Volgens de U.S. Energy Information Administration (EIA) wordt meer dan 30 procent van het elektriciteitsverbruik van het land gebruikt om HVAC- en koelsystemen aan te drijven; een aanzienlijk deel van die energie wordt geleverd aan de ventilatoren in die systemen. ebm-papst, een fabrikant van ventilatoren, motoren en aandrijvingen voor deze en andere veelvoorkomende toepassingen, ontwikkelt energiezuinige luchttransporteenheden, die helpen om onze leefruimtes, voedsel en dranken koel te houden, terwijl energieverspilling en energierekeningen worden verminderd. De focus van het bedrijf op GreenTech en duurzaamheid doordringt zowel zijn productlijnen als zijn bedrijfsfilosofie.

Engineering.com sprak met ingenieurs van ebm-papst, die een overzicht gaven van de technologie die hun ventilatoren efficiënt, betaalbaar, aanpasbaar—en goed voor het ecosysteem maakt.

Motoren

Meer dan een eeuw geleden hadden twee uitvinders verschillende ideeën over de manieren waarop elektriciteit de wereld kon aandrijven. Thomas Edison wilde gloeilampen verkopen; hij was voorstander van gelijkstroom (DC)-generatoren en motoren. Zijn rivaal, Nikola Tesla, vond de inductiemotor uit, die op wisselstroom (AC) werkt. Elke motor heeft zijn voor- en nadelen.

DC-motoren zijn zeer efficiënt bij elke snelheid en hun snelheden zijn eenvoudig te variëren, maar door het gebruik van koolborstels en commutatoren hebben ze doorgaans een korte levensduur. AC-inductiemotoren gebruiken geen koolborstels, waardoor ze duurzamer en kostenefficiënter zijn. Tot voor kort werkten AC- motoren slechts op één snelheid (een functie van de lijnfrequentie), maar moderne variabele-frequentieaandrijvingen (VFD's) zorgen er nu voor dat AC-motoren op meerdere snelheden kunnen werken, hoewel ze inefficiënt zijn aan de onderkant van het bereik.

Het beste van twee werelden is de borstelloze DC-motor, die elektronische besturing gebruikt in plaats van de koolborstels en commutator, waardoor motoren efficiënt op meerdere snelheden kunnen werken terwijl de wrijvingsgerelateerde slijtage van motoren met koolborstels wordt verminderd. Omdat ze elektronica gebruiken in plaats van koolborstels en commutatoren, worden ze vaak elektronisch gecommuteerde motoren, of ECM's, genoemd. In feite zijn ECM's borstelloze DC-motoren, maar terwijl typische borstelloze DC-motoren strikt op DC werken, hebben ECM's ingebouwde AC-naar-DC-omzettingscircuits, zodat ze rechtstreeks op AC-lijnspanning draaien.

Twee ingenieurs van ebm-papst geven een vergelijking van AC-motoren en EC-motoren:

Omdat ebm-papst-motoren AC-ingangen accepteren, kunnen ingenieurs ze eenvoudig retrofitten in ontwerpen die voorheen AC-ventilatoren gebruikten. Hun vormfactoren zijn zelfs identiek, waardoor ze geschikt zijn als directe vervangingen. Ze maken ook ventilatoren met DC-ingangen voor nieuwe productlijnen, die werken op 24 VDC-bronnen die compatibel zijn met de LED-verlichtingssystemen die worden gebruikt in veel koelvitrines. AC of DC, deze ventilatoren zijn milieuvriendelijk in zowel productie als gebruik.

GreenTech-ventilatortechnologie         

ebm-papst zet zich in om alle nieuwe producten beter te maken dan hun voorgangers op het gebied van economie en ecologie. Zo vervaardigen ze ventilatoren die de motor, besturingscircuits en ventilatorbladen integreren in één enkele eenheid, wat de hoeveelheid materiaal en energie die bij hun productie wordt gebruikt, vermindert. Volgens ebm-papst: "een combinatie van metalen en kunststof elementen in de axiale en centrifugale waaiers maakt ze bijzonder licht en biedt potentieel voor een optimaal aerodynamisch ontwerp, resulterend in een tot nu toe onbereikt niveau van  energie-efficiëntie – in combinatie met verbeterde akoestiek." 

Op basis van feedback van de externe temperatuursensor van elke ventilator kan de controller de snelheid van afzonderlijke ventilatoren verhogen of verlagen om gelijke koeling over meerdere zones te garanderen. Het netto resultaat van individueel geregelde ventilatoren met meerdere snelheden is een aanzienlijke afname van het energieverbruik.

De ventilatoren van het bedrijf overtreffen de Europese ErP-richtlijn voor energiegerelateerde producten, dankzij een combinatie van duurzame productiepraktijken en hogere efficiëntie.

GreenTech geïntegreerde elektronica     

Een GreenTech-ventilator kan ingebouwde vermogensfactorcorrectie omvatten, EMI-filtering, thermische overbelastingsbeveiliging,  stroombegrenzing, detectie van lijnspanning en faseuitval,  een elektronische commutator, softstartcircuits voor de motor, en een RS-485 Modbus-verbinding die een programmeerinterface biedt en integratie in systemen met meerdere ventilatoren.

