ErP - zvyšování účinností motorů a ventilátorů
Hlavní stránka » Novinky » ErP - zvyšování účinností motorů a ventilátorů
08.08.2011
Obrázek 1: účinnost ventilátoru se počítá jako účinnost celku z účinností jednotlivých částí
Graf 1: graf s vyznačenými účinnostmi radiálních ventilátorů ebm-papst
tabulka 1: tabulka se vzorci pro výpočet účinnosti dle jednotlivých typů ventilátorů
Křivkou účinnosti HyBlade ventilátoru, příkonu a pracovní charakteristice
Obrázek 2: porovnání EC a AC motorů s požadovanými křivkami účinnosti
ErP nařízení žádá vysokou účinnost, EU se zaměřila na „zelené“ ventilátory
V plnění Kyotského protokolu se Evropská Unie zavázala redukovat CO2 emise nejméně o 20 % do roku 2020. Jeden způsob k dosažení tohoto cíle je i EuP směrnice (Energy-using Product directive) přijatá EU v roce 2005, která byla přejmenováno na ErP směrnici (Energy-related Product directive) v roce 2009. Při tvorbě směrnice byly přezkoumány technologie s potenciálem energetických úspor a definovány minimální požadavky. Příkladem může být trh se žárovkami. Po přezkoumání existujících technologií mělo nařízení konkrétní dopad v podobě zákazu prodeje 100 W žárovek. V současné době jsou již, kromě jiného, definovány a schváleny i přesné limity pro ventilátory a motory, které jsou sepsány ve směrnici ErP-Directive 2009/125/EC ErP směrnice pro ventilátory a motory předepisuje výrobcům projektovat a vyrábět produkty určené pro evropský trh dle definovaných účinností tak, aby se dosáhlo snížení energetické spotřeby. Tato směrnice má zahrnovat všechny ventilátory s příkonem od 125 W do 500 kW, bez ohledu na to, zda jsou provozována jako samostatné zařízení nebo jsou integrována jako komponent v systému. Zahrnuje to všechny myslitelné aplikace od chlazení a vzduchotechniku přes strojní inženýrství až po IT aplikace.
Dvojstupňový plán s pevně stanovenými standardy
EU specifikovala dvojstupňový plán se striktními standardy pro odstranění „energetických žroutů“ z evropského trhu. První „stupeň“ přijde v platnost 1.1.2013. Cca. 30 % všech aktuálně prodávaných ventilátorů po tomto datu již nebude splňovat směrnici pro regulaci. V druhém „stupni“, od roku 2015, dalších 20 % bude nahrazeno efektivnějšími ventilátory. Pouze ventilátory a motory splňující nařízení, budou moci být certifikovány značkou CE. Bude tím zaručena energetická účinnost, požadavky na nízké napětí a EMC. Označování energetických tříd, které je známé například z praček nebo ledniček, není plánováno. Při kalkulaci, zda ventilátor splňuje směrnici ErP, se hodnotí jeho celková účinnost. Příkladem je obrázek č. 1, kde se celková účinnost skládá z účinností řídící elektroniky (pokud je obsažena), motoru a oběžného kola. Graf č. 1 ilustruje limity, které jsou stanoveny pro dvě klíčová data, tj. 2013 a 2015, vykreslena v grafu jako černé čáry. Na stejném grafu jsou také vyneseny jako černé tečky účinnosti aktuálně prodávaných radiálních ventilátorů jednoho z největších světových výrobců, společnosti ebm-papst. Jak je zřejmé, ne všechny ventilátory splňují energetickou účinnost požadovanou v budoucnu, ale zároveň jde vidět, že již dnes je ebm-papst ke všem ventilátorům, které již nebudou splňovat požadovanou účinnost, schopná nabídnout jejich existující energeticky úsporné varianty, splňující nebo dokonce značně překračující