Wentylatory AC/EC w chłodnictwie, klimatyzacji i budownictwie

Transkrypt

1 Wentylatory AC/EC w chłodnictwie, klimatyzacji i budownictwie Wydajne, kompaktowe silniki EC do wydajnych wentylatorów Przyszłość systemów chłodniczych, klimatyzacji oraz systemów budowlanych Stoimy przed wyzwaniami globalnego ocieplenia oraz wzrostu populacji ziemi. Zatem podstawowym priorytetem jest redukcja zużycia energii. Wg WHO istnieje bezpośredni związek pomiędzy wzrostem populacji a konsumpcją wody, wzrastającą liczbą pojazdów samochodowych, emisją CO 2 i zapotrzebowaniem na energię elektryczną. W tym kontekście "wydajność" nabiera szczególnego znaczenia w obliczu zwiększonego zapotrzebowania na energię w przyszłości. W branży systemów chłodzenia, klimatyzacji oraz budowlanej, sposób wykorzystania energetycznie wydajnych wentylatorów stanowi poważne wyzwanie dla takich wysiłków. Wpływ ekonomicznych wentylatorów na pobór energii i emisję CO 2 najlepiej ilustruje konkretny przykład: Jej zużycie jest znaczne w przypadku silników asynchronicznych, systemów chłodzenia, klimatyzacji i budynków. Konstrukcja Silników AC jest prosta, ponieważ są zasilane AC lub trójfazowo z sieci AC. Nie wymagają one żadnych mechanicznych komutatorów, ani elektronicznych komponentów zasilających wirnik. Są solidne i niezawodne. Ich główną wadą jest marna wydajność. Szczególnie w zakresie obciążenia ustępują one silnikom EC, których wydajność oscyluje w granicach 70%. Ma to oczywiście wpływ na pobór mocy we wszelkich zastosowaniach. Imponujące zalety Silnik 68 AC na przykład, szeroko stosowany, jest dobrym tego przykładem: Z perspektywy ostatnich pięciu lat, przy założeniu poboru 150 W i 75% cyklu roboczego, roczny pobór mocy 25 milionów silników AC tego typu w układach wentylatorów różnych zastosowań wynosi 25 TWh (= 25,000,000,000 kwh). Energia taka równa się energii elektrowni nuklearnej Neckarwestheim II, która wytwarza rocznie 11,5 TWh. Innymi słowy, żeby zasilać te silniki AC w pięcioletnim okresie w różnych typach zastosowań, w branży chłodzenia, klimatyzacji i potrzeb budynków, potrzebne są dwie takie elektrownie. "AC na EC" - łatwa wymiana W przyszłości będzie konieczne oszczędzanie energii elektrycznej - i jest to możliwe. Dzięki opracowaniu nowych serii silników EC, ebm-papst Mulfingen obecnie może wymienić silniki AC na wysoce wydajne silniki w technologii EC o tych samych parametrach. Proces wymiany jest podobny do wymiany żarówek 100 W. Żarówki są wymieniane na energooszczędne, o tych samych gwintach. Powstanie siników EC kompatybilnych z silnikami AC i ich wyjątkowo kompaktowa konstrukcja stanowią jednak pewne wyzwanie techniczne.

2 Koncepcja silników EC oparta jest na koncepcji silników synchronicznych ze stałym wzbudzaniem magnetycznym. Wirnik magnetyczny działa synchronicznie z elektronicznie tworzonym polem wirującym. Umożliwia to osiągnięcie wszelkich wymaganych szybkości obrotów bez względu na dostępną częstotliwość. Zastosowanie wymaganej elektroniki w małej przestrzeni silników EC (rys. 1) wymaga dużo doświadczenia i wiedzy. Mechaniczna kompatybilność obok elektronicznej miniaturyzacji, ma również znaczenie. Na przykład, wymaga to zastosowania tego samego typu kołnierzy mocowania, co w silnikach AC (Rys. 2), a także modyfikacji konstrukcji silnika. Rys. 1: Za sprawą prostej zmiany mechanicznej, pomimo elektroniki komutacji i wzbudzania, silniki EC (po prawej) są tak kompaktowe, jak silniki AC (po lewej). Rys. 2: Kompatybilność mechaniczna: Nowe silniki EC (po lewej) można instalować dokładnie w ten sam sposób, co silniki AC (po prawej). Dobre przewodnictwo cieplne, wysoki poziom zabezpieczeń i wymienialna konstrukcja. Rezultaty są imponujące. Nowe silniki EC oparte są na zasadzie rotacji zewnętrznych, gdzie wirnik obraca się wokół wewnętrznego stojana. Termoplastyczne zamknięcie laminowanego rdzenia stojana reprezentuje pewne zalety. Dobry plastik zapewnia idealną izolację elektryczną i utrzymuje łożysko kulkowe. Umożliwia to różnorodną grubość ścianki i rozmieszczenia, co jest wymagane na przykład dla kompensacji laminowanych rdzeni. Na koniec, cały zwój jest zamknięty w termoodpornym plastyku (Rys. 3). Wirnik składający się tylko z jednego elementu obraca się wokół stojana i stanowi optymalną konstrukcję aerodynamiczną. Wloty powietrza w wirniku umożliwiają idealne odprowadzenie ciepła stojana. Obok litego stojana, silniki te posiadają gwarantowany poziom ochrony IP (IP54). Izolacja elektroniki również odgrywa ważną rolę. W porównaniu z poprzednio stosowanymi koncepcjami kołnierzy i różnych O-ringów, obudowa elektroniki jest uszczelniona elastyczną uszczelką o dużej wytrzymałości. Cały silnik jest solidny i odporny na wstrząsy i zapewnia

