sono
importanti utilizzi e trasformazioni di energia (calore) coinvolte nel processo,
se non l’en. elettrica dei ventilatori e di una pompa per muovere l’acqua fino
allo scambiatore.
La trasformazione sfrutta l’assorbimento di una quantità di calore pari al
calore latente di evaporazione dell’acqua (4,1868 kJ/Kg) dall’aria in ingresso
nell’ambiente, che quindi si abbassa di temperatura aumentando la sua UR%.
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Raffrescamento evaporativo
Limite principale: prestazioni scarse (si parla di raffrescamento)
- 5÷8*C max sotto la T ambiente esterno
-Cattivo funzionamento con elevata umidità dell’aria
- aumento non controllato dell’umidità relativa nell’ambiente trattato
27°C
22°C
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Raffrescamento evaporativo
PLUS
► ELEVATO RANGE DI APPLICAZIONI
Refrigerazione industriale, commerciale e agricola, laboratori industriali,
magazzini, supermercati, saloni, palestre, esposizioni, negozi, serre
► ECOLOGIA: 100% utilizzo esclusivo di acqua.
►Facilità di installazione e manutenzione, subito pronti per funzionare
L'installazione dei nostri refrigeratori è veloce e semplice, come semplice è
la loro ridotta manutenzione, una o due operazioni l'anno.
ECONOMICO ►Nel funzionamento non sono utilizzati compressori, quindi
l'apparecchio lavora con l'irrisorio costo operativo di un ventilatore e una
pompa.
AFFIDABILITA’ ► Costruzione semplice e robusta, impiego di acciaio inox
nella carpenteria
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RISPARMIO ENERGETICO
Climatizzazione Industriale e del Terziario
Possibili interventi di TIPO ELETTRICO:
•
•
•
•
Sostituzione motori elettrici UTA
Rifasamento
Inserimento di regolatori di velocità
Impianti FV a servizio dell’alimentazione di
pompe di calore elettriche
• Utilizzo per riscaldamento di calore di processo
RISPARMIO ENERGETICO
Classificazione dei motori elettrici
La prima classificazione dell’efficienza dei motori elettrici in Europa e stata definita
tramite un accordo volontario basato sui metodi di prova definiti dalla norma IEC
60034-2: 1996 che definisce le classi sulla base di un indice di efficienza nominale
raggiunto a seconda di potenza e numero di poli.
Le classi individuate sono:
• EFF3 = motori a basso livello di rendimento
• EFF2 = motori a livello di rendimento standard
• EFF1 = motori ad alto livello di rendimento
Le nuove classi IE definite dalla nuova norma IEC 60034-30:2008 si basano sul
metodo di prova IEC 60034-2-1 del Settembre 2007. Sulla base dello stesso
criterio della precedente norma, vengono individuate delle differenti classi:
• IE1 = rendimento standard (paragonabile a EFF2)
• IE2 = alto rendimento (paragonabile a EFF1)
• IE3 = Premium Efficiency
RISPARMIO ENERGETICO
Æ Esempio II (ns. calcolo)
Applicazione di inverter ad un ventilatore di una UTA da 11KW
(ipotesi: motore già disponibile per la regolazione)
•
•
•
•
•
•
•
costo inverter: 1.050 €
costo energia: 0,101 €/kWh
potenza: 11kW
riduzione di potenza grazie all’inverter: 40%
ore anno di funzionamento: 1920
risparmio annuo: 853 €
Payback: 1 anno 3 mesi circa
RISPARMIO ENERGETICO
Analisi dell’applicazione degli azionamenti a v.v.
Vantaggi
• protezione dai sovraccarichi e stallo
• facilità di installazione
• si eliminano attuatori a valle (es: valvole motorizzate per limitare il
flusso, etc)
Svantaggi
• possono generare armoniche e disturbi EM ad altri apparecchiature
• devono essere calibrati alle caratteristiche meccaniche
• questione dell’affidabilità
ENERGY TECH SYSTEMS
Studio Professionale Ing. Stefano Sarti
www.energytechsystems.it
Ord. Ing. Prov. BO n.4358
CERTIFICAZIONE PRODOTTO CE / PED
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