Uno degli obiettivi di ABB è quello di aiutare le aziende a migliorare l’efficienza energetica dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria.
Nell’ottica di aiutare le aziende a migliorare l’efficienza energetica dei sistemi HVAC-R, acronimo di Heating, Ventilation and Air Conditioning and Refrigeration, ABB suggerisce come affrontare il fenomeno delle “armoniche di linea”.
di Simona Recanatini
Per quel che riguarda le applicazioni HVAC-R (acronimo di Heating, Ventilation and Air Conditioning and Refrigeration), ABB si è posta come obiettivo quello di aiutare le aziende a ottimizzare l’efficienza energetica dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria, oggi parte integrante di qualsiasi edificio o struttura, indipendentemente dalla loro funzione. Come è noto, per mantenere il giusto comfort e la qualità dell’aria negli edifici, gli impianti consumano una grande quantità di energia. L’utilizzo adeguato di azionamenti a frequenza variabile (VFD ovvero Variable Frequency Drive) riesce a ridurre drasticamente i consumi energetici di impianti di questo tipo ma i drive, così come altri dispositivi elettronici, causano il fenomeno delle “armoniche di linea”.
I vantaggi derivanti dall’utilizzo di un azionamento compensano ampiamente gli effetti negativi delle armoniche; nonostante ciò è importante conoscere le armoniche e i potenziali problemi che causano, oltre alle soluzioni disponibili per la loro riduzione.
Le armoniche inquinano la rete elettrica e possono causare danni ad apparecchiature elettroniche sensibili, interferenze con apparecchiature di comunicazione e false letture nei dispositivi di misura. Un altro effetto è il surriscaldamento di trasformatori, cavi, motori, generatori e condensatori, con conseguente funzionamento inaffidabile e, nei casi peggiori, interruzioni impreviste del processo. Invece di contrastare le armoniche con interventi spesso inefficaci, ad esempio il raffreddamento o il sovradimensionamento delle apparecchiature, è più efficace utilizzare apparecchiature che non generano armoniche alla fonte.
Per mantenere il comfort e la qualità dell’aria negli edifici, gli impianti consumano una grande quantità di energia.
DRIVE E ARMONICHE
I drive rappresentano spesso l’elemento chiave per calcolare le armoniche e i metodi di attenuazione, in virtù del fatto che i VDF nelle applicazioni HVAC-R possono rappresentare una quota significativa dei consumi complessivi dell’edificio. Alcuni esempi dell’uso di drive nella climatizzazione sono le pompe (acqua refrigerata, acqua di condensa, acqua calda), i ventilatori (alimentazione, ritorno, scarico, torre di raffreddamento), i compressori, gli impianti di illuminazione, i gruppi di continuità e così via.
Le armoniche si formano sulla forma d’onda della tensione a causa dei dispositivi elettronici che assorbono corrente in modo non lineare. Normalmente, vengono misurate in percentuale, ottenendo la distorsione armonica totale (THD). Se TDH è pari a 0% vuol dire che la tensione o la corrente non contengono armoniche. Chiaramente, all’aumentare della percentuale TDH corrisponde un aumento della percentuale di armoniche.
L’utilizzo adeguato di azionamenti a frequenza variabile riduce i consumi energetici degli impianti HVAC ma i drive, così come altri dispositivi elettronici, causano il fenomeno delle “armoniche di linea”.
Le armoniche non devono essere confuse con le interferenze in radiofrequenza (RFI), che si verificano a frequenze più elevate. Le armoniche di linea, infatti, sono a bassa frequenza e non interferiscono con segnali di rete wireless, cellulari, radio FM o AM o altre apparecchiature sensibili al rumore in alta frequenza.
Le armoniche hanno conseguenze economiche in tutte le fasi della vita di un edificio: da un lato c’è il costo a monte per dimensionare le apparecchiature per sopportare le armoniche o investire nella riduzione delle armoniche stesse, dall’altro ci sono i costi quotidiani aggiuntivi connessi all’inefficienza del sistema oltre ai costi indotti da un eventuale guasto prematuro delle apparecchiature.
Esistono diversi metodi per ridurre le armoniche ma non esiste una “soluzione universale”.
L’IMPATTO DELLE ARMONICHE
Alcuni settori devono prestare particolare attenzione alla qualità dell’energia, e quindi alle armoniche, perché la continuità operativa dei loro impianti di climatizzazione è vitale. Ospedali, datacenter e aeroporti sono le tre tipologie di infrastrutture che vengono più spesso indicate come critiche: pertanto, i progettisti di questi sistemi devono essere consapevoli dell’impatto delle armoniche su qualsiasi infrastruttura critica.
La famiglia ultra low harmonic di ABB.
Un modo per gestire le armoniche è semplicemente sovradimensionare alcune parti dell’infrastruttura elettrica di un edificio. Un’alternativa al costo delle apparecchiature sovradimensionate è investire in prodotti che generano meno armoniche. Ad esempio, i drive a basso costo possono assorbire il 67 % (o più) di corrente rispetto a un azionamento con un costo medio dotato di bobina c.c. o induttore sulla linea in ingresso. La soluzione migliore è offerta da tecnologie di attenuazione capaci di ridurre le armoniche a meno del 5 %. Il drive ACH580 ULH, novità del catalogo ABB, incorpora le tecnologie per la mitigazione delle armoniche, raggiungendo un THDI del 3% senza la necessità di dover procedere con l’installazione di componenti esterni per la mitigazione delle armoniche.
Affrontando il problema delle armoniche nella fase di progettazione si riducono i costi di altre parti dell'infrastruttura elettrica (che non vengono sovradimensionate). Una volta gestite le armoniche, si ottengono ulteriori risparmi a lungo termine grazie a maggiori efficienze e maggiore durata delle apparecchiature. ©TECNeLaB
Alcuni settori (ospedali, datacenter, aeroporti…) devono prestare particolare attenzione alla qualità dell’energia, e quindi alle armoniche, perché la continuità operativa dei loro impianti di climatizzazione è vitale.
