Volgens de Amerikaanse Energy Information Administration (EIA) wordt meer dan 30 procent van het nationale elektriciteitsverbruik gebruikt om HVAC- en koelsystemen aan te drijven; een aanzienlijk deel van die energie gaat naar de ventilatoren in die systemen. ebm-papst, een fabrikant van ventilatoren, motoren en aandrijvingen voor deze en andere veelvoorkomende toepassingen, ontwikkelt energiezuinige luchtverplaatsingseenheden, 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 zou kunnen 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) draait. Elke motor heeft zijn voor- en nadelen.

DC-motoren zijn bij elke snelheid zeer efficiënt en hun snelheid is 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 draaiden AC-motoren op slechts één snelheid (een functie van de netfrequentie), maar moderne variabele-frequentieaandrijvingen (VFD's) laten AC-motoren nu op meerdere snelheden draaien, al zijn ze inefficiënt aan de onderkant van het bereik.

Het beste van twee werelden is de borstelloze DC-motor, die elektronische besturing gebruikt in plaats van koolborstels en commutator, waardoor motoren efficiënt op meerdere snelheden kunnen draaien 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 draaien, hebben ECM's een ingebouwde AC-naar-DC-conversieschakeling, waardoor ze rechtstreeks op AC-netspanning draaien.

Twee ingenieurs van ebm-papst geven een vergelijking tussen 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 namelijk identiek, waardoor ze geschikt zijn als drop-in-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 gekoelde vitrinekasten. AC of DC, deze ventilatoren zijn milieuvriendelijk in zowel productie als werking.

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, besturingsschakeling en ventilatorbladen integreren in één eenheid, wat de hoeveelheid materiaal en energie die bij de productie wordt gebruikt, vermindert. Volgens ebm-papst maakt "een combinatie van metalen en kunststof elementen in de axiale en centrifugale waaiers ze bijzonder licht en biedt potentieel voor optimaal aerodynamisch ontwerp, wat resulteert in een voorheen ongeëvenaard 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 individuele ventilatoren verhogen of verlagen om gelijke koeling over meerdere zones te garanderen. Het netto resultaat van individueel gestuurde, multisnelheidsventilatoren 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 netspanning- en faseuitval,  een elektronische commutator, zachte-start-schakeling 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-regelaar waarmee ingenieurs de proportionele en integrale coëfficiënten kunnen aanpassen, al zeggen de ingenieurs van ebm-papst 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 ventilatorstatus kan bewaken, storingen kan detecteren en zo nodig een technicus kan waarschuwen. HVAC-systemen kunnen de ventilatorsnelheid aanpassen op basis van het tijdstip van de dag, bezetting van de ruimte, omgevingscondities en vrijwel elke andere variabele die kan worden bijgehouden.

Remote monitoring met IoT-gebaseerde ECM-ventilatoren

Apparatuur bewaken op machineniveau is oud nieuws. Dankzij het Internet of  Things (IoT) kunnen apparaten vanaf elke locatie 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 machineonderhoudsprogramma's.

Remote monitoring en besturing kan op twee manieren gebeuren:

1) met 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.)

Elke interface stelt een facilitair manager in staat om parameters te observeren zoals bedrijfsuren; ventilatorsnelheid; stroom; spanning; energieverbruik; noodbedrijf; temperatuur van motor, elektronica en vermogensschakeling; bedrijfsmodus (temperatuur- of druk-/luchtstroomregeling); instelpunt; temperatuurfeedback; en alarmsignalen. Verschillende RS485-adapters zoals Bluetooth, USB of ethernet kunnen worden gebruikt om de verbinding tot stand te brengen tussen ventilatoren en  smartphones, laptops of computernetwerken.

 

Via een reeks aangesloten sensoren kan een IoT-ventilator een storing detecteren en een foutcode versturen naar een technicus, waardoor downtime wordt geminimaliseerd. Natuurlijk is het voorkomen van een storing beter dan het detecteren ervan, dus het BAS kan ook het aantal uren bijhouden dat de ventilator heeft gedraaid, wat helpt bij preventief onderhoud. Nog beter, sensoren kunnen omstandigheden detecteren die in de nabije toekomst een storing kunnen veroorzaken, wat voorspellend onderhoud vergemakkelijkt.

Ontwerpen met ECM/IoT-ventilatoren

Ik vroeg een ingenieur van ebm-papst om me door het proces te leiden van het ontwerpen van het ventilatorsysteem voor een commerciële koeleenheid. 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 – minimale en maximale omgevingstemperaturen, stof/vocht/spuiwater, enz.
• Voedingsspanning, enkelfasig of driefasig, vermogenslimiet
• Snelheids-/richtingsregeling (enkele snelheid, 2-snelheid, variabele snelheid, achteruitwerking)
• Bewakingsvereisten (snelheid, foutcodes, energieverbruik, bedrijfsuren, temperaturen van motor/elektronica)
• Is een hoofdcontroller nodig? Zo ja, welk type?

Die informatie stelt ingenieurs in staat om te bepalen:

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

 

Fieldengineers van ebm-papst werken samen met applicatie-ingenieurs van klanten om een optimale configuratie van ventilatoren te ontwerpen die een balans vindt tussen prestaties, kosten en efficiëntie.

Terwijl de sectoren duurzame 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 stroomverbruik en efficiënte ventilatoren tonen aan dat producten die ecologisch zinvol zijn, ook economisch zinvol zijn, en dat is een les die precies klopt!

Meer informatie over ebm-papst GreenTech EC-ventilatoren.