ZASADY ENERGOOSZCZĘDNEGO DOBORU WENTYLATORÓW

Oszczędności energii są możliwe przy zapewnieniu: starannego doboru wentylato­ra, dostosowania cyklu pracy, usprawnienia układu napędowego oraz systemu kanałów wentylacyjnych.

Poniższe ustępy ukazują środki oszczędności energii o potencjalnie dużym znacze­niu, które mogą mieć zastosowanie w systemie. Środki te są przedstawione począw­szy od takich, które mogą silnie wpływać na oszczędność energii i są najłatwiejsze do wdrożenia.

Możliwości zmniejszenia zużycia energii przez wentylator są rozważane w czterech następujących kategoriach:

a) projektowanie systemu wentylacyjnego na minimum strat dla danego obcią­żenia roboczego, uwzględniając długość, położenie i pole przekroju poprzeczne­ go kanałów wentylacyjnych oraz zmiany kierunku przepływu.

b) dobór wentylatora optymalnego dla danego obciążenia i warunków pracy- wymaga znajomości nie tylko żądanych obciążeń szczytowych ale także am­plitudy i zmienności obciążenia w czasie. Na dobór mają również wpływ efekty związane z właściwościami systemu.

c) wybór rodzaju regulacji punktu pracy wentylatora - obejmuje: dławienie, re­gulację prędkości, zmienną geometrię itp.

d) sprawność wentylatora - różne typy wentylatorów mają różną sprawność szczy­tową, przy czym najwyższą sprawnością charakteryzują się wentylatory osiowe z łopatkami o profilu płata aerodynamicznego. Wentylatory, nawet tego samego typu, mogą się znacznie różnić pod względem sprawności szczytowej; należy zatem zawsze wybierać wentylator o największej sprawności.

Poprawa osiągów systemu wentylatorowego

Poniższe uwagi opisują sposoby postępowania, które należy uwzględnić w celu po­prawy osiągów systemu wentylatorowego. Zestawienie to należy traktować tylko jako wskazówkę. W zależności od konkret­nych wymogów systemu inne środki mogą być bardziej odpowiednie.

Układ regulacji i napęd

Układ regulacji, obejmujący sterowanie zapotrzebowaniem i cykl pracy, ma istotny wpływ na oszczędność energii.

Cykl pracy

W celu zminimalizowania kosztów eksploatacyjnych należy przeprowadzić analizę za­potrzebowania na wentylację w zależności od pory roku, miesiąca i dnia. Wykorzystanie wyników tej analizy dla ustawienia zoptymalizowanego cyklu sterownika czasowego może radykalnie zmniejszyć zapotrzebowanie na energię. Przykładem dużych poten­cjalnych oszczędności może być zapotrzebowanie na wentylację poza godzinami pracy w budynkach komercyjnych lub w przemyśle.

Regulacja w zależności od zapotrzebowania       

Na rynku dostępnych jest wiele systemów sterowania wentylacją w zależności od potrzeb. Przez monitorowanie zapotrzebowania przepływ powietrza może być dostosowany do aktualnych potrzeb. Istnieje wiele urządzeń pozwalających na sterowanie przepływem powietrza. Jednym z najczęściej stosowanych jest napęd z regulowaną prędkością, zasilany z przemiennika częstotliwości. Dla większych wentylatorów osiowych powszechnie stosowaną metodą regulacji przepływu powietrza jest zmiana kąta pochylenia łopatek.

Silnik

Wybór właściwego typu i mocy silnika. Przyjęcie nadmiernego marginesu bezpie­czeństwa prowadzi do doboru silnika o zbyt dużej mocy znamionowej i w konse­kwencji jest przyczyną dodatkowych strat.

Nowoczesne silniki wykazują dobre właściwości eksploatacyjne przy obciążeniu od 80% do około 100 % obciążenia znamionowego, co ułatwia dobór. Niemniej dobór wła­ściwej mocy silnika jest bardzo istotny.

Z wyjątkiem zastosowań do pracy w warunkach małych obciążeń, zawsze opłaca się stosować silniki energooszczędne klasy EFF2 lub EFF1, co zmniejsza straty, a zatem koszty eksploatacyjne.

