Oprócz wymaganego przepływu powietrza, minimalna emisja hałasu oraz zwiększona energooszczędność to podstawowe cechy charakterystyczne dla wentylatorów osiowych stosowanych w parownikach, skraplaczach i wymiennikach ciepła w systemach wentylacyjnych, chłodniczych i klimatyzacyjnych. Te dwie cechy są coraz bardziej istotne dla użytkowników, zarówno ze względu na regulacje prawne, takie jak Dyrektywa w sprawie ekoprojektu (ErP), jak i wyższe ceny energii oraz zwiększenie świadomości ekologicznej. Tendencja ta zyska jeszcze na znaczeniu w przyszłości, czego przykładem są zbliżające się już dalsze ograniczenia w Dyrektywie ErP – kolejne etapy są planowane na rok 2020. 

Nowoczesne wentylatory osiowe w ciągu ostatnich kilku lat wykazały imponujący wzrost wydajności i cichszej pracy. Ich rozwój charakteryzuje ciągłe doskonalenie. Na przykład, w 2004 roku ogólna sprawność statyczna wynosiła około 35%, a w ciągu następnych ośmiu lat wzrosła do około 45%, przy czym poziom hałasu zmniejszył się aż o 7,2 dB (A) w porównaniu do poprzednich modeli. W przypadku silników obecnie zostało już niewiele miejsca na usprawnienia – na przykład silniki GreenTech EC o efektywności przekraczającej 90% już znacznie przekraczają wartości znane z klasy sprawności IE4.

Optymalne wykorzystanie potencjalnych ulepszeń

Aby uzyskać dalsze ulepszenia, producenci wentylatorów muszą wykonać wiele drobnych usprawnień. Muszą przy tym wziąć pod uwagę, że wentylator to kompletny system składający się z wirnika, silnika, obudowy i elektroniki sterowania, tak aby zmaksymalizować potencjał poprawy. W procesie usprawniania należy uwzględnić wszystkie komponenty, a nawet warunki instalacji w urządzeniu użytkownika (rys. 1.).

Obecnie wzrost wydajności można osiągnąć tylko dzięki poprawie aerodynamiki. Podczas optymalizacji aerodynamicznej muszą być brane pod uwagę specyficzne dla danego zastosowania punkty operacyjne, aby zapewnić, że wentylatory faktycznie działają na najlepszym możliwym poziomie wydajności po zainstalowaniu.

Specjalizująca się w wentylatorach i silnikach firma ebm-papst zastosowała to podejście przy tworzeniu nowych wentylatorów osiowych AxiBlade (rys. 2.). Dzięki modułowej konstrukcji mogą one pracować w szerokim zakresie zastosowań z optymalną sprawnością aż do 54%, przy osiągnięciu redukcji hałasu o 8 dB (A) w porównaniu do programu standardowego. Poza szczególnie energooszczędnymi silnikami EC GreenTech, nowe modele wentylatorów są także dostępne z silnikami AC, które się nadal powszechnie stosuje. Obecnie oferowane są rozmiary 800 oraz 910; planowane jest rozszerzenie serii o rozmiary 630 i 710.

 Rys. 1. Straty w wentylatorze osiowym o swobodnym wydmuchu, mierzone przy zastosowaniu kratki osłony

Rys. 2. System AxiBlade z wbudowanym dyfuzorem i łopatkami kierującymi

Modułowa konstrukcja – właściwe rozwiązanie dla każdego zakresu ciśnienia

Przy wentylatorach należy wziąć pod uwagę różne przeciwciśnienia w zależności od zastosowania i warunków montażu. Nie istnieje wentylator, który będzie działał na tym samym poziomie efektywności czy hałasu w każdych warunkach – jakiekolwiek poszukiwanie uniwersalnego urządzenia do wszystkich zastosowań jest skazane na niepowodzenie. Jednakże wentylatory osiowe AxiBlade, dzięki w modułowej konstrukcji, są bardzo elastyczne w tym względzie. Komponenty mogą być łączone w zależności od wymaganego zakresu ciśnienia i wentylatory mogą być odpowiednio wytwarzane, dzięki czemu dostępne są zoptymalizowane rozwiązania w systemie plug & play, dobrane do warunków oczekiwanych dla danego zastosowania.

