Come fornitore di unità a frequenza variabile a 45 kW (VFD), ho assistito in prima persona all'impatto trasformativo che questi dispositivi possono avere sui sistemi a ventole e pompe. In questo post sul blog, approfondirò la scienza dietro i VFD ed esplorerò quanta energia possono risparmiare in queste applicazioni cruciali.
Comprensione dei VFD
Prima di immergerci nel risparmio energetico, capiamo prima cosa sia un VFD. Un VFD, noto anche come azionamento a frequenza variabile o azionamento di controllo CA, è un dispositivo elettronico che controlla la velocità di un motore elettrico variando la frequenza e la tensione fornite. Ciò consente un controllo preciso della velocità del motore, che a sua volta può portare a significativi risparmi energetici.
ILAzionamento a frequenza variabile VFDFunziona convertendo la potenza CA in arrivo in potenza CC e poi di nuovo in potenza CA alla frequenza e alla tensione desiderate. Questo processo è noto come controllo della frequenza variabile e consente al motore di funzionare a velocità diverse a seconda dei requisiti di carico.
L'importanza dei sistemi di fan e pompe
I sistemi di fan e pompe sono componenti essenziali in molte applicazioni industriali e commerciali. Sono usati per spostare aria, acqua e altri fluidi e consumano una quantità significativa di energia. In effetti, i sistemi di fan e pompe rappresentano gran parte del consumo totale di energia in molti edifici e strutture industriali.
Ottimizzando il funzionamento dei sistemi di ventole e pompe, possiamo ridurre il consumo di energia, ridurre i costi operativi e migliorare l'efficienza complessiva di questi sistemi. Questo è dove arrivano i VFD.
In che modo VFDs risparmia energia nei sistemi di ventole e pompe
La chiave per capire come VFDs risparmia energia nei sistemi di ventole e pompe risiede nella relazione tra velocità del motore, consumo di energia e requisiti di carico. In un motore tradizionale a velocità fissa, il motore funziona a una velocità costante indipendentemente dai requisiti di carico. Ciò significa che il motore funziona spesso a tutta velocità anche quando il carico è basso, il che si traduce in energia sprecata.
Al contrario, un VFD consente al motore di funzionare a una velocità variabile, il che significa che il motore può essere regolato per soddisfare i requisiti di carico. Quando il carico è basso, il VFD può ridurre la velocità del motore, che a sua volta riduce il consumo di energia. Questo è noto come le leggi di affinità, che affermano che il consumo energetico di un ventilatore o una pompa è proporzionale al cubo della velocità del motore.
Ad esempio, se la velocità del motore è ridotta del 20%, il consumo di energia sarà ridotto di circa il 50%. Ciò significa che anche una piccola riduzione della velocità del motore può comportare un significativo risparmio energetico.
Calcolo del risparmio energetico
Per calcolare il risparmio energetico che può essere ottenuto utilizzando un VFD da 45kW in un sistema di ventola o pompa, dobbiamo considerare diversi fattori, tra cui il profilo di carico, le ore di funzionamento e l'efficienza del motore e del VFD.
Supponiamo che abbiamo un sistema di ventola che opera 24 ore al giorno, 365 giorni all'anno e che il profilo di carico sia tale che la ventola opera a pieno carico per il 50% delle volte e a metà carico per il restante 50% delle volte. Il motore è un motore a velocità fissa da 45 kW e l'efficienza del motore e del VFD è del 90%.
Utilizzando le leggi di affinità, possiamo calcolare il consumo di energia del sistema di ventole a pieno carico e a metà carico. A pieno carico, il consumo energetico del motore da 45 kW è di 45kW. A mezzo carico, il consumo di energia del motore è di circa 11,25 kW (poiché il consumo di energia è proporzionale al cubo della velocità del motore).
Se installiamo un VFD da 45kW nel sistema della ventola, possiamo regolare la velocità del motore per abbinare i requisiti di carico. A pieno carico, il VFD farà funzionare il motore a tutta velocità e il consumo di energia sarà di 45kW. A mezzo carico, il VFD ridurrà la velocità del motore del 50%e il consumo di energia sarà di circa 2,8 kW (poiché il consumo di energia è proporzionale al cubo della velocità del motore).
Il consumo totale di energia del sistema a ventole senza il VFD è:
(45kW x 0,5 x 24 ore x 365 giorni) + (11,25 kW x 0,5 x 24 ore x 365 giorni) = 236.550 kWh/anno
Il consumo totale di energia del sistema a ventole con il VFD è:
(45kW x 0,5 x 24 ore x 365 giorni) + (2,8 kW x 0,5 x 24 ore x 365 giorni) = 194.760 kWh/anno
Il risparmio energetico ottenuto utilizzando il VFD è:
236.550 kWh/anno - 194.760 kWh/anno = 41.790 kWh/anno
Supponendo un costo di elettricità di $ 0,10 per kWh, il risparmio annuale dei costi raggiunto utilizzando il VFD è:
41.790 kWh/anno x $ 0,10/kWh = $ 4.179/anno
Altri vantaggi dell'utilizzo di VFD nei sistemi a ventole e pompe
Oltre al risparmio energetico, ci sono molti altri vantaggi dell'utilizzo di VFD nei sistemi a ventole e pompe. Questi includono:
- Prestazioni di sistema migliorate:Consentendo al motore di funzionare a velocità variabile, i VFD possono migliorare le prestazioni dei sistemi di ventola e pompa. Ciò può comportare un migliore controllo del flusso d'aria e del fluido, ridotto rumore e vibrazione e una migliore affidabilità del sistema.
- Costi di manutenzione ridotti:Poiché i VFD consentono al motore di funzionare a una velocità inferiore, possono ridurre l'usura del motore e di altri componenti nel sistema. Ciò può comportare una riduzione dei costi di manutenzione e una durata più lunga delle attrezzature.
- Sicurezza avanzata:I VFD possono fornire ulteriori funzionalità di sicurezza, come protezione da sovraccarico e protezione del cortocircuito. Ciò può aiutare a prevenire i danni alle attrezzature e ridurre il rischio di incidenti.
Conclusione
In conclusione, un VFD da 45 kW può risparmiare una quantità significativa di energia nei sistemi di ventole e pompe. Consentendo al motore di funzionare a una velocità variabile, i VFD possono corrispondere ai requisiti di carico e ridurre il consumo di energia. Ciò può comportare minori costi operativi, migliori prestazioni del sistema e riduzione dei costi di manutenzione.
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Riferimenti
- Manuale di Ashrae - Sistemi e attrezzature HVAC, American Society of Heating, Refrigerating e Air -Conditioning Engineers, Inc., 2015.
- IEEE Standard 112 - Procedure di prova per motori e generatori di induzione polifase, Institute of Electrical ed Electronics Engineers, Inc., 2004.
- "Sistemi motori a efficienza energetica: una guida per l'industria", del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dell'Ufficio per l'efficienza energetica e delle energie rinnovabili, 2008.