Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Měniče frekvence Vacon 100 HVAC: cesta ke snížení emisí CO2

Měniče frekvence Vacon 100 HVAC jsou určeny pro ovládání technických zařízení budov, tedy topení, ventilace a klimatizace (HVAC – Heating, Ventilation, Air-Conditioning). V kancelářích je v současné době velké množství počítačů, tiskáren, serverů apod., přitom je třeba udržovat v nich teplotu na optimální úrovni. Každý stupeň Celsia nad 25 °C sníží produktivitu práce o dvě procenta, což v kanceláři se 100 lidmi vede k dodatečným nákladům ve výši přibližně 160 000 eur. Náklady na snížení teploty o dva stupně činí u stejné kanceláře pouze 4 000 eur. Neméně důležitý je dopad na spokojenost a zdraví zaměstnanců.
 

Měniče frekvence v systémech HVAC

Vzhledem k tomu, že je v Evropě a USA 40 % veškeré energie spotřebováváno v budovách, může dobře navržený systém HVAC přispět ke snižování emisí CO2, které způsobují nevratné znečištění životního prostředí. Klíčovou otázkou při navrhování systému HVAC je, zda všechny komponenty potřebují řídicí systém, a jestliže ano, jak ho nejlépe implementovat, aby se snížilo ekologické zatížení. Je tedy třeba nalézt rovnováhu mezi požadavky na řízení a tím, co je nejlepší pro životní prostředí.
 
Množství elektrické energie spotřebované čerpadly a ventilátory v HVAC typicky klesne o 20 až 50 % ročně, je-li v systému HVAC použito řízení měniči, které regulují rychlost čerpadel, ventilátorů apod. (obr. 1).
 
Systém HVAC se skládá ze zařízení pro cirkulaci chladicí vody, zařízení pro cirkulaci horké vody a zařízení pro cirkulaci vzduchu (obr. 2). U cirkulace horké a chladicí vody je třeba rozhodnout, zda má být střídavými pohony regulována rychlost všech čerpadel, nebo stačí jediné čerpadlo s regulovanou rychlostí. Co se týče chladicích věží, je možné použít regulaci rychlosti u kondenzačních čerpadel a u ventilátorů. Ventilátory pro přívod a odvod vzduchu mohou mít také proměnnou rychlost, aby se vyměňoval požadovaný objem vzduchu. Další možností je vybavit měničem kompresory. U ventilace schodiště je třeba při použití střídavých pohonů vzít v úvahu, jak mají fungovat při požáru. Jestliže se regulátory rychlosti vybaví čerpadla a ventilátory elektrických bojlerů, usnadní se tím jejich nastavení a seřízení.
 
Při vypracovávání návrhu automatizace budovy je třeba zvolit buď centrální řízení v podobě řídicí jednotky, nebo automatizační prostředky integrované do pohonů. Přitom je třeba vyřešit způsob komunikace.
 

Efektivní investice

V automatizaci budov je doba návratnosti měničů obvykle jeden rok nebo i méně. Při jejich minimálně desetileté životnosti jde o velmi výhodnou investici. Aby byly náklady na vlastnictví co nejmenší po celou dobu života systému automatizace budov, soustřeďuje se společnost Vacon na úspory energie a minimální údržbu pohonů Vacon HVAC. K úsporám připívají vestavěné funkce, jako jsou hodiny reálného času, optimalizace magnetizačního proudu motoru a funkce parkování. S jejich pomocí lze také změřit úspory vzniklé použitím měničů Vacon HVAC. Na webové stránce www.vacon.com je tzv. energy calculator, umožňující vyčíslit úspory.
 
Životnost komponent, včetně kondenzátoru a ventilátoru, je typicky deset let i více, a není je tedy nutné při pravidelné údržbě vyměňovat.
 

V souladu se standardy

V komerčních, průmyslových, a dokonce i obytných budovách je v provozu stále více zařízení, která jsou citlivá na rušení. Aby byl systém automatizace budovy v souladu s příslušnými standardy, vyhovují měniče Vacon HVAC těmto normám:
  • pro elektromagnetickou kompatibilitu (EMC): EN 61000-3-12, EN 61800-3 (1996) + A11 (2000) kategorie C1&C2,
  • pro bezpečnost: 61800-5-1(2007), UL 508 C,
  • certifikáty: CE, UL, cUL
Ve snaze zachovat prostředí pro budoucí generace jsou ve Vacon HVAC použity materiály, které způsobují co nejmenší znečištění. Použití těchto měničů vede k úsporám energie. Měniče vyhovují standardu RoHS, neboť v deskách plošných spojů se nepoužívá olovo. Použité kondenzátory neobsahují toxický elektrolyt.
 

