Trendy w rozwoju wentylatorów |
Data dodania: 18.01.2017 | ||
Przez ostatnie lata istotnym czynnikiem napędzającym rozwój technologiczny wentylatorów stała się konieczność spełnienia wymagań prawnych – od wymogów bezpieczeństwa (np. wentylatory przeciwwybuchowe czy chemoodporne) poprzez coraz ostrzejsze wymagania dotyczące energooszczędności urządzeń i ich proekologicznego charakteru.
Ważnym aktem prawnym, warunkującym rozwój wentylatorów, jest Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią. W odniesieniu do wentylatorów, celem dyrektywy jest wprowadzanie na rynek europejski urządzeń z określoną sprawnością minimalną, co do wartości zależną od typu wirnika i sposobu montowania (wentylatory promieniowe czy osiowe, łopatki zakrzywione do przodu czy do tyłu etc.). Szczegółowe wartości, obowiązujące od 1 stycznia 2015 r., podane są w Rozporządzeniu Komisji (UE) nr 327/2011 z dnia 30 marca 2011 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla wentylatorów napędzanych silnikiem elektrycznym o poborze mocy od 125 W do 500 kW (DzU UE L 90/8). Urządzenia, które nie spełniają określonych w tym rozporządzeniu wymogów, nie mogą już być produkowane na terenie Unii Europejskiej.
Dążąc do realizacji wymogów rozporządzenia, producenci rozwijają różnorodne rozwiązania, w tym silniki EC (z elektroniczną komutacją), wirniki o udoskonalonych charakterystykach czy nowe układy regulacji prędkości obrotowej wentylatorów.
Rozwiązania stosowane celem spełnienia wymagań energooszczędności umożliwiają także doskonalenie parametrów – np. własności aerodynamiczne, własności mechaniczne i wytrzymałość czy własności akustyczne.
Oszczędności zaczynają się od silnika
Największe możliwości oszczędzania energii niosą komponenty bezpośrednio związane z jej poborem – silniki.
– Naszym celem jest dalszy wzrost gęstości mocy naszych silników, przy zachowaniu efektywności na poziomie do 90% – mówi dr Bruno Lindl, Dyrektor Zarządzający ds. badań i rozwoju w ebm-papst.
Głównym trendem, rozwijającym się od ponad 13 lat jest stosowanie silników tzw. EC, tj. elektronicznie komutowanych (inaczej silniki stałoprądowe z magnesami trwałymi lub bezszczotkowe silniki prądu stałego). Jako silniki synchroniczne (pozbawione poślizgu) należą do najbardziej energooszczędnych napędów stosowanych w wentylatorach. Dzięki możliwości precyzyjnej, bezstopniowej regulacji, umożliwiają obniżenie zużycia energii o 40÷60% (dane fi rmy Vent-Axia) w odniesieniu do swoich odpowiedników AC, przy jednoczesnym wzroście sprawności.
Wbudowany elektroniczny układ komutacji umożliwia sterowanie prędkością obrotową wentylatora przy zachowaniu wysokiej sprawności i utrzymywania jej w optymalnym punkcie pracy oraz szerokie możliwości płynnego sterowania wenty- latorem (sygnałem 0-10 V). Sterowanie regulacją obrotów może być także realizowane sygnałem 0–10 VDC, PWM lub sygnałem cyfrowym poprzez RS 485 modBUS.
Dzięki temu wentylatory elektroniczne wpisują się też w rozwijający się trend tworzenia budynków inteligentnych. Wentylatory takie mogą być także łączone w sieć i pracować na zasadzie master–slaves lub być wyposażone w dodatkowy moduł do bezprzewodowej komunikacji z komputerem.
Silnik komutowany elektronicznie jest też lżejszy i mniejszy, co pozwala na zmniejszenie wymiarów obudowy i ułatwia montaż. Wymaga także mniejszej ilości dodatkowego osprzętu niż jego odpowiednik AC.
