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ラadiPac
デ ィ パ ッ クebm-papst 技術＆品質
正確で真の特性値とは？
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01°2016J
もくじ
ebm-papst Japan株式会社 〒222-0033 神奈川県横浜市港北区 新横浜2-8-12 Attend on Tower 13F Tel 045-470-5751 Fax 045-470-5752 [email protected] www.ebmpapst.jp01°2016J
3 最適な測定 4 精密な測定 6 ファン 7 データ資料およびファン選択 10 製造 12 ファンの比較 14 要望に合わせた運用 18 継続的な開発プロセス 21 体系的アプローチ 27 比較 32 事実 33 ドレスデンのILKにより測定新
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デ ィ パ ッ ク新
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デ ィ パ ッ ク空気調和機（AHU）の信頼性と効率性 を追及するために、ファン選びは極めて 重要です。そのため、ファンメーカーか ら提供されるデータ資料と製品特性に応 じた保証精度は信頼できるものでなけ ればなりません。しかしそのデータは、 いったいどこから収集されるのでしょう。 また、その信頼性とは？ データ資料 カタログやファン選択ソフ トウェア「プロダクトセレクタ」でebm-papstが提供する特性データは、個別の 詳細な測定試験に基づいています。そ の試験項目には、ISO 5801に準じたチャ ンバー試験装置に試験ファンを設置して 行う空力音響測定が含まれています。 測定後、データ資料に記載する仕様を 測定値が満たしているか評価します。 したがって、お客様にはファン選定の際 に、信頼のおけるデータ資料をご利用い ただけます。 製造 資料に記載されているとおりの性 能をファンが発揮するためには、デー タが正確であることに加え、最適なファ ン製造工程が求められます。そのため ebm-papstでは、許容偏差の超過を検 知する監視およびチェック機構を製造過 程に導入しています。それにより、デー タ資料が提供する製品性能が誤差なく発 揮されます。製造過程の最後に、全ての ファンには性能試験を行います。 正確なデータ資料の作成と信頼の製 造過程の実現により、お客様に確実な データを手にしていただくことができ ます。その結果、AHUの一部としての役 割を果たすebm-papstのファンは、必要 とされる性能を確実に発揮します。
最適な測定
正確なデータ資料と信頼の製造工程
図1a：フリーインレット試験スタンドに 設置されたプラグファン吸込側に騒音 測定用マイクを設置 測定項目 測定範囲／ユニット 測定精度 静圧（psf） 0～3,000 Pa 測定値の±0.5％ 風量（qv） 100～100,000 m³/h 測定値の±1％ 空気動力（Pu） kW 測定値の±1.2％ 入力電力（Pe） 0～30 kW 測定値の±0.5％ トルク（M） 0～200 Nm 測定値の±1％ 総合効率（e） % ±1.3％ポイント 回転数（N） 0～99,999 rpm ±1 rpm 空気密度（r） 約1.2 kg/m³ 測定値の±0.1％
音響パワーレベル（LwA） 30 dB(A)の場合 ±1 dB(A)
試験スタンドの設計および試験の実施は以下に準拠：ISO 5801 – Industrial fans, performance testing using standardised test stands DIN EN ISO 3744, DIN EN ISO 3745, ISO 13347-3 – Acoustics 図1b：空力音響試験スタンドによる 測定数値および精度レベル
精密な測定
ebm-papstでは、風量特性データと騒 音値を同時に記録する空力音響試験ス タンドを採用しており、ファンは図1a で示すようなフリーインレット／アウ トレット試験チャンバーに設置されま す（設置タイプA）。チャンバーまた はコンビネーション試験装置は、ハイ インピーダンスの床と、音響測定精度 クラス１に相当する２つの低反射チャ ンバーで構成されています。コンビ ネーション試験装置を使用して、最大 100,000 m³/hの風量と、静圧3,000 Pa（図 1b）の範囲で風量特性を測定すること が可能です。ファンの特性曲線は、コ ンビネーション試験装置上で一定の回 転数で試験ファンを運転し、徐々に風 量をスロットルで調整することにより 得られます。騒音、風量、静圧増、消 費電力を決定する回転数およびリアク ショントルクが各動作点ごとに記録さ れます。ファンの特性曲線は、少なく とも10ケ所の動作点で示されます。最新のチャンバー試験装置が精密な測定を実現
