Wentylacja mechaniczna zwana jest także często wentylacją wymuszoną i polega na tym, że ruch powietrza wentylujący pomieszczenia powstaje na skutek działania jakiegoś urządzenia wentylacyjnego. Aby zapewnić odpowiednią pracę takiego systemu, przy jak najmniejszym koszcie energetycznym należy układ wyposażyć w przemiennik częstotliwości.

Prawidłowo działająca wentylacja jest niezbędna w pomieszczeniach, gdzie przebywają ludzie lub zwierzęta. Dopływające z zewnątrz powietrze zapewnia wymianę zużytego i zanieczyszczonego na świeże, niezbędne do oddychania oraz prawidłowej i bezpiecznej pracy urządzeń zużywających powietrze. Jest to szczególnie ważne w sytuacji dodatkowych zanieczyszczeń, takich jak dym papierosowy, opary substancji chemicznych, pyły itp. Można mówić również o wentylacji jako systemie zamkniętym występującym np. w samolotach, gdzie zużyte powietrze jest filtrowane, a następnie mieszane z tlenem i po odpowiedniej obróbce termicznej i wilgotnościowej nawiewane ponownie do kabin.

Wyróżniamy zatem następujące rodzaje wentylacji:

• naturalna – wymiana powietrza przy wykorzystaniu przeciągu;
• grawitacyjna – wymiana powietrza wykorzystująca różnicę ciśnień między przestrzenią wentylowaną, a ujściem kanału wentylacyjnego do atmosfery;
• mechaniczna – sterowana wymiana powietrza. 

Z czego zatem złożony jest system wentylacji mechanicznej?

Po pierwsze na system wentylacji mechanicznej składa się wentylator lub rekuperator, a przy dużych rozmiarach pomieszczeń centrala do wentylacji mechanicznej i odzysku ciepła. Kolejnym elementem układu wentylacji mechanicznej są wymienniki ciepła. Oczywiście podobnie jak w przypadku wentylacji grawitacyjnej, aby wentylacja mechaniczna działała poprawnie konieczne są odpowiednio skonstruowane przewody wentylacyjne oraz komin.

Napęd wentylatora cechuje zmienny moment obciążenia o charakterystyce kwadratowej. Oznacza to, że zmniejszając prędkość obrotową zapotrzebowanie na energię maleje aż w trzeciej potędze. Dlatego można oszczędzić na poborze energii elektrycznej aż do 70%.

Oszczędność energii w wentylacji

Na wielkość zużycia energii elektrycznej przez układy napędowe w wentylacji mają wpływ: 

• sprawność silnika,
• prawidłowy dobór silnika pod względem parametrów elektrycznych i mechanicznych,
• sposób regulacji wydajności wentylatora,
• mechaniczny układ przeniesienia napędu,
• sprawność układu wentylacyjnego,
• jakość zasilania energią elektryczną,
• praktyka w zakresie konserwacji i utrzymania.

Rys. 1. Napęd wentylatora – zmienny moment obciążenia o charakterystyce kwadratowej

Aby w pełni skorzystać z dostępnego potencjału oszczędności należy zoptymalizować cały układ wentylacyjny, w tym napęd elektryczny. Wśród cech, którymi charakteryzuje się energooszczędny napęd elektryczny należy wymienić:

• możliwość nastawy i kontroli momentu rozruchowego oraz momentu obrotowego przy obciążeniu,
• możliwość ustawienia czasu trwania rozruchu i hamowania,
• regulacja prędkości obrotowej w bardzo szerokim zakresie,
• łatwość zmiany kierunku obrotów,
• unikanie biegów jałowych,
• automatyzacja procesu regulacji wydajności wentylatorów,
• auto-tuning silnika elektrycznego.

Rys. 2. Porównanie poboru energii przez silnik elektryczny w zależności od sposobu regulacji

Sterowanie silnikami przy użyciu przemienników częstotliwości EURA^_®

W standardowej instalacji wentylacyjnej silnik elektryczny napędzający wentylator jest zasilany bezpośrednio z sieci i działa z prędkością znamionową. Wydajność wentylatora jest regulowana w konwencjonalny sposób przez zastosowanie np.: przepustnic wielopłaszczyznowych na wylocie lub poprzez zastosowanie kierownic wlotowych. Jeżeli do takiej aplikacji zastosujemy przemiennik częstotliwości EURA^® oszczędność na kosztach energii elektrycznej mogą wynieść do 70%, zależnie od instalacji. 

