Regulované pohony HVAC v inteligentních budovách

Ing. Naděžda Pavelková, Ph.D., ABB Regulované pohony HVAC v inteligentních budovách March 23, 2012 Slide 1

Nabídka ABB s.r.o. Divize a portfolio produktů a služeb Výrobky pro energetiku Systémy pro energetiku Automatizace výroby a pohony Výrobky nízkého napětí Transformátory, zařízení pro rozvodny VN a VVN, vypínače, rozváděče, svodiče přepětí, rozváděče VN, přístrojové transformátory proudu a napětí VN, senzory Rozvodny, FACTS, HVDC, HVDC Light, elektrárny & automatizace sítí, rozváděče ochran a řídicích systémů pro rozvodny VVN a VN, kabelové systémy VVN Pohony, motory, frekvenční měniče, výkonová elektronika, opravy elektromotorů, roboty, kompletní robotizovaná řešení, poradenství a servis, výroba standardizovaných svařovacích buněk, oprava použitých průmyslových robotů Přístroje a rozváděče nízkého napětí, domovní elektroinstalační materiál, vypínače a odpojovače, inteligentní systémy elektroinstalace Procesní automatizace Řídicí systémy a komplexní dodávky automatizačních řešení, analytika a instrumentace, inženýring a servis pohonů, Operační centrum Česká republika March 23, 2012 Slide 2

Automatizace výroby a pohony DM AP-D March 23, 2012 Slide 3

Ambasador pro úspory elektrické energie Školení March 23, 2012 Slide 4

Frekvenční měniče - princip U line U DC U out Supply L1 L2 L3 Rectifier DC link L + C - U d Inverter V1 V3 V5 V4 V6 V2 U1 V1 W1 Motor M 3 ~ Monitoring Control Control Electronics control, monitoring and communication March 23, 2012 Slide 5

Spouštění AC motorů DOL Y/D Proud Starting Current Star/Delta Softstartér D.O.L Frekvenční měnič Softstart FM otáčky March 23, 2012 Slide 6

Torque [Nm] Torque [Nm] Spouštění AC motorů frekvenční měniče Moment D.O.L T FM Softstart n Star/Delta Otáčky 1600 1400 1200 1000 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Speed [rpm] max load cont loadability max loadability cont load max load neg max loadability neg 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Speed [rpm] max load cont loadability max loadability cont load max load neg max loadability neg FM kvadratic. zátěž. moment What is your actual cst? FM konstantní zátěž. moment March 23, 2012 Slide 7

Příklad: regulace pohonů čerpadel škrcení bypassing (obtok) on/off regulace regulace otáček měniči frekvence March 23, 2012 Slide 8

Úspory - porovnání pro čerpadla (škrcení x měnič) March 23, 2012 Slide 9

Regulace škrcením x měničem frekvence Zdroj: Energy efficient motor driven systems, 2004, by European Copper Institute March 23, 2012 Slide 10

ABB výpočetní programy Snadné použití FanSave Úspory a návratnosti investic pro ventilátory PumpSave Úspory a návratnosti investic pro čerpadla Efficiency Tool Porovnání pohonů s vyšší a nižší účinností Energy Saving Tool Porovnání motorů s vyšší a nižší účinností March 23, 2012 Slide 11

Pump Save March 23, 2012 Slide 12

HVAC v budovách HVAC = Heating Ventilation and Air Conditioning Vytápění, ventilace a klimatizace March 23, 2012 Slide 13

Směrnice 2002/91/EC certifikace energetické účinnosti budov vydaná 16.12. 2002 platná od 4.1.2006 (přechodné období do 2009) March 23, 2012 Slide 14

Spotřeba energie Příklad: Spotřeba energie v komerčních objektech Kancelářská zařízení 7% Světlo 26% Ventilace 7% Ostatní aplikace 7% Vytápění 21% Chlazení 13% Zařízení mimo budovu 19% March 23, 2012 Slide 15

HVAC systémy řízené měniči frekvence Tok vzduchu Tok chladiva Tok vody Tep. výměník 1 Vent odváděného vzd. 2 Vent. přiváděného vzd. 3 Čerpadlo chlad. vody 4 Chlad. kompresor 5 Čerpadlo kondenzátu 6 Vent. chlad. věže March 23, 2012 Slide 16

