5 façons de maximiser les économies d'énergie dans les pompes de circulation avec des moteurs à commutation électronique

Jul 24, 2023

Le Département de l'Énergie des États-Unis (DOE) a récemment proposé de nouvelles normes d'économie d'énergie pour les pompes de circulation, incitant les fabricants à les concevoir pour une efficacité accrue.

Les pompes de circulation sont omniprésentes et la possibilité de réduire leur consommation d'énergie est énorme. Un rapport de l'Electric Power Research Institute (EPRI) estime que le potentiel d'économies d'énergie pour les quelque 30 millions d'installations de pompes de circulation est supérieur à 50 %.

Les pompes de circulation se trouvent dans une variété d'applications de bâtiments commerciaux, telles que les unités de traitement d'air (CTA), les pompes d'appoint pour serpentins de refroidissement, les petits systèmes radiants, les pompes à chaleur géothermiques et les boucles de recirculation d'eau chaude domestique (ECS). Jusqu'à présent, les pompes de circulation ont été négligées pour les améliorations de l'efficacité énergétique, en partie à cause des cycles de conception longs et coûteux inhérents à la conception des pompes, mais les nouvelles technologies en valent la peine.

Actuellement, plus de 90 % des pompes de circulation aux États-Unis sont des pompes à volume constant alimentées par des moteurs à induction standard, selon la US General Services Administration. Pour atteindre les objectifs d’économie d’énergie, le DOE recommande d’utiliser des technologies de moteur plus avancées.

L'analyse du DOE révèle que les moteurs à commutation électronique (EC) sont généralement beaucoup plus efficaces que les moteurs à induction et peuvent améliorer l'efficacité globale du système de pompe. La plupart des moteurs EC utilisent un stator traditionnel à noyau de fer avec des enroulements en cuivre, mais les nouvelles topologies de moteurs à noyau pneumatique utilisent un stator innovant sur carte de circuit imprimé (PCB), qui présente l'avantage d'éliminer les pertes de noyau et d'augmenter l'efficacité. Alors que les fabricants de pompes de circulation prennent en compte les nouvelles technologies de moteurs EC dans leurs conceptions, plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour l'optimisation.

Les moteurs EC sont généralement 30 % plus efficaces que les moteurs à induction car leur construction minimise les pertes entre les composants du rotor et du stator. Dans les moteurs EC, les pertes de chaleur du cuivre et du laminage sont réduites de 50 %, ce qui les rend plus efficaces. Les moteurs EC qui répondent aux normes internationales d'efficacité (IE) 5 offrent certains des niveaux d'efficacité les plus élevés possibles, mais il est important de noter que l'efficacité des moteurs EC peut varier en fonction de différentes vitesses et charges. Lorsque vous choisissez un moteur EC, identifiez un moteur doté d'une courbe d'efficacité plate dans une large gamme de conditions de charge afin d'optimiser l'efficacité et le fonctionnement global du système de pompe (Image 1). Cela garantira que le système de pompe bénéficiera d’une efficacité optimale dans diverses conditions de fonctionnement.

Les moteurs EC avancés qui utilisent des stators PCB peuvent augmenter encore l'efficacité et éliminer les pertes de noyau. Les stators PCB en cuivre sont gravés directement dans le PCB, augmentant ainsi la fiabilité et réduisant la quantité de cuivre. Les moteurs dotés d'un stator composé d'un noyau en acier avec des enroulements en cuivre subiront des courants de Foucault qui entraîneront des pertes de moteur. Le remplacement du noyau et des enroulements en cuivre par le stator PCB élimine ces pertes, ce qui se traduit par un moteur à rendement plus élevé à la puissance et à la vitesse nominales, ainsi que sur toute la plage de fonctionnement.

La recommandation du DOE indique que les améliorations de l'efficacité du moteur et les commandes de vitesse variable basées sur la demande peuvent générer des économies d'énergie plus importantes que celles résultant d'une meilleure efficacité hydraulique, économisant jusqu'à 65 % de la consommation d'énergie selon l'application. Les pompes dont la vitesse varie peuvent réduire leur consommation d'énergie en réduisant la vitesse de la pompe pour répondre aux besoins de la charge. Les commandes de vitesse variable intégrées peuvent également éliminer le besoin d'étrangler les vannes en aval pour répondre à la demande, économisant ainsi de l'énergie et réduisant l'usure des infrastructures. De plus, cela peut être réalisé sans avoir à installer, câbler et mettre en service un espace d'air conditionné séparé pour un variateur de fréquence (VFD) conventionnel, ce qui peut être prohibitif.

Bien que tous les moteurs EC disposent d'un certain niveau de technologie de vitesse variable intégrée, il est important de savoir que leurs capacités de contrôle vont des options de contrôle de vitesse de base à des fonctionnalités de contrôle plus sophistiquées trouvées dans les VFD typiques, telles que la connectivité MODBUS et les capacités de communication des performances du moteur. et les données de santé vers un contrôleur ou un système de contrôle centralisé. Ces moteurs EC avancés permettent la surveillance à distance des vibrations, de la température, de la vitesse et de l'efficacité, qui est renvoyée aux contrôleurs de pompe et permet aux moteurs de s'ajuster et de se protéger à la demande.