Di fronte a prezzi energetici fluttuanti e regolamentazioni ambientali sempre più stringenti, innumerevoli industrie stanno cercando tecnologie più sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico. L'HVAC non fa eccezione a questa tendenza, ma ha un vantaggio chiave rispetto a molti altri settori: ha già accesso a una potente tecnologia ad alta efficienza energetica sotto forma di motori a magneti permanenti (PM) abbinati a azionamenti a frequenza variabile (VFD).

Uno dei principali fattori alla base della crescente domanda di tecnologie efficienti dal punto di vista energetico risiede negli standard normativi in continua espansione mirati a migliorare l'efficienza energetica degli edifici, come il Codice Edilizio Title 24 della California. Tra le altre cose, il codice prevede requisiti stringenti per i sistemi HVAC, imponendo l'uso di ventilatori che possono funzionare a velocità multiple. Ciò consente ai sistemi di adeguare la loro produzione in base alle effettive necessità anziché funzionare continuamente a piena capacità.

Questa regolamentazione è più severa della maggior parte, ma riflette un cambiamento più ampio verso la conservazione dell'energia. È indicativa di tendenze simili osservate a livello globale, come i regolamenti europei sull'eco-design che impongono standard minimi di efficienza per i sistemi di motori e azionamenti. Man mano che sempre più mandati internazionali entrano in vigore, si assiste ad un radicale cambiamento nel modo in cui i sistemi HVAC vengono progettati, gestiti e mantenuti in tutto il mondo, ponendo maggiore enfasi sulle potenti tecnologie per il risparmio energetico.

VFD e motori PM 

Uno degli elementi chiave per soddisfare queste normative è l'uso dei VFD, che svolgono un ruolo cruciale nel migliorare l'efficienza operativa dei sistemi HVAC ottimizzando le prestazioni di componenti come ventilatori di alimentazione, compressori e pompe.

Per quanto riguarda i ventilatori, ad esempio, i VFD possono controllare il flusso d'aria per adattarsi a specifiche esigenze di riscaldamento o raffreddamento. Per i compressori, possono regolare la capacità di raffreddamento per adattarsi ai carichi termici variabili, garantendo un uso efficiente dell'energia e mantenendo climi interni ideali anche in condizioni fluttuanti. Allo stesso modo, nei sistemi idronici, i VFD regolano finemente i tassi di flusso delle pompe in base alle esigenze in tempo reale, migliorando l'efficienza del sistema e contribuendo a significativi risparmi energetici.
Integrando i VFD, i sistemi HVAC funzionano in modo più efficiente, economico e affidabile, allineandosi con gli standard ambientali ed energetici moderni, e questo migliora ulteriormente quando utilizzano anche i motori PM.

I motori a induzione tradizionali funzionano con una parte dell'energia fornita al motore, che crea un campo magnetico, per fornire coppia e far girare il motore. I motori PM utilizzano magneti permanenti sul rotore per creare un campo magnetico permanente, risparmiando quindi l'energia necessaria per questo compito in una macchina a induzione. Ciò significa che sono in grado di offrire alta efficienza e prestazioni eccezionali a una varietà di velocità e carichi, che, se abbinati al controllo migliorato offerto dai VFD, risultano in una sinergia che aumenta notevolmente l'efficienza complessiva del sistema grazie alle 'leggi di affinità'.

Un'affinità per l'efficienza 

Le leggi di affinità sono principi della dinamica dei fluidi che descrivono come i cambiamenti nella velocità di una pompa o di un ventilatore influenzano il tasso di flusso, la pressione e il consumo di energia. In particolare, il tasso di flusso del fluido è direttamente proporzionale alla velocità del dispositivo, mentre la pressione o l'altezza creata aumenta con il quadrato della velocità. Più significativamente, il consumo di energia è proporzionale al cubo del rapporto di velocità - aumentando esponenzialmente.

Questa relazione esponenziale significa che anche riduzioni modeste della velocità possono comportare significative diminuzioni del consumo di energia. Ad esempio, ridurre la velocità di un ventilatore del 20% può portare a una riduzione del consumo di energia di quasi il 50%.

Nei sistemi HVAC, la capacità di controllare con precisione la velocità combinando VFD e motori PM consente agli operatori di sfruttare appieno il potenziale delle leggi di affinità. Questo approccio personalizzato non solo ottimizza l'uso dell'energia, ma migliora anche l'efficienza complessiva e la longevità del sistema, portando a risparmi sui costi e a una riduzione dell'impronta ambientale.

Una tecnologia in crescita

Il potenziale offerto dai motori PM è noto da decenni, ma tradizionalmente sono stati una scelta costosa a causa dei costi relativamente più elevati e della necessità di integrare dispositivi di feedback di velocità (noti anche come encoder) per un controllo efficace. Ora, con i progressi degli algoritmi di controllo dei motori, il VFD può controllare il motore PM senza l'encoder, riducendo i costi.

Man mano che i costi associati alla produzione e all'implementazione della tecnologia dei motori PM continuano a diminuire, questi motori stanno diventando un'opzione sempre più fattibile per un uso diffuso nel settore HVAC.

È importante sottolineare che questa riduzione dei costi non compromette la qualità o l'efficienza, ma piuttosto la rende accessibile a una gamma più ampia di applicazioni, promuovendo l'adozione di tecnologie più verdi. L'accessibilità economica, unita alle caratteristiche di prestazioni superiori, rende i motori PM una scelta sempre più attraente per i moderni sistemi HVAC.

Questo cambiamento non solo supporta gli obiettivi globali di conservazione dell'energia, ma si allinea anche con gli interessi economici di aziende e consumatori che cercano di ridurre i costi energetici e migliorare l'affidabilità del sistema.