Сегодня практически любая система общеобменной приточно-вытяжной вентиляции использует в качестве воздухообрабатывающего агрегата центральный кондиционер, важными этапами конструирования которого являются подбор и расчет вентиляторного блока. Это один из самых главных элементов приточно-вытяжной установки, обеспечивающий движение воздуха с определенными аэродинамическими параметрами.
При проектировании системы вентиляции инженеры VKT выполняют расчет центрального кондиционера по техническому заданию от проектировщика. Исходными данными являются необходимые расход и давление. Таким параметрам, как энергопотребление и принцип управления вентиляционного блока, должного внимания обычно не уделяется. Это связано с тем, что проектировщик не всегда достаточно осведомлен обо всех существующих вариантах комплектации оборудования вентблока и выбор агрегата происходит без учета требований конкретной задачи.
В то же время именно на стадии проектирования должен происходить выбор варианта оборудования вентблока и основных алгоритмов его работы и управления. Компания VKT работает в партнерстве с проектными институтами, что помогает принимать наиболее оптимальные решения при подборе и проектировании воздухообрабатывающих установок.
Что это?
ЕС-двигатель – это бесколлекторный синхронный двигатель со встроенным электронным управлением, или, более кратко, электронно-коммутируемый (Electronically Commutated) двигатель. Его иногда также называют BLDC-двигателем(Brushless DC motor), то есть бесщеточным двигателем постоянного тока. Вентиляторы, построенные на базе данного двигателя, называются ЕС-вентиляторами.
ЕС-двигатель имеет внешний ротор, в котором располагаются сегменты с постоянными магнитами. Управление вращением ротора ЕС-двигателя осуществляется за счет контролируемой подачи электроэнергии на обмотку статора в зависимости от положения ротора, которое отслеживается при помощи датчиков Холла, а также заданных параметров регулирования, поступающих, например, от внешних датчиков соответствующего типа в виде токовых (4–20 мА) или потенциальных (0–10 В) сигналов
. При этом встроенный PID-регулятор позволяет, наряду с пропорциональным управлением, устанавливать скорость реагирования двигателя на изменение управляющего сигнала в зависимости от его дифференциальных и интегральных показателей.
Устройство и принцип действия ЕС-двигателя
Устройство энергосберегающего ЕС-двигателя:
Принцип работы ЕС-двигателя основан на том, что в поле, создаваемом встроенными в ротор постоянными магнитами, осуществляется управление вектором магнитного поля путем изменения направления тока в обмотке статора. В каждый момент времени контроллер вычисляет и подает на обмотку статора полярность тока, которая необходима для того, чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора с заданной скоростью.
EC-двигатели возможно подключать к постоянному источнику напряжения согласно параметрам или через встроенный коммутационный модуль непосредственно к сети переменного тока (220 В, 380 В). С использованием стандартного приборного интерфейса RS 485 или специальной шины ebm BUS обеспечена возможность управления вентилятором (либо группой вентиляторов до 31 шт. в каждой) при помощи ПК или КПК. Количество групп вентиляторов в интегрированной системе управления может достигать 256. 
Возможно также использование технологии Bluetooth. Предусмотрена выдача тревожных и аварийных сигналов, а также обеспечение мониторинга работы системы.
Канальный вентилятор с ЕС-двигателем. В приточно-вытяжных установках успешно применяются электронно-коммутируемые двигатели (EC-двигатели):
Принцип их действия заключается в том, что напряжение подается на обмотки двигателя не в постоянном режиме, а импульсами. Это исключает перегрев, а также позволяет с помощью встроенной электроники изменять скорость вращения, меняя частоту подачи импульсов. Необходимость применения частотного преобразователя в этом случае отсутствует. При этом может поддерживаться практически любая скорость вращения в рабочем диапазоне вентилятора, в то время как скорость вращения асинхронного двигателя рекомендуется поддерживать близко к номинальной (± 20 %).
Установка производства VKT с вентилятором на базе ЕС-двигателя.
Длительные испытания EC-вентиляторов в лаборатории компании VKT показали, что данный тип оборудования отличается меньшим энергопотреблением и уровнем шума по сравнению с традиционными решениями.
Возможность точного регулирования оборотов во всем диапазоне работы вентилятора открывает широкие перспективы при проектировании систем вентиляции и кондиционирования.
