Повишаване енергийната ефективност на ОВК системи

Регулиране оборотите на помпи и вентилатори с честотни преобразуватели

Днес в ситуация на непрекъснато повишаване на потреблението на енергия и енергийни ресурси, съпътствано и с постоянен ръст на тяхната цена, стремежът на производители и потребители е към по-малко потребление и съответно по-малки разходи. В търсенето на решение, архитектите и проектантите започнаха да създават сгради, обединяващи в себе си интересна архитектура с енергийно ефективни инсталации.

Появиха се нови понятия като енергийно ефективна, пасивна или зелена сграда, в изграждането на които се съчетават нови с добре познати методи и технологии за достигане на висока енергийна ефективност в полза на обитателите им. Общата тенденция обаче, е да се залага предимно на съвременни технологии за пестене на енергия и използването преди всичко на алтернативни източници на енергия. В същото време, възможностите за намаляване на енергийните разходи на база съществуващи технически решения, даващи възможност за значителни икономии на енергия остават в страни и техните възможности не се използват оптимално. Подобно ефективно техническо решение се явява използването на честотни преобразуватели за регулиране оборотите на ел. двигателите, задвижващи помпите и вентилаторите в системите за отопление, вентилация и климатизация. Добре известен факт е, че тези системи се явяват един от най-големите консуматори на енергия в сградите и немалка роля за това играят именно електрозадвижваните помпи и вентилатори
Те са основен елемент на системите за отопление, вентилация и климатизация. От различните видове, в ОВК системите най-широко приложение намират центробежните помпи и вентилатори. Те се явяват подобни устройства, използващи един и същ принцип за предвижване на водата и въздуха. Към центробежните помпи в ОВК системите се причисляват кондензните помпи, циркулационните помпи в отоплителните инсталации и в инсталациите за битова гореща вода и т. н.
Центробежните вентилатори се използват в ролята им на нагнетателни - за подаване на въздух към помещенията, и като смукателни - за отвеждане на отработения. Добре е да се има предвид, че температурата на предвижвания с вентилатора въздух оказва влияние върху неговата производителност и ефективност. Върху ефективността на вентилатора влияние оказва и скоростта на постъпващия в него въздушен поток.

Честотни преобразуватели
Те са познати в практиката под различни наименования - инвертори, Variable Speed Drives (VSD) - регулатори на променлива скорост, Variable Frequency Drives (VFD) - регулатори на променлива честота, трансформатори на честотата или честотни преобразуватели. Но независимо от използваното наименование, принципът на работа е един и същ - електронно устройство, използвано за безстъпално регулиране честотата на въртене при електродвигатели. Приложението на честотните преобразуватели за регулиране на честотата на въртене на хидродинамични машини като помпи, вентилатори съвсем не е нова идея. С развитието на технологиите в тази област тя се превръща в още по-атрактивна. Използването на електродвигатели с променливо регулиране на  честотата на въртене при ОВК системи предлага голям потенциал за  икономии на енергия.

Променлива честота на въртене
За задвижване на помпите и вентилаторите, използвани в отоплителните, вентилационните и климатичните системи, се използват предимно асинхронни ел. двигатели. Широкото им приложение е лесно обяснимо предвид тяхната висока надеждност, сравнително невисока цена и малките разходи за поддръжка. Принципно, честотата на въртене на всеки двигател може да се променя по механичен път, с хидравлични устройства или по електрически път. При тези електродвигатели, обаче, възможност да се контролира скоростта им на въртене е свързана преди всичко с изменение на напрежението или честотата на електрическото захранване. Целта е да се постигне възможно най-малко количество изразходвана електроенергия, а също така да се предотврати появата на недопустим шум при променящите се условия. Именно за постигането на тази цел обикновено се използват честотни преобразуватели. Употребата им дава възможност да се реализират значителни икономии на електроенергия. Независимо от ползите, които могат да бъдат реализирани, често помпите и вентилаторите се прилагат без регулиране на честотата на въртене. За контролиране на потока флуид се използват дроселиращи устройства, вентили или клапи. Така, в случаите когато потокът не се регулира посредством скоростта на въртене, двигателят работи непрекъснато на пълни обороти. Това води до значителни загуби на енергия, тъй като системите за отопление, вентилация и климатизация работят на пълно натоварване в много малка част от времето.

