Odborné články

de.espirit.firstspirit.generate.ContentContext@757f02ea 02 listopadu 2010

Energeticky úsporné ventilátory pro chladící technologie

Možnosti použití energeticky úsporných ventilátorů a motorů v chladírenství.

Obr. 2: Úspora energie na metru: U chladících pultů se přestup na moderní EC technologii vyplatí, obzvláště když je výměna tak jednoduchá.
 
Obr. 3: Energeticky úsporná technologie pro chladící pulty: účinné ventilátory jako systém řešení pro chladící pulty (vlevo), iQ motory umožňující přímou náhradu 1:1 za konvnenční motory se stíněným pólem (vpravo).
 
Obr. 4: Výběr z EC HyBlade řady pro kondnezátory.
 
Obr. 6: V závislosti na konkrétní potřebě supermarketu je na kondenzátoru použito 2 – 12 ventilátorů.

V roce 2013 vstupuje v platnost směrnice Evropské Unie ErP (Eco-Design), která je zaměřena na různé typy ventilátorů. Touto směrnicí se dosáhne zvýšení energetické účinnosti jednotlivých ventilátorů a motorů, což povede ke snížení emisí oxidu uhličitého a dalších látek a tím i k ochraně klimatu. Pro mnoho ventilátorů použitých v chladící a klimatizační technice to znamená, že musí dosáhnout minimálního limitu účinnosti stanovené touto směrnicí. Výsledkem budou dvě pozitivní změny: 1. zredukování dopadu na životní prostředí; 2. úspora provozních nákladů, které může koncový uživatel použít jinde.

Uvedený příklad popisuje použití chladícího a klimatizačního zařízení standardně užívaného v běžných supermarketech, při změně jednotlivých technologií splňující požadované limity.

Vzhledem k tomu, že klimatizační a chladící systémy pracují ve velmi dlouhých cyklech, úspora energie je v této oblasti velmi znatelná. Nicméně jsou zde značné rozdíly mezi jednotlivými aplikacemi. Například velké kondenzátory, které jsou obvykle umístěny vně budovy samotného obchodu mají odlišné požadavky na ventilátor, než jsou třeba u chladících pultů a boxů. Pro každou z těchto aplikací je již dnes k dispozici "zákaznické" řešení s energeticky úsporným EC ventilátorem s velmi dlouhou životností, maximální účinností a nízkou hladinou hluku.

Lepší než budoucí standard

Společnost ebm-papst má v nabídce velmi široké produktové portfolio včetně energeticky-úsporných ventilátorů. Ty jsou použitelné prakticky v každé výkonové řadě chladící a klimatizační technologie a již dnes vysoce převyšují požadavky na účinnost ve směrnici ErP (Eco-design). Díky úspěšné kombinaci technologie motoru, elektroniky a aerodynamiky, EC ventilátory firmy ebm-papst nesplňují pouze požadavky na energetickou účinnost. Pracují rovněž s velmi nízkou hlučností, dosaženou díky optimalizované komutační technologii a aerodynamickým designem oběžných kol. Samozřejmostí je vysoká spolehlivost a dlouhá životnost.

V chladících a klimatizačních technologiích se změna na moderní EC technologii vyplatí ve více směrech. Obzvláště když splnění směrnice nemá za následek pouze ekologický, ale i výrazně ekonomický přínos pro koncového uživatele. I když vezmeme poměrně malé chladící jednotky, snížení spotřeby energie může přinést výrazné úspory ve srovnání s běžně užívanými ventilátory, které obvykle pracují s motory se stíněným pólem. Jeden z příkladů může být typická chladící skříň, kterou můžeme najít všude, kde se vydávají chlazené nápoje nebo potraviny (bagety, sandwiche…) – od kiosků přes benzinky až po supermarkety.

Energeticky úsporné motory pro chladící jednotky a nábytek

Například pokud máme dva ventilátory umístěné v chladící jednotce, které jsou poháněny standardním 30W motorkem se stíněným pólem a pokud pracují 12 hodin denně, spotřebují zhruba 262 kWh elektrické energie za rok. Pokud by ale byly ventilátory poháněny vysoce účinnými 10wattovými EC motory z energeticky úsporné ESM (energy saving motor) řady ebm-papst, které dosáhnou stejných vzduchových výkonů, klesne spotřeba na cca. 88 kWh. Jsou k tomu dva důvody: Zaprvé je účinnost EC motoru neporovnatelně vyšší. V pracovním bodě s typickými otáčkami 1300/min má ESM motor maximální účinnost víc jak 65%, což umožňuje snížit příkon shruba na 1/3 konvenčního motoru se stíněným pólem (viz. obr. 1). Zadruhé je potřeba méně energie pro chlazení z důvodu nižších emisí generovaného tepla z motoru, které je potřeba kompenzovat.
Výsledkem je rozdíl 174 kWh, což při standardních cenách el. energie 11.69 Eurocentu/kWh (průměrná cena pro průmyslový segment v Německu z Ledna 2010 / Zdroj: VEA, BDEW), přináší úsporu 20 € na každou chladící jednotku. Energeticky úsporné řešení tedy umožňuje návratnost investice v době kratší než je 12 měsíců. To dělá tuto investici hodnotnou nejen pro okolní prostředí, ale hlavně pro peněženku uživatele, zvláště když navíc vezme v úvahu podstatně delší životnost EC ventilátorů (cca. 40 000 provozních hodin).