Układ przeniesienia napędu

• w każdym przypadku, gdy jest to możliwe, unikać przekładni zębatych,

• zmienić napęd pasowy klinowy na napęd bezpośredni,

• zmienić napęd pasowy klinowy na napęd pasem płaskim,

• zmienić napęd pasem płaskim na napęd bezpośredni.

W każdym przypadku, gdy jest to możliwe, należy unikać wprowadzania przełożenia między silnikiem a wentylatorem. Najwyższą sprawność zapewnia bezpośrednie sprzę­gnięcie silnika i wentylatora na wspólnym wale.

Kanały wentylacyjne

System kanałów wentylacyjnych jest zwykle instalowany w budynkach lub obiektach przemysłowych po ukończeniu budowy głównej konstrukcji.

Powoduje to czasem konieczność wprowadzania licznych łuków i zmian średnicy. Najczęściej instalowane są kanały o przekroju prostokątnym, podczas gdy, pod wzglę­dem zużycia energii, lepsze są kanały okrągłe.

Ponadto, po zainstalowaniu konieczne jest zrównoważenie sieci wentylacyjnej w ce­lu uzyskania projektowych wydajności dla każdego pomieszczenia. Równoważenie sieci oznacza zwykle wprowadzanie przepustnic w niektórych ciągach wentylacyjnych, co powoduje dodatkowe straty ciśnienia, i w konsekwencji, marnotrawstwo energii. Dla uniknięcia tych strat konieczne jest prawidłowe planowanie systemu wentylacyjnego,

Dobór wentylatora, obsługa i konserwacja

Dodatkowe oszczędności można także uzyskać przez wybór odpowiedniego wenty­latora. Prawidłowy dobór wentylatora ułatwiają obecnie programy doboru wentylatorów, opracowane przez producentów. Oszczędności można także uzyskać przez regularną obsługę i konserwację wentylatorów i podzespołów systemu.

Potencjał oszczędności dla omawianych środków technicznych oraz możliwości ich stosowania w nowych systemach, remontach głównych i modernizacji systemu, należy przestawić. Oczywiście możliwość zastosowania konkretnych środków i war­tość oszczędności wyrażonej w pieniądzach, zależą od wielkości i rodzaju działalności przedsiębiorstwa. Tylko w oparciu o ocenę systemu i potrzeb przedsiębiorstwa można stwierdzić, jakie środki są zarówno możliwe do zastosowania, jak i rentowne. Ocena taka może być dokonana przez wykwalifikowane przedsiębiorstwo techniczne, którym może być np. wprowadzający program MCP lub przez własny wykwalifikowany perso­nel techniczny.

Dobór wentylatorów

Doboru wentylatorów dokonuje się na podstawie tzw. charakterystyk zbiorczych lub odpowiednich tablic.

Podstawą doboru wentylatora jest jego charakterystyka ciśnienia całkowitego ΔP_c=f(V) sporządzona przez wytwórcę. Wydatek wentylatora musi być równy sumarycznej wydajności wlotów nawiewnych lub wywiewnych powiększonej o 10 % do 15 % ze względu na nieszczelności przewodów, Ciśnienie całkowite ciśnienie wentylatora ΔP_c współpracującego z siecią jest sumą bezwzględnych strat ciśnienia całkowitego w przewodzie tłocznym i ssawnym powięk­szona o 2 % do 10 % w zależności od wielkości instalacji (większe wartości dotyczą większych instalacji). Wentylator dobierany na podstawie charakterystyki jest dobry, jeżeli punkt o współ­rzędnych V i ΔP leży w obszarze maksymalnej sprawności. Doboru wielkości wentylatora dokonuje się na podstawie charakterystyki zbiorczej wykonanej we współrzędnych ΔP_c=f(V). Przykład takiej charakterystyki przedstawia ry­sunek.