Работен цикъл на ОВК системите
Целта на системите за отопление, вентилация и климатизация е поддържането на благоприятен микроклимат в сградите. На практика, това означава през топлите периоди в годината в сградите да се запазва прохладно, а през студените периоди достатъчно топло. За да се гарантира поддържането на постоянен комфорт в сградите, системите често се оразмеряват на база върхови натоварвания. Такива натоварвания, обаче, са сравнително рядко срещани по време на експлоатация, поради което ОВК системите работят на пълна мощност в много кратки периоди от време. През по-голямата част от времето, необходимият микроклимат в помещенията се постига при работа на системите с по-ниска мощност. Но подобно оразмеряване на системата, води и до преоразмеряване на помпите и вентилаторите. Именно тук е мястото на честотните преобразуватели, с помощта на които потоците флуид да отговарят на съответните потребности от топлина или студ. С честотните преобразуватели скоростта на двигателите може да бъде намалена, като по този начин намалявайки мощността, намалява и необходимото количество електрическа енергия. Така с регулиране на честотата на въртене на ел. двигателя могат да се реализират значителни икономии на енергия.

Други методи за регулиране
В случаите, в които не се използват честотни преобразуватели, ОВК системите ще работят на пълно натоварване през цялото време. Използването на други устройства за механично регулиране на подавания в конкретното помещение въздушен поток не оказва влияние върху скоростта на двигателя и съответно не води до намаляване на необходимото количество електроенергия. Традиционно използвани методи за регулиране на потока като дроселирането посредством клапи или вентили, регулиране чрез завъртане на лопатките на работното колело и т. н. имат един основен недостатък - те не се отразяват директно върху консумацията на енергия. Съществуват известни възможности да се постигне редуциране на консумацията на електроенергия, но постигната ефективност по отношение на икономията на енергия не може да се сравнява с постигнатото при прилагането на регулиране честотата на въртене посредством честотен преобразувател. Основната причина за това е, както вече бе отбелязано, че при останалите методи двигателят продължава да работи с пълна мощност.

Предимства на честотното регулиране
По мнението на специалисти, използването на честотни преобразуватели, освен че може значително да намали разходите за електроенергия може да допринесе и за постигане на цялостен комфорт в сградата чрез оптимизиране и регулиране на въздушния поток и температурата в обитаемите помещения. За разлика от вентилаторите, които работят или на пълни обороти, или не работят, честотните преобразуватели могат да работят на всякакви междинни скорости, позволявайки на фасилити мениджърите и обитателите на сградата повече контрол за регулиране на температурата.

Разходи и срок на откупуване
Обикновено, покупната цена е само една малка част от общите разходи за помпите и вентилаторите през експлоатационния им период. Една немалка част от тези разходи са свързани с тяхната поддръжка. Основно перо обаче, от разходите, свързани с експлоатацията, са енергийните разходи. Според специалисти в областта, използването на честотни преобразуватели може да доведе до икономии на енергия до над 50 - 60%, което би се отразило в значителна степен на експлоатационните разходи. С възможностите за значителни икономии на енергия се обясняват сравнително кратките срокове на изплащане на честотните преобразуватели. Посочваният срок обикновено е средно 18-24 месеца, но се срещат и твърдения за много по-кратки срокове, включително по-кратки от 12 месеца. Фактори, влияещи върху този срок, се явяват видът и размерът на системата и времето, в което двигателят работи на пълни обороти спрямо действително необходимия въздушен поток за покриване на отоплителните и охладителните товари на сградата. Експлоатационният срок на ОВК оборудването в търговски, административни, офис сгради обикновено е не по-кратък от 15-20 години. На фона на този период, се приема, че един двугодишен период на изплащане на честотните преобразуватели определя една добра възвръщаемост на инвестициите. От друга страна, ОВК системите, задвижвани от честотни преобразуватели, допринасят и за постигането на по-добър комфорт в сградата и намаляват експлоатационните разходи и разходите за поддръжка.
ОВК оборудването, което дава възможност за пестене на енергия с честотни преобразуватели, включва центробежни нагнетателни и смукателни вентилатори, центробежните помпи за топла и студена вода, помпите и вентилаторите в охладителните кули и т. н.