5 modi per massimizzare il risparmio energetico nei circolatori con motori a commutazione elettronica

Jul 24, 2023

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) ha recentemente proposto nuovi standard di risparmio energetico per le pompe di circolazione, spingendo i produttori a progettarle per una maggiore efficienza.

Le pompe di circolazione sono onnipresenti e le opportunità di ridurne il consumo energetico sono enormi. Un rapporto dell’Electric Power Research Institute (EPRI) stima che il potenziale di risparmio energetico per i circa 30 milioni di installazioni di circolatori sia superiore al 50%.

Le pompe di circolazione si trovano in una varietà di applicazioni edilizie commerciali, come unità di trattamento dell'aria (AHU), pompe booster con serpentina di raffreddamento, piccoli sistemi radianti, pompe di calore geotermiche e circuiti di ricircolo dell'acqua calda sanitaria (ACS). Fino ad oggi, le pompe di circolazione sono state trascurate per gli aggiornamenti di efficienza energetica, in parte a causa dei cicli di progettazione lunghi e ad alta intensità di capitale inerenti alla progettazione delle pompe, ma le nuove tecnologie ne stanno valendo la pena.

Attualmente, secondo la US General Services Administration, oltre il 90% delle pompe di circolazione negli Stati Uniti sono pompe a volume costante alimentate da motori a induzione standard. Per raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico, il DOE consiglia di utilizzare tecnologie motorie più avanzate.

L'analisi del DOE rileva che i motori a commutazione elettronica (EC) sono generalmente molto più efficienti dei motori a induzione e possono migliorare l'efficienza complessiva del sistema di pompaggio. La maggior parte dei motori EC utilizza uno statore tradizionale con nucleo in ferro con avvolgimenti in rame, ma le nuove topologie di motori con nucleo in aria utilizzano uno statore innovativo con scheda a circuito stampato (PCB), che ha il vantaggio di eliminare le perdite del nucleo e aumentare l'efficienza. Poiché i produttori di pompe di circolazione prendono in considerazione le nuove tecnologie dei motori EC nei loro progetti, ci sono diversi fattori da considerare per l’ottimizzazione.

I motori EC sono generalmente più efficienti del 30% rispetto ai motori a induzione perché la loro struttura riduce al minimo le perdite tra i componenti del rotore e dello statore. Nei motori EC, la laminazione e la perdita di calore del rame sono ridotte del 50%, rendendoli più efficienti. I motori EC che soddisfano gli standard internazionali di efficienza (IE) 5 offrono alcuni dei livelli di efficienza più elevati possibili, ma è importante notare che i motori EC possono variare in termini di efficienza a velocità e carichi diversi. Quando si sceglie un motore EC, identificare un motore che abbia una curva di efficienza piatta in un'ampia gamma di condizioni di carico per ottimizzare l'efficienza e il funzionamento complessivi del sistema di pompa (Immagine 1). In questo modo si garantirà che il sistema di pompa beneficerà di un’efficienza ottimale in una varietà di condizioni operative.

I motori EC avanzati che utilizzano statori PCB possono aumentare ulteriormente l'efficienza ed eliminare le perdite del nucleo. Gli statori PCB in rame sono incisi direttamente nel PCB, aumentando l'affidabilità e riducendo la quantità di materiale di rame. I motori dotati di uno statore composto da un nucleo in acciaio con avvolgimenti in rame subiranno correnti parassite che provocano perdite nel motore. La sostituzione del nucleo e degli avvolgimenti in rame con lo statore PCB elimina queste perdite, ottenendo un motore con efficienza più elevata alla potenza e alla velocità nominali, nonché nell'intero intervallo operativo.

La raccomandazione del DOE indica che i miglioramenti all’efficienza del motore e i controlli della velocità variabile basati sulla domanda possono produrre maggiori risparmi energetici rispetto a quelli derivanti da una migliore efficienza idraulica, risparmiando fino al 65% del consumo di energia a seconda dell’applicazione. Le pompe che variano la velocità possono ridurre il consumo energetico riducendo la velocità della pompa per soddisfare i requisiti di carico. I controlli integrati della velocità variabile possono anche eliminare la necessità di strozzare le valvole a valle per soddisfare la domanda, risparmiando energia e usura dell'infrastruttura. Inoltre, ciò può essere fatto senza dover installare, cablare e mettere in servizio uno spazio aereo separato e condizionato per un azionamento a frequenza variabile (VFD) convenzionale, che può avere costi proibitivi.

Sebbene tutti i motori EC dispongano di un certo livello di tecnologia a velocità variabile incorporata, è importante essere consapevoli che le loro capacità di controllo vanno dalle opzioni di controllo della velocità di base alle funzionalità di controllo più sofisticate presenti nei tipici VFD, come la connettività MODBUS e le capacità di comunicare le prestazioni del motore e i dati sanitari a un controller o a un sistema di controllo centralizzato. Questi motori EC avanzati consentono il monitoraggio remoto di vibrazioni, temperatura, velocità ed efficienza, che si ripercuotono sui controller delle pompe e consentono ai motori di adattarsi e proteggersi su richiesta.