Výběrový program pro návrh ventilátorů

Případová studie, která popisuje návrh ventilátorů pro kondenzátor chladicího okruhu v rámci metody retrofit pouze simulační metodou programu FanScout. Tato metoda zahrnuje kromě návrhu ventilátoru dle specifikovaného pracovního bodu i možnost nasimulovat různé provozní scénáře včetně akustických parametrů, kterým odpovídá příslušný roční odhad spotřeby.

Další výhodou software je výpočet nutného prostoru přímo v aplikaci. Tento údaj by měl být nedílnou součástí nejen při návrhu každého nového zařízení, ale právě i při metodě retrofit. V takovém případě by mělo nové zařízení v maximální možné míře odpovídat svými rozměry a vlastnosti původnímu, jež je nahrazováno.

Vlastnosti aplikace:

•    Pracovní bod je možno umístit kdekoli v charakteristickém diagramu konkrétního ventilátoru
•    Dynamické zobrazení potřebných provozních dat pro konkrétní pracovní bod
•    Možnost vzájemného porovnání různých typů ventilátorů
•    Možnost zobrazit a následně vytisknout nominální hodnoty konkrétního ventilátoru
•    Zobrazení křivek účinnosti
•    Výpočet provozních nákladů a návratnosti investice

V minulosti byly často ventilátory navrženy pouze na základě pracovního bodu s nejvyšším průtokem vzduchu, tzv. maximální pracovní bod. Protože tohoto bodu bylo dosaženo ojediněle, nabízí software ebm-Papst FanScout možnost zadat až pět různých pracovních bodů, které v maximální možné míře vyjadřují potřeby zákazníkovi aplikace.
Pro každý pracovní bod je nyní možné zadat předpokládanou dobu provozu v hodinách během roku.

Jako další informace můžeme zadat požadované zvýšení statického tlaku ventilátoru, celkový objemový průtok vzduchu v systému, následovaný požadovanou redundancí. Redundance vyjadřuje, kolik ventilátorů může být vypnuto, aniž by průtok vzduchu klesl pod požadovanou hodnotu. Tyto rozdíly zbývající ventilátory kompenzují změnou rychlosti svých otáček. Následně je možné zadat i instalační rozměry v zákazníkově aplikaci tak, aby software mohl vyselektovat ventilátory s vhodnými rozměry pro danou aplikaci.

Dále je rovněž možné vyplnit volitelné parametry vyhledávání optimálního ventilátoru, a to přímo dle typu ventilátoru či množství, které může být instalováno.
Na základě zadaných vstupních parametrů ebm-papst FanScout vyselektuje a nabídne uživateli seznam nejvíce vhodných produktů pro dané vstupní parametry s důrazem na maximální energetickou úspornost celého systému.

Tento seznam (obr. 1) zobrazuje nejen výkonové a elektronické parametry, ale také zejména efektivitu roční spotřeby energie. To vše je seřazené tak, že nejúčinnější kombinace je uvedena vždy jako první a je zeleně podbarvena.
Ventilátory, jež byly softwarem vybrány jako nejvhodnější řešení odpovídající zadaným požadavkům uživatele a které byly zobrazeny v seznamu výsledků, jsou vždy zároveň zobrazeny prostřednictvím charakteristické křivky kombinace ventilátorů (obr. 2). V diagramu se zobrazují i jednotlivé definované pracovní body, přičemž svojí velikostí vyjadřují podíl provozního využití pro danou aplikaci.

Obr. 1 Seznam nejvíce vhodných produktů pro dané vstupní parametry s důrazem na maximální energetickou úspornost celého systému. Nejúčinnější kombinace je uvedena vždy jako první a je zeleně podbarvena.

Obr. 2 V diagramu se zobrazují i jednotlivé definované pracovní body, přičemž svojí velikostí vyjadřují podíl provozního využití pro danou aplikaci.

Dalším klíčovým krokem pro návrh optimální varianty při výběru ventilátorů je akustika. Software FanScout pro každou z vybraných kombinací ventilátorů rovněž zobrazuje pro každý pracovní bod individuálně hladinu akustického tlaku v jednotlivých frekvenčních pásmech, a to včetně korekce váhovým filtrem typu A, přičemž uživatel má možnost vybrat si hladinu akustického tlaku, jak na straně sání, tak i na straně výtlaku. Váhové filtry je možné dle potřeby uživatelsky měnit (Obr. 3).

Obr. 3 Software FanScout pro každou z vybraných kombinací ventilátorů rovněž zobrazuje pro každý pracovní bod individuálně hladinu akustického tlaku v jednotlivých frekvenčních pásmech.