požadované účinnosti. Pro axiální, radiální dopředu i dozadu zahnuté lopatky, tangenciální a diagonální ventilátory EU specifikovala odpovídající vzorce pro kalkulaci výpočtu minimální požadované účinnosti. V závislosti na různých montážních postupech a příkonových rozsazích byly specifikovány různé hodnoty, přehledně uspořádané v tabulce č. 1. Např. výsledná požadovaná účinnost pro axiální ventilátory v rozsahu 125 W až 10 kW, je kalkulována dle následujícího vzorce: Minimální účinnost ŋmin = 2,74 ln (příkon v kW) – 6,33 + N, kde N je konstanta definována směrnicí. Pro axiální ventilátory je to hodnota 36 pro požadavky od 1. 1. 2013 a 40 pro požadavky od 1. 1. 2015. Na tyto konstanty se můžeme dívat jako na druh utahování příkonů ventilátorů v budoucnu. Pro axiální ventilátor HyBlade ® znázorněn na obrázku č. 2 s příkonem 0,69 kW v optimálním pracovním bodě dle vzorce propočteme, že minimální požadovaná účinnost je 28,65 % od roku 2013 a 32,65 % od roku 2015. Křivka účinnosti ventilátoru ovšem indikuje 40 %, což je mnohem výše nežli požadovaná minimální účinnost od roku 2015. Tento ventilátor tedy již nyní bez problémů splňuje přísné normy na účinnosti ventilátorů v budoucnosti.
Budoucnost patří EC technologii
„Obláček“ teček s účinnostmi ventilátorů na grafu č. 1 ukázal, jaké požadavky na limity u ErP směrnice jsou, a ne všechny ventilátory prodávané nyní požadovanou účinnost splňují. EC (elektronická komutace) motor vyvinutý několik let dozadu, v porovnání s konvenčním asynchronním motorem, dosahuje účinnosti přes 90 %. To znamená, že spotřeba je nižší než u klasického AC motoru a navíc díky komutační elektronice se rychlost motoru (ventilátoru) dá jednoduše napřímo regulovat. Požadovaný vzduchový průtok může být nastaven dle specifických parametrů systému a to má za následek další šetření energie. Ucelená koncepce motoru, řídící elektroniky a oběžného kola EC ventilátorů ebm-papst není pouze energeticky účinná, ale také velmi tichá díky optimalizaci komutační technologie a aerodynamickému tvaru lopatek. Při tom všem jsou ale navíc spolehlivé a odolné, což dále zvyšuje jejich přidanou hodnotu v zařízení.
Směrnice pro motory
Nařízení aplikované pro ventilátory je v principu aplikované obecně i na motory. V tomto kontextu zde často dochází k nejasnostem. Faktem je, že elektrické motory musí dosahovat účinnosti minimálně dle třídy IE2 od 1.6. 2011 dle nařízení EU ze směrnice č. 2009/640/EC (ErP směrnice). Pouze tehdy můžou být motory dodávány na evropský trh. Nicméně ne všechny standardní motory dneška jsou ovlivněny touto směrnicí. Směrnice definuje „motor“ jako „elektrický jedno rychlostní, tří fázový 50 Hz nebo 50/60 Hz, motor s kotvou na krátko, který může být 2, 4 nebo 6ti pólový do jmenovitého napětí 1000 V a jmenovitým výkonem od 0,75 kW do 375 kW“. EC externí rotor motory jako jedny z používaných pohonů pro energeticky úsporné ventilátory nejsou objektem tohoto nařízení. Nicméně jejich účinnost může být porovnávána s hodnotami stanovanými ve směrnici. Zde je jednoznačné, že EC motory překračují stanovené limity pro požadavek na účinnosti konvenčních elektrických motorů – Viz obrázek č. 2. Technologie s EC motory je tedy vhodným řešením nejen budoucích, ale i stávajících projektů energeticky úsporných zařízení a aplikací.
Ing. Anton Bartovič