Nel luglio 2021 sono entrate in vigore in tutta l'UE le nuove misure di progettazione ecocompatibile per i motori elettrici e i variatori di velocità. Sono stati introdotti nuovi standard per i motori e gli azionamenti volti a migliorare l'efficienza energetica.
I motori e le misure di progettazione ecocompatibile
Le nuove norme hanno aggiornato i precedenti regolamenti del 2009, con l'obiettivo di ampliare il campo di applicazione e riflettere il rapido ritmo del cambiamento tecnologico. Il nuovo regolamento include motori con una gamma di potenza compresa tra 0,12 kW e 1000 kW e azionamenti a velocità variabile. Sia i motori che gli azionamenti devono indicare la loro efficienza a diversi punti di carico, in termini di velocità e coppia, nel tentativo di aiutare i progettisti e gli ingegneri a ottimizzare l'efficienza di interi sistemi.
Le normative aggiornate consentiranno un sostanziale risparmio energetico: i modelli della Commissione Europea stimano un risparmio annuo di circa 110 TWh entro il 2030 - l'equivalente del consumo di elettricità dei Paesi Bassi e di 40 milioni di tonnellate di emissioni di CO2 all'anno.
Per quanto riguarda il settore HVAC, le misure di ecodesign si applicano ai motori che alimentano una serie di sistemi, tra cui i ventilconvettori. I motori a commutazione elettronica (EC) stanno rapidamente sostituendo i tradizionali motori a corrente alternata (AC) e a corrente continua (DC) grazie alla loro maggiore efficienza energetica.
La differenza tra motori CA, CC ed EC
I motori a induzione in corrente alternata sono alimentati dalla tensione alternata. Utilizzano una serie di bobine (avvolgimenti di rame) nel campo dello statore, per creare un campo elettromagnetico rotante, che varia in intensità e polarità. Una gabbia di scoiattolo nel campo del rotore viene indotta dallo statore (creando un campo magnetico). Questi due campi magnetici interagiscono tra loro per far girare il rotore.
I motori a corrente alternata sono progettati per funzionare a un'unica velocità in un punto specifico della curva delle prestazioni (al picco di efficienza del motore). Al di fuori di questo punto, l'efficienza diminuisce notevolmente. Inoltre, poiché i motori in c.a. inducono corrente sul rotore, l'energia consumata nel processo incide ulteriormente sull'efficienza. Di conseguenza, tra tutti i motori, le unità CA sono le meno efficienti.
I motori a corrente continua sono alimentati dalla tensione continua. Utilizzano magneti permanenti nel rotore e si affidano a spazzole di carbone e a un anello di commutazione per cambiare la direzione della corrente e la polarità del campo magnetico negli avvolgimenti dello statore. In questo modo si creano forze di attrazione e repulsione magnetica che fanno ruotare il rotore.
Poiché i motori a corrente continua utilizzano un campo magnetico di magneti permanenti (anziché indurre corrente sul rotore), possono essere più efficienti del 30% rispetto ai motori a corrente alternata. I motori a corrente continua possono inoltre funzionare a velocità variabile e offrono un controllo più preciso. Tuttavia, possono perdere efficienza a causa di aspetti quali l'attrito delle spazzole e le perdite per correnti parassite. I motori in c.c. sono anche più soggetti a guasti e hanno una durata operativa inferiore, poiché le spazzole possono scintillare e si consumano con il tempo.
I motori EC ottengono la commutazione elettronicamente anziché meccanicamente. Il motore combina tensioni CA e CC e ottiene una commutazione elettronica grazie all'elettronica integrata.
Se si dovessero confrontare i motori CA, CC ed EC, i motori EC sarebbero i più simili alle loro controparti CC. I motori EC sono essenzialmente motori brushless, a corrente continua e a rotore esterno che combinano le migliori caratteristiche dei loro rivali in CA e CC. In particolare, questi motori offrono funzioni aggiuntive come il controllo della velocità, il controllo della pressione, la pressione costante e il flusso d'aria costante.
Tra tutti i motori, le unità EC sono le più efficienti dal punto di vista energetico e offrono affidabilità grazie alla loro struttura brushless. I motori EC possono anche offrire un raffreddamento più preciso perché generano meno calore. Ciò significa che una minore quantità di calore del motore viene assorbita dall'aria fredda scaricata dal ventilconvettore.
Come funzionano i motori EC?