Kompletny system modułowy składa się z obudowy wentylatora o różnych wysokościach z aerodynamicznie zoptymalizowanym pierścieniem wlotowym oraz ze zintegrowanym dyfuzorem lub bez niego. Efekt podnoszenia ciśnienia przez dyfuzor minimalizuje straty wylotowe. Ponadto, stosowane są wirniki o specjalnej geometrii łopatek i uchwytach zapewniających maksymalną skuteczność – są one przeznaczone do różnych silników, z którymi mogą być łączone. To również zwiększa wydajność i redukuje hałas. Użytkownik może mieć zainstalowany napęd w postaci silników GreenTech EC z elektronicznym układem sterowania lub konwencjonalnych silników AC. W wentylatory można także wbudować łopatki kierujące. Minimalizują one turbulencje na wylocie oraz wynikające z nich straty dynamiczne, tym samym przyczyniając się także do lepszego wykorzystania energii. Aerodynamicznie zoptymalizowane są także kratki ochronne dopasowane do różnych kombinacji. Nie tylko chronią one przed przypadkowym kontaktem, ale także przyczyniają się do wysokiej ogólnej wydajności wentylatorów osiowych.

W ten sposób nowe wentylatory osiowe AxiBlade mogą być optymalnie skonfigurowane do danego zastosowania. Na przykład, standardowa obudowa wentylatora o wysokości 190 mm i bez łopatek kierujących nadaje się do niskiego lub średniego ciśnienia w zakresie do 200 Pa. W tym przypadku nie ma korzyści z zastosowania łopatek kierujących. Nawet bez nich efektywność oraz poziom hałasu są znacznie lepsze niż obecna norma branżowa. Łopatki kierujące są interesującym rozwiązaniem z obudową wentylatora o wysokości ok. 300 mm (w zależności od kategorii wielkości) ze zintegrowanym dyfuzorem dla wysokich przeciwciśnień do 290 Pa – tutaj łopatki kierujące są niezbędne do osiągnięcia tak wysokiej wydajności (rys. 3.).

Rys. 3. Punkty pracy AxiBlade dla typowych zastosowań. Ciemne obszary oznaczają przeciwciśnienia do 290 Pa, gdzie cały system może maksymalnie wykorzystać swoje atuty. Jasne obszary oznaczają niskie do średnich wartości przeciwciśnienia (do ok. 200 Pa) – zakres dla standardowej obudowy wentylatora.

Wymiar podstawy zgodny ze standardem branżowym

Ponieważ wymiar podstawy nowych wentylatorów osiowych odpowiada aktualnym standardom branżowym, praktycznie żadne zmiany w projekcie urządzenia końcowego nie są konieczne (rys. 4). Nowe wentylatory są niższe niż standardowe modele. Wysokość może odgrywać mniejszą rolę w większości zastosowań, ale nie w transporcie. Liczy się każdy centymetr, gdy trzeba załadować wentylatory na palety czy do kontenerów.

Rys. 4. Taki sam obszar instalacji: Większa wydajność chłodzenia przy takim samym rozmiarze podstawy, jak w poprzednich wentylatorach. Zdjęcie przedstawia skraplacz do systemu chłodzenia z 10 wentylatorami osiowymi

Zalety wentylatorów w wersji EC są oczywiste. Obejmują one kontrolę prędkości poprzez zintegrowaną elektronikę, która umożliwia dopasowanie prędkości do aktualnych wymagań. To się szybko zwraca użytkownikowi, ponieważ silniki EC dzięki swojej wysokiej wydajności mają przewagę także przy częściowym obciążeniu i są niezwykle ciche w porównaniu do silników asynchronicznych z regulacją prędkości obrotowej, których systemy sterowania triakiem lub zmienną częstotliwością nieuchronnie generują hałas. Kolejne zalety to wysoka gęstość mocy, kompaktowy rozmiar i stały monitoring danych operacyjnych i informacji o statusie.

Najnowszy silnik EC, który również jest wykorzystywany w nowym systemie modułowym, posiada programowalne interfejsy i może być stosowany na całym świecie, ponieważ działa ze wszystkimi wariantami napięcia i zasilania. Konfiguracja bezprzewodowa jest możliwa przy użyciu technologii RFID, a status diod LED pokazuje tryby pracy. Podsumowując, wentylatory AxiBlade dla parowników, skraplaczy i wymienników ciepła, zaprojektowane jako system modułowy i wstępnie w fabryce skonfigurowane z wymaganiami użytkowników, są idealne dla zaspokojenia coraz bardziej rygorystycznych wymagań w zakresie efektywności energetycznej, cichej pracy, niskich kosztów eksploatacji i wygody użytkowania, tak dziś, jak i w przyszłości.

Rys. 5. Skraplacz z wentylatorami AxiBlade w komorze testowej

Patrick STERN
Market Manager, Dział Technologii Chłodzenia w ebm-papst Mulfingen GmbH & Co.