この測定は異なる回転数で繰り返され ます。この方法で得られた特性曲線か ら、ファンマップと呼ばれるデータが 生成されます（図3）。 正 確 な 測 定 結 果 一貫して 正 確 な、 かつ再現可能な測定を維持するために は、定期的な検査が必要となります。 ebm-papst では、品質保証のために定 期的に試験装置の検査を実施していま す。その検査の測定内容は、国家・国 際機関（ドイツ校正サービス DKD、ドイ ツ国立標準計測機関（PTB））の規格に 準じています。風量の選定と通常のリー ク試験は、ISO 5801 に準じて実施して います。2014 年半ば以降、風量試験 機器のキャリブレーション、および PTB の国家規格に沿ったトレーサビリティの 確保が品質保証のプロセスに加わりま した。測定値から± 0.5％以内の基準 器を使用し、対象範囲は 100 m³/h ～ 40,000 m³/h です。内部検証により社内 で品質管理が行われ、お客様には信頼 していただけるデータが提供されます。 データ資料は常に閲覧可能です。 風量500 m³/h ～ 39,000 m³/h、圧力 上限1000 Paの条件のもと、試験スタン ドがDIN EN ISO 5801で定められている 規定を満たしていることが検査機関TÜV Südにより証明されています（図2）。 コンビネーション試験スタンドの音響特 性の認証試験は、Fraunhofer Institute, Stuttgartによって実施されています。 ebm-papstの騒音測定チャンバーは、 上記機関によりクラス１と認定されて います。 まとめ ebm-papstではすべてのファン 製品のデータ資料を、認証を受けた精 密なチャンバー試験装置を使用した測定 に基づき作成しています。継続的に試験 設備の内部検査を実施し、取得された 数値に基づき常に高い製品レベルとファ ンの信頼性を保証します。 検査機関が試験スタンドに求めるもの ebm-papst は認定メーカーとして、空 気調和機（AHU）製造業者協会のガイ ドラインが定める以下の試験スタンド の標準に準拠します。 「各部品に修正や改造が施されていな いことを条件に、指定の試験ファンを 吸込側チャンバー試験装置に設置し、 最新版DIN EN ISO 5801:12-2010 (ISO 5801:2007 incl. corr. 1:2008)に準拠した 試験を実施した場合に限り、専門／テ ストレポートを承認します。」 図2：試験スタンド用検査機関証明書 風量（qV） m³/h 静圧（ p）fs Pa 1250 2500 5000 200 400 600 800 1000 1200 3750 公称回転数 1 2 3 4 5 部分負荷 6 7 8 図3
ebm-papstのファンはインペラーだけ ではありません。最小構成で以下の部 品が最適に組み付けられています。 • インレットノズル付き精密インペラー • GreenTech ECモータ • ドライバーユニット 試験の実施 上記の最小構成のファン に対しチャンバー試験装置を使用した 性能試験が実施され、試験結果がデー タ資料に記載されます。 空 気 調 和 機（AHU） に 使 用される ebm-papstのプラグファンRadiPacシリー ズは、最小構成部品に加え必要部品が 組み込まれた、すぐに設置可能なユニッ トです。「スパイダーアーム」または 「キューブ」タイプからお選びいただけ ます。「スパイダーアーム」タイプは、 機器の壁面に簡単にねじ止めできる小 型のタイプです。大型で重量のあるファ ン向けには「キューブ」タイプが最適 です。機器の底面に取り付けられた防 振部品の上に設置します。 製品名称「RadiPac」は、“Radial（遠 心ファン）”と“Package（パッケージ）” を意味します。RadiPacは、すぐに設置 が可能なうえ、簡単操作、簡単設置を 可能にした最適設計のユニットです。 簡単設置：オールインワン – プラグア ンドプレイ 精密インペラー GreenTech ECモータ ドライバー ユニット インレットリング
ファン
インペラー、モータ、および制御システム
図1：ファン構成部品図1a：特性曲線 （RadiPacカタログより） 公称値 特性曲線 公称電圧範囲 周波数 回転数 最大入力 最大入力電流 許容雰囲気温度 電気接線図 技術的特徴と 型番 モータ VAC Hz rpm W A °C 遠心ファン kg *3G 560 M3G 150-IF A 3相 380-480 50/60 1610 3,530 5.40 -25〜+40 P.85/M3) R3G 560 30.5 仕様は変更される場合があります 1） 最大負荷、AC 400 Vにおける動作点での公称値 4000 8000 12000 16000 0 200 400 0,8 1,6 600 2,4 800 3,2 1000 4,0 1200 4,8 1400 2000 4000 6000 8000 cfm qV pfs Pa in H 2 O m3/h 1 1 2 2 3 4 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1610 1610 1610 1610 1750 1750 1750 1750 2247 2951 3530 3241 2938 3704 4600 4271 3,48 4,55 5,40 4,97 4,47 5,59 7,10 6,42 94 88 82 86 95 89 84 87 最高効率点 3 n min-1 PWed AI dB(A)LWA A B A B A A A B B B
データ資料および
ファン選択
それぞれの仕様に基づいて適切なファン を選ぶためには、信頼のおけるデータが 必要です。そしてそれを実現するために、 ソフトウェアを使用することができます。 プラグファンRadiPacの特性は、製品の 仕様書、およびカタログ等に記載されて います（図1a、b、c）。また、ファン選 択プログラム「プロダクトセレクタ」にも 登録されています。ソフトウェアに登録 されているebm-papstのファン性能デー タは、上記の測定値と一致します。実際 の運用においてファンに求められる風量 と静圧は、ファン選択の過程において最 低限の基準となります。 最適なソフトウェア 仕様上の動作 点は、測定で得られる動作点と常に一 致するとは限りません。そのため、測 定値の補間が必要になります。測定値 の補間はファンの関連規格でも定めさ れています。ファンのインペラーにお いては、補間によって十分正確なデー タを得ることができます。すでにご紹 介しているとおり（6ページ）、ebm-papstの フ ァ ン に は モ ー タ と ド ラ イ バーユニットが含まれます。これらの 組み立て部品は、ファンの関連規定に は準拠せず、特に部分負荷の範囲で完 全に異なる性能特性を発揮します。ファ ン選択ソフトウェアは、考えられるす べての動作点において、ファンの特性 データを高い精度で予測するために最 適化されています。信頼のおけるデータ
