(5.42) Pertanto il flusso di cassa entrante totale (Etot), nel caso in cui sia superata la dimensione minima di TEE è pari a :
(5.43) mentre se la dimensione minima non è raggiunta è pari a:
(5.44) Si calcolano quindi i parametri economici dell'investimento complessivo:
(5.45) (5.46) (5.47) Viene calcolato il TIR dell'investimento complessivo mediante la funzione iterativa implementata già nel linguaggio Visual Basic, inserendo un flusso di cassa negativo all'anno zero l'investimento Itot e cinque flussi di cassa annui positivi pari a Etot. Il calcolo dello "Share ottimo" viene effettuato secondo le modalità descritte al paragrafo 3.3.
5.10 Implementazione nel software per l'audit energetico dell'intervento di installazione di regolatori elettronici di frequenza su motori elettrici azionanti ventilatori
5.10.1 Dati in input
All'interno del software per l'Audit Energetico,come per le pompe, anche l'inserimento dei dati relativi ai ventilatori presenti avviene in una finestra (Fig. 5.22) che si apre automaticamente quando viene
scelto "ventilatore" come dispositivo azionato da un motore elettrico. Vengono anzitutto richiesti i valori nominali di portata, salto di pressione e rendimento. Viene poi richiesta la densità del fluido trattato a 15° e 1 atm (che è impostata inizialmente sul valore tipico di densità dell'aria in condizioni ambiente di 1,225 kg/m3) e la temperatura del fluido (impostata per default a 15°C). Deve essere specificata la tipologia di ventilatore per cui sono previste 4 alternative: centrifugo "a pale avanti", centrifugo "a pale radiali" , centrifugo "a pale indietro", assiale. In base al tipo di ventilatore scelto, viene proposto dal software un rendimento tipico di default pari a 65% per quelli a pale avanti, 85% per quelli a pale indietro, 75% per quelli a pale radiali e quelli assiali.Il sistema di regolazione attualmente presente può essere scelto tra: serranda di regolazione, pale statoriche a calettamento variabile all'aspirazione (Variable Inlet Guide Vanes - VIGVs), pale a geometria variabile, regolazione mediante bypass, convertitore elettronico di frequenza di alimentazione. Viene poi richiesto il profilo operativo della macchina come numero di ore annue ai diversi livelli di portata.
Fig. 5.22 - Finestra di input dei dati relativi ai ventilatori.
5.10.2 Dati in output
Come per le altre tecnologie considerate, il software esegue una valutazione sia dell'intervento di installazione di inverter sul singolo ventilatore che dell'intervento globale su tutti i ventilatori presenti (escludendo quelli per cui l'installazione di un regolatore di frequenza non porterebbe risparmio energetico). Per il singolo dispositivo vengono calcolati l'investimento necessario, la taglia del convertitore di frequenza, il risparmio di energia annuo conseguibile, il numero di TEE ottenibili, il tempo di Pay-Back e il VAN dell'investimento. Per l'intervento complessivo su tutti i ventilatori
vengono restituiti in output: il numero di dispositivi installati, risparmio di energia elettrica annuo conseguibile, numero di TEE ottenibili, tipologia di intervento per la pratica di riconoscimento dei TEE, Tempo di Pay Back, VAN e TIR dell'investimento calcolati su 5 anni e considerando uno share dei risparmi tra ESCo e cliente del 50%, CEC dell'intervento considerando l'intero risparmio energetico. Inoltre, viene fornito il valore del parametro "share ottimo" così come definito al paragrafo 3.3.
Fig. 5.23 - Esempio di foglio di output relativo all'intervento di installazione di inverter su motori elettrici azionanti ventilatori.
