Rivoluzione energetica nel riscaldamento domestico: Un avanzamento straordinario nell'efficienza

Introduzione: Da decenni, l'utilizzo di circolatori nelle sistemi di riscaldamento centralizzati è prassi comune nelle abitazioni. Questi dispositivi si distinguono per il basso livello di rumore, l'efficienza del motore a rotore bagnato e un design privo di manutenzione. Nel presente articolo si descrive l'evoluzione di questa tecnologia e ne prevede gli impatti drammatici sul consumo energetico.

Sviluppo Tecnologico: Oggi, nell'Unione Europea sono installati 87,5 milioni di circolatori (con potenza fino a 350 W) che consumano circa 42.000 kW di energia elettrica. In una singola abitazione media, il consumo elettrico di un circolatore rappresenta fino al 10% del totale dell'energia elettrica utilizzata. Recentemente, l'introduzione di nuovi prodotti basati su nuovi concetti motoristici con tecnologia a rotore a magneti permanenti offre il potenziale per ridurre il consumo energetico fino all'80% rispetto ai circolatori standard.

Una Storia di Sviluppo: Con il passare degli anni, sono stati fatti molti sforzi per ottimizzare la tecnologia delle pompe. Negli anni '60, un circolatore di circa 180 W consumava in media 2.200 kWh. L'introduzione del selettore manuale di velocità ha permesso agli utenti di regolare l'apparecchiatura alle reali necessità del sistema di riscaldamento in tempo reale, riducendo il consumo energetico.

Durante gli anni '80, la tecnologia motoristica ha visto ulteriori miglioramenti. L'introduzione dell'elettronica nelle pompe ha aperto nuove possibilità. Con l'elettronica di potenza integrata, l'adattamento della velocità del motore basato sul controllo operativo, come la pressione differenziale costante o variabile, ha avuto un enorme effetto sul consumo di energia.

Avanzamento Tecnologico: Il vantaggio di un tipico motore a rotore bagnato è normalmente legato a un'efficienza relativamente bassa rispetto ad altri tipi di pompe. Un salto quantico nell'efficienza si è verificato con l'introduzione dell'ECM (motore a commutazione elettronica). Con questa tecnologia, che utilizza un rotore a magneti permanenti nei circolatori, è stato possibile raddoppiare l'efficienza dei motori a rotore bagnato. I prodotti con minore potenza presentano potenziali di risparmio energetico sproporzionatamente alti. Gli ECM si differenziano dalle tradizionali pompe a motore asincrono nei seguenti modi:

• Velocità del motore più elevate sono possibili, e sono state realizzate velocità fino a 4.800 rpm.

• Efficienze del motore fino all'82% sono fattibili e quindi sono possibili efficienze totali della pompa considerevolmente più elevate. L'efficienza massima è importante, ma lo è anche il fatto che l'efficienza rimanga alta su un'ampia area di flusso in condizioni di carico parziale.

• Gli ECM hanno una coppia di avviamento fino a quattro volte superiore.

• Dimensioni della pompa più piccole grazie alla maggiore velocità del motore possono essere realizzate se confrontate con motori della stessa potenza.

• Un minor peso della pompa può essere raggiunto. Questo può essere un vantaggio distinto quando materie prime come il rame e l'acciaio sono costose.

Vantaggi per i Clienti: Naturalmente, l'impatto economico ed ecologico del consumo energetico delle pompe è al centro dell'attenzione nell'UE da tempo. Il costo del ciclo di vita dell'attrezzatura è solitamente utilizzato per confrontare i prodotti e per vedere l'effetto del costo dell'energia, sebbene questi dati non siano utilizzati molto spesso per confrontare i prodotti nel business dei servizi di costruzione. Invece, è stato sviluppato un sistema di classificazione più semplice per i circolatori.

Le misurazioni hanno mostrato che, a seconda del funzionamento durante l'anno, il carico di un circolatore di riscaldamento varia, e che la maggior parte del tempo il circolatore funziona a carico parziale. Sulla base di questa indagine, è stato concordato e integrato un profilo di carico comune (come già utilizzato per l'etichetta energetica tedesca "Blauer Engel" per i circolatori) in un'etichetta energetica standard dell'UE. Questa etichetta da A a G, come viene utilizzata per le lampade domestiche, è valida per tutti i circolatori nei sistemi residenziali e commerciali.