Области применения ЕС-двигателей
Области применения ЕС-двигателей в системах ОВК еще только намечаются в последние годы. Тем не менее, в отдельных приложениях ЕС-двигатели уже завоевали твердые позиции, зарекомендовав себя в положительном отношении по ряду ключевых показателей. Ниже кратко описаны некоторые из успешно освоенных областей применения ЕС-двигателей.
Тепловые насосы систем «воздух – вода» и «воздух – воздух», оснащенные ЕС-двигателями, в качестве основного преимущества характеризуются синхронной работой вентиляторов, что не может быть обеспечено в полной мере при использовании асинхронных двигателей переменного тока (AC-двигателей). Кроме того, отсутствие проскальзывания магнитного поля в ЕС-двигателях, что имеет место в AC-двигателях независимо от способа управления ими, исключает потери энергии, свойственные данному неблагоприятному явлению. В целом энергопотребление и, соответственно, срок окупаемости тепловых насосов сокращаются вдвое.
Овощехранилища и грибные камеры, оснащенные ЕС-двигателями в составе программно-технического комплекса «Тургор АМ», характеризуются оптимальным регулированием числа оборотов и, соответственно, производительности вентиляторов до необходимого в данный момент значения. По данным опытной эксплуатации это осуществляется более эффективным образом по сравнению с ранее использовавшимися AC-двигателями, оснащенными частотным приводом и ПИД-регуляторами. В овощехранилищах это способствует поддержанию сохранности и качества загружаемых овощей и корнеплодов на протяжении всего межсезонного периода. В грибных камерах достигается двукратное увеличение объема производства шампиньонов на тех же площадях. Срок окупаемости в обоих случаях не превышает одного года.
Циркуляторы воздуха (дестратификаторы), имеющие в своем составе ЕС-двигатели, возможно объединять в сеть с централизованным управлением. По данным фирмы Avedon Engineering, производимые ею дестратификаторы серии Airus, работающие децентрализованно в составе единой сети управления, позволяют экономить до 35 % энергетических затрат по сравнению с обычными вентиляторными установками, используемыми для снижения температурного градиента по высоте помещения при наличии существенных теплоизбытков.
Фэнкойлы производства фирмы Trox, оснащенные ЕС-двигателями, характеризуются значением удельной потребляемой мощности (Specific Fan Power, SFP), постоянным во всем диапазоне производительности, равным 0,3, в сравнении со значением 0,8, типичным для оснащенных AC-двигателями фэнкойлов. Совместно с регулированием производительности в зависимости от реальной потребности это позволяет снизить среднегодовое потребление энергии с 620 до 140 кВт·ч [6].
Охлаждаемые прилавки, оснащение которых ЕС-двигателями впервые было инициировано фирмой Heatcraft Refrigeration Products (HRP), оказались настолько эффективными, что, например, в США энергетическая комиссия штата Калифорния (California Energy Commission, CEC) включила использование EC-двигателей в состав обязательных требований ко всем вновь разрабатываемым образцам холодильного оборудования.
Модулирующие газовые горелки, имеющие в своем составе вентиляторы с EC-двигателями для нагнетания воздуха, необходимого для горения, позволяют получить стабильное и сбалансированное пламя, что существенно улучшает условия эксплуатации котельной в целом и продлевает ресурс оборудования.
Прецизионные кондиционеры (Close Control в классификации EUROVENT) производства фирмы Tecnair стали оснащаться ЕС-двигателями сравнительно недавно. Это решение связано, прежде всего, с необходимостью отвечать возросшим современным требованиям к энергоэффективности устанавливаемого оборудования. Вместе с тем и другие преимущества EC-технологии имеют высокую актуальность в данных областях применения, например,
- высокая точность регулирования,
- снижение шумности,
- увеличение надежности и срока службы.
Следует отметить, что при работе EC-двигатель практически не выделяет тепла, в то время как АС-мотор имеет рабочую температуру +35…+75 °C, что накладывает дополнительную тепловую нагрузку на контур охлаждения. При этом EC-двигатели без дополнительного перегрева обеспечивают свою работоспособность в широком диапазоне температуры внешней среды. По данным EBM PAPST, температура разогрева работающего EC-двигателя на основании проведенного тестирования не превышает +45 °C. Максимально и минимально допустимые температуры эксплуатации EC-двигателя составляют соответственно +75 и –20 °C.