Vacon 100 HVAC šetří náklady na dodatečné vybavení

Měniče Vacon 100 HVAC (obr. 3) mají četné funkce, takže je nadbytečné používat další řídicí jednotky. Mezi užitečné funkce a režimy patří:
  • požární režim – aby byla zajištěna funkce ventilátoru kouřových zplodin, která může zachránit životy, Vacon HVAC při požáru potlačí diagnostiku vlastní ochrany a ochrany motoru,
  • režim několika čerpadel nebo ventilátorů – Vacon HVAC může řídit několik čerpadel nebo ventilátorů připojených přímo, vedle jednotky s regulovanou rychlostí; proto nejsou třeba další řídicí systémy,
  • PID – v každém měniči Vacon HVAC je zabudován PID regulátor, takže působí jako regulátor pro část procesu HVAC; se dvěma PID regulátory v měniči Vacon HVAC mohou být řízeny akční členy prostřednictvím vstupů a výstupů pohonu,
  • PLC – vestavěný plně programovatelný PLC šetří náklady na externí PLC,
  • hodiny reálného času umožňují programovat řídicí systém HVAC různými způsoby, když jsou kanceláře v provozu a když jsou zavřeny,
  • monitorovací systém spotřeby energie umožňuje vypočítat aktuální úspory v HVAC.

Integrace měničů Vacon 100 HVAC

Zde je uveden veškerý nezbytný standardní i volitelný hardware potřebný pro integraci do automatizační i elektrické sítě:
  • vyhlazovací tlumivky: k minimalizaci vyšších harmonických proudu,
  • filtr RFI – k minimalizaci radiofrekvenčního rušení,
  • sériové rozhraní,
  • rozhraní Ethernet,
  • standardní I/O a volitelné rozšiřující karty.
Přes množství zabudovaných funkcí je měnič Vacon s krytím IP54 jedním z nejmenších na trhu HVAC. Tyto měniče nemusí být instalovány do nákladných skříní, snadno a rychle se namontují na stěnu. Všechny potřebné informace pro instalaci do systémů HVAC jsou uvedeny v uživatelské příručce.
 

Snadné uvedení do provozu a zapojení

Pro to, aby mohl měnič Vacon HVAC uvést do provozu každý, bez ohledu na specializaci, byla vyvinuta funkce automatického uvedení do provozu. Je určena pro základní případy použití a dovoluje zprovoznit pohon bez jakéhokoliv nastavování parametrů.
 
Ke snadnému vyladění funkcí lze použít nápovědy, speciálně navržené pro spouštění, PID, sériovou komunikaci a provoz s několika čerpadly. Uživatel má k dispozici uživatelskou příručku vestavěnou v grafickém ovladači. V případě náročného projektu nebo složitého systému HVAC je pro nastavování k dispozici nástroj Vacon Live PC, který běží na PC a vytvoří také záložní kopii nastavení.
 
Pro efektivní elektrické zapojení byly mechanické i elektrické prvky připojení navrženy tak, aby s nimi uživatelé neměli žádné starosti. Snímatelné svorky dovolují zapojit kabely ergonomicky. Nové kabelové těsnění a sponky nahrazují nákladné zastaralé typy. Při vypracovávání návrhu jeho zhotovitelé dbali na to, aby bylo dost prostoru pro kabely. Napájecí svorky jsou odděleny od řídicích svorek, což zajišťuje bezpečný přenos řídicích signálů. Pro připojení jsou vypracovány uživatelské příručky, které ukazují různé typy propojení pro mnoho případů použití.
 

Tichý chod

Hluk způsobený ventilátory, čerpadly, kompresory či motory bývá na obtíž uživatelům budovy. K tomu bylo přihlédnuto při navrhování měniče Vacon HVAC. Tichý chod jednotlivých součástí systému HVAC je zajištěn takto:
  • u ventilátorů a čerpadel se přepínáním frekvence zabraňuje mechanickým rezonancím; díky tomu je systém tichý a také se zabrání zbytečnému opotřebení,
  • veký spínací kmitočet měniče udržuje hluk na minimu,
  • v pohonu Vacon HVAC je použit chladicí ventilátor s rychlostí regulovanou v závislosti na teplotě; pohon je příjemně tichý, zvláště při nízkém zatížení,
  • úroveň hluku v době, kdy není nutná maximální kapacita, systému HVAC s regulovanou rychlostí je nižší.