Pro zvolenou kombinaci ventilátorů uvádí software také pro každý z pracovních bodů spotřebu elektrické energie a účinnost řešení vůči zadaným hodnotám, což je přehledně znázorněno v následujících diagramech (Obr. 4). Uživatel je tak schopen velmi rychle získat celkovou představu o vhodnosti navrhovaného řešení z ekonomicko-provozního hlediska. Díky této skutečnosti je možno vypočtené pracovní body doplnit o provozní parametry v průběhu následujících let a s tím spojené energetické náklady vyjádřené v jednotkách používajících se ke stanovení základních provozních nákladů – [kWh], což zaručuje uživateli spolehlivou pomoc při rozhodování a výběru řešení.

Obr. 4 Pro zvolenou kombinaci ventilátorů uvádí software také pro každý z pracovních bodů spotřebu elektrické energie a účinnost řešení vůči zadaným hodnotám.

Případová studie

Předmětem studie je měření rozdílu spotřeb příkonů původních ventilátorů a nových EC ventilátorů ebm-papst na VZT jednotce. Podle požadavků od zákazníka – v tomto případě byla prioritou úspora – jsme v programu Fanscout vybrali vhodné ventilátory, které byly implementovány do vzduchotechnického zařízení. Posléze bylo provedeno měření a ověření údajů, které jsme předtím získali z programu Fanscout.

Zadání

Porovnání spotřeb energií stávajícího řešení radiálního ventilátoru s dopředu zahnutými lopatkami, pohonem přes řemen a klasickým asynchronním motorem a nových radiálních ventilátorů s dozadu zahnutými lopatkami ve spirální skříni osazených přímým pohonem s elektronicky komutovaným (EC) motorem. Specifikace EC ventilátorů pomocí výběrového programu FanScout na stejný pracovní bod ve VZT. Měření bude provedeno v rámci modernizace VZT jednotky. Případovou studii provedli Ing. Anton Bartovič a Ing. Martin Kaštánek.

Postup

1. Měření příkonu a otáček původního radiálního ventilátoru
2. Zjištění pracovního bodu ventilátoru z dostupných technických podkladů a naměřených dat
3. Výběr vhodné varianty nových ventilátorů pomocí programu FanScout
4. Samotná realizace výměny specifikovaných ventilátorů  
5. Nastavení nových ventilátorů na původní pracovní charakteristiku
6. Změření nových ventilátorů pomocí stejné metodiky
7. Vyhodnocení a porovnání starého a nového řešení

Obr. 5 Ukázka účinnosti ventilátoru D3G355GG0301, kopie z programu FanScout

Provedení

Měření se provedlo v srpnu 2016, kdy si byly okolní povětrnostní a klimatické podmínky vzájemně podobné. Měření probíhalo na stejných bodech se stejně vypracovaným postupem. Příkony axiálních
ventilátorů (staré a nové) byly měřeny na přívodu do VZT se stejným sledem fází.

Na záčátku bylo měření původního radiálního ventilátoru s frekvenčním měničem před plánovanou výměnou za modernější a úspornější náhradu s EC motorem. Měření bylo provedeno pomocí multimetru UNI-T UT233 a otáčkoměru Testo 465. Po odečtení otáček oběžného kola ventilátoru byly odečteny hodnoty příkonu na jednotlivých fázích. Ve druhé fázi byl připraven návrh vhodné varianty nového řešení v programu FanScout. Do konceptu výměny bylo počítáno i s rozměrovými a váhovými limity.

Posléze následovala výměna ventilátorů za nové, kombinaci třech paralelně spojených ventilátorů D3G355-GG03-01, s následnou kalibrací na stejné průtoky, a změření příkonu pomocí multimetru UNI-T UT233 a kontrolní měření přes program EC Control od firmy ebmpapst (přímá kontrola přes MODBus motoru ventilátoru)
Posledním krokem bylo zaregulování ventilátorů D3G355-GG03-01 na průtoky původního ventilátoru. VZT jednotka byla osazena datalogerem pro dlouhodobý sběr informací o příkonu.

Obr. 6 Výstup v grafu

Závěr

Měření ukázalo při obdobných klimatických podmínkách výraznou úsporu energie u radiálních ventilátorů na jedné z vybraných vzduchotechnických jednotek. Celková úspora bude dále prokazována namontovaným datalogerem pro sběr dlouhodobých odběrů VZT.

Foto a obrázky: EBM-papst

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 4/2016.