5.10.3 Calcolo del risparmio di energia elettrica
Il modulo del programma relativo all'analisi dell'intervento di installazione di inverter su motori elettrici azionanti ventilatori, inizia estraendo dal file "audit" tutte le grandezze prese in input relative ai ventilatori presenti e ai motori ad essi accoppiati. Mediante un ciclo iterativo vengono analizzati singolarmente gli interventi di installazione di inverter su ogni singolo ventilatore; successivamente viene analizzato l'intervento globale su tutte le macchine presenti. Come prima cosa viene calcolato il rendimento del motore elettrico (ηmot) secondo le stesse modalità descritte al paragrafo 4..3.3. Si procede quindi alla sima del risparmio annuo di energia elettrica ottenibile con l'installazione di inverter in base al sistema di regolazione attualmente presente che può essere: mediante serranda, mediante VIGVs, con pale a geometria variabile, con bypass, con inverter. Le curve caratteristiche (pressione-portata) dei ventilatori presentano andamenti molto diversi tra le diverse tipologie di macchine con la presenza di una zona instabile la cui ampiezza è difficilmente prevedibile a priori. A ciò si aggiunge il fatto che, talvolta, tali curve possono presentare andamenti difficilmente riproducibili con funzioni analitiche semplici. Per questi motivi risulta estremamente difficile adottare delle forme "tipiche" di curva caratteristica che permettano di calcolare analiticamente l'assorbimento energetico nelle diverse condizioni di carico in base al tipo di regolazione, così come è stato fatto per le pompe. Per fare ciò sarebbe necessario disporre della curva caratteristica specifica della macchina fornita dal costruttore. Per questi motivi, il calcolo del risparmio di energia elettrica conseguibile con l'installazione di inverter viene eseguito secondo la metodologia "semi-empirica" proposta da ABB e implementata nel software "FanSave" costruito dalla stessa ABB e disponibile in rete. Si calcola anzitutto la potenza elettrica assorbita in condizioni di pieno carico (Pel-100%):
[kW] (5.48) dove Qn è la portata nominale in m3/s, ΔPn è il salto di pressione in Pa, η è il rendimento del ventilatore, ηmot è il rendimento del motore elettrico, ρ0 è la densità dell'aria a 15°C e 1 atm in kg/m3. La densità del fluido alla temperatura operativa ρ(T) viene calcolata in ipotesi di gas ideale come: (5.49) dove T è la temperatura operativa del fluido in K, T0 è pari alla temperatura di riferimento di 288,15 K. La metodologia proposta da ABB prevede anche una correzione della densità in base al salto di pressione imposto dal ventilatore mediante un fattore correttivo Kp calcolato come:
(5.50) Poiché nelle normali condizioni operative il valore Kp assume valori molto prossimi a 1 e visto il grado di approssimazione delle valutazioni che vengono qui eseguite, si è scelto di trascurare tale fattore correttivo. Nota la potenza elettrica assorbita a pieno carico (Pel-100%), la potenza elettrica assorbita in una generica condizione di portata parziale pari a una frazione i della portata nominale si calcola come:
(5.51)
Il coefficiente Kr,i è il coefficiente di riduzione della potenza per la portata Q=i*Qn estrapolato dalla tabella 5.6 in base alla tipologia di ventilatore e di regolazione. Tali coefficienti di riduzione della potenza sono stati ottenuti sperimentalmente da ABB e descrivono le curve di potenza "tipiche" che si riscontrano per i diversi sistemi di regolazione del carico.
Tabella 5.6 - Coefficienti di riduzione della potenza per i diversi sistemi di regolazione e tipi di ventilatori considerati (ABB, 2012).
i=Q/Qn Variable Speed serranda all'uscita VIGV Pale a geometria variabile bypass centrfifughi assiali pale avanti pale indietro pale radiali
1 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,9 0,740 0,840 0,960 0,960 1,140 0,763 0,710 1,000 0,8 0,515 0,715 0,910 0,910 1,170 0,636 0,508 1,000 0,7 0,370 0,615 0,855 0,855 1,125 0,559 0,356 1,000 0,6 0,240 0,525 0,790 0,790 0,958 0,483 0,246 1,000 0,5 0,155 0,450 0,723 0,723 1,000 0,436 0,169 1,000 0,4 0,095 0,395 0,655 0,655 1,125 0,394 0,127 1,000 0,3 0,055 0,380 0,570 0,570 1,150 0,360 0,085 1,000 0,2 0,035 0,380 0,490 0,490 1,154 0,339 0,059 1,000
Fig. 5.24 - Curve di potenza utilizzate per i ventilatori.