March 23, 2012 Slide 17

ABB nn měniče frekvence ABB pro HVAC aplikace March 23, 2012 Slide 20

Power rating kw ABB nn měniče frekvence 5600 3400 2800 2400 1900 1450 500 400 355 200 132 110 75 55 11 8 7.5 5.5 4 2.2 1.5 1.1 0.75 0.55 0.37 0.18 100 120 200 240 200 240 380 480 500 690 V 1-phase 3-phase ABB nn AC měniče frekvence ABB machinery drives ABB standard drives ABB industrial drives ABB DC měniče Softwareové nástroje Programy pro výpočet úspor Servis Analýzy / porady March 23, 2012 Slide 21

ACS55 0.18 to 2.2 kw 0.18-0.37 kw (1-ph 100 to 120 V) 0.18-2.2 kw (1-ph 200 to 240 V) Krytí IP20 Skalární řízení Zabudovaný EMC filtr pro 1. prostředí Nastavení parametrů pomocí přepínačů a PC software Volitelné DriveConfig kit PC tool Potentiometr Externí EMC filtr pro dlouhé motorové kabely Vstupní a výstupní tlumivky Pro strojní jednoduchá zařízení Pro obytné prostředí vyhovuje ve standardním provedení Jednoduchá instalace a integrace Motor [kw] 500 160 37 5.5 3.0 2.2 1.5 0.75 ACS55 0.37 ACS55 0.18 100 120 200 240 380 Supply [V] March 23, 2012 Slide 22

ACS150 0.37 to 4.0 kw 0.37-2.2 kw (1-ph/ 3-ph 200 to 240 V) 0.37-4.0 kw (3-ph 380 to 480 V) Krytí IP20, volitelně NEMA 1 Skalární řízení Zabudován EMC filtr pro 2. prostředí Integrováno March 23, 2012 Slide 23 Uživatelské rozhraní Potentiometr Brzdný chopper Volitelně Externí EMC filtr pro 1. / 2. prostředí Pro strojní zařízení Pomocí FlashDrop nastavení do 2 sek i bez připojení napájení Jednoduchá instalace a integrace Rychlá dostupnost a servis Motor [kw] 500 160 37 5.5 4.0 2.2 1.5 1.1 0.55 0.37 0.12 ACS150 ACS150 200 240 380 480 500 Supply [V]

ACS355 0.37-2.2 kw (1-ph 200-240 V) 0.37-11 kw (3-ph 200-240 V) 0.37-22 kw (3-ph 380-480 V) Krytí IP20, volitelně NEMA 1 Vektorové řízení Zabudovaný EMC filtr pro 2. prostředí Volitelně Basic a asistenční ovládací panely Potentiometr Plug-in fieldbuses Encoder interface Externí EMC filtr pro 1. prostředí Vstupní a výstupní tlumivky Široká škála možnosti uplatnění Rozšíření možností díky sekvenčnímu programování Pomocí FlashDrop nastavení do 2 sek i bez připojení napájení Jednoduchá instalace a integrace Rychlá dostupnost a servis Motor [kw] 160 37 22 11 4.0 2.2 1.5 1.1 0.55 0.37 0.12 ACS350 0.37 to 22 kw ACS350 200 240 380 480 500 Supply [V] March 23, 2012 Slide 24

ABB general machinery drives, ACS355 Safe Torque Off SIL3/PL e standard March 23, 2012 Slide 25

ABB general machinery drives, ACS355 IP 66/67 March 23, 2012 Slide 26 Power and voltage range 0.37 to 4 kw, 3-phase 230 V 0.37 to 7.5 kw, 3-phase 400 V Enclosure class IP66/67/69K NEMA 4X NSF Certified No external fan for cooling Assistant control panel as standard IP66/67 specific options Input switch (factory installed variant) Cable gland kit Pressure compensation valve to prevent water condensation within the enclosure

ACS 355 Krytí IP66/67 Proti prachu IP6x test Test specification Dust chamber Talcum powder as dust 2kPa depression to enclosure 8h test duration No ingress of talcum powder or dust allowed March 23, 2012 Slide 27

ACS 355 Krytí IP66/67 voda tryskající a stříkající IPx6 test Test specification 100 l/min through 12.5mm nozzle 2.5m distance 3 minutes No ingress of water allowd ponoření IPx7 test Test specification 1m submersion 30 minutes No ingress of water allowed March 23, 2012 Slide 28

ACS 310 Obsahuje funkce P&F typické pro ventilátory a čerpadla pro P&F PID regulace Řízení více čerpadel najednou Ochranné a řídicí funkce pro čerpadla Další užitečné funkce Počítání energetické účinnosti Zabudovaný Modbus jako standard Intuitivní uživatelské rozhraní Jednoduchý start-up asistent Data v katalogu pro rozsah okolních teplot až do 50 C Optimální a kompatibilní k zabudování March 23, 2012 Slide 29