I motori EC sono costituiti dai seguenti componenti:
- Rotore
- Magneti permanenti
- Sistema di cuscinetti
- Statore
- Avvolgimenti
- Elettronica di commutazione
- Sensori di Hall
- Alloggiamento
- Collegamenti di rete e di controllo
I motori EC sono alimentati da una tensione alternata, che viene convertita in corrente continua da un commutatore. Questo è importante perché la tensione continua offre prestazioni energetiche più efficienti rispetto alla corrente alternata e può offrire velocità variabili. Come un motore DC brushless, lo statore (parte stazionaria del motore) è più grande rispetto ai motori DC per consentire l'aggiunta dell'elettronica di commutazione, tra cui un PCB (circuito stampato) e un raddrizzatore, che commuta la tensione da AC a DC.
I motori EC utilizzano magneti permanenti e avvolgimenti elettrici per creare un campo magnetico. L'elettronica di commutazione dirige quantità specifiche di corrente elettrica, in determinate direzioni, attraverso ciascuno degli avvolgimenti, a seconda della posizione del motore, della direzione di rotazione e della velocità impostata. Questo è perfettamente sincronizzato per sviluppare i poli magnetici nello statore, che poi interagiscono con i magneti permanenti nel rotore.
A seconda della velocità del ventilatore richiesta, i magneti appropriati vengono attratti, in sequenza, dai poli magnetici dello statore. Non tutti gli avvolgimenti dello statore saranno caricati con la stessa polarità: per generare il movimento, alcuni avvolgimenti dello statore saranno caricati positivamente, altri negativamente. Questo crea forze di attrazione e repulsione magnetica che fanno ruotare il rotore alla coppia ottimale. Un motore che funziona alla sua coppia ideale (a tutte le velocità) funziona al massimo dell'efficienza.
Il ruolo svolto dall'impianto elettrico nel variare perfettamente l'applicazione della corrente consente di ottenere un monitoraggio e un controllo molto precisi. Ciò significa non solo che i ventilatori EC possono funzionare a velocità variabile, ma anche che sono ancora altamente efficienti anche quando funzionano al 20% della velocità massima.
Inoltre, sebbene i motori EC abbiano uno statore più grande rispetto ai motori DC, non sono necessarie spazzole di carbone o un collettore. Ciò significa che nel complesso l'unità EC è più piccola e meno soggetta a guasti causati dall'usura.
Quanto risparmiano i motori EC?
I motori EC sono altamente efficienti dal punto di vista energetico, con valori di efficienza superiori al 90% al 100% della capacità. Anche quando funzionano a velocità variabile, i motori EC superano le loro controparti in c.a. e c.c., il che li rende una scelta eccellente per i ventilconvettori.
Inoltre, i motori EC possono essere adattati per aumentare l'efficienza dei sistemi esistenti. Nei ventilconvettori dotati di motori EC e rimessi in funzione per ottenere un funzionamento ottimale, sono stati riscontrati miglioramenti dell'efficienza nella vita reale compresi tra il 46 e l'82% a bassa velocità e tra il 52 e l'80% ad alta velocità.
Vantaggi dei motori EC
I motori EC offrono una serie di vantaggi, tra cui
- Elevata efficienza energetica
- Lunga durata di vita
- Meno soggetti a usura (tecnologia brushless)
- Elevato grado di monitoraggio e controllo del sistema
- Velocità completamente variabile
- Funzioni aggiuntive come il controllo della pressione e del flusso d'aria
- Generano meno calore - raffreddamento più preciso
- Maggiore flessibilità
- Dimensioni ridotte
- Meno rumore
- Maggiore durata dei cuscinetti
- Può essere installato in qualsiasi tipo di ventilconvettore
- Possono essere installati in un secondo momento per migliorare le prestazioni energetiche dei sistemi esistenti
- Possono essere più economici da installare rispetto ai motori a corrente continua, in quanto non richiedono l'installazione di tecnologie aggiuntive come il controllo del trasformatore, il convertitore di frequenza o il controllo dell'angolo di fase.
Come scegliere fan coil ad alta efficienza energetica
Eurovent Certita Certification certifica le prestazioni di una serie di ventilconvettori che utilizzano motori EC. La certificazione consente di confrontare prodotti verificati in modo indipendente, perché i prodotti certificati:
- Le loro prestazioni sono valutate secondo gli stessi criteri e i risultati sono espressi nella stessa unità di misura, indipendentemente dal paese in cui i prodotti sono fabbricati o commercializzati
- Hanno prestazioni verificate da un organismo accreditato imparziale, indipendente e competente
- Siano conformi agli standard
- Funzionano secondo le specifiche indicate dal produttore.
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