Potenciál úspor přepočtený na metr

Čím více je ventilátorů v provozu, tím větší je potenciál úspor. Chladící pulty jsou toho velmi dobrým příkladem (obr. 2). Obvykle se zde vyskytují 2 ventilátory na každý metr délky. V typickém supermarketu najdeme cca. 100m chladících pultů. Pokud je vybavíme dvěma sty EC energeticky úspornými ventilátory o velikosti 200mm, bude energetická úspora ve srovnání s konvenčními motory se stíněným pólem cca. 70%, což je shruba 38MWh za rok. Pro životní prostředí to znamená redukci více jak 22 tun CO2, který by byl jinak vyprodukován. Zároveň konečný uživatel zaplatí za elektrickou energii o cca. 4400 € méně (kalkulováno při ceně 11.69 euro cent/kWh).

Uživatelé nemusí vydělávat pouze z nových zařízení. Repasování stávajících zařízení je velmi jednoduché. Pro tento případ nabízí firma ebm-papst energeticky úsporné iQ motory s účinností až 65%, které jsou mechanicky kompatibilní se stávajícími a nejčastěji používanými motory se stíněným pólem (Q-motory – účinnost cca. 25%). Mají shodné rozměry, umožňující přímou výměnu 1:1. Axiální vrtule s průměrem 154 až 254 mm mohou být jednoduše upevněny na iQ motor a tvořit tak energeticky úsporné řešení. Inteligentní elektronika reguluje napěťové výkyvy v síti, takže otáčky zůstávají konstantní. Již dnes mnoho známých obchodních řetězců využívá této ekonomicky a ekologicky racionální výměny 1:1 (obr. 3).

Vysoce výkonné energeticky úsporné ventilátory pro kondenzátory a výparníky

Srovnatelné úspory energie se dají dosáhnout v mnoha dalších aplikacích. Například, ebm-papst zavedlo standard s energeticky úspornými HyBladeâ ventilátory pro kondenzátory a výparníky (obr. 4). Díky moderní EC technologii a aerodynamicky optimalizované geometrii lopatek, jsou EC axiální ventilátory, dostupné od 172mm do 990mm průměru, schopné dosáhnout energetických úspor až o 50% v porovnání s AC ventilátory. Toto platí ne pouze pro plné zatížení ventilátoru, ale také a hlavně při redukci otáček. Navíc otáčky mohou být regulovány bez jakýchkoli dalších zařízení napřímo díky EC technologii. Jinak řečeno, výkon může být nastaven přesně dle aktuálního požadavku dané aplikace, čímž dochází k dalším úsporám. Výsledkem jsou podstatně nižší náklady na energii, které jsou v praxi velmi rychle rozpoznatelné. Různé křivky na Obr. 5 znázorňují porovnání příkonu regulovaných AC/EC motorů. V celém rozsahu otáček jsou náklady na provoz EC motorů signifikantně nižší než s napěťovou, nebo frekvenční regulací asynchronních motorů. Na základě požadavků se u kondenzátorů používá 2–12 ventilátorů (viz. obr. 6). Pokud vezmeme kondenzátor s 6 HyBlade axiálními ventilátory o velikosti 800 s EC technologií a porovnáme je s šesti AC axiálními ventilátory stejné výkonové kategorie, každý s pracovním bodem kolem 11 000 m3/h při 85Pa, bude 6 AC ventilátorů potřebovat dohromady 5400 W, zatímco EC ventilátory budou mít celkový příkon pouze 3900W. EC ventilátory spotřebují tedy o 1500W méně energie, což reprezentuje úsporu cca. 28%. Dalších úspor je možné dosáhnout jednoduchým zesíťováním EC ventilátorů přes BUS system a jejich připojením na nadřazený regulační systém (Obr. 7). Nízká hladina hluku, životnost a nižší hmotnost díky použitému materiálu jsou jen dalším benefitem těchto ventilátorů. Navíc integrovaná výkonová elektronika je konfigurována na různé specifické síťové napětí, což umožňuje použití ventilátorů kdekoli ve světě nezávisle na tom, jestli je frekvence v síti 50 nebo 60Hz.

Ing. Aleš Jakubec
de.espirit.firstspirit.generate.ContentContext@757f02ea