Pompaggio distribuito: togliere il piede dal freno

Se si considera il consumo energetico degli edifici commerciali, il raffreddamento degli ambienti è uno dei maggiori consumatori di elettricità. Il raffreddamento centralizzato viene utilizzato per edifici di grandi dimensioni in cui un impianto ad acqua refrigerata può consumare dal 20% al 30% dell'energia elettrica totale di un edificio. Le pompe sono necessarie per distribuire l'acqua refrigerata alle unità di trattamento dell'aria degli edifici.

Attualmente, il modello di acqua refrigerata più comune è un sistema a flusso primario variabile (VPF). Un esempio semplificato di questo progetto è mostrato nell'immagine 1. L'acqua viene pompata attraverso i refrigeratori, distribuita alle unità di trattamento dell'aria dell'edificio e quindi restituita alle pompe. Con questo design, la prevalenza della pompa deve essere sufficiente a superare le perdite per attrito attraverso i refrigeratori, le tubazioni, le batterie di trattamento dell'aria, le valvole di controllo e bilanciamento. Il metodo di controllo più comune per le pompe a velocità variabile è il controllo della pressione tramite un trasmettitore di pressione differenziale posizionato strategicamente nel sistema di tubazioni. Quando viene mantenuta una pressione differenziale costante, a ciascuna unità di trattamento aria vengono forniti una pressione adeguata e un flusso sufficiente. Quando la richiesta di flusso di acqua refrigerata dai dispositivi di trattamento dell'aria è inferiore al requisito di flusso minimo del refrigeratore, è necessario aprire una valvola di bypass per fornire protezione ai refrigeratori.

Prima che i progetti VPF diventassero prevalenti, i sistemi primari/secondari erano lo standard per i sistemi ad acqua refrigerata e costituiscono ancora oggi una considerazione di progettazione. Un esempio semplificato di un sistema primario costante/secondario variabile è mostrato nell'immagine 2. Questo tipo di progetto richiede due serie di pompe. Le pompe primarie forniscono acqua attraverso il circuito principale del refrigeratore. Queste pompe devono fornire solo una prevalenza sufficiente per superare le perdite di tubi, raccordi e valvole insieme alle perdite di pressione attraverso i refrigeratori. Le pompe secondarie distribuiscono l'acqua alle unità di trattamento aria dove la testa della pompa deve superare le perdite per attrito attraverso le tubazioni, le batterie di trattamento dell'aria, le valvole di controllo e bilanciamento. Proprio come il sistema VPF, un trasmettitore di pressione differenziale è installato in una posizione strategica per mantenere una pressione sufficiente, garantendo un flusso adeguato per ciascuna unità di trattamento aria (AHU).

Sia i sistemi VPF che quelli primari/secondari prevedono l'uso di valvole di controllo e bilanciamento per garantire un flusso adeguato a ciascuna unità di trattamento dell'aria. L'immagine 3 mostra una tipica disposizione delle tubazioni della batteria per un'unità di trattamento dell'aria. Una temperatura dell'aria in uscita (LAT) costante viene mantenuta mediante l'uso di una valvola di controllo modulante. Un aumento della temperatura dell'aria di ritorno e/o dell'aria esterna causerà un aumento della temperatura dell'aria in uscita, che richiederà un flusso di raffreddamento aggiuntivo, nel qual caso la valvola di controllo modulerà in una posizione più aperta. Allo stesso modo, una diminuzione dell'aria di ritorno e/o dell'aria esterna comporterà una diminuzione della temperatura dell'aria in uscita e la valvola di controllo modulerà in una posizione più chiusa.

Per garantire un flusso adeguato alla bobina, la pompa deve fornire una prevalenza sufficiente per superare le perdite di pressione attraverso la bobina, le valvole di controllo e di bilanciamento. Se si vuole che si verifichi il flusso, è necessario che vi sia una caduta di pressione attraverso una valvola di controllo. Se la caduta di pressione attraverso la valvola quando è completamente aperta non rappresenta una percentuale sufficientemente grande della perdita di carico totale del sistema, ci sarà una variazione minima nel flusso del fluido finché la valvola non si chiude effettivamente. Se si desidera un buon controllo, le valvole di controllo devono essere selezionate per allinearsi alle prestazioni della serpentina di raffreddamento. Una regola pratica comune per garantire un buon controllo è quella di selezionare le valvole in modo tale che, alla portata di progetto, dal 25% al ​​50% della caduta di pressione totale del sistema venga assorbita dalla valvola di controllo. Le valvole di controllo sottodimensionate possono garantire una buona autorità/buon controllo ma potrebbero non essere in grado di fornire un flusso sufficiente durante i picchi di richiesta, mentre le valvole di controllo sovradimensionate possono comportare uno scarso controllo.

Un modo per evitare problemi con le valvole di controllo e bilanciamento è eliminarle. L'immagine 4 mostra come è possibile sostituire la valvola di controllo e bilanciamento con una pompa intelligente con controlli integrati. Con questo design, lo stesso sensore di temperatura collegato alla valvola di controllo ora può essere collegato direttamente alla pompa. La pompa intelligente a velocità variabile può regolare la propria velocità di rotazione per mantenere il setpoint della temperatura dell'aria in uscita. Esegue letteralmente la stessa funzione della valvola di controllo ma a una pressione operativa molto più bassa. La valvola di ritegno impedisce qualsiasi riflusso verso il lato di mandata nel caso in cui l'UTA non sia in uso. Un'analogia con la differenza tra i due è che le valvole di controllo e di bilanciamento rappresentano i freni di un'automobile e la pompa rappresenta il pedale dell'acceleratore (acceleratore). Invece di applicare sia l’acceleratore che i freni, la pompa intelligente applica semplicemente la quantità di gas necessaria per mantenere la velocità o il setpoint in questo caso.