Per i sistemi di riscaldamento o ad acqua refrigerata che servono impianti di condizionamento dell'aria, il requisito per il massimo riscaldamento o raffreddamento si verifica solo all'avvio o nei rari giorni di picco di progettazione. Per la maggior parte del tempo sarà sufficiente una potenza di riscaldamento o raffrescamento ridotta. Durante questi periodi è possibile pompare meno acqua, riducendo così il consumo energetico annuale della pompa.
L'energia della pompa può essere risparmiata perché esiste un'utile correlazione tra velocità, pressione, portata e potenza della pompa. Per qualsiasi pompa che sta pompando contro una resistenza fissa, le conseguenze della modifica della velocità della pompa (da N1 a N2) possono essere previste dalle leggi di somiglianza della pompa:
dove N è la velocità della pompa (giri/s), Q è la portata (m3/s), Δp è la pressione differenziale ai capi della pompa (Pa) e P è la potenza della pompa (W). In altre parole, se la velocità della pompa viene ridotta al 25% del suo valore precedente allora:
- anche la portata (Q) viene ridotta al 25% del suo valore precedente
- la pressione generata dalla pompa (Δp) viene ridotta al 6,25% (ovvero un sedicesimo del suo valore precedente)
- il consumo di energia della pompa (P) è ridotto all'1,6% (ovvero un sessantaquattresimo del suo valore precedente)
La stessa conseguenza può essere vista quando queste relazioni vengono applicate all'equazione standard per determinare la potenza della pompa:
dove η è l'efficienza complessiva della pompa (%).
Si può vedere che se la velocità della pompa viene ridotta al 25%, provocando una riduzione del flusso al 25% e una riduzione della pressione della pompa al 6,25%, allora, come previsto dalle leggi di similarità della pompa, la potenza della pompa si riduce all'1,6% (cioè 0,25 volte 6,25).
Questa relazione è valida a condizione che la pompa stia pompando contro una resistenza fissa perché, per questa situazione, l'efficienza della pompa di solito rimane abbastanza costante indipendentemente dai cambiamenti nella velocità della pompa. Pertanto, se il sistema di tubazioni serve un carico di riscaldamento o raffreddamento uniforme, dovrebbe essere possibile mantenere costante la resistenza del sistema e regolare la velocità della pompa su e giù in risposta alla domanda, ottenendo così tutto il risparmio energetico del 98,4% previsto al 25%. fluire.
Tuttavia, la maggior parte dei sistemi serve più zone con carichi variabili, ciascuna delle quali richiede il controllo personalizzato delle unità terminali. Questo controllo è generalmente fornito da valvole di controllo a 2 vie che modulano il flusso come richiesto per adattarsi alla zona. In un sistema con valvole di controllo a 2 vie, la resistenza complessiva del sistema non sarà fissa ma aumenterà e diminuirà man mano che le valvole si aprono e si chiudono.
In questa situazione l'effettivo risparmio energetico ottenibile dalla pompa dipenderà dal modo in cui viene controllata la velocità della pompa. Il modo più semplice per controllare la velocità della pompa è farla rispondere a un segnale di pressione differenziale tra due punti da qualche parte nel sistema. Le migliori opzioni di risparmio energetico sono:
- variare la velocità della pompa in base alla pressione differenziale della pompa e utilizzando una caratteristica di controllo della velocità integrale designata dal produttore della pompa.
- variare la velocità della pompa per mantenere la pressione costante alle estremità del sistema (utilizzando sensori di pressione differenziale remoti).
Le conseguenze di ciascuna opzione in termini di caratteristiche di resistenza della pompa e del sistema sono mostrate nelle Figure 1a e 1b. Per ogni esempio è stata ipotizzata una portata minima dell'impianto del 25%.
Si può vedere dalla Figura 1a che i controller integrali della pompa sono in grado di generare le proprie caratteristiche di controllo della velocità che determinano come la pompa risponderà ai cambiamenti nella resistenza del sistema. Si può vedere dalla Figura 1a che i controller integrali della pompa sono in grado di generare le proprie caratteristiche di controllo della velocità che determinano come la pompa risponderà ai cambiamenti nella resistenza del sistema. Il punto di funzionamento della pompa si troverà sempre da qualche parte su questa caratteristica. La Figura 1a mostra una caratteristica di controllo in linea retta, ma i produttori di pompe possono anche fornire caratteristiche curve che danno maggiori riduzioni della velocità della pompa per le stesse condizioni operative.
Le pompe controllate in questo modo hanno il vantaggio di evitare la necessità di sensori di pressione differenziale remoti. Tuttavia, con tutti i controller integrati si presume che il sistema abbia un modello di carico abbastanza uniforme e prevedibile e che tutte le valvole a 2 vie si aprano e si chiudano all'incirca insieme. Se il modello di carico non è uniforme, cioè è probabile che alcuni circuiti rimangano completamente aperti mentre la maggior parte si chiude, allora c'è il rischio che i circuiti completamente aperti possano essere privati del flusso quando la velocità della pompa diminuisce.
L'uso di sensori di pressione differenziale remoti alle estremità del sistema è un modo più preciso per controllare la velocità della pompa. La velocità della pompa è controllata in modo tale che la pressione minima di progetto sia sempre disponibile ad ogni estremità. Pertanto, come mostrato nella Figura 1b, il punto di funzionamento della pompa a carico parziale potrebbe trovarsi ovunque all'interno di un intervallo di valori tra le condizioni di carico massimo e minimo. Sono necessari più sensori perché in un sistema a flusso variabile in cui le valvole a 2 vie possono chiudersi in ordine casuale, l'indice del sistema potrebbe non rimanere in una posizione ma potrebbe spostarsi in diverse parti del sistema.
Si può vedere dalla Figura 1b che per un sistema controllato in questo modo il punto operativo di carico minimo non è fissato da alcuna caratteristica di controllo predeterminata ma è libero di diminuire quanto richiesto. È quindi probabile che l'uso di sensori remoti consenta di ottenere maggiori risparmi energetici rispetto all'utilizzo di regolatori di velocità integrati.
Per ogni metodo di controllo della velocità della pompa, il risparmio energetico della pompa ottenibile tra le condizioni di carico massimo e minimo sarà pari alla differenza tra la potenza della pompa a carico massimo e minimo, ovvero:
Risparmio energetico della pompa = (Δp1 Q1 / η1) – (Δp2 Q2 / η2)
Tracciando la perdita di carico massima e minima e le condizioni di portata sulla curva della pompa del produttore della pompa, è possibile determinare la variazione dell'efficienza della pompa e il conseguente risparmio energetico. Tuttavia, per completare questo calcolo, è necessario stimare i compiti della pompa sia per le condizioni di carico massimo che minimo. Ciò potrebbe richiedere la ripetizione dell'esercizio di dimensionamento della pompa.
CIBSE Knowledge Series — Variable flow pipework systems