Zalety technologiczne silnika EC (rozbudowany układ sterowania i komutacja elektroniczna) przekładają się na wyższe ceny tego rozwiązania, co stanowiło istotną barierę ich szerokiego zastosowania. Jednak unijne zaostrzenie przepisów sprawia, że udział silników elektronicznie komutowanych w wentylatorach znacznie się zwiększył. Według raportu Transparency Market Research, jednym z motorów rozwoju ogólnoświatowego rynku wentylatorów (ma wzrosnąć z 1,6 mld dol. w 2015 r. do 2,4 mld dol. w 2023 r.) jest wymiana tradycyjnych systemów wentylacji na bardziej zaawansowane – wśród nich wymieniane są właśnie bezszczotkowe silniki stałoprądowe. W wentylacji bytowej technologia EC może w znacznym stopniu zastąpić klasyczne silniki asynchroniczne.
Wentylatorów z silnikami elektronicznie komutowanymi przybywa także w ofercie kolejnych producentów, rozszerza się też portfolio oferowanych urządzeń. W 2015 roku (podczas targów ISH we Frankfurcie) Ziehl-Abegg zaprezentował pełen zakres urządzeń (od 100 W do 6 kW) z energooszczędnymi silnikami EC. Niedawno pełen zasięg wentylatorów promieniowych z łopatkami wygiętymi do tyłu z silnikami EC (od 400 W do 6,0 kW do stosowania w systemach wentylacyjnych) o nazwie PlugFan wprowadził – jako drugą generację tego rozwiązania – ebm-papst.
Intensywna praca nad wirnikami
Choć bardzo istotne dla poprawy parametrów energooszczędności, silniki nie są jedynymi elementami, nad którymi intensywnie pracują producenci wentylatorów. Jak podkreślają konstruktorzy z ebm-papst, poprawa efektywności energetycznej i zmniejszenie hałasu wentylatorów osiowych są możliwe dzięki optymalizacji całego systemu – wirnika, silnika, obudowy oraz elektroniki sterującej (rys. 1.).
Rys. 1. Wentylator osiowy AxiBlade [fot.: ebm-papst]
– Zasadniczą sprawą jest to, że warunki montażu różnią się zależnie od urządzenia klienta – mówi dr Bruno Lindl, Dyrektor Zarządzający ds. badań i rozwoju w ebm-papst. – Aby więc uzyskać optymalne rezultaty, trzeba dogłębnie zrozumieć, jak działa wentylator po montażu. Z punktu widzenia hałasu i efektywności, najwięcej możliwości rozwoju stwarza wirnik wentylatora.
Przykładem najintensywniej rozwijanych elementów wirnika są łopatki wentylatora. Za sprawą unijnego rozporządzenia 327/2011, jednymi z wyżej ocenianych rozwiązań są łopatki zakrzywione do tyłu, a optymalizacja ilości łopatek (np. 7) i kolejne rozwiązania konstrukcyjne umożliwiają doskonalenie sprawności i charakterystyki aerodynamicznej łopatek, a tym samym całego wirnika. Przykładowo, w niektórych rozwiązaniach, dzięki zastosowaniu specjalnej płyty zaciskowej, kąt nachylenia aluminiowych łopatek wentylatorów może być dostosowany do wymaganego punktu pracy (można także ustawić go fabrycznie, optymalizując pracę wentylatora). W doskonaleniu geometrii (kształtu i ustawienia) łopatek w wirnikach z kompozytu poliestrowo-szklanego wyspecjalizowała się firma Wentech – np. wąska łopatka przeznaczona jest do pracy z wysoką prędkością obrotową, a łopatki odpowiednio skręcone (lekko lub znacznie) umożliwiają osiągnięcie odpowiednich parametrów przepływowych przy zachowaniu wysokiej sprawności. Jedną z ciekawszych dróg udoskonalania parametrów akustycznych wentylatora są bioniczne, „sowie” kształty łopatek zaproponowane przez Ziehl-Abegg. W wentylatorach takich jak FE2owlet (rys. 2.) czy MAXvent owlet uzyskano obniżenie hałasu (12 dBA w przypadku MAXvent – w porównaniu do poprzednich modeli) i poprawienie sprawności o 25%. Firmy poszukują inspiracji nie tylko w naturze. Przykładowo, inżynieria lotnicza zainspirowała fi rmę Fläkt Woods do stworzenia wentylatora JMv (rys. 3.), wykorzystującego technologię Vortex Creation Control (sterowanie formowaniem wiru) – stanowi ona połączenie takich rozwiązań jak kształt łopatek (z wykończeniami krawędzi natarcia, umożliwiającymi formowanie wiru), optymalne pod względem aerodynamicznym wykonanie piasty i dwustopniowe kierownice. Poprawiona charakterystyka aerodynamiczna sprawia, że oszczędność energii i kosztów eksploatacyjnych sięga 24% (średnio 17%), przyczyniając się do sprawności wentylatora sięgającej 82%.
