Potenziamento HyPerformance in un istituto di ricerca di Taiwan
L'impianto di acqua refrigerata dell'IT Research Institute (ITRI) di Taiwan presentava il problema comune della sindrome da basso Delta T nei sistemi tradizionali a portata variabile controllati da ON-OFF, con conseguenti sovraportatei, disagi e rumori. Per risolvere questo problema, l'ITRI ha collaborato con il team di IMI Hydronic Engineering di Taiwan per migliorare le prestazioni e l'efficienza del sistema, ottenendo un risparmio energetico fino al 60%.
Questa è una sintesi del progetto; per ulteriori dettagli su come è stata effettuata la valutazione e sui dati analizzati per giungere a tali conclusioni, scaricare il rapporto completo qui.
Il progetto
L'Industrial Technology Research Institute (ITRI) è un'organizzazione di ricerca e sviluppo con sede a Taiwan che si occupa di promuovere lo sviluppo industriale e l'innovazione tecnologica. Nell'ambito dei suoi sforzi per ridurre il consumo energetico e promuovere la sostenibilità, l'ITRI ha voluto valutare il suo sistema HVAC per identificare i risparmi energetici e migliorare il comfort interno.
Il sistema in questione è stato utilizzato per condizionare l'aria di due edifici a uso misto (uffici e laboratori di ricerca), con un impianto di acqua refrigerata che fornisce acqua refrigerata a entrambi gli edifici, con un refrigeratore centrifugo da 500RT e un refrigeratore centrifugo a cuscinetti magnetici da 400RT che lavorano in tandem per fornire capacità di raffreddamento.
Il sistema di acqua refrigerata primario/secondario utilizzava un controllo di portata costante sul lato primario, mentre il lato secondario era suddiviso in tre pompe di zona con controllo a velocità variabile. Il sistema prevedeva anche ventilconvettori come unità terminali, con una valvola a due vie controllata ON-OFF in un sistema a portata variabile come valvola di controllo per il ventilconvettore.
Tuttavia, il sistema soffriva della sindrome del basso Delta T, che portava a un sovraccarico della portata di acqua refrigerata in condizioni di carico parziale, anche se il sistema era in condizioni di progetto. Questo problema causava un funzionamento dei refrigeratori a bassa efficienza, con conseguente spreco di energia e aumento del consumo energetico dell'intero sistema HVAC.
La sfida idronica
A Taiwan, il progetto tipico dei sistemi HVAC negli edifici commerciali prevede ventilconvettori come unità terminali e la valvola di controllo del ventilconvettore è una valvola a due vie con controllo ON-OFF in un sistema a portata variabile.
Tuttavia, i sistemi tradizionali a portata variabile controllati da ON-OFF devono affrontare molti problemi tecnici, principalmente legati all'inadeguatezza del TAB (testing, adjusting and balancing) in loco, che porta alla sindrome del basso Delta T, ovvero al sovraccarico della portata di acqua refrigerata in condizioni di carico parziale. L'inadeguatezza del TAB in loco è la ragione principale per cui la maggior parte dei sistemi ad acqua refrigerata esistenti soffre di questa sindrome, con conseguente disagio e generazione di rumore.
Inoltre, il costo energetico dell'intero sistema HVAC aumenta poiché le pompe a velocità variabile del sistema a portata variabile non possono ridurre la frequenza a causa del funzionamento improprio delle valvole di controllo del sistema idronico.
L'ITRI ha cercato di ottimizzare il sistema idronico per migliorare l'efficienza energetica e il comfort umano, garantendo al contempo una temperatura ambiente stabile senza oscillazioni.
La soluzione
Con la politica governativa di risparmio energetico e riduzione dell'anidride carbonica degli ultimi anni, le apparecchiature del sistema di condizionamento dell'ITRI sono state sostituite negli ultimi anni. Dal progetto iniziale di sostituzione del refrigeratore centrifugo a cuscinetti magnetici per migliorare l'efficienza di funzionamento del refrigeratore, all'installazione di un controllo a frequenza variabile per le pompe dell'acqua refrigerata, alla sostituzione dei vecchi ventilconvettori con nuovi, ecc. Tuttavia, l'ottimizzazione del controllo del sistema idronico non dipende solo dalla presenza di apparecchiature altamente efficienti, ma piuttosto dall'efficacia con cui possono essere gestite in modo efficiente dal punto di vista energetico.
La strategia di ottimizzazione del sistema idronico per l'impianto di climatizzazione di IMI Hydronic Engineering è stata quella di:
- Installare regolatori di pressione differenziale sulle diramazioni del sistema idronico e rifare il TAB (Testing, Adjusting, and Balancing) per l'intero sistema idronico ad acqua refrigerata in loco.
- Regolare la pressione differenziale di ogni regolatore di pressione differenziale sulle diramazioni
- Ottimizzazione dell'impostazione della frequenza di funzionamento della pompa di zona variabile.
Poiché la portata di acqua refrigerata poteva essere controllata con precisione in qualsiasi condizione di lavoro, il sistema idronico era in grado di mantenere la differenza di temperatura tra la temperatura di mandata e quella di ritorno dell'acqua refrigerata il più alta possibile, senza che si verificasse un eccesso di acqua refrigerata. Gli impianti di acqua refrigerata a portata variabile potrebbero funzionare in condizioni di maggiore efficienza, poiché le pompe e i refrigeratori di acqua refrigerata a frequenza variabile potrebbero ridurre il consumo energetico in condizioni di carico parziale.
Grazie all'implementazione della soluzione proposta, l'istituto di ricerca è riuscito a ottenere un significativo risparmio energetico. L'istituto ha effettuato un'analisi del consumo energetico del refrigeratore centrifugo a cuscinetti magnetici ad alta efficienza 400RT prima e dopo il progetto di ottimizzazione ed è stato in grado di misurare una riduzione del consumo energetico di almeno il 20%, fino a circa il 60% in inverno. Inoltre, è stato possibile ridurre il consumo energetico delle pompe di zona ad acqua refrigerata variabile fino al 42%, e addirittura fino al 60% in alcune stagioni, con un periodo di ammortamento stimato in soli tre anni.
Inoltre, l'implementazione del controllore intelligente della valvola ha consentito un migliore controllo della portata dell'acqua refrigerata, con conseguente miglioramento del comfort interno e riduzione della rumorosità.
La competenza tecnica fornita dal team di IMI Hydronic Engineering è stata fondamentale per il successo di questo progetto. Apparecchiature altamente efficienti non sono sufficienti a garantire un controllo ottimizzato del sistema idronico e, identificando con competenza i problemi del sistema esistente (TAB inadeguato, utilizzo di sistemi tradizionali a portata variabile controllati da ON-OFF), sono stati in grado di proporre una soluzione di aggiornamento che ha affrontato i problemi alla base per raggiungere tutti gli obiettivi del progetto: risparmio energetico significativo, miglioramento del comfort interno e riduzione dei livelli di rumore.