La normativa ErP (Energy-related Products) dei circolatori elettronici fa parte di un ampio quadro normativo europeo volto a migliorare l'efficienza energetica e ridurre l'impatto ambientale dei prodotti connessi all'energia, come parte della direttiva Eco-design 2009/125/CE. Questa normativa è specificamente progettata per garantire che i prodotti consumino meno energia lungo tutto il loro ciclo di vita.

Punti Chiave della Normativa ErP per i Circolatori Elettronici:

1. Efficienza Energetica Obbligatoria:

   • La normativa ErP stabilisce requisiti minimi di efficienza energetica per i circolatori venduti nell'UE, sia per uso residenziale che commerciale. Questi standard sono progettati per eliminare dal mercato i prodotti meno efficienti e ridurre il consumo complessivo di energia.

2. Etichettatura:

   • Tutti i circolatori devono essere dotati di un'etichetta energetica che indica la loro classe di efficienza, da G (meno efficiente) ad A+++ (più efficiente), simile a quella utilizzata per altri elettrodomestici. Questo aiuta i consumatori a fare scelte più informate riguardo al consumo energetico del prodotto.

3. Riduzione dell'Impatto Ambientale:

   • Oltre a ridurre il consumo di energia, la normativa mira a diminuire anche gli altri impatti ambientali dei prodotti lungo il loro ciclo di vita, includendo la produzione, l'uso e lo smaltimento.

4. Promozione di Tecnologie Innovative:

   • La normativa incentiva l'innovazione e l'adozione di tecnologie avanzate, come i motori con magneti permanenti o i motori elettricamente commutati (ECM), che offrono un'efficienza molto superiore rispetto ai tradizionali motori asincroni.

5. Implementazione Graduale:

   • L'introduzione dei requisiti di ErP è stata graduale, permettendo ai produttori di adeguarsi ai nuovi standard. Dal 2013, ad esempio, tutti i nuovi circolatori installati in impianti di riscaldamento e acqua calda devono soddisfare i requisiti minimi di efficienza imposti dalla normativa.

6. Controllo e Conformità:

   • Le autorità di sorveglianza del mercato degli stati membri sono responsabili del controllo dei prodotti in commercio per assicurare che rispettino le normative ErP. I produttori devono fornire documentazione dettagliata che dimostri la conformità dei loro prodotti.

La normativa ErP dei circolatori elettronici è un esempio di come le politiche ambientali possano essere utilizzate per stimolare il miglioramento tecnologico e la sostenibilità in settori specifici, contribuendo significativamente alla riduzione del consumo energetico in Europa.

Questo schema di etichettatura può essere utilizzato come un'indicazione semplice per gli utenti finali o i clienti che normalmente non sono coinvolti nel processo di acquisto di questi prodotti.

L'Indice di Efficienza Energetica (EEI, Energy Efficiency Index) per i circolatori è un parametro chiave definito dalla normativa ErP (Energy-related Products Directive) dell'Unione Europea. Questo indice è utilizzato per valutare e confrontare l'efficienza energetica dei circolatori elettronici utilizzati in sistemi di riscaldamento e acqua calda sanitaria. L'obiettivo dell'EEI è di incentivare l'uso di circolatori più efficienti per ridurre il consumo energetico e l'impatto ambientale.

Calcolo dell'EEI

Il calcolo dell'EEI per i circolatori si basa sulla seguente formula:

Dove:

• Pinput è la potenza elettrica assorbita dal circolatore nelle condizioni operative standard.

• Pref è la potenza di riferimento, calcolata in base a una curva di benchmark che rappresenta il consumo energetico di un circolatore "standard" nelle stesse condizioni operative.

La potenza di riferimento Pref ​ è determinata in base a una serie di punti operativi definiti (per esempio, diverse portate e altezze manometriche), e riflette il consumo energetico che un circolatore non ottimizzato avrebbe in quelle condizioni.

Dettagli del Calcolo

1. Condizioni Operative Standard: Le condizioni operative standard (SOP) sono specificate dalla normativa e includono parametri come la portata e la prevalenza per cui il circolatore è progettato. Queste condizioni sono usate per assicurare che tutti i circolatori siano testati e valutati in maniera equa.