Wbudowane funkcje dla wentylacji w przemiennikach EURA^®

Przemienniki częstotliwości EURA® Drives zostały wyposażone w szereg funkcji, które znajdują szerokie zastosowanie w aplikacjach wentylatorowych.

Zaawansowany lotny start

Funkcja lotnego startu jest nieoceniona w aplikacjach o dużej bezwładności, gdzie zatrzymanie układu napędowego trwa długo i jest często realizowane wybiegiem. W takich przypadkach nie trzeba czekać do zatrzymania układu, aby móc go ponownie uruchomić. Funkcja jest szeroko stosowana także w wentylacji szczególnie tam, gdzie występuje zjawisko przeciwbieżnego obrotu wentylatora (np. wentylatory dachowe). Podczas aktywnej funkcji lotnego startu przemiennik częstotliwości EURA^® Drives wykonuje automatyczną detekcję prędkości obrotowej silnika i kierunku jego obrotów, a następnie zaczyna pracę od aktualnej częstotliwości pracy silnika tak, aby układ napędowy sprawnie i bez uszkodzeń rozpoczął pracę według parametrów zapisanych wcześniej w przetwornicy. Funkcja ta jest także odpowiednia dla sytuacji, w której może dochodzić do restartu przemiennika częstotliwości po zaniku zasilania, resecie układu lub kiedy następuje start układu napędowego, ale nie jest znany kierunek obrotów, a także gdy nastąpi niepożądane podanie sygnału startu na przemienniku.

Elastyczna 6-punktowa krzywa U/f

Zintegrowana 6-punktowa krzywa U/f pozwala na dokładne dostosowanie krzywej do charakterystyki pracy wentylatora lub potrzeb procesu technologicznego.

Wbudowany filtr przeciwzakłóceniowy EMC i dławik DC

Zakłócenia wytwarzane przez przemienniki częstotliwości mogą powodować niewłaściwą pracę innych urządzeń. W przetwornicach częstotliwości EURA® w standardzie wbudowany jest filtr przeciwzakłóceniowy EMC. Od 30 kW dostępny jest dodatkowo wbudowany dławik DC.

Rys. 3. Napędy HF Inverter dla wymienników obrotowych

Automatyczny dobór parametrów dynamicznych wentylatora

Zmiana parametrów dynamicznych wentylatora powoduje reakcję przemiennika częstotliwości EURA^® w postaci automatycznej regulacji czasami przyśpieszenia i zwalniania oraz częstotliwości pracy silnika napędzającego wentylator. Dzięki temu, zabezpieczony jest układ przed niepożądanym zablokowaniem na skutek chwilowego przeciążenia lub chwilowego wzrostu napięcia na silniku.

Funkcja Watchdog^©

Funkcja ma zastosowanie do monitorowania stanu pasa klinowego zainstalowanego pomiędzy silnikiem a wyminnikiem obrotowym w centralach klimatyzacyjnych. W momencie wykrycia zerwania pasa lub jego nadmiernego rozciągnięcia, przetwornica częstotliwości EURA^® wstrzyma pracę napędu i wyśle sygnał alarmu o jego awarii.

Regulator PID

Regulator PID pozwala na automatyczną regulację prędkości obrotowej silnika, który napędza wentylator tak, aby utrzymać zadany parametr np. stałe ciśnienie.