Особо важным для прецизионных кондиционеров медицинского назначения является то обстоятельство, что в соответствии с ГОСТ 52539-2006 в лечебных учреждениях помещения, относящиеся к группам 1 (высокоасептические операционные) и 2 (палаты интенсивной терапии), должны непрерывно обеспечиваться гарантированным подпором воздуха не менее 10–15 Па, но не более 20 Па. Указанные значения должны поддерживаться независимо от изменяющихся условий (открытие дверей, работа оборудования и т. д.). Помещения, относящиеся к группе 5 (для инфицированных больных), наоборот, должны непрерывно обеспечиваться гарантированным разрежением. В первом случае это достигается превалированием притока над вытяжкой, а во втором – превалированием вытяжки над притоком, что обеспечивается регулированием расходов воздуха по показаниям внешних прессостатов, контролирующих перепад давления между помещениями.
Наиболее точное, безынерционное и эффективное регулирование расходов воздуха достигается использованием EC двигателей в качестве приводов вентиляторов, вследствие чего они рядом европейских стандартов (VDI3803, VDI2167 part 1, SWKI-Guideline 99-3) определены как комплектующий элемент кондиционеров медицинского назначения.
Аналогичное положение дел в соответствии с ГОСТ 14644-4-2002 является характерным для всех объектов прецизионного кондиционирования, имеющих в своем составе «чистые» помещения и связанные с ними контролируемые среды. Работа контроллеров в этих случаях осуществляется по показаниям не двух, как обычно, датчиков (термостат и гигростат), а трех датчиков, в число которых включается также прессостат. Последний работает в цепи управления EC-двигателями.
Сухие градирни и выносные воздушные конденсаторы компании Refrion оснащаются ЕС-вентиляторами нового поколения диаметром 800, 900 и 1 000 мм.
Преимущество EC-вентиляторов(двигателей)
EC-вентиляторы могут применяться в системах с переменным расходом воздуха (как приточных, так и вытяжных). Пример использования вытяжной системы с переменным расходом воздуха: вытяжная шахта из санузлов с автоматически регулируемыми вытяжными решетками. В этом случае реализуется принцип поддержания постоянного разряжения в шахте, в то время как количество открытых решеток может изменяться.
EC-вентиляторы позволяют снижать расход воздуха приточной установки при нехватке тепловой мощности нагревателя, поддерживать постоянный расход воздуха (по датчику давления) при постепенном загрязнении воздушного фильтра. Кроме того, эта технология оптимальна для проектных решений, где необходимо регулировать количество подаваемого воздуха по аналоговому датчику температуры или влажности, например, при организации вентиляции бассейнов.
В настоящее время объемы производства вентблоков на базе EC-вентиляторов увеличиваются, поскольку все больше специалистов в области кондиционирования и вентиляции получают информацию о преимуществах и широких возможностях этого технического решения. Постоянное ориентирование как европейского, так и отечественного законодательства на энергосбережение также способствует применению передовых технологий.
Резюмируя все достоинства систем, приобретаемые при использовании EC-технологии, можно выделить главное:
- У ЕС-вентиляторов практически отсутствуют пиковые пусковые токовые нагрузки за счет того, что встроенный регулятор обеспечивает достаточно плавное нарастание амплитуды переменного тока от нуля до номинального значения. В то же время пусковой ток у АС-вентиляторов обычно в 5–7 раза превышает номинальный, что приводит к необходимости увеличения сечения электропроводки и параметров пускового оборудования, которые выбираются в расчете на значения пускового тока.
- Улучшенные технические характеристики. Новые EC-вентиляторы оснащены двигателями меньшего размера(компактность), но с улучшенными техническими характеристиками, что позволило на 5 % увеличить их мощность по сравнению со старой линейкой ЕС-вентиляторов.
- Низкие шумовые характеристики. Вентиляторы не создают дополнительной шумовой нагрузки при регулировании скорости вращения. Уровень звукового давления уменьшается на 6 дБ по сравнению со старыми моделями.
- Безопасность. Новые ЕС-вентиляторы выгодно отличаются дополнительной защитой от перегрева электроники и двигателей вентиляторов, а также защитой от блокировки ротора, потери фазы и резких скачков напряжения, обеспечивая бесперебойную работу как в неблагоприятных условиях окружающей среды, так и при сбоях электропитания.
- Высокий моторесурс. Новые EC-вентиляторы в силу разгруженности подшипниковых узлов по осевым и радиальным усилиям, а также благодаря встроенной защите по электропитанию обладают высоким моторесурсом, составляющим более 80 000 часов.
