2026-01-23
HVAC (可変周波数ドライブ) の VFD は、電力周波数と電圧を変更してモーター速度を調整する電子モーター コントローラーで、ファンとポンプが建物に実際に必要な空気流または水流のみを供給します。可変負荷システムでは、これは多くの場合、次のように変換されます。 大幅なエネルギー節約と安定した快適性 定速運転との比較。
可変周波数ドライブ (VFD) は、電源とモーター (通常は HVAC 機器の誘導モーター) の間に取り付けられます。モーターに供給される電力の周波数を変更することで、VFD はモーター速度 (RPM) を変更します。 HVAC では、VFD は遠心ファンや遠心ポンプなどの可変トルク負荷で最も一般的に使用され、速度制御は容量をリアルタイムの需要に合わせる効率的な方法です。
遠心ファンとポンプの場合、親和性の法則は速度に応じて性能がどのように変化するかを表します。エネルギーの重要な関係は、パワーが速度の 3 乗にほぼ応じて変化するということです。つまり、速度がわずかに低下すると、出力が大幅に低下する可能性があります。
広く使用されている経験則は次のとおりです。 速度が 10% 低下すると、電力は約 30% 削減されます。 一般的な条件下での可変トルク負荷の場合。 50% の速度では、理想的なファン/ポンプの出力は約 12.5% (8分の1) 全負荷電力の。
これらは推定値です。実際の節約量は、システム曲線、制御戦略、および稼働時間によって異なります。それでも、負荷が 1 日を通して変化する場合、VFD がトップレベルの HVAC 改修に使用される理由は物理学によって説明されています。
VFD は、需要が変化する場合でも最高の利益をもたらし、機器は長時間にわたって低速で安全に動作できます。
注: VFD は一部のコンプレッサー アプリケーションでも使用されますが、コンプレッサーの制御は機器およびメーカーによって異なります。 HVAC の最も直接的な利点は、通常、ファンとポンプです。
節約は、VFD だけではなく、制御シーケンスによって行われます。最も効果的なシーケンスでは、快適さと安定性を維持しながら、速度を可能な限り低減します。
現在システムが「抵抗を生み出す」（スロットリング）ことによって流れを制御している場合、VFD は圧力を無駄にする代わりに速度を下げるため、通常、エネルギーを削減します。
| 方法 | 容量を制御する方法 | 一般的な効率の結果 | どこに当てはまるか |
|---|---|---|---|
| VFD（可変速度） | 負荷に合わせてモーター速度を低下させます | 部分負荷の大幅な節約 ファン/ポンプについて | 可変負荷エアフローと温水工学 |
| 絞り弁 | 抵抗が加わり、無駄な圧力がかかる | 部分負荷時の効率低下 | シンプルな制御。一般的なレガシーポンプ |
| インレットベーン/ダンパー | 空気の流れを制限し、損失を増加させる | 中程度から低い部分負荷効率 | 速度制御のない一部のファンシステム |
| バイパス（再循環） | 一定の流れを維持します。余分なものをダンプする | 通常、エネルギーの結果は悪い | 再設計せずに最小流量が必須の場合 |
適切な VFD の選択は主に電気的および環境的な検討であり、ドライブとモーター、負荷タイプ、電源、および設置条件を適合させます。
HVAC の改修では、一般的なサイジング アプローチは、モーター FLA 以上の出力電流定格を持つ VFD を選択することです (サービス ファクターと設置場所の条件を考慮して)。長いモーターリード、古いモーター、または敏感な環境の場合は、メーカーのガイダンスに従って適切なフィルター (出力リアクトルや dv/dt フィルターなど) を組み込みます。
最も単純なビジネス ケースでは、ベースライン kW、動作時間、予想される速度低下プロファイル、および電気料金を使用します。以下の例は説明用であり、建物の傾向データ (kW、速度、静圧/DP、バルブ位置) を使用して調整する必要があります。
電力が速度の 3 乗にほぼ比例すると、80% 速度での平均電力は約 0.83 = 0.512 となり、実行時間のその部分のフルスピード電力と比較して約 48.8% 削減されることになります。フルスピードの電力需要が 25 kW で、VFD 制御後の実際の平均がその約 51% である場合、年間エネルギーは次のようになります。
ターンキー VFD の改造 (駆動、設置、プログラミング、試運転) に 12,000 ドルの費用がかかる場合、単純な回収額は約 1.4年 。実際のプロジェクトには、メンテナンスへの影響、潜在的な需要料金削減、および公共事業のインセンティブも含める必要があります。
コミッショニングにより、快適性、騒音、信頼性の問題を引き起こすことなく、VFD が実際に低速で動作することが保証されます。
VFD は正しく取り付けられていれば信頼性がありますが、基本的な予防保守が必要な電子機器が追加されます。
VFD が HVAC で最も価値を発揮するのは、需要が変動し、稼働時間が長く、低速でも安全に動作できる遠心ファンやポンプがある場合です。現在のシステムがスロットリングやダンパーによって容量を制御しており、負荷が毎日または季節ごとに変化する場合、VFD の改造と適切なセットポイントのリセットを組み合わせることで、 目に見える大幅なエネルギー削減 制御性と機器の寿命を向上させます。