3 wyjątkową wydajność w długim okresie użytkowania. Projektowanie i produkcja nowych silników EC uwzględnia również suport i konserwację. Jest to realizowane w wielu aspektach. Na przykład, dzięki zastosowaniu komponentów wielofunkcyjnych, jedno-elementowy wirnik z wprasowanym wałkiem redukuje wiele etapów produkcji i użytych części. Koncepcja odprowadzania ciepła i względnie mały rdzeń również nie wymagają wiele materiału. Mniej materiału oznacza mniej energii w procesie produkcji. Rys. 3: Kompaktowa elektronika, zakryty stojan i wirnik. Przekonujące przykłady praktyczne Energetycznej wydajności silników EC towarzyszą również inne zalety mające wpływ na codzienne użytkowanie. Są to możliwość kontroli szybkości obrotów dzięki zintegrowanej elektronice. Szybkość obrotów można zawsze dostosować do wymagań. Co więcej, silniki EC pracują dużo ciszej, niż asynchroniczne silniki z kontrolą obrotów, a to z tego powodu, że hałas triaka lub konwertera częstotliwości są kontrolowane. Inne zalety, to wysoka gęstość energii, kompaktowy rozmiar i funkcja monitorowania, która umożliwia ciągły pobór danych operacyjnych i danych statusu. Różne obecnie wykorzystywane zastosowania dostarczają niezbitych dowodów korzyści środowiskowych, finansowych i praktycznych przejścia z AC na EC w branży chłodniczej, klimatyzacyjnej i budowlanej. Jednym z takich zastosowań jest kurtyna powietrzna. Wymaga ona bariery dmuchanego powietrza, która oddziela chłodne powietrze wejścia od ciepłego. Dmuchawy EC (Rys. 4) działają z wyjątkową wydajnością i umożliwiają szybkość przepływu wymaganą dla zmian ustawień np. przy zamkniętych drzwiach w zimie i w lecie. Niski poziom hałasu, to kolejna zaleta.

4 Rys. 4: Kurtyny powietrzne: Dmuchawy działają nieprzerwanie; zatem przechodząc na silniki EC można zaoszczędzić dużo energii. Dotyczy to zarówno wentylatorów wyziewowych, stosowanych w systemach chłodzenia na całym świecie, np. do wydalania ciepła w magazynach chłodniczych (Rys. 5). Systemy takie działają w trudnych cyklach, gdzie pobór mocy można znacznie zredukować przy zastosowaniu silników EC. Zakres AxiCool wentylatorów EC zaprojektowany szczególnie do takich zastosowań, oferuje jeszcze większe korzyści: Dzięki wysokiej wydajności silników, wytrzymują one skrajne warunki chłodzenia, generują niewiele ciepła i można je ustawiać wg wymogów. Rys. 5: Wentylatory EC, optymizowane do działania w chłodnych strefach. Wentylowane systemy fasadowe (Rys. 6) zapewniające nie tylko dobrą wymianę powietrza, ale ogrzewanie i chłodzenie, stanowią kolejny przykład zastosowań silników EC. Inne korzyści obejmują regulację uzależnioną od potrzeb oraz niski poziom hałasu przy małych szybkościach. Kompaktowa konstrukcja wentylatorów jest równie ważna dla obecnych wymagań, co nieskomplikowana instalacja typu plug-and-play.

5 Rys. 6: Wentylowane systemy fasadowe z dmuchawami odśrodkowymi lub stycznymi EC Eliminuje to przynajmniej jedną elektrownię Lista możliwych zastosowań jest nieskończona, dmuchawy EC można stosować w branży suszenia ubrań, w kanałach, chłodniczych witrynach i wielu innych. We wszystkich przypadkach przejścia z AC na EC można liczyć na ok 40% redukcję zapotrzebowania na energię. Wracając do naszego poprzedniego przykładu 25 milionów zastosowań silników AC, oto jeszcze jeden interesujący przykład: Jeśli 25 milionów silników AC zostanie zamienione na silniki EC przy zakładanym 40% poziomie oszczędności energii, roczne oszczędności wyniosą 10 TWh. Wydajność chłodzenia wentylatorami EC we wszystkich branżach może skutkować zamknięciem jednej, niepotrzebnej elektrowni jądrowej. Stanowi to niekwestionowany wkład w przyszłe redukcje zapotrzebowania na energię. Zdjęcia: ebm-papst Mulfingen Tekst: Dipl.-Ing. (FH) Gunter Streng, Head of Development Product Division A at ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG and Ellen-Christine Reiff, M.A., Stutensee Biuro wydawcze KONTAKT ebm-papst office@ebmpapst.pl WWW: Tel: Fax: Adres: Annopol 4A Warszawa