- Возможность удаленного контроля. Новые EC-вентиляторы можно коммутировать с Modbus, таким образом, упростив дистанционный контроль над эксплуатационными параметрами вентиляторов (благодаря шкафу управления Intelliboard с интегрированным PLC).
Почему?
Компактность, низкое энергопотребление, плавное и точное регулирование, низкий уровень шума, отсутствие вибрации, согласованность с рабочим колесом по аэродинамике и мощности, а также ряд других излагаемых ниже особенностей ЕС-двигателей являются причиной все более возрастающего интереса к ним.
Преимущество в габаритах обусловлено тем, что ЕС-двигатели, являясь более компактными по сравнению с AC-двигателями, полностью вписываются в габариты крыльчатки вентилятора, обеспечивая прямой привод, в то время как вентиляторы с AC-двигателями занимают значительно больше места, особенно в направлении потока воздуха, что означает необходимость наличия несколько увеличенных размеров венткамеры. Размер выходного отверстия EC-вентилятора практически совпадает с поперечными размерами секции, в которой он размещается. Это приводит, с одной стороны, за счет предварительно выровненного потока воздуха к более эффективному использованию поверхности теплообменника, устанавливаемого за вентилятором, и улучшению съема с него тепла/холода, а с другой стороны, снижает скорость прохождения воздуха внутри секции вентилятора, уменьшает потери давления и шумность. Преимущества в сравнении с AC-двигателем, имеющим ременной привод, схематично показаны на рисунке выше.
Сравнение КПД двигателей различного типа. Поскольку ротор ЕС-двигателя является внешним с постоянными магнитами, в нем отсутствуют тепловые потери, неизбежные в случае короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя. Отсюда высокий КПД, достигающий 80–90 %. На рисунке приводится сравнение КПД двигателей различного типа, среди которых ЕС-двигатель характеризуется рекордными значениями в широком диапазоне полезной мощности на выходе. Наряду с высоким КПД, высокая степень энергосбережения при использовании EC-двигателей в системах ОВК достигается за счет регулирования числа оборотов.
С эксплуатационной точки зрения преимущества ЕС-двигателей обусловлены тем, что вращающиеся части исполнены как один динамически и статически сбалансированный компонент, общий вес которого равномерно распределен на оба опорных подшипника, что значительно влияет на срок службы изделия. Сопутствующим этому обстоятельством является также минимальная вибрация и шум при работе ЕС-двигателя.
Выводы
Резюмируя все достоинства систем, приобретаемые при использовании EC-технологии, можно выделить главное:
- EC-вентиляторы с электронным управлением плавно реагируют на изменение требований по выходной мощности, работают в особо экономном режиме частичной нагрузки и нечувствительны к колебаниям напряжения.
- EC-вентиляторы обеспечивают снижение до 30 % расхода электрической энергии в сравнении с обычными трехфазными AC-вентиляторами.
Особенности современных кондиционеров: функциональность
К выбору кондиционера необходимо подойти со всей ответственностью. Именно климатический комплекс определяет, насколько приятно будет находиться в помещении в июле и августе, когда жара достигает пиковых значений. Духота мешает спать, не дает сосредоточиться, общее самочувствие сильно ухудшается, страдает работоспособность и настроение. Со всем этим поможет справиться правильно подобранный кондиционер! При подборе, однако, нужно руководствоваться не только …
Комбинированная система комфортного кондиционирования МЖД
Несмотря на разнообразие климатического оборудования для систем ОВиК, создание действительно комфортного микроклимата в многоквартирных жилых домах(МЖД) является сложной и актуальной инженерно-технической задачей. Стандартные конструкционные решения в традиционных многоквартирных жилых домах плохо подходят к полноценному применению климатического оборудования… Требования к системе ОВиК для квартир верхнего ценового сегмента Жизнь в загородном доме сама по себе прекрасна, но в современных городах …
Примеры стандартных и нестандартных неисправности СКВ
Многие опытные сервисные специалисты гордятся тем, что могут «на глаз» определить неисправность холодильной установки. Однако, например, такая часто встречающаяся неисправность, как обмерзание внутреннего блока, может быть вызвана не только банальной нехваткой фреона, но и другими факторами. А именно: забитый фильтр внутреннего блока, неисправный вентилятор, загрязнённый теплообменник внутреннего блока, переохлаждение конденсатора, залóм на жидкостном трубопроводе и …