Technologie měničů frekvence zajišťuje energetickou hospodárnost budov

 

 

Již mnoho let neustále rostou ceny energií a v důsledku toho vzrůstá potřeba energetic­kých úspor v průmyslu, obchodu i v jiných oblastech podnikání. Snížení celkových ná­kladů a úspora energií jsou v současné době aktuální jako nikdy předtím, a to právě kvůli drastickému zvyšování cen. A tento růst i na­dále pokračuje.

 

Vlastníci a provozovatelé proto naléha­vě požadují řešení přinášející úspory ener­gií ve výrobních halách, stejně jako v obyt­ných a administrativních budovách. Možnosti úspor energií spočívají rovněž v automatiza­ci technického zařízení budov (TZB). Klí­čovou technologii pro zvýšení energetické účinnosti představuje technika měničů frek­vence. V této době reprezentují nejúčinnější řešení k rychlému a znatelnému snížení spo­třeby energie.

 

Čerpadla a ventilátory jsou vynikající ob­jekty k docílení energetických úspor. Velký počet těchto zařízení je v současné době vy­užíván rovněž v oblasti TZB. Právě u venti­látorů a rotačních čerpadel, tj. u průtočných strojů s kvadratickou zatěžovací charakteris­tikou, klesá spotřeba energie se třetí mocni­nou otáček.

 

Jedno z rozšířených řešení spočívá v tom, že se tyto stroje s kvadratickou zatěžovací charakteristikou vybaví moderními měniči frekvence, čímž se jejich otáčky optimálně přizpůsobí aktuálnímu výkonu. Je tomu tak proto, že ve většině případů jsou čerpadla a ventilátory TZB dimenzovány na nejhorší případ, což např. u klimatizací znamená di­menzováno na nejteplejší den v roce, ve kte­rém musí pracovat na plný výkon. V celém zbývajícím období pak pracují logicky pou­ze v režimu částečného zatížení. Toto platí analogicky i pro tlaková zařízení ve výško­vých budovách.

 

A právě v tomto případě vstupují do hry měniče frekvence. K tomu se přidává i sku­tečnost, že pořizovací cena měničů stále kle­sá, což činí toto opatření ještě atraktivnějším. Ale pozor – ne všechna čerpadla a ventilátory jsou vhodné pro regulaci otáček.

 

Abychom se při regulaci otáček čerpadel a ventilátorů nedočkali nepříjemných pře­kvapení, měl by provozovatel ve fázi pro­jektu dbát na to, aby se změnou otáček ne­došlo ke změně polohy pracovního bodu, a v důsledku toho i účinnosti průtočného stroje. K odstranění nehospodárných a kon­traproduktivních opatření je proto nezbytné zvážit všechny aspekty jak z technického, tak také z komerčního a logistického hle­diska. Aby zůstaly náklady a účinnost sou­visející se zavedením čerpadel a ventiláto­rů s regulací otáček v rovnováze, měl by se uživatel při výběru měniče frekvence řídit nejenom nejpříznivější cenou, ale také jiný­mi faktory, kterými jsou především hospo­dárnost a spolehlivost provozu během celé životnosti zařízení.

 

Ve starších systémech, ale také v nových zařízeních, se často u čerpadel a ventiláto­rů používají k nastavení tlaku nebo čerpa­ného objemu otočné klapky a škrticí či troj­cestné ventily.

 

Je-li regulace rotačního čerpadla vyko­návána pomocí škrticí klapky, posunuje se na charakteristice čerpadla v důsledku ome­zení průtoku pracovní bod stroje.

 

 

V porovnání se jmenovitým pracovním bodem čerpadla dochází pouze k minimální­mu snížení spotřeby energie.

 

Je-li regulace rotačního čerpadla vykoná­vána změnou otáček, posunuje se pracovní bod na charakteristice zařízení. Přitom dochá­zí ve srovnání s regulací škrcením ke snížení spotřebované energie – jak již bylo uvedeno, ve třetí mocnině! Takže např. ventilátor spo­třebuje při polovičních otáčkách pouze osmi­nu energie. Toto platí analogicky pro všech­ny průtočné stroje s kvadratickým průběhem charakteristiky.