Omezení mechanického opotřebení

Řízené zrychlení a zpomalování místo skokového startu a zastavování pomocí stykačů vede k delší životnosti mechanického systému a k menším požadavkům na jeho údržbu. Pohony Vacon HVAC působí na chod jednotlivých komponent systému takto:
  • čerpadla: pozvolné zpomalování po rampě zabraňuje rázům v potrubích a vede k jejich delší životnosti a provozu bez mechanických otřesů,
  • ventilátory: řízená akcelerace zabraňuje prokluzování pásů, a tím se snižuje hlučnost i opotřebení,
  • kompresory: pozvolný náběh po rampě snižuje namáhání hřídele kompresoru i napětí v potrubí pro kapaliny a plyny.

Požadavky na elektrickou síť

Při přímém startování zařízení je ze sítě dočasně odebírán až sedminásobek jmenovitého proudu. Použitím střídavého pohonu je možné omezit maximální proud odebíraný systémem, takže nevznikají přechodné nežádoucí jevy, jako jsou poklesy napětí, které mají nepříznivý dopad na jiná zařízení připojená k síti. Díky tomu lze použít menší jističe, menší rozváděč a slabší kabely. Použitím pohonů se také odstraní výkyvy napětí v elektrické rozvodné síti, které jsou způsobeny spínáním velkých zátěží pomocí stykačů. Motory připojené přímo k elektrické síti odebírají ze sítě činný i jalový výkon. Při použití měničů frekvence je odebírán jen činný výkon, a zamezí se tudíž tepelným ztrátám způsobeným přenosem jalového výkonu.
 

Pohodlí pro uživatele

Měniče frekvence Vacon HVAC jsou bezúdržbové a jsou vybaveny diagnostickými funkcemi, které detekují např. přetržení pásu nebo ucpání čerpadla. Je-li třeba vykonat údržbu motoru, může být motor odpojen a připojen za chodu, aniž by bylo zapotřebí vypínat měnič Vacon HVAC. To je pohodlné, pokud jsou motor a pohon na různých místech, jako je tomu u střešních ventilátorů.
 
Jakkoliv snadné je tyto střídavé pohony instalovat a uvést do provozu, mají uživatelé k dispozici efektivní servis 24 hodin denně a sedm dní v týdnu. Zkušení pracovníci technické podpory a partneři firmy Vacon jsou schopni poskytnout pomoc ve více než 100 zemích a servis ve více než 70 servisních střediscích na všech kontinentech.
 

Příklady použití

Měniče frekvence Vacon byly úspěšně použity v terminálu č. 5 londýnského letiště Heathrow. Celkem 800 střídavých pohonů Vacon zde komunikuje prostřednictvím Ethernetu se systémem pro řízení budovy. Dalším příkladem je ovládání jednotek na úpravu vzduchu v multiplexovém kině v indickém městě Pune. V dánské metropoli Kodaň zajišťují pohony Vacon příjemné ovzduší a teplotu pro návštěvníky tzv. domu multimédií, navrženém až pro 3 000 lidí. Dalším místem úspěšného použití těchto měničů je soukromá nemocnice v Singapuru, kde bylo vedle zajištění vhodného klimatu pro pacienty nutné eliminovat elektromagnetické rušení, které by mohlo narušit funkci zdravotnických přístrojů. Ve Finsku se pohony uplatnily v nákupním středisku a ve Spojených arabských emirátech zajišťují klima ve dvou výškových budovách, Jumeirah Emirates Towers. Další informace o měničích od firmy Vacon mohou zájemci získat také na veletrhu Amper, stánek 8B22.
(ev)
 
Obr. 1. Spotřeba elektrické energie při použití čerpadel řízených měniči frekvence je znatelně nižší než při jejich ovládání ventily nebo střídavým zapínáním a vypínáním (on/off)
Obr. 2. Základní soustavy v systému HVAC: cirkulace chladicí vody (modře), horké vody (červeně) a vzduchu (šipky)
Obr. 3. Řada měničů Vacon 100 HVAC