（1） （1） （1）4000 8000 12000 16000 0 200 400 0,8 1,6 600 2,4 800 3,2 1000 4,0 1200 4,8 1400 2000 4000 6000 8000 cfm qV pfs Pa in H 2 O m3/h 1 1 2 2 3 4 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1610 1610 1610 1610 1750 1750 1750 1750 2247 2951 3530 3241 2938 3704 4600 4271 3,48 4,55 5,40 4,97 4,47 5,59 7,10 6,42 94 88 82 86 95 89 84 87 最高効率点 3 n min-1 PWed AI dB(A)LWA A B A B A A A B B B 4000 8000 12000 16000 0 200 400 0,8 1,6 600 2,4 800 3,2 1000 4,0 1200 4,8 1400 2000 4000 6000 8000 cfm qV pfs Pa in H 2 O m3/h 1 1 2 2 3 4 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1610 1610 1610 1610 1750 1750 1750 1750 2247 2951 3530 3241 2938 3704 4600 4271 3,48 4,55 5,40 4,97 4,47 5,59 7,10 6,42 94 88 82 86 95 89 84 87 最高効率点 3 n min-1 Ped W AI dB(A)LWA A B A B A A A B B B プロダクトセレクタ ebm-papstのプ ロダクトセレクタは、特に使いやすさ を重視した、適切なファンを選択する ためのソフトウェアです。このプログ ラムを使用することにより、あらゆる 動作点でファンの動作が確認でき、特 性データを収集することができます。 また、実際の動作条件に限りなく近い 状態で動的な比較が可能です。気温、 標高、設置スペースの情報も設定する ことができます。指定の性能範囲内に 複数のファンが存在する場合は、表示 される風量特性および音響データに基 づき、最も適したファンモデルを選択 することができます。また、選択した ファンのライフサイクルコストを計算 することも可能です。指定された動作 点において、吸込側および吐出側の各 オクターブバンドでの音響パワーレベ ルと共に特性データが出力されます。 本プログラムはDLLインターフェイス を介し、お客様のソフトのコンフィ ギュレーションプログラムに読み込ま れます。 図1b：特性曲線（RadiPacカタ ログより） 図1c：特性データ
認定精度 出力される特性データは非 常に正確であり、検査機関TÜV Südの 認証を受けています。（図3）RadiPacシ リーズの38のすべてのモデルで実施さ れる検証測定によると、プロダクトセ レクタが示す効率レベルの平均は、実 際よりわずかに低い数値を表わします。 検証測定にはどのような手順が採用さ れているのでしょうか？ RadiPacの製 品ラインの中で、各ファンごとに15点 （図2）の基準点が検査機関TÜV Südに より選ばれます。それらの点は、認証 を受けたチャンバー試験装置を使用し て測定されます。 そしてプロダクトセレクタが示す特性 データと比較されます。その結果、プ ロダクトセレクタが算出する数値は実 際の測定数値とほぼ同一であることが 分かります。AHUガイドライン 01に 準拠し、RadiPacシリーズのファンは 最高の精度クラス0を取得しています （ 図4）。 言 い 換 え る と、ebm-papstの RadiPacシリーズのファンは、納入の段 階でプロダクトセレクタが示す効率レ ベルを上回る傾向にあるということに なります。これにより、お客様には信 頼のおけるファン選びを行っていただ くことができます。 図4：ebm-papstのファンは、データ資料 で示す効率レベルよりも高い効率レベル を発揮する傾向にあります。 精度クラス 空気調和機（AHU）ドイツ製造業者協会 AHUガイドライン 01, 2013 クラス 0 クラス 1 クラス 2 （DIN 24166準拠、10ページの図1参照） 図2：ebm-papstの全38モデルのファン に実施する検証試験 例： プロダクトセレクタが示すファンの特性図 （K3G310-AX69-01, Test_Id. 159632, 159973） 1 …15基準点： 実消費電力を測定するために選択された動作点 公称回転数 減速回転数 風量（qV） m³/h 静圧（ p）fs Pa 1250 2500 5000 200 400 600 800 1000 1200 3750 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 基準点の測定数 効率偏差 Δ ηse % 2 4 6 0 – 2 – 4 – 6 500 200 300 400 100 – 3 – 5 – 1 1 3 5 図3.
