5 способов максимизировать энергосбережение в циркуляционных насосах с электронно-коммутируемыми двигателями

Aug 15, 2023

Министерство энергетики США (DOE) недавно предложило новые стандарты энергосбережения для циркуляционных насосов, что побудило производителей разрабатывать их с целью повышения эффективности.

Циркуляционные насосы распространены повсеместно, и возможность снизить их энергопотребление огромна. В отчете Института исследований электроэнергетики (EPRI) оценивается потенциал экономии энергии для примерно 30 миллионов установок циркуляционных насосов, превышающий 50%.

Циркуляционные насосы используются в различных коммерческих зданиях, таких как кондиционеры (AHU), бустерные насосы охлаждающих змеевиков, небольшие излучающие системы, геотермальные тепловые насосы и контуры рециркуляции горячей воды для бытовых нужд (ГВС). На сегодняшний день циркуляционные насосы не учитываются в целях повышения энергоэффективности, отчасти из-за длительных и капиталоемких циклов проектирования, присущих проектированию насосов, но новые технологии оправдывают это.

По данным Управления общего обслуживания США, в настоящее время более 90% циркуляционных насосов в США представляют собой насосы постоянного объема, приводимые в движение стандартными асинхронными двигателями. Для достижения целей энергосбережения Министерство энергетики рекомендует использовать более совершенные технологии двигателей.

Анализ Министерства энергетики показывает, что двигатели с электронной коммутацией (EC) обычно намного более эффективны, чем асинхронные двигатели, и могут повысить общую эффективность насосной системы. В большинстве ЕС-двигателей используется традиционный статор с железным сердечником и медной обмоткой, но в новых топологиях двигателей с воздушным сердечником используется инновационный статор на печатной плате (PCB), преимуществом которого является устранение потерь в сердечнике и повышение эффективности. Поскольку производители циркуляционных насосов рассматривают новые технологии ЕС-двигателей в своих конструкциях, необходимо учитывать несколько факторов для оптимизации.

ЕС-двигатели обычно на 30 % более эффективны, чем асинхронные, поскольку их конструкция сводит к минимуму потери между компонентами ротора и статора. В ЕС-двигателях потери тепла на ламинацию и медь снижаются на 50 %, что делает их более эффективными. ЕС-двигатели, соответствующие международным стандартам эффективности (IE) 5, обеспечивают один из самых высоких уровней эффективности, но важно отметить, что ЕС-двигатели могут различаться по эффективности в зависимости от скорости и нагрузки. При выборе ЕС-двигателя определите двигатель, который имеет плоскую кривую эффективности в широком диапазоне условий нагрузки, чтобы оптимизировать общую эффективность и работу насосной системы (Изображение 1). Это обеспечит оптимальную эффективность насосной системы в различных условиях эксплуатации.

Усовершенствованные ЕС-двигатели, в которых используются статоры на печатной плате, могут еще больше повысить эффективность и устранить потери в сердечнике. Статоры печатной платы из меди выгравированы непосредственно на печатной плате, что повышает надежность и уменьшает количество медного материала. В двигателях, статор которых состоит из стального сердечника с медной обмоткой, возникают вихревые токи, которые приводят к потерям в двигателе. Замена сердечника и медных обмоток статором на печатной плате устраняет эти потери, в результате чего достигается более высокий КПД двигателя при номинальной мощности и частоте вращения, а также во всем рабочем диапазоне.

Рекомендации Министерства энергетики указывают на то, что повышение эффективности двигателя и управление переменной скоростью в зависимости от потребности могут привести к большей экономии энергии, чем повышение эффективности гидравлики, что позволяет сэкономить до 65% энергопотребления в зависимости от применения. Насосы с изменяемой скоростью могут снизить потребление энергии за счет снижения скорости насоса в соответствии с требованиями нагрузки. Встроенные средства управления переменной скоростью также могут устранить необходимость регулирования клапанов на выходе в соответствии с потребностями, экономя как энергию, так и износ инфраструктуры. Кроме того, это можно сделать без необходимости устанавливать, подключать и вводить в эксплуатацию отдельное кондиционируемое воздушное пространство для обычного частотно-регулируемого привода (ЧРП), что может оказаться непомерно дорогостоящим.

Несмотря на то, что все ЕС-двигатели в той или иной степени имеют встроенную технологию регулирования скорости, важно помнить, что их возможности управления варьируются от базовых вариантов управления скоростью до более сложных функций управления, имеющихся в типичных преобразователях частоты, таких как подключение MODBUS и возможности передачи информации о характеристиках двигателя. и данные о состоянии здоровья обратно в контроллер или централизованную систему управления. Эти усовершенствованные ЕС-двигатели позволяют удаленно контролировать вибрацию, температуру, скорость и эффективность, что передается на контроллеры насосов и позволяет двигателям регулировать и защищать себя по требованию.