All’interno degli edifici trascorriamo buona parte delle nostre giornate, per ragioni private e di lavoro: non stupisce, dunque, che queste strutture siano responsabili di oltre il 30% del consumo globale di energia. Da dove arriva questo fabbisogno? Naturalmente, una percentuale è legata all’elettricità utilizzata per l’illuminazione e per alimentare i dispositivi elettronici che usiamo quotidianamente. Ma in realtà gran parte dell’energia consumata è legato alle soluzioni capaci di migliorare il comfort ambientale. La stima è che riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (i cosiddetti sistemi HVAC) siano in media responsabili di circa il 50% dell’energia utilizzata negli edifici.
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Il pianeta chiede edifici più efficienti
Ecco perché, in un momento il cui l’intero pianeta è impegnato nella riduzione del consumo di energia e delle emissioni di CO2 (vedi la recente COP26) diventa importante intervenire sul fabbisogno energetico degli edifici, migliorando l’efficienza energetica dei sistemi HVAC. Ad esempio, l’Unione Europea già prevede che tutti i nuovi edifici (o quelli sottoposti a ristrutturazioni rilevanti) debbano raggiungere un livello di consumo energetico prossimo allo zero. Entro il 2050, secondo quanto stabilito dalla Direttiva Ue 2018/844, gli stati membri dovranno decarbonizzare completamente il proprio patrimonio edilizio. L’accresciuta sensibilità ambientale fa sì che un edificio ad alta efficienza energetica sia ormai allettante anche per aziende e investitori: uno stabile certificato green può contribuire a migliorare la reputazione di un’azienda, oltre che a garantire degli importanti risparmi dal punto di vista dei consumi energetici.
Il monitoraggio dei parametri esterni
È chiaro dunque che, per ridurre al minimo il consumo di energia degli edifici, non si può prescindere dall’individuazione delle tecnologie e delle tecniche più efficienti per i sistemi HVAC. Partendo da una considerazione di base: la climatizzazione di un edificio non è qualcosa né di semplice né di scontato. Infatti è legata a doppio filo alle condizioni meteo esterne, che possono essere anche estremamente variabili: in alcune aree del pianeta la variazione delle temperature può essere superiore a 50°C a seconda delle stagioni, ma anche in una singola giornata lo scarto tra giorno e notte può essere superiore ai 20°C. Ovviamente anche tutti gli altri parametri meteorologici (pioggia, vento, irraggiamento, ecc) influiscono sulla climatizzazione interna di un edificio. Quindi, innanzitutto, il funzionamento dei sistemi HVAC deve essere sostenuto da appositi sistemi di monitoraggio, che siano in grado di misurare continuamente parametri climatici/ambientali esterni e interni (ad esempio la quantità di persone presenti), facendo così in modo che questi apparati funzionino nella maniera ottimale, assicurando così sia il giusto grado di comfort che il massimo risparmio energetico possibile. In quest’ottica è fondamentale il collegamento tra i moderni software per la gestione dell’edificio (BMS, Building Management System) e gli impianti dedicati alla climatizzazione.
I motori elettrici dietro i sistemi HVAC
Fatta questa inevitabile premessa, però, occorre guardare al funzionamento stesso dei sistemi HVAC, che dipende strettamente dal lavoro dei motori elettrici. Questi ultimi, infatti, assicurano la forza motrice necessaria per azionare ventilatori delle unità di trattamento dell’aria, pompe di circolazione, compressori frigoriferi, e altre componenti fondamentali interne dei sistemi HVAC. I motori elettrici, come viene raccontato in questo articolo, possono essere per propria natura più o meno efficienti da un punto di vista energetico: semplificando notevolmente, i motori più recenti e di nuova generazione tendono infatti a essere più efficienti da un punto di vista energetico, anche per rispettare apposite normative in materia (come la direttiva Ecodesign).
Il ruolo degli azionamenti
Tuttavia, quello che attualmente fa davvero la differenza in materia di rendimento energetico dei sistemi HVAC è rappresentato dalla disponibilità dagli azionamenti a velocità variabile (VSD-Variable Speed Drive): si tratta di apparecchiature che sono in grado di controllare la velocità dei motori variando la frequenza e la tensione di ingresso. Dal momento che i sistemi HVAC funzionano a carichi parziali per la maggior parte del tempo, gli azionamenti a velocità variabile possono consentire un risparmio medio di energia che va dal 20 al 60%. Invece di avere un motore elettrico sempre in funzione a piena potenza, un convertitore di frequenza consente di variare la velocità del motore, in base alle esigenze. Questo porta ad un risparmio sull’energia assorbita da pompe, compressori e ventilatori garantendo sempre e comunque l’ottimizzazione dei parametri relativi ad ambiente, temperatura e umidità.
L’importanza degli azionamenti
L’importanza dell’efficienza energetica nel mondo HVAC è ben nota a un operatore come ABB, che in questo ambito offre una vasta gamma di prodotti e soluzioni che garantiscono coordinamento elettrico tra protezione e comando, sicurezza, continuità di servizio, riduzione dei costi di esercizio, minor manutenzione e spazi installativi ridotti, senza tralasciare la tutela dell’ambiente. In particolare, ABB dedica particolare attenzione agli azionamenti a velocità variabile (VSD-Variable Speed Drive), che sono dotati della tecnologia “Active Front End” (AFE) per limitare uno dei problemi più comuni dei convertitori di frequenza: il fenomeno delle armoniche. La continua commutazione dei componenti interni agli azionamenti genera, infatti, un rumore elettromagnetico – chiamato distorsione armonica – che incide negativamente sull’efficienza della rete di potenza. Invece, gli azionamenti dotati di AFE sono in grado di limitare ad appena il 3% la distorsione armonica in corrente.
Le soluzioni di ABB per il mondo HVAC
Per quanto riguarda i motori elettrici veri e propri, per il mondo HVAC ABB consiglia ai propri clienti l’impiego dei motori sincroni a riluttanza (SynRM), inIE5 secondo gli standard internazionali, che sono in grado di ridurre le dissipazioni di energia di ben il 40% rispetto a un analogo motore di classe IE3. La multinazionale dell’automazione, inoltre, mette a disposizione anche ABB Ability™ Condition Monitoring for drives, un servizio che fornisce informazioni dettagliate in tempo reale sullo stato di salute dell’azionamento, per garantire la disponibilità, l’affidabilità e la manutenzione dell’apparecchiatura. Avendo a disposizione tutti i dati, diventa possibile prendere decisioni corrette anche dal punto di vista dei rendimenti energetici. I clienti possono inoltre contare su ABB Ability™ Digital Powertrain, una suite di soluzioni digitali che comprende dispositivi, software e servizi, capace di combinare connettività e analisi dei dati per rendere le operazioni efficienti, affidabili e sicure. Ma quali sono i vantaggi economici per i clienti finali derivanti dall’installazione di un apparato di soluzioni HVAC efficiente? Secondo ABB il ritorno dall’investimento è di circa due anni, ovvero un intervallo temporale ragionevolmente sostenibile per la grande maggioranza delle aziende.
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