 

V grafickém znázornění charakteristik (obr. 1) jsou vedle průběhů čerpadel a za­řízení znázorněny také mezní hodnoty účin­nosti. Jak vlivem regulace škrcením, tak vli­vem regulace otáček dochází k pohybu pra­covního bodu směrem ven z optima účinnosti.

 

 

Jak již bylo uvedeno, musí se systémy TZB dimenzovat na špičkové zatížení. Vý­sledkem je velký podíl provozu při částeč­ném zatížení. K této skutečnosti musí přihlí­žet výrobci průtočných strojů. Agregáty jsou proto zčásti konstruovány tak, aby bylo do­saženo optimální účinnosti při asi 70 % prů­točného objemu. Z tohoto důvodu by měli uživatelé při dodatečném vybavování provo­zovaných zařízení nebo při výběru průtočné­ho stroje v rámci nové koncepce dbát na op­timum účinnosti a při částečném zatížení si ověřit správnost své úvahy, aby měla taková­to volba pro jejich zařízení smysl.

 

 

V kombinaci průtočného stroje a měniče frekvence se vyskytuje oblast, ve které systém šetří energii. V tomto rozsahu by měl stroj pra­covat po většinu své provozní doby. Je-li příliš velký rozdíl mezi maximálním požadovaným výkonem a průměrným částečným zatížením, musí provozovatel zvolit jiné řešení.

 

V těchto případech se osvědčuje provoz s několika stroji, který rovněž poskytuje zmí­něné výhody. Jako příklad lze uvést zařízení pro zvýšení tlaku či rozvod vody (zavlažovací systémy), vícenásobné ventilátory chladicích věží, sekundární čerpadlové systémy vysky­tující se v chladicích zařízeních nebo čerpací systémy v dálkových rozvodech tepla.

 

Existuje mnoho důvodů pro používání ta­kovýchto konstrukcí. Nejdůležitější důvod spočívá v optimálním nastavení pracovního bodu v závislosti na příslušném požadova­ném výkonu v systému. To může při použití čerpadla, které je dimenzováno na nejhorší případ a pracuje v širokém regulačním roz­mezí, představovat účinnost jen 10 až 20 %. Systémy s více čerpadly mají naproti tomu účinnost i přes 70 %.

 

Proto je důležité použít kaskádní zapo­jení. V tomto případě se investice vložená do přestavby provozovaného zařízení v krátké době vrátí. V případě kaskády čerpadel pra­cuje čerpadlo s regulací otáček po dobu zá­kladního zatížení. Vzrůstá-li spotřeba, zapí­ná měnič frekvence postupně za sebou další čerpadla; tato pak pracují co možná nejblíže svému optimálnímu pracovnímu bodu z hle­diska účinnosti. Regulace čerpadla tak vždy zajišťuje energeticky nejlepší využití systé­mu. Stejným systémem je možné analogicky řídit ventilátory. Příslušné regulátory kaská­dy jsou k dispozici jako externí příslušenství.

 

Při volbě optimálního řešení s maximální energetickou účinností musí uživatel v kaž­dém případě vyhodnotit, jaké jsou výhody a nevýhody příslušného technického řešení. Přitom je třeba si uvědomit, že s rostoucí kvalitou technického řešení většinou roste i cena. Protože je v současné době pro uži­vatele téměř nemožné znát všechna technic­ká zařízení do nejmenších detailů – a rovněž vzhledem ke zvyšující se složitosti a návaz­nosti všech součástí, je naprosto nezbyt­né si přizvat na konzultaci odborníky a ob­jasnit si s nimi všechny technické výhody a nevýhody.

http://www.danfoss.cz

 

Obr. 1. Charakteristiky čerpadla, zařízení a účinností systému

Obr. 2. Specifická spotřeba energie vybraného čerpadla při frekvenční regulaci otáček
Obr. 3. Pro systémy s více čerpadly je ideální kaskádní řazení