Charakterystyka wentylatora dla n=const. Dla zwiększenia przejrzystości podano charakterystykę sporządzoną tylko dla jed­nej określonej prędkości obrotowej (n=const} i przy niezmiennym ustawieniu organów regulacji. Na wykres naniesiono przewidywaną krzywą oporów sieci albo oporów urządzenia, z którym będzie współpracował wentylator. Ma ona kształt zbliżony do paraboli. Praca wentylatora ustala się w warunkach równowagi oporów, sieci i spiętrzenia całkowitego wytworzonego przez wentylator odpowiada punktowi „A" przecięcia się krzywej oporów sieci z krzywą spiętrzeń ΔP_c=f(V). Punkt ten nazwano punktem pracy wentylatora.

Wentylator powinien być tak dobrany do sieci, aby jego punkt pracy znajdował się na odcinku charakterystyki odpowiadającym użytecznej pracy. Optymalny punkt pracy wentylatora przypada w miejscu odpowiadającym maksy­malnej sprawności. Należy pamiętać, że wentylator nie powinien pracować w zakresie od wydajności V=0 do wydajności odpowiadającej ΔP_max, gdyż w tym zakresie jego praca jest niestabilna - towarzyszą jej wzmożone drgania, połączone z efektami aku­stycznymi. W zakresie tym leży punkt „P", zwany punktem pompowania.

Wspomniane tablice umożliwiają dobór wentylatora, zawierają wartości liczbowe ważniejszych parametrów wentylatorów, a mianowicie: wydajności V spiętrzenia ΔP, mocy N₁ na wale wentylatora, sprawności h e wskaźnika obciążenia oraz wskaźnika przepływu. Parametry różnych rodzajów wentylatorów w dużym stopniu wzajemnie się pokrywają. Wybór właściwego wentylatora zależy więc nie tylko od wymaganych wartości wydajności i spiętrzenia, lecz także w dużym stopniu od jego przeznaczenia i warunków eksploatacji.

Przykład doboru wentylatora pracującego w temperaturze 240°C

Obliczenia mocy silnika do wentylatora typ WP-56/2,3

• wydajność max w temperaturze 240°C                   V=6,7 m3/s

• temperatura czynnika                                            t₁=240°C

• temperatura max pracy                                         t_mgx=300°C

• temperatura otoczenia                                          t_n=20°C

• spiętrzenie całkowite dla temperaturze 240°C         p_c=4 800 Pa

• czynnik przetłaczany                                             spaliny + gorące powietrze

• gęstość zapylenia czynnika                                   max. 0,5 g/m³

• gęstość w temperaturze t=240"C                           r=0,688 kg/m³ przy czystym powietrzu a nie przy spalinach

Obliczenie mocy silnika dla wentylatora WP-56/2,3

Obliczenie gęstości czynnika dla temperatury t,=240°C przy spalinach gęstość wynosi r₁=r_N•293/(t₁+273)=1,31-293/(240+273)=0,748kg/m³

Wydatek

V=4,1788 Nm³/s wydatek w warunkach normalnych

V_t=V•r_N/r=4,1788·1,2/0,748=6,704m³/s=24135m³/h

Spiętrzenie na wykresie dla r=1,2 kg/m³

P_cw=P_c1•1,2/r₁=4800•1,2/0,748=7700,53Pa

Uwaga

W przypadku, gdy na wykresie podana jest praca (praca przedstawiona na wykresie)

Jednostkowa energia sprężania czynnika w J/kg

P_cr=P_cwy/r₁=4800/0,748=6417J/kg

Wartości odczytane z wykresu

P_w=(P_cwy/r_1,2) •r₁=7200·0,748=5385,6Pa

Moc wentylatora

sprawność wentylatora  h_w=0,72%

sprawność przekładni    h_p=0,95%

Moc wentylatora N₁ - to moc przekazana na wał silnika łącznie z mocą zużywaną na napęd urządzeń związanych z wałem napędowym wentylatora i pokonanie strat tarcia w łożyskach

Moc na wale silnika

N₁=V₁•P_W/(1000•h_w•h_P)=6,7•5385,6/(1000•0,72•0,95)=52,75kW

Dobór silnika

Zapas mocy dla silników w stosunku do mocy wentylatora podaje norma - z=1,15. Silnik powinien mieć od 8 % do 15 % nadmiaru mocy w stosunku do mocy zapotrze­bowanej

N_WS=z•N₁=1,15•52,75=60,66kW