Приводы воздушных заслонок и частотные преобразователи в системах вентиляции

Системы вентиляции широко используются на промышленных, непромышленных, инфраструктурных объектах и согласно статистике только в производственном секторе на их работу уходит более 15 % всей, потребляемой объектом электроэнергии, а в коммерческом (крупные торговые, торгово-развлекательные, спортивные и т.д. центры) – не менее половины. В системах промышленной вентиляции отказ вентилятора приводит к снижению производительности труда и качества продукции, а часто и к остановке производственно-технологического процесса, поскольку в некоторых технологиях изготовления продукции чистота воздуха имеет решающее значение для минимизации дефектов (например, литье пластмасс под давлением, производство электронных компонентов и др.).

Вентиляторы для систем обычно выбираются из ряда моделей и размеров, а не разрабатываются специально для конкретного применения, а проекты (при их разработке или наличии) основаны на расчете требований к воздушному потоку и давлению системы. Вместе с тем, к сожалению, существует высокий уровень неопределенности, связанный с прогнозированием требований только по расходу воздуха и давлению, поскольку скорость, свойства воздушного потока, температура, компоновка самой системы, доступное пространство, расположение привода, потери в вентиляционных каналах, заслонках, решетках, фильтрах и т.д. в реальных условиях эксплуатации конкретного объекта вносят свои коррективы.

Так называемый системный эффект становится особенно проблематичным, когда поток воздуха, входящий или выходящий из вентилятора, нарушается и становится крайне неравномерным. Плохая конфигурация воздуховодов, ведущих к вентилятору или от него, может серьезно повлиять на способность вентилятора эффективно передавать энергию воздушному потоку. Например, размещение колена рядом с выходным отверстием вентилятора создает системный эффект, который уменьшает подаваемый поток на 30 и более процентов, что компенсируется только увеличением скорости вращения и, в свою очередь, ведет к увеличению мощности и снижению эффективности системы.

Проектировщики стараются превентивно компенсировать такие проблемы подбором вентиляторов больших размеров и мощности, однако на практике такой подход создает дополнительные проблемы - высокие затраты на электроэнергию, чрезмерный шум транспорта воздушного потока, вибрации труб/каналов, снижение надежности системы и пр. В целом снизить эффект неопределенности при эксплуатации систем вентиляции позволяет применение автоматики – тех же приводов воздушных заслонок, частотных преобразователей, работающих под контролем и управлением программируемых логических контроллеров, которые получают и анализируют данные и по вентиляторам, и по всей системе.

Приводы воздушных заслонок в системах вентиляции.

Современные устройства контроля воздушного потока (запорно-регулирующая арматура по п. 2.44 ГОСТ 22270-2018) – впускные и выпускные заслонки (дроссель-клапаны по п. 2.51.2 ГОСТ 22270-2018) с приводом, который управляется программируемым логическим контроллером (ПЛК), получающим информацию о вентиляторе и системе в целом от датчиков давления, расхода, температуры и пр. Упрощенно (для понимания):

• впускные клапаны-заслонки регулируют мощность вентилятора двумя основными способами: создавая завихрение воздушного потока, которое влияет на то, как воздух попадает на лопасти, или полностью дросселируя воздушный поток, что ограничивает количество воздуха, поступающего в вентилятор, и, соответственно снижает мощность, требуемую для торможения;
• выпускные клапаны-заслонки регулируют сопротивление воздушному потоку - при запуске перекрывают поток, что увеличивает давление при низкой скорости и снижает потребляемую мощность, а при выходе на рабочую точку – постепенно открывают проход, позволяя вентилятору набирать обороты при меньшей нагрузке;
• клапаны-заслонки – демпферы устанавливаются в сети воздуховодов на отводах и ответвлениях системы, регулируя сопротивление воздушному потоку и, тем самым распределяя воздушные массы по заданным параметрам расхода;
• приводы впускных заслонок-клапанов систем вытяжной вентиляции в горячих цехах, производствах вредных, токсичных веществ, с значительным содержанием пыли, в противодымных, противопожарных системах оборудуются специальной возвратной пружиной, которая в случае обесточивания при аварийной ситуации или сбое в информационной сети закрывает заслонку-клапан и блокирует воздушный поток.

Все дроссель-клапаны управляются приводами и, как правило, используются в вентиляционных системах с переменным расходом воздуха (Variable Air Volume, VAV), однако могут быть интегрированы и в обычные системы при наличии на предприятии системы автоматического или автоматизированного управления (АСУ).

Частотные преобразователи в системах вентиляции и их преимущества.

Использование комплектных преобразователей электропривода переменного тока с регулируемой скоростью (сленг – частотные преобразователи) в системах вентиляции позволяет повысить эффективность работы вентиляторов в широком диапазоне условий эксплуатации и обеспечивает эффективный и простой способ управления воздушным потоком. Среди основных причин выбора комплектных преобразователей электропривода переменного тока с регулируемой скоростью (частотно-регулируемых приводов) — улучшенное управление потоком, возможность модернизации существующих двигателей, их компактность и отсутствие проблем загрязнения, выработки, поломок, характерных для механических устройств управления.

Частотно-регулируемые приводы уменьшают потери энергии за счет снижения скорости вращения и общего расхода в системе, что дает возможность выйти на максимально доступную энергоэффективность в разные периоды нагрузки на систему. Так, при запуске и выходе на рабочую скорость электродвигатель потребляет высокую мощность с пусковыми токами, которые в 5–6 раз превышают номинальные рабочие токи. Частотно-регулируемые приводы позволяют запускать двигатель с более низким пусковым током (обычно примерно в 1,5 раза превышающим номинальное значение), тем самым уменьшая износ обмоток двигателя и контроллера, нивелируя риски провалов напряжения, которые негативно, часто критически влияющих на работу чувствительного электронного оборудования, в том числе тех же ПЛК систем АСУ.

Важным преимуществом комплектных преобразователей электропривода переменного тока с регулируемой скоростью следует считать и факт того, что интеграция такого оборудования может быть осуществлена в эксплуатируемые системы вентиляции, а это позволит не только снизить энергопотребление, но и увеличить эффективность системы без модернизации существующей сети воздуховодов.