Funkcja ppoż. dla wentylacji pożarowej

W budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej największym zagrożeniem jest możliwość powstania pożaru. Dlatego podstawowym zadaniem wentylacji pożarowej jest zapewnienie na pionowych drogach ewakuacyjnych (klatki schodowe) oraz poziomych drogach ewakuacyjnych (przedsionki pożarowe i hole windowe) warunków umożliwiających ewakuację. Bezpieczne warunki ewakuacji uzyskuje się, wytwarzając na nich nadciśnienie w stosunku do pomieszczeń objętych pożarem poprzez wtłaczanie na drogi ewakuacyjne ściśle określonej ilości świeżego powietrza. Dla niezawodności pracy wentylatorów oddymiających, przemienniki EURA^® po uzyskaniu sygnału o wystąpieniu pożaru wchodzą w tryb ppoż. i od tego momentu przetwornica EURA^® nie reaguje na żadne sygnały sterujące, ostrzeżenia oraz alarmy. Będzie kontynuować swoją niezawodną pracę tak długo, jak będzie to możliwe, aż do samozniszczenia lub do całkowitego rozłączenia zasilania.

Funkcja sterowania wentylatorami oddymiającymi

Wentylatory oddymiające nie tylko stosowane są w układzie wentylacji pożarowej budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej, ale także w tunelach drogowych i w tunelach metra. Wentylatory pracujące w tunelach służą na co dzień ich przewietrzaniu na wypadek przekroczenia dopuszczalnego stężenia zanieczyszczeń. Ich pracą sterują różnego rodzaju czujniki przekazujące sygnały do wbudowanego regulatora PID przetwornicy EURA^®, dzięki czemu wentylatory te pracują z optymalną wydajnością. Drugą funkcją takich wentylatorów jest ochrona tunelu przed zadymieniem i nadmiernym wzrostem temperatury na wypadek pożaru. W takim przypadku wentylatory mają usuwać dym i gorące powietrze z tunelu głównego, a ich niezawodną pracą steruje przemiennik częstotliwości EURA® będący w trybie ppoż.

Komunikacja przemysłowa

ModBus^® dostępny w każdej przetwornicy w standardzie. 

Regulacja pracy wymiennika obrotowego 

W centralach wentylacyjnych i rekuperatorach coraz częściej do odzysku ciepła ma zastosowanie wymiennik obrotowy. W obudowie typowego wymiennika obrotowego jego wirnik obraca się z masą akumulującą ciepła. Mogą ją stanowić płyty miliporowe i folia aluminiowa tworzące sieć kanalików do przepływu powietrza. Przez połowę wymiennika przepływa powietrze usuwane, powodując jego ogrzanie, przez drugą powietrze świeże, które ma się ogrzać. Największą zaletą wymiennika obrotowego jest jego sprawność dochodząca do 90%. Konstrukcja pozwala na odzysk nawiewanemu powietrzu nie tylko ciepła, ale także wilgoci.

W opcji wykonania wymiennika z pokryciem substancją higroskopijną, w zimie będzie odbierał wilgoć z powietrza usuwanego i przekazywał ją świeżemu, które po podgrzaniu jest przesuszone. Aby uniknąć szronienia na powierzchni wymiennika, wystarczy zmienić jego prędkość obrotową, która regulowana jest przez przemiennik częstotliwości EURA^® E-800.

Wymiennik obrotowy napędzany jest poprzez motoreduktor ślimakowy lub motoreduktor walcowy z regulowaną prędkością obrotową realizowaną poprzez napęd EURA^®. Motoreduktor połączony jest z silnikiem o mocy od 0,06 kW do 0,75 kW i zasilaniu 3f~230V. Dzięki zastosowaniu przemienników częstotliwości EURA® uzyskuje się szeroki zakres prędkości obrotowej na wymienniku, w zależności od potrzeb zakres ten mieści się od 0,1 obr./min do 180 obr./min.

Podsumowanie

Dzięki naszemu doświadczeniu w technice napędowej wiemy, że każda branża posiada swoje specjalistyczne potrzeby. Dlatego proponujemy dopasowaną koncepcję napędową również dla branży wentylacyjnej, którą przygotowaliśmy korzystając w dużej mierze z uzyskanych uwag i spostrzeżeń użytkowników napędów w wentylacji.

Mariusz SNOWACKI
dyrektor, współwłaściciel
HF Inverter Polska

HF Inverter Polska Sp.C.
ul. M. Skłodowskiej-Curie 101e
87-100 Toruń
tel.: +48 56 653 99 16
tel.: +48 56 623 73 16
fax: +48 56 623 73 17
e-mail: biuro@hfi nverter.eu
www.hfinverter.eu 
www.hfpolska.pl