2. Curva di Benchmark: La curva di benchmark utilizzata per calcolare Pref è basata su dati raccolti da studi di mercato e test di laboratorio su circolatori comuni. Essa rappresenta la "media" del consumo energetico dei circolatori disponibili prima dell'introduzione della direttiva ErP.

3. Fattori di Correzione: Vengono applicati dei fattori di correzione al calcolo dell'EEI per tenere conto delle varie modalità operative dei circolatori (ad esempio, velocità variabile vs. velocità fissa) e delle loro efficienze in condizioni di carico parziale.

Classificazione EEI

Dopo il calcolo dell'EEI, i circolatori sono classificati in categorie di efficienza energetica:

• Un EEI inferiore o uguale a 0.20 è classificato come A+++.

• EEI tra 0.21 e 0.23 è classificato come A++.

• E così via, fino alla categoria G per i circolatori con EEI superiore a 0.50.

Questa classificazione aiuta i consumatori a identificare rapidamente i circolatori più efficienti dal punto di vista energetico, facilitando scelte più sostenibili. Inoltre, promuove una concorrenza basata sull'efficienza tra i produttori, spingendoli a migliorare continuamente la tecnologia dei loro prodotti.

I sistemi di riscaldamento non sono le uniche applicazioni target. Poiché la gamma di prodotti One Pump è in grado di lavorare in applicazioni calde e fredde (con un intervallo di temperatura del fluido da -20°C a +110°C), può essere utilizzata in sistemi di acqua calda sanitaria, chiller, pompe di calore, sistemi solari, ecc, un enorme potenziale di risparmio energetico al di fuori del mercato del riscaldamento classico.

Studi dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) che indagano sul consumo energetico in Europa mostrano che i piccoli circolatori consumeranno circa 43.000 GWh di energia elettrica nel 2030 se continuiamo con la tecnologia attuale. Il segmento delle pompe rappresenta uno dei maggiori potenziali di risparmio energetico all'interno degli elettrodomestici.

Ecco alcune pubblicazioni che trattano di temi legati all'efficienza energetica, alle tecnologie innovative nel riscaldamento e alla gestione dell'energia, che possono fornire ulteriori approfondimenti e dati sulle tematiche discusse:

1. "Energy Efficiency" (Rivista)

   • Una rivista internazionale che copre tutti gli aspetti dell'efficienza energetica, dal risparmio energetico nelle abitazioni, industrie e trasporti fino alle politiche e ai programmi di efficienza energetica.

2. "Applied Energy" (Rivista)

   • Una pubblicazione che fornisce ricerca, sviluppo e discorsi critici sulle tematiche relative alle tecnologie energetiche più innovative e ai loro impatti ambientali, compresi i sistemi di riscaldamento e raffreddamento efficienti.

3. "Journal of Building Performance Simulation" (Rivista)

   • Offre articoli su come le simulazioni possono migliorare le prestazioni degli edifici in termini di consumo energetico, comfort e sostenibilità, inclusi i sistemi di riscaldamento e raffreddamento.

4. "Building Services Engineering Research and Technology" (Rivista)

   • Pubblica ricerche su metodi avanzati per migliorare l'efficienza energetica e la performance dei sistemi di building service, come quelli di riscaldamento e raffreddamento.

5. "Energy and Buildings" (Rivista)

   • Concentrata su aspetti come l'analisi energetica degli edifici, l'integrazione delle energie rinnovabili e le tecnologie di efficienza energetica nelle strutture residenziali e commerciali.

6. "International Journal of Thermal Sciences" (Rivista)

   • Rivista che fornisce una piattaforma per la pubblicazione di ricerche sul trasferimento di calore e sui processi termici, essenziali per lo sviluppo di sistemi di riscaldamento efficienti.

     
     

   Queste riviste sono risorse preziose per chi è interessato a esplorare i dettagli tecnici e le innovazioni nel settore del riscaldamento e dell'efficienza energetica. Sono accessibili tramite abbonamenti universitari o istituzionali, e molti articoli possono anche essere acquistati individualmente.