ACS 310 Napětí 3-phase, 200 to 240 V ±10% 3-phase, 380 to 480 V ±10% Výkony 3-ph 230V: 0.37 kw (0.5 HP) to 11 kw (15 HP) 3-ph 400V: 0.37 kw (0.5 HP) to 22 kw (30 HP) Krytí IP20 (UL Open) NEMA 1 kit as an option EMC C3 (2 nd prostředí) jako standard C2 and C1 (1 st prostředí) s externím filtrem March 23, 2012 Slide 30

ACH550 pro HVAC 0.75 to 355 kw Určen pro HVAC Přednosti Plný výstupní proud do motoru do 50 C HVAC panel mluvící HVAC řečí i ČJ HVAC-specifická aplikační makra Swinging choke pro redukování harmonických Zabudovaný EMC filtr pro 1. prostředí Hodiny reálného času a časovač zabudované HVAC-SW Pomocí FlashDrop nastavení do 2 sek i bez připojení napájení Aplikace Klimatizační jednotky, oběhová čerpadla, kondenzátory a chladicí věže Motor [kw] 355 250 160 110 75 37 18.5 11.0 5.5 1.1 0.75 HVAC ACH550 ACH550 ACH550 200 240 380 480 500 Supply [V] March 23, 2012 Slide 31

ACH (ACS) 550 IP21 / 0.75-355 kw IP54 / 0.75-160 kw 0,75 až 5,5 kw do 11 kw do 18,5 kw do 37 kw do 45 kw do 160kW March 23, 2012 Slide 32 do 355 kw

ACH (ACS) 550 IP21 / 0.75-355 kw IP54 / 0.75-160 kw 0,75 až 5,5 kw March 23, 2012 Slide 33 do 11 kw do 18,5 kw do 37 kw do 45 kw Do 160 kw do 355kW

ACH 550 HVAC ovládací panel STANDARD uvnitř EMC Filtry IEC/EN 61000-3-12 Swinging Chokes Thermal Reliability Hodiny reál. času Časovače HVAC Makro N2-FLN-BACnet-Modbus 3 RO VOLITELNÉ uvnitř Fieldbus (Lon&others) March 23, 2012 Slide 34

Volitelné příslušenství OREL Plug-in Fieldbus March 23, 2012 Slide 35

HVAC ovládací panel i v ČJ Soft key 1 function Soft key 2 function SOFT KEY 1 SOFT KEY 2 AUTO button HELP button OFF/STOP button UP/DOWN (to change parameters and their values) HAND button March 23, 2012 Slide 36

Software Časovače HVAC Control panel (ACH-CP-B) ACH550 Časovací funkce 21:30:00 20:00:00 TIMER 1 + 16:00:00 17:00:00 12:00:00 T 3 HODINY reálného času 10:00:00 07:00:00 05:00:00 00:00:00 TIMER 2 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun T 4 Časovací funkce obsahují 4 časovače (start/stop čas a den) 1 monostabilní klopný obvod (impuls) kombinaci jednotlivých funkcí lze vyžít pro řízení pohonu, např. start/stop řízení March 23, 2012 Slide 37

Software - PID March 23, 2012 Slide 38

ABB standard drives, ACS550 Novinky ACS550-01 rozšíření výkonů Závěsný R6 nyní až do 160 kw Nahrazuje R7 (ACS550-02-289-4) IP21 / UL Type 1, IP54 / UL Type 12 Účinnost elektrické energie Energy efficiency kalkulátor Zabudovaný Load Analyzer analýza zatížení March 23, 2012 Slide 39

ABB standard drives, ACS550 Novinky Nové nástroje a rozhraní DriveBrowser PC tool Panel mounting kit OPMP-01 ACS-CP-A assistant control panel 16 languages as standard Nové fieldbus adapter moduly PowerLink (REPL-01) CC-link (RCCL-01) EtherCat (RECA-01) March 23, 2012 Slide 40

ACH 550 do 22 kw, IP 54, s odpínačem March 23, 2012 Slide 41

DriveWindow Light (volitelně) Uvádění do provozu, parametrizace Monitorování Grafický asistent Kompatibilní s ostatními měniči March 23, 2012 Slide 42

Jak zajistit diagnostiku měničů ABB? Nový ethernet adaptér SREA-01 March 23, 2012 Slide 43