Rys. 2. Wentylator o niskim hałasie FE2owlet [fot.: Ziehl-Abegg]
W wykonaniu wirników poszukuje się też nowych materiałów, dążąc m.in. do zmniejszania ciężaru lub niebezpieczeństwa korozyjnego.
Kompozyty w centrum… wentylatora
(...)
Wentylatory chemoodporne i przeciwwybuchowe – materiał na pierwszym miejscu
(...)
Na drodze do optymalizacji
Ważnym trendem konstrukcyjnym pozostaje niezmiennie ograniczanie wielkości urządzeń, zarówno w aspekcie wymiarów geometrycznych, jak i ciężaru. Wentylator promieniowy ZAvblue firmy Ziehl-Abegg (rys. 5.), dzięki wysokiej sprawności wymaga małej ilości miejsca w urządzeniu, w którym jest montowany. Można stosować wirniki mniejsze i pracujące z mniejszą prędkością obrotową od ich rynkowych odpowiedników, zachowując odpowiedni przepływ powietrza. Producenci starają się też wychodzić naprzeciw potrzebom instalatorów, upowszechniając rozwiązania plug&play (włącz i korzystaj) oraz ułatwiające montaż. Ciekawym rozwiązaniem cechują się np. wentylatory chemoodporne z Klimawentu – ich budowa pozwala na instalację między prostokątnymi kanałami wentylacyjnymi bez konieczności zmiany kierunku przepływu czynnika.
Rys. 5. Wentylator promieniowy ZAvblue [fot.: Ziehl-Abegg]
Ciekawe rozwiązania, uwzględniające specyfi kę warunków pracy, można spotkać nie tylko dla przestrzeni zagrożonych wybuchem czy zanieczyszczonych chemicznie. Przykładowo, wentylatory promieniowe ebm-papst RadiCal (rys. 6.) do zastosowań w IT i telekomunikacji (np. stacje bazowe) zostały zabezpieczone opatentowaną membraną, chroniącą komponenty elektroniczne przed korozją zachodzącą w trudnych środowiskach pracy (zmienność temperatury i wilgotności). Membrana jest ruchoma, co kompensuje wahania ciśnienia.
Rys. 6. Wentylator promieniowy RadiCal do zastosowań w IT i telekomunikacji [fot.: ebm-papst]
Jak mówił w 1963 r. Gerhard Sturm, założyciel ebm-papst: − Każdy nowopowstały produkt musi być ekonomicznie i ekologicznie lepszy od swojego poprzednika. To inżyniersko-biznesowe hasło pozostaje najlepszym podsumowaniem trendów w dzisiejszym projektowaniu wentylatorów – ich dostawcy są zobligowani do spełnienia wymagań prawnych ochrony środowiska, a przez klientów motywowani do ciągłej optymalizacji procesów produkcyjnych, by oferować wysokiej jakości urządzenia w akceptowalnych cenach. W urządzeniach do wentylacji bytowej (w przemyśle cena nieraz musi ustąpić wobec względów technologicznych czy wymogów bezpieczeństwa) taka równowaga nieodmiennie pozostaje regułą.
Joanna RYŃSKA
LITERATURA: |
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Pompy ciepła 2023-2024
-
Pompy ciepła 2021-2022
-
Pompy ciepła 2022-2023
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023
-
Pompy ciepła 2020-2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020
-
Pompy ciepła 2019-2020
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019