Nel caso di regolazione a velocità variabile (inverter) si tiene conto anche del rendimento del convertitore di frequenza (ηinverter) calcolato secondo la tabella 5.5 in funzione della potenza nominale dell'inverter. Pertanto la potenza elettrica assorbita a pieno carico con inverter sarà:
(5.52) La potenza nominale dell'inverter viene stimata, analogamente a quanto fatto per le pompe, maggiorando del 15% la potenza meccanica assorbita dal ventilatore a piena portata e approssimando all'intero più vicino:
[kW] (5.53)
(5.54)
Noto il profilo operativo della macchina, l'energia elettrica annua assorbita nella condizione di carico i è quindi pari a:
(5.53) Sommano i contributi relativi a ciascuna condizione di carico, si ottiene il consumo elettrico annuo della macchina: (5.54) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 P/Pn Q/Qn Variable Speed serranda_paleAvanti sarranda_PaleIndietro serranda_paleRadiali serranda_Assiali Inlet Vanes
pale geometria variabile bypass
Con le modalità appena descritte è possibile calcolare il consumo elettrico annuo con l'attuale sistema di regolazione (ENatt) e il consumo elettrico annuo con regolazione mediante inverter (ENpost); la differenza tra questi due valori fornisce il risparmio elettrico annuo ottenibile:
(5.55) Il risparmio di energia elettrica complessivo (RISPel-tot) si ottiene sommando i contributi relativi ad ogni ventilatore per cui l'installazione di inverter determina un minor consumo elettrico.
5.10.4 Stima dei TEE ottenibili
Come descritto al paragrafo 5.8, l'intervento di installazione di regolatori elettronici di frequenza in motori elettrici operanti su ventilatori è contemplato nella scheda tecnica n°32E di tipo analitico. In accordo con la metodologia descritta dalla scheda, il numero di TEE annui ottenibili si ottiene come: (5.56) dove 0,187*10-3 è il coefficiente di conversione da energia elettrica a energia primaria (tep/kWh) definito dai DD.MM. 20 luglio 2004 e 2,65 è il coefficiente τ per la categoria di intervento IND-E. Se il numero di titoli è inferiore alla dimensione minima di 40, nell'analisi economica non verrà conteggiato il contributo dei TEE. Una volta calcolato il numero di titoli ottenibili dagli interventi sul singolo ventilatore, ne viene eseguita la somma per ottenere il numero di TEE ottenibili dall'intervento complessivo di installazione di inverter su tutte le macchine presenti (escluse quelle per cui l'adozione di inverter non porta a risparmio energetico). Viene quindi verificato il superamento della dimensione minima per l'intervento complessivo.
5.10.5 Analisi economica
L'analisi economica dell'intervento di installazione di regolatori elettronici di frequenza su motori accoppiati a ventilatori viene eseguita secondo le stesse modalità adottate per le pompe e descritte al paragrafo 5.9.5. Il costo dell'inverter viene stimato in funzione della sua potenza nominale (calcolata con la 5.54) con la medesima curva di prezzo adottata per le pompe (formula 5.37). Anche in questo caso, per l'intervento singolo vengono calcolati solo tempo di Pay-Back e VAN, mentre per l'intervento complessivo di installazione su tutti i ventilatori presenti vengono calcolati anche Tasso Interno di Redditività (TIR) e Costo del kWh risparmiato (CEC).