Impianto IMI Hydronic di Erwitte, Germania

Come parte del suo programma di sostenibilità, IMI Hydronic Engineering studia continuamente modi per ridurre la propria impronta di carbonio, limitando al contempo il consumo di energia in un mercato altamente volatile. L'azienda ha investito molto per migliorare l'utilizzo dell'energia nello stabilimento di Erwitte, in Germania, installando e utilizzando celle fotovoltaiche e parchi eolici. Il team di gestione di Erwitte vuole continuare a migliorare. Tuttavia, è necessario capire dove e come l'energia viene distribuita in modo granulare. Per migliorare l'intero sistema del sito di produzione, è stata installata una soluzione idronica ottimizzata e sperimentata per un mese; i risultati positivi hanno portato all'implementazione dell'intero sito.

IMI Hydronic ha collaborato con Enerbrain per individuare la soluzione migliore che garantisse il minimo consumo energetico e l'ottimizzazione del comfort; durante il test durato un mese è stato risparmiato il 45% di energia e il comfort degli utenti è migliorato dal 43% al 67%.

Il riscaldamento dell'edificio viene prodotto in un locale caldaia centrale; due scambiatori di calore assicurano la distribuzione dai circuiti primari a quelli secondari. Sui circuiti terziari sono presenti sei utenze con diversi profili di carico e di domanda. L'utenza primaria, un'unità di trattamento dell'aria (UTA), è stata identificata e isolata; rappresenta l'80% del carico con 600kW. L'UTA è anche responsabile del riscaldamento e del ricircolo dell'aria dell'intero padiglione.

Il team ha affrontato quattro sfide principali:

1. Opacità del sistema: Il team non era in grado di stimare la quantità di energia che fluiva e veniva consumata nel sistema. Non potevano risolvere ciò che non conoscevano.
2. Bassa controllabilità del flusso: L'UTA e i suoi scambiatori di calore sono stati inizialmente sovradimensionati. Nella maggior parte dei casi, il carico era così ridotto che la valvola di controllo era appena aperta, complicando la possibilità di un controllo accurato.
3. Variabilità del carico: A causa della pandemia COVID, la produzione del sito è stata continuamente regolata per soddisfare le richieste e la presenza delle persone. Ciò ha comportato complicazioni nell'impostazione dei cicli di riscaldamento corretti, poiché le esigenze cambiavano continuamente.
4. Disponibilità del sistema: L'aggiornamento del sistema e delle tubature doveva essere effettuato in un breve periodo di tempo per garantire che la produzione non fosse disturbata a lungo. 

La soluzione consisteva in due aggiornamenti critici del sistema:

1. Al posto della valvola miscelatrice a 3 vie è stata installata una TA-Smart DN80 e il by-pass è stato chiuso, come mostrato nella Figura 2. La valvola misura continuamente l'energia che scorre attraverso lo scambiatore di calore e controlla la portata nel circuito di iniezione. I dati di portata, potenza, temperatura ed energia vengono trasmessi ogni 15 secondi a HyCloud tramite un gateway 4G.  La valvola TA-Smart rompe l'opacità del sistema fornendo continuamente dati e regolazioni, garantendo un'eccellente controllabilità della portata. La sua lunghezza consente inoltre una rapida installazione con tubazioni limitate, garantendo una buona disponibilità del sistema.
2. In collaborazione con Enerbrain, nel capannone di produzione sono stati installati quattro sensori che misurano i livelli di umidità relativa, temperatura e CO2. Il sistema di controllo è stato inoltre aggiornato con una soluzione di controllo e visualizzazione in cloud. Questo sistema regola dinamicamente i setpoint delle valvole, dei ventilatori e delle serrande in base alle misure dei sensori e ai dati storici, sfruttando algoritmi analitici avanzati. Questo aggiornamento ha contribuito a rompere l'opacità del sistema rendendo disponibili i dati in modo consolidato. Il sistema regolerà inoltre dinamicamente il setpoint in base alla variabilità del carico del sistema.

Per garantire il corretto funzionamento della soluzione, il processo di installazione e messa in servizio è stato fondamentale:

• Installazione: Il TA-Smart ha sostituito la valvola a 3 vie. Il terzo tubo è stato chiuso per convertire il circuito a 3 vie in un circuito di iniezione a 2 vie. È stata scelta una valvola DN80 PN16 per adattarsi alle tubazioni esistenti. Ciò è stato possibile grazie alle eccezionali capacità di controllo della valvola: la portata di progetto rappresenta il 28% del flusso nominale della valvola. Il TA-Smart è alimentato con un'alimentazione a 24 Vac e controllato con un segnale a 10 Vdc. L'alimentazione e i segnali di ingresso dell'attuatore della valvola a 3 vie sono stati mantenuti come installati in origine. I sensori ambiente, alimentati a batteria, sono stati posizionati in punti strategici della sala. L'aggiornamento del sistema di controllo è consistito in 3 componenti principali collocati tra il pannello di controllo originale e il dispositivo di campo. L'installazione completa è durata un giorno ed è stata eseguita dalla squadra di manutenzione della fabbrica.
• Messa in servizio:  La valvola è stata parametrizzata utilizzando l'app HyTune senza bisogno di dispositivi aggiuntivi. La modalità di controllo è stata impostata su Portata per garantire una caratteristica EQM. La portata di progetto è stata regolata a 13.500 l/h. È stato installato un gateway 4G per trasmettere i dati a HyCloud, poiché non erano disponibili bus o reti interne in loco.

Per valutare l'impatto della nuova soluzione installata, sono state definite due fasi: una per replicare il vecchio sistema e una per il nuovo sistema; queste due fasi sono state attivate e disattivate per due settimane:

• Fase 1: dopo l'installazione della soluzione, il TA-Smart è stato impostato sul controllo della posizione per replicare il comportamento della vecchia valvola a 3 vie e il nuovo sistema di controllo è stato spento.
• Fase 2: il TA-Smart è stato impostato in modalità di controllo della portata e gli algoritmi sono stati attivati. È possibile valutare un risparmio del consumo di energia termica di circa il 50%, come mostrato nella Figura 3.

  

  Il risparmio energetico dovrebbe essere inferiore durante l'estate e l'inverno. Inoltre, vale la pena notare che la percentuale di tempo di comfort è aumentata dal 43% al 67% durante il periodo pilota.