미국 에너지정보청(EIA)에 따르면, 미국 전체 전력 소비량의 30% 이상이 HVAC 및 냉각 시스템을 가동하는 데 사용되며, 이 에너지 중 상당 부분이 해당 시스템의 팬에 공급됩니다. ebm-papst는 이러한 용도를 비롯한 다양한 일반 응용 분야를 위한 팬, 모터, 드라이브 제조업체로서, 에너지 효율이 높은 공기 이송 장치를 개발하여 우리의 생활 공간과 식품, 음료를 시원하게 유지하는 동시에 에너지 낭비와 전기 요금을 줄이는 데 기여하고 있습니다. GreenTech와 지속가능성에 대한 이 회사의 집중은 제품 라인업뿐 아니라 기업 철학 전반에 스며들어 있습니다.

Engineering.com은 ebm-papst의 엔지니어들과 이야기를 나누며, 팬을 효율적이고 합리적인 가격에, 맞춤 설계가 가능하며 생태계에 이로운 제품으로 만드는 기술에 대한 개요를 들었습니다.

모터

한 세기도 훨씬 전, 두 발명가는 전기로 세상을 움직이는 방식에 대해 서로 다른 생각을 갖고 있었습니다. 토머스 에디슨은 백열전구를 판매하고자 했으며, 직류(DC) 발전기와 모터를 선호했습니다. 그의 경쟁자였던 니콜라 테슬라는 교류(AC)로 작동하는 유도 모터를 발명했습니다. 각 모터 방식에는 저마다의 장단점이 있습니다.

DC 모터는 어떤 속도에서도 효율이 매우 높고 속도를 쉽게 조절할 수 있지만, 브러시와 정류자를 사용하기 때문에 수명이 짧은 경향이 있습니다. AC 유도 모터는 브러시를 사용하지 않아 더 내구성이 뛰어나고 비용 효율적입니다. 최근까지 AC 모터는 (선로 주파수에 따라 결정되는) 단일 속도로만 작동했지만, 현대의 가변 주파수 드라이브(VFD)는 이제 AC 모터가 여러 속도로 작동할 수 있게 해주며, 다만 저속 구간에서는 효율이 떨어집니다.

이 두 가지의 장점을 모두 갖춘 것이 브러시리스 DC 모터로, 브러시와 정류자 대신 전자 제어 방식을 사용하여 브러시 모터 특유의 마찰로 인한 마모를 줄이면서도 여러 속도에서 효율적으로 작동할 수 있습니다. 브러시와 정류자를 전자 부품으로 대체했기 때문에 이러한 모터는 흔히 전자 정류 모터, 즉 ECM이라고 불립니다. 사실상 ECM은 브러시리스 DC 모터이지만, 일반적인 브러시리스 DC 모터가 순수하게 DC로만 작동하는 것과 달리 ECM에는 AC-DC 변환 회로가 내장되어 있어 AC 선전압으로 직접 구동할 수 있습니다.

ebm-papst의 두 엔지니어가 AC 모터와 EC 모터를 비교합니다:

 

 ebm-papst 모터는 AC 입력을 지원하기 때문에 엔지니어는 이를 이전에 AC 팬을 사용하던 설계에 손쉽게 개조하여 적용할 수 있습니다. 실제로 외형 규격이 동일하여 그대로 대체품으로 사용하기에도 적합합니다. 또한 새로운 제품 라인을 위해냉장 진열대 등에 사용되는 LED 조명 시스템과 호환되는 24VDC 전원으로 구동되는 DC 입력 팬도 제조합니다. AC든 DC든, 이러한 팬은 제조 및 운용 양면에서 모두 친환경적입니다.

GreenTech 팬 기술         

ebm-papst는 모든 신제품이 경제성과 생태 측면에서 이전 제품보다 더 우수하도록 만드는 데 전념하고 있습니다. 이를 위해 모터, 제어 회로, 팬 블레이드를 하나의 유닛으로 통합한 팬을 제조하여 생산에 사용되는 재료와 에너지의 양을 줄입니다. ebm-papst에 따르면, "축류 및 원심 임펠러에 금속과 플라스틱 소재를 결합함으로써 특히 가볍게 만들 수 있으며, 최적의 공기역학적 설계를 실현할 잠재력을 제공하여, 향상된 음향 성능과 더불어 이전에 도달하지 못했던 수준의 에너지 효율을 달성합니다." 

각 팬의 외부 온도 센서로부터 얻은 피드백을 기반으로, 컨트롤러는 여러 구역에 걸쳐 균등한 냉각을 보장하기 위해 개별 팬의 속도를 높이거나 낮출 수 있습니다. 이렇게 개별적으로 제어되는 다단 속도 팬의 결과, 에너지 소비가 크게 감소합니다.

이 회사의 팬은 지속 가능한 제조 방식과 더 높은 효율성이 결합되어, 에너지 관련 제품에 대한 유럽 ErP 지침 의 기준을 뛰어넘습니다.

GreenTech 통합 전자장치     

GreenTech 팬에는 내장형 역률 보정 기능, EMI 필터링, 열 과부하 보호,  전류 제한, 선전압 및 위상 고장 감지,  전자식 정류기, 모터 소프트 스타트 회로, 그리고 프로그래밍 인터페이스를 제공하는 RS-485 Modbus 연결 및 다중 팬 시스템과의 통합 기능이 포함될 수 있습니다.