Možnosti připojení modulu SREA-01 Modbus Panelový port Vestavěný port Modbus (ACS550) RMBA-01 (ACS800) FMBA, FRSA (ACS350) SREA-01 GSM/GPRS modem SMS alarmy E-mail alarmy Controlling PLC Possible RS-232/ RS-485 converters Internet Vzdálené PC s webovým prohlížeče m FTP data server Ethernet Fieldbus (e.g. PROFIBUS) M M M Lokální PC s webovým prohlížečem March 23, 2012 Slide 44

IEC/EN 61000-3-12 Co je to? Prohlášení shody ČSN EN 61800-3 (EMC) Požadavky na EMC elektrických pohonů IEC 61000-3-12: Limity Definuje limity harmonických síťového proudu pro zařízení od 16 A až do 75 A připojená na veřejnou rozvodnou síť nn (7,5 37 kw) March 23, 2012 Slide 45

IEC/EN 61000-3-12 kde platí? Trafo vn Obytné zóny Průmyslové prostředí ACH550 a 61000-3-12 ne 61000-3-12 March 23, 2012 Slide 46

ACH 550 Swinging choke Nový princip snížení obsahu harmonických : swinging chokes. Při částečném zatížení se reaktance DC tlumivky zvyšuje. THD se snižuje až o 24.2% v porovnání s ACS400!! March 23, 2012 Slide 47

ACH 550 Swinging choke Nová Swinging DC tlumivka Navržená pro snížení obsahu harmonických při plném a částečném zatížení Výhodné zejména pro aplikace s proměnným zátěžným momentem Ekvivalent 5% síťové tlumivky Větší indukčnost v poměru objem/váha March 23, 2012 Slide 48

IEC/EN 61000-3-12 - Limity ACH 550 se Swinging choke Spectrum se Swinging Choke a tradiční AC tlumivkou 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Standard Limits 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 ACH550 Traditional AC Choke March 23, 2012 Slide 49 Limits with short circuit ratio 120

IEC/EN 61000-3-12 - Limits DC tlumivka lépe vyhoví než AC tlumivka AC tlumivky mají problém zejména s 5. harmonickou ACH550 má zabudovanou Swinging choke jako standard ACH550 má standardně zabudovaný RFI filtr pro obytné zóny March 23, 2012 Slide 50

IEC/EN 61000-3-12 ACH 550 se Swinging Choke March 23, 2012 Slide 51

Jednotky HVAC s ACH 550 Janka Engineering March 23, 2012 Slide 52

Jednotky HVAC s ACH 550 ČT a nemocnice March 23, 2012 Slide 53

Nové sídlo ABB a ABB Polovodiče s ACH 550 March 23, 2012 Slide 54

Kingspan EnergiPanel TM jak to funguje 1 2 3 4 4 March 23, 2012 Slide 55

Kingspan EnergiPanel TM a měniče frekvence od ABB: izolace budovy, OZE a inteligentní HVAC jako komplexní řešení March 23, 2012 Slide 56

EnergiPanel March 23, 2012 Slide 57

Integrováný EnergiPanel systém March 23, 2012 Slide 58

SKYDIVE aréna Praha March 23, 2012 Slide 59

Pohon ventilátorů - motory ABB M3BP March 23, 2012 Slide 64

Motory ABB Výkony 0.055 kw do 70 MW: AC LV Indukční Motory AC HV Indukční Motory AC Indukční Generátory AC Synchronní Motory AC Synchronní Generátory DC Motory Servomotory March 23, 2012 Slide 65

Účinnost dle EU MEPS pro motory do 1000 V, 2-6 pólové Note! IE classes required by the regulation correspond to IE class defined in IEC/EN 60034-30 standard Fáze 1: Od 16. června, 2011 Fáze 2: Od 1. ledna, 2015 Motory musí mít min IE2 (ne IE1) Motory o výkonu 7.5 375 kw musí mít buď IE3 nebo IE2 pokud jsou napájené z měniče frekvence Fáze 3: Od 1. ledna, 2017 Motory o výkonu 0.75 375 kw musí mít buď IE3 nebo IE2 pokud jsou napájené z měniče frekvence March 23, 2012 Slide 66

Pohon motorů ventilátorů - ABB měniče ACS 800 March 23, 2012 Slide 67

Napájení pohonů ventilátorů - transformátor DTE March 23, 2012 Slide 68

Největší pohon - větrný tunel NASA 101 MW regulovaný pohon pro 135,000 hp synchronní motor ABB světový rekord ve velikosti a výkonu testování March 23, 2012 Slide 69

Větrný tunel NASA Langley USA Testovací hala Měnič a motor Větrný tunel Ventilátor Transformátor a filtr March 23, 2012 Slide 70