Rast ceny elektrickej energie motivuje majiteľov a správcov budov k úspore, a tým ku zníženiu prevádzkových nákladov. Úspory možno hľadať v alternatívnych zdrojoch energie, ale hlavne v modernej technológii pohonov čerpadiel. Dostupným technickým riešením, ktoré ponúka veľkú úsporu v podstate okamžite, je frekvenčný menič otáčok.
Frekvenčný menič reguluje otáčky elektrických motorov pomocou zmeny napájacej frekvencie striedavého prúdu. Osvedčené a ekonomicky výhodné riešenie je použitie frekvenčných meničov (FM) na reguláciu otáčok v aplikáciách vykurovania, klimatizácie a samozrejme aj v zásobovaní vodou.
Nie je veľa technológií, ktoré sa zaplatia tak rýchlo, ako táto. Priemerne za dobu jedného roka. Tento spôsob pohonu čerpadiel ponúka okrem úspory nákladov aj ďalšie prednosti, ako je komplexná ochrana motora, napríklad pred preťažením alebo prepätím a pre čerpadlá dôležitý typ ochrany – ochrana pred chodom na sucho.
Úspora energie reguláciou otáčok s FM
Zariadenia pre objemový prúd, ako sú aj čerpadlá, sa ešte stále často používajú bez regulácie otáčok. Namiesto toho sa prietok kontroluje konvenčným spôsobom pomocou škrtenia ventilov alebo sa čerpadlo zapína a vypína pomocou tlakového spínača (tzv. prevádzka natvrdo).
Ak nie je objemový prúd regulovaný variabilnými otáčkami motora, beží motor vždy plnou rýchlosťou. Pretože systémy zásobovania vodou nepotrebujú neustále maximálne prietočné množstvo, čerpadlo bez regulácie otáčok premrhá väčšinu času značné množstvo energie. Regulácia otáčok motora s frekvenčným meničom poskytuje možnosť úspory energie v rozsahu od 45 do 60 %.
Pri bežnej inštalácii čerpadiel sa elektrický motor priamo napája z elektrickej siete a pracuje pri menovitom počte otáčok. Vďaka meniču zapojenému pred motorom je možné v závislosti od inštalácie a prevádzkových podmienok dosiahnuť značnú úsporu energie s návratnosťou investície v rozsahu od 9 do 24 mesiacov.
Princíp fungovania frekvenčného meniča
Inžinieri pri meraniach zistili, že ak poklesne prietok, ktorý je dosiahnutý zmenou otáčok, tak zároveň poklesne aj množstvo odobranej elektrickej energie.
Tento pokles spotreby je pri percentuálnom vyjadrení oveľa výraznejší, ako bol pokles prietoku. Jednoducho povedané, ak znížite chod motora na 75 % otáčok dosiahne sa 75 % prietoku (litrov za minútu), ale spotreba elektrického prúdu,ktorý by bol potrebný pre plné prietočné množstvo, je teraz len 42 %. Ak sa prietok obmedzí na 50 %, tak sa tým redukuje spotreba elektrického prúdu na 12.5 %. V technickom jazyku sa tomuto javu hovorí zákon afinity.
Najdôležitejší bod s ohľadom na úsporu energie je ten, že spotreba elektrického prúdu je proporcionálna k tretej mocnine otáčok. To znamená, že už minimálna redukcia otáčok môže viesť k veľkým úsporám spotreby elektrického prúdu.
Príklad
Ako príklad použijeme ovládanie čerpadla rodinnom v dome.
Pri štandardne používaných spôsoboch ovládania bez plynulej regulácie: 20-80 % menoviteho prietoku → 93-95 % menovitého výkonu.
Regulácia systému zásobovania vodou v obytnej budove s nepretržitou prevádzkou
Výkon motora: 1.5 kW
Napájanie: 3 × 400 V AC
Použitý frekv. menič: VF 601 (vhodný pre čerpadlá)
Zásobovanie domácnosti vodou (zvyšovanie tlaku)
Tabuľka obsahuje výkonnostné charakteristiky čerpania, pričom počíta s pracovným cyklom frekvenčného meniča VF 601 v rozsahu 8 760 hodín za rok.
| Percento pracovného výkonu čerpadla | Percento ročného pracovného cyklu frekvenčného meniča |
|---|---|
| 100 % | 15 % |
| 90 % | 5 % |
| 80 % | 15 % |
| 70 % | 20 % |
| 60 % | 20 % |
| 50 % | 10 % |
| 30 % | 10 % |
| 20 % | 5 % |
| 10 % | 0 % |
Investičné náklady: 400.00 EUR
Náklady na kWh: 0.155 EUR
Spotreba energie za rok
Bez frekvenčného meniča: 12 483 KWh
S frekvenčným meničom VF601: 8 738.1 KWh
Ročná úspora energie: 3 744.9 kWh
Úspora: 30 %
Finančný výsledok
Ročná úspora nákladov na energiu čerpadla pri použití frekvenčného meniča je 580.40 Euro. To je viac, ako je nadobúdacia cena frekvenčného meniča.
Porovnanie regulácie otáčok pomocou FM s inými metódami regulácie prietoku
Iné typické možnosti regulácie objemového prúdu sú:
- škrtenie pomocou klapiek alebo ventilov;
- regulácia cez zapínanie a vypínanie (Zap./Vyp.).
Nevýhoda týchto konvenčných spôsobov regulácie prietoku tkvie v tom, že žiaden z nich nemá priamy vplyv na zníženie spotreby elektrického prúdu. Pri niektorých z týchto komponentov existujú možnosti redukcie spotreby elektrického prúdu, ale vo vzťahu k spotrebe energie nie je žiadna z nich tak efektívna, ako použitie regulácie otáčok s frekvenčným meničom, pretože motor zakaždým beží na plný výkon.
Regulácia Zap./Vyp. spôsobuje kvôli zvýšenému počtu zapnutí a vypnutí naviac vysoké mechanické zaťaženie, tlakové rázy a prúdové špičky v napájaní, keď sa motor štartuje „natvrdo“.
Zhrnutie
Použitie frekvenčných meničov k regulácii otáčok čerpadiel nie je žiadna nová
myšlienka. Nové technológie dnešnej doby však robia túto alternatívu na základe nízkych nákladov ešte atraktívnejšou. Frekvenčné meniče sú schopné poskytnúť podstatný prínos pri dodržiavaní lokálnych a medzinárodných dohôd a noriem v oblasti politiky šetrenia energiou a zníženia vypúšťania CO2.
Čerpadlá riadené frekvenčným meničom výrazne šetria energiu a vašu peňaženku.