De ventilator heeft ook een programmeerbare PI-controller waarmee ingenieurs de proportionele en integrale coëfficiënten kunnen aanpassen, hoewel ingenieurs van ebm-papst zeggen dat de meeste van hun klanten merken dat de voorgeprogrammeerde standaardwaarden goed werken.

Extra sensoren meten ventilatorsnelheid, spanning, stroom en buscommunicatie, waardoor de hoofdcontroller de status van de ventilator kan bewaken, storingen kan detecteren en indien nodig een technicus kan waarschuwen. HVAC-systemen kunnen de ventilatorsnelheid aanpassen op basis van het tijdstip van de dag, bezetting van de ruimte, omgevingsomstandigheden en vrijwel elke andere variabele die kan worden bijgehouden.

Monitoring op afstand met op IoT gebaseerde ECM-ventilatoren

Apparatuur bewaken op machineniveau is achterhaald. Dankzij het Internet of  Things (IoT) kunnen apparaten van overal worden geobserveerd en bestuurd. Als onderdeel van  het GreenIntelligence -initiatief integreert ebm-papst IoT-technologie en een Modbus-interface in zijn ventilatoren, waardoor ze kunnen worden geïntegreerd in een gebouwautomatiseringssysteem  (BAS) als onderdeel van uitgebreide energiebeheer- en onderhoudsprogramma's voor machines.

Bewaking en besturing op afstand kunnen op twee manieren worden uitgevoerd:

1) met behulp van ebm-papst EC-besturingssoftware op een hostcomputer met een interfaceconverter, en,

2) via compatibele controllers van derden. (Een lijst met goedgekeurde controllers is hier beschikbaar.)

Beide interfaces stellen een facility manager in staat om parameters te observeren zoals bedrijfsuren; ventilatorsnelheid; stroom; spanning; energieverbruik; noodbedrijf; temperatuur van de motor, elektronica en vermogenscircuits; bedrijfsmodus (temperatuur- of druk-/luchtstroomregeling); instelpunt; temperatuurterugkoppeling; en alarmsignalen. Verschillende RS485-adapters zoals Bluetooth, USB of ethernet kunnen worden gebruikt om de verbinding tussen ventilatoren en  smartphones, laptops of computernetwerken te maken.

Via een verscheidenheid aan aangesloten sensoren kan een IoT-ventilator een storing detecteren en een foutcode naar een technicus verzenden, waardoor uitvaltijd wordt geminimaliseerd. Het voorkomen van een storing is natuurlijk beter dan het detecteren ervan, dus het BAS kan ook het aantal uren bijhouden dat de ventilator in bedrijf is geweest, wat helpt bij preventief onderhoud. Nog beter, sensoren kunnen omstandigheden detecteren die in de nabije toekomst een storing kunnen veroorzaken, wat voorspellend onderhoud mogelijk maakt.

Ontwerpen met ECM/IoT-ventilatoren

Ik vroeg een ingenieur van ebm-papst om me door het proces van het ontwerpen van het ventilatorsysteem voor een commerciële koeleenheid te leiden. Voor een verdamper- of condensorventilator in deze toepassing  zou een ingenieur eerst deze ontwerpparameters vaststellen:

• Bedrijfspunt(en) van het systeem - luchtstroom & statische druk
• Fysieke beperkingen
• Omgeving – minimum- en maximumomgevingstemperaturen, stof/vocht/spuitwater, enz.
• Voedingsspanning, enkelfasig of driefasig, vermogenslimiet
• Snelheids-/richtingsregeling (enkele snelheid, 2 snelheden, variabele snelheid, omgekeerde werking)
• Bewakingsvereisten (snelheid, foutcodes, stroomverbruik, bedrijfsuren, temperaturen van motor/elektronica)
• Is een hoofdcontroller nodig? Zo ja, welk type?

Die informatie stelt ingenieurs in staat te bepalen:

• Type ventilator – axiaal, diagonaal of centrifugaal
• Ventilatorgrootte
• Motorgrootte
• Opties voor motorvermogen
• AC- of EC-motor
• Benodigde EC-opties (beschikbare opties zijn afhankelijk van motorgrootte)
• Is de hoofdcontroller compatibel met ebm-papst-ventilatoren?

Ingenieurs van ebm-papst in het veld werken samen met toepassingsingenieurs van klanten om een optimale configuratie van ventilatoren te ontwerpen die een balans vindt tussen prestaties, kosten en efficiëntie.

Nu de gebieden van hernieuwbare energie en duurzaamheid blijven groeien, merken we dat groen zijn en geld besparen niet langer elkaar uitsluitende concepten zijn.  Energiebesparende apparaten zoals LED-lampen, elektronica met laag vermogen en efficiënte ventilatoren tonen aan dat producten die ecologisch verantwoord zijn ook economisch verantwoord zijn, en dat is een les die helemaal klopt!

Meer informatie over ebm-papst GreenTech EC-ventilatoren.

Bron: engineering.com