VDI 6014-2016 Energy conservation by application of variable speed drives (VSD) in building services.pdf

1、ICS 29.160.30, 91.140.50 VDI-RICHTLINIEN Dezember 2016 December 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Energieeinsparung durch Einsatz drehzahlsteuerbarer Antriebe in der technischen Gebudeausrstung Energy conservation by application of variable speed drives (VSD) in building services VDI 6014 Ausg. deuts

2、ch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG) Fachbereich Technische Gebu

3、deausrstung VDI-Handbuch Elektrotechnik und Gebudeautomation VDI-Handbuch Raumlufttechnik VDI-Handbuch Wrme-/Heiztechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternaluse not permittedFrhere Ausgabe:01.08;11.15 Entwurf,deutschFormeredition:01/08;11/15 Draf

4、t,inGermanonlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen und

5、 Abkrzungen . 4 5 Grundlagen 5 5.1 Motorkonzepte . 5 5.2 Grundstzliche Unterschiede stufig oder stufenlos gesteuerter Antriebe 8 5.3 Lastanforderungen . 11 5.4 Systemanforderungen. 14 6 Entscheidungshilfen . 14 6.1 Drehzahlsteuerbare Antriebe in der TGA . 14 6.2 Systemauslegung und Dimensionierung 1

6、9 6.3 bersicht der Leistungsbereiche und Wirkungsgrade . 26 6.4 Ermittlung des Einsparpotenzials durch Drehzahlsteuerung . 30 7 Projektierungshinweise fr drehzahlgesteuerte Antriebe 35 7.1 Auswahlkriterien 35 7.2 Spezielle Hinweise fr Motoren fr stufenlose Drehzahlsteuerung 41 8 Energieeffizienzanfo

7、rderungen fr Motoren, Pumpen und Ventilatoren 43 8.1 Pumpen 43 8.2 Ventilatoren . 44 8.3 Lftungsanlagen . 45 8.4 Motoren 45 Anhang Musterformular zur Abschtzung des jhrlichen Energiebedarfs . 46 Schrifttum 48 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Normative references . 3 3 Terms and defi

8、nitions 3 4 Symbols and abbreviations . 4 5 Fundamentals . 5 5.1 Motor concepts 5 5.2 Basic differences between stepped drives and stepless drives . 8 5.3 Load requirements . 11 5.4 System requirements 14 6 Decision aids 14 6.1 Variable-speed drives in the building services 14 6.2 System design and

9、dimensioning . 19 6.3 Overview of power ranges and efficiencies of various drive types . 26 6.4 Determination of saving potential afforded by speed control 30 7 Project planning notes for variable-speed drives . 35 7.1 Selection criteria 35 7.2 Special instructions for motors for stepless speed cont

10、rol 41 8 Energy efficiency requirements for motors, pumps and fans 43 8.1 Pumps 43 8.2 Fans 44 8.3 Ventilating systems 45 8.4 Motors 45 Annex Example form for estimation of the annual energy demand 47 Bibliography 48 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F

11、B2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 2 VDI 6014 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des

12、 Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern ger

13、egelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, includin

14、g those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specif

15、ied in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Der Einsatz von drehzahlsteuerbaren Antrieben innerhalb der technischen Gebudeausrstung (TGA) hat in den letzten Jahren noch weiter an Bedeutung gewonnen. Seit einigen Jahren liegt der

16、Fokus neben der Drehzahlsteuerbarkeit auch auf dem Einsatz von wirkungsgradoptimierten Kom-ponenten und Motoren. Diese werden vor allem durch die aktuellen EU-Verordnungen fr Ventila-toren, Pumpen und Motoren gefordert. Ineffiziente Antriebssysteme werden weit weniger eingesetzt und teilweise vom Ma

17、rkt genommen. Die zum Teil neuen Motorentechnologien und Antriebskonzepte werden in dieser Ausgabe insofern bercksichtigt, wie diese fr das Gremium wichtig erschienen. Diese Richtlinie bezieht sich auf Motoren fr Pumpen und Ventilatoren, die in Gebuden ange-wendet werden, mit Motorleistungen von 0,1

18、2 kW bis 1000 kW. Hier werden detailliert bis zu einer Leistungsgrenze von 75 kW die in der TGA einge-setzten und bewertbaren Antriebssysteme gegen-bergestellt. Motor und Steuerelektronik sind bei Pumpen oder Ventilatoren mit Leistungen bis zu ca. 22 kW hufig Bestandteil des Gesamtgerts und erforder