이 팬은 엔지니어가 비례 및 적분 계수를 조정할 수 있는 프로그래밍 가능한 PI 컨트롤러도 갖추고 있지만, ebm-papst 엔지니어들에 따르면 대다수 고객은 미리 프로그래밍된 기본값만으로도 잘 작동한다고 합니다.

추가 센서는 팬 속도, 전압, 전류, 버스 통신을 측정하여 마스터 컨트롤러가 팬 상태를 모니터링하고, 고장을 감지하며, 필요 시 기술자에게 알릴 수 있도록 합니다. HVAC 시스템은 시간대, 실내 사용 여부, 환경 조건 및 추적 가능한 사실상 모든 다른 변수에 따라 팬 속도를 변경할 수 있습니다.

IoT 기반 ECM 팬을 통한 원격 모니터링

기계 수준에서 장비를 모니터링하는 것은 이제 옛날 이야기입니다. 사물인터넷  (IoT) 덕분에 장치를 어디서든 관찰하고 제어할 수 있게 되었습니다.   GreenIntelligence 이니셔티브의 일환으로, ebm-papst는 IoT 기술과 Modbus 인터페이스를 팬에 통합하여 건물 자동화 시스템  (BAS)에 통합할 수 있도록 하며, 이는 종합적인 에너지 관리 및 기계 유지보수 프로그램의 일부입니다.

원격 모니터링 및 제어는 두 가지 방식으로 수행할 수 있습니다:

1) 인터페이스 컨버터가 장착된 호스트 컴퓨터에서 ebm-papst EC 제어 소프트웨어를 사용하는 방법, 그리고

2) 호환되는^타사 컨트롤러를 통하는 방법입니다. (승인된 컨트롤러 목록은 여기에서확인할 수 있습니다.)

두 인터페이스 모두 시설 관리자가 가동 시간, 팬 속도, 전류, 전압, 소비 전력, 비상 운전, 모터·전자장치·전원 회로의 온도, 운전 모드(온도 또는 압력/풍량 제어), 설정값, 온도 피드백, 경보 신호와 같은 매개변수를 관찰할 수 있게 해줍니다. 팬과 스마트폰, 노트북 또는 컴퓨터 네트워크 간의 연결을 위해 블루투스, USB, 이더넷과 같은 다양한 RS485 어댑터를 사용할 수 있습니다.

 

다양한 부착 센서를 통해 IoT 팬은 고장을 감지하고 오류 코드를 전송하여 기술자에게 알림으로써 다운타임을 최소화할 수 있습니다. 물론 고장을 감지하는 것보다 예방하는 것이 더 낫기 때문에 BAS는 팬이 작동한 시간 수도 추적할 수 있으며,이는 예방 정비에 도움이 됩니다. 더욱이 센서는 향후 고장으로 이어질 수 있는 상태를 감지하여 예지 정비를 가능하게 합니다.

ECM/IoT 팬을 활용한 설계

저는 ebm-papst 엔지니어에게 상업용 냉동 장치를 위한 팬 시스템 설계 과정을 설명해 달라고 요청했습니다. 이 응용 분야에서 증발기 또는 응축기 팬의 경우, 엔지니어는 먼저 다음과 같은 설계 매개변수를 결정합니다:

• 시스템 작동점 - 풍량 및 정압
• 물리적 제약 조건
• 환경 – 최소 및 최대 주변 온도, 먼지/습기/물튀김 등
• 공급 전압, 단상 또는 3상, 전력 제한
• 속도/방향 제어(단일 속도, 2단 속도, 가변 속도, 역회전 운전)
• 모니터링 요구사항(속도, 오류 코드, 소비 전력, 가동 시간, 모터/전자장치 온도)
• 마스터 컨트롤러가 필요한가요? 필요하다면 어떤 유형인가요?

이 정보를 통해 엔지니어는 다음을 결정할 수 있습니다:

• 팬 유형 – 축류식, 사류식 또는 원심식
• 팬 크기
• 모터 크기
• 모터 출력 옵션
• AC 모터 또는 EC 모터
• 필요한 EC 옵션(사용 가능한 옵션은 모터 크기에 따라 다름)
• 마스터 컨트롤러가 ebm-papst 팬과 호환되나요?

 

ebm-papst의 현장 엔지니어는 성능, 비용, 효율성의 균형을 이루는 최적의 팬 구성을 설계하기 위해 고객사의 응용 엔지니어와 협력합니다.

재생 가능 에너지와 지속가능성 분야가 계속 성장함에 따라, 우리는 친환경적인 것 과 돈을 절약하는 것 이 더 이상 서로 배타적인 개념이 아니라는 사실을 알게 되었습니다. LED 전구, 저전력 전자기기, 효율적인 팬과 같은 에너지 절약형 제품은 생태학적으로 타당한 제품이 경제적으로도 타당하다는 것을 보여주며, 이는 실제로 이득이 되는 교훈입니다!

자세한 내용은 ebm-papst GreenTech EC 팬에서 확인하세요.