19、n deshalb eine gemeinsame Betrach-tung. Neben der eigentlichen Aufgabe, die Drehzahl eines Motors zu steuern, knnen elektronische Drehzahlsteller heute eine Vielzahl von Informati-onen und Betriebsdaten sammeln und entsprechen-de berwachungsfunktionen wahrnehmen. Die Einbindung in bergeordnete Gebud

20、eautoma-tionsanlagen ist in aller Regel einfach ber Busan-bindung mglich. Bei der Planung eines An-triebsystems sollten diese Zusatzfunktionalitten beachtet werden. Introduction The application of variable-speed drives in the building services has gained even more importance in recent years. For a n

21、umber of years now, the use of efficiency-optimised components and motors has come into the spotlight, in addition to speed control. These are primarily stipulated by the cur-rent EU ordinances for fans, pumps and motors. Inefficient drive systems are used much more in-frequently and are sometimes r

22、emoved from the market. In this respect, the partially new motor technologies and drive concepts are considered in this edition, as they appear important for the com-mittee. This standard refers to motors for pumps and fans, which are used in buildings with motor powers from 0,12 kW to 1000 kW. It c

23、ompares in detail the drive systems commonly used and evaluated in the building services up to a rating limit of 75 kW. In the case of pumps or fans with powers of up to approximately 22 kW, the motor and the control electronics are often integrated parts of the entire unit and therefore need to be

24、considered integrally. In addition to the actual task of controlling the motor speed, in todays industry electronic speed controllers are able to collect a wide variety of information and operating data and realise corre-sponding monitoring functions. As a general rule, it is easy to integrate them

25、into higher-level build-ing automation systems via bus connection. When planning a drive system, these additional function-alities should be taken into consideration. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 201

26、7-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 6014 3 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie gibt eine Grundlage fr die Aus-wahl drehzahlsteuerbarer Antriebe, inklusive einer gesamtheitlichen Betrachtung der vorgestellten Komponenten bei der neben der energetischen Sicht

27、auch Betriebsweise, Einsatzgebiete und wei-tere relevante Punkte fr die Verwendung dieser angesprochen werden. Im Hinblick auf die TGA erfolgt eine Beschrnkung auf die Arbeitsmaschi-nen Pumpe und Ventilator. Die nachfolgenden Darstellungen beinhalten: Hinweise zur Auswahl des Konzepts drehzahl-steue

28、rbarer Antriebe Hinweise zu energetischen Aspekten bei der Auswahl drehzahlsteuerbarer Arbeitsmaschinen Hinweise zu Energieeinsparpotenzialen be-stimmter Anwendungsflle und zu Wirkungs-gradverbesserungen Hinweise zu Mindestanforderungen, insbeson-dere bei elektronisch gesteuerten Antrieben, um einen

29、 strungsfreien Betrieb zu erreichen Energieeffizienzanforderungen fr Pumpen, Motoren und Ventilatoren (sofern vorhanden) Die in der Richtlinie enthaltenen Gleichungen, Tabellen und Diagramme dienen als Empfehlung fr Betreiber und Planer von Anlagen der TGA. 1 Scope This standard provides a basis for

30、 the selection of variable-speed drives, including an overall consid-eration of the components presented, for which in addition to the energy-related view, the operating mode, fields of application and further relevant points for its use are discussed. With regard to building services, the considera

31、tion of driven ma-chines is limited to fans and pumps. The following sections include: notes on the selection of the variable-speed drive concept notes on the energetic aspects to be considered in selecting variable-speed machines notes on potential for saving energy in specific applications and on

32、improvements to efficien-cies notes on minimum requirements to be met, particularly with electronically controlled drives, in order to achieve fault-free operation energy efficiency requirements for pumps, mo-tors and fans (if available) The equations, tables and diagrams in this standard are intend

33、ed as recommendations for the users and planners of building services installations. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN EN 60034-30-1*VDE 0530-30-1:2014-12 Der-hende elektrische Maschinen; Teil 30-1: Wirk-ungsgrad-Klassifi

34、zierung von netzgespeisten Drehstrommotoren (IE-Code) (IEC 60034-30-1: 2014); Deutsche Fassung EN 60034-30-1: 2014 VDI 4700 Blatt 1:2015-10 Begriffe der Bau- und Gebudetechnik 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN EN 60

35、034-30-1*VDE 0530-30-1:2014-12 Rotating electrical machines; Part 30-1: Effi-ciency classes of line operated AC motors (IE code) (IEC 60034-30-1:2014); German version EN 60034-30-1:2014 VDI 4700 Blatt 1:2015-10 Terminology of civil engineering and building services 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser

36、 Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI 4700 Blatt 1 sowie die folgen-den Begriffe: Antrieb Betriebseinheit bestehend aus Motor und Regler Antriebsregler elektronisches Bauteil zur Reglung des Betriebs eines Antriebsmotors Beispiel: Frequenzumrichter 3 Terms and definitions For the purposes of this

37、 standard, the terms and definitions as per VDI 4700 Part 1 as well as the following terms and definitions apply: drive operating unit comprising motor and controller drive controller electronic component used to control operation of a drive motor Example: frequency converter B974908A824A6748CAAAA99

38、BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 4 VDI 6014 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 4 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten

39、 Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung Einheit d Innendurchmesser mm f Frequenz s1g Erdbeschleunigung m/s H Frderhhe m n Drehzahl s1P Strmungsleistung W P1Leistungsaufnahme W P1Pelektrische Aufnahmeleistung der Pumpe W P1Velektrische Aufnahmeleistung des Ventilators W P2Pabgegebene Lei

40、stung der Pumpe W P2Vabgegebene Leistung des Ventilators W PETAelektrische Wirkleistung des Abluftventilatormotors W PSUPelektrische Wirkleistung des Zuluftventilatormotors W P1VollastLeistungsaufnahme bei Voll-last W p Polpaarzahl p Druckdifferenz Pa QFrderstrom (Pumpe) m3/h SFP spezifische Ventila

41、torleistung W U Spannung V VFrderstrom (Ventilator) m3/h ETAVAbluftvolumenstrom m3/s SUPVZuluftvolumenstrom m3/s AWirkungsgrad des Antriebs % FUWirkungsgrad des Frequenz-umrichters % KWirkungsgrad der Kupplung % MWirkungsgrad des Motors % PWirkungsgrad der Pumpe % RtWirkungsgrad des Riemen-triebs (K

42、upplung) % SWirkungsgrad des Systems % StWirkungsgrad der Steuerein-heit % VWirkungsgrad des Ventilators (statisch/total) % Dichte des Frdermediums kg/m34 Symbols and abbreviations Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbol Designation Unit d inside diameter mm f frequen

43、cy s1g force of gravity m/s H discharge head m n speed s1P flow rate W P1power consumption W P1Pelectrical input power of the pump W P1Velectrical input power of the fan W P2Ppower output by pump W P2Vpower output by fan W PETAelectrical effective power of the exhaust air fan motor W PSUPelectrical

44、effective power of the supply air fan motor W P1Vollastpower consumption at full load W p number of pole pairs p differential pressure Pa Qflow rate (pump) m3/h SFP specific fan power W U voltage V Vflow rate (fan) m3/h ETAVexhaust air volume flow rate m3/s SUPVsupply air volume flow rate m3/s Aeffi

45、ciency of drive % FUefficiency of frequency con-verter % Kefficiency of coupling % Mefficiency of motor % Pefficiency of pump % Rtefficiency of belt drive (cou-pling) % Sefficiency of system % Stefficiency of control unit % Vefficiency of fan (static/total) % density of conveyed medium kg/m3B974908A

46、824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 6014 5 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: E

47、EI Energieeffizienz (gem ko-Design-Richtlinie) EMV elektromagnetische Vertrglichkeit FU-Betrieb Frequenzumrichter-Betrieb IE-Klasse Energieeffizienzklasse IES-Klasse Energieeffizienzklasse fr Antriebe MEI Mindesteffizienz-Index (gem ko-Design-Richtlinie) PWM Pulsweitenmodulation Abbreviations The fo

48、llowing abbreviations are used throughout this standard: EEI energy efficiency (according to eco-design standard) EMC electromagnetic compatibility FC mode frequency converter mode IE class energy efficiency class IES class energy efficiency class for drives MEI minimum efficiency index (according t

49、o eco-design standard) PWM pulse wide modulation 5 Grundlagen 5.1 Motorkonzepte blicherweise finden Asynchronmotoren fr den Betrieb von Pumpen und Ventilatoren Verwen-dung. Durch die steigenden Anforderungen an die Motor-effizienz kommen in den letzten Jahren vermehrt immer effizientere Antriebe zum Einsatz, z. B.: wirkungsgradoptimierte Asynchronmotoren Permanentmagnetmotoren (PM-Motoren) elektronisch kommutierte Motoren (EC-M