製造
ebm-papstが目指すのは、最高の品質 を誇るファンです。データ資料の特性 データや適切なファンの選択について は、ebm-papstが目指すファンの一部 に過ぎません。製造日に関わらず、仕 様が示すとおりの特性レベルを常に確 保できるファンを製造することも重要な 要素です。例えば、部品寸法や組み付 けの誤差など（例：エナメル線の直径、 または電子部品）、技術製品については 一定の誤差が発生することは避けられま せん。許容誤差の限界を設定し、その 設定値を越えないようにすることが大事 です。それを管理するのが品質管理部 門の役割です。偏差量の範囲が大きく なり、性能の低下が現れるほど、ファン の選択において許容誤差の設定範囲を 大きくする必要があります。DIN 24166 – "ファン； 技 術 的 引 渡し条 件"で は、 データ資料に記載された精度クラスお よび性能特性との許容誤差について定 義されており、偏差制限はクラス0 ～ 3 に分類されます。例えば、10 kW以下の 小型のファンについては、精度クラス3 が要求されています。（図1） トップクラスのRadiPac 製造過程の最 後に、すべてのRadiPacファンを対象に、 納入される状態で性能偏差の検査を行 います。この品質管理工程において、 すべての電気的特性データが記録さ れ、許容される製造公差内であるか確 認されます。サイズ500mmのRadiPac ファンの分析データが示しているとおり、 ebm-papstは精度クラス１を取得してい ます（図2）。このクラスを取得した製造 メーカーのファンは、カタログやプロダ クトセレクタで示す数値と実際の性能の 差が3％以内、総合効率においては2％ 未満の誤差でなければなりません。 計画における信頼性 データ資料に記 載された数値と実際に納入された製品 を比較すると、データよりも実際の消費 電力は低く、また総合効率はデータより も高いことが分かります。 その結果、導入したファンを実際に稼働 してみて期待を下回ることはありません し、低い性能を見越して必要以上に大 きなファンを設置するなどの策を講じる 必要もありません。精度クラスは製造精度の指標
性能特性 クラス別偏差制限0 (AN1) 1 (AN2) 2 (AN3) 3 (AN4)
風量（qv） ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 %
静圧 ∆pstat ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 %
入力電力（Ped） ±2 % +3 % +8 % +16 %
静圧効率 ηstat -1 % -2 % -5 % – (–12 %)
音響パワーレベル（dB(A)） +3dB(A) (+2dB(A)) +3dB(A) +4dB(A) +6dB(A)
*ISO 13348 による規定値でわずかに数値が異なります。（赤字） 図2：精度クラスにより、特性データと比較した製品に関する偏差が定義されています。 RadiPacシリーズは精度クラス1を取得しています。これは、6953個のファンを測定した 結果に基づくデータです。 図1： DIN 24166 (ISO 13348)*が定める精度クラス クラス 0: 2 % クラス 1: 3 % クラス 2: 8 % 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 周波数 (%) 製品数 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 入力電力 [W] RadiPacシリーズの分析データ
入力 電力 AC IECモータ（3相） 例：ベルト用プーリー付きVベルト伝達装置 インペラー駆動ベアリング 遠心型インペラー 風量 動作点（DP）での静圧効率：
ファンの比較
実際に測定されたファンの効率は、モー タ、駆動ユニット、制御システム、およ びインペラーそれぞれの最大効率を掛 け合わせたものに等しくはなりません。 なぜでしょうか？ 正しい計算方法 更新案件の場合に は、さまざまなファンの特性データを取 り寄せて比較することになります。計算 に基づく特性値は、一般には実際の値 とは乖離していることに留意してくださ い。このような値は、個々のコンポー ネント（モータ、駆動ユニット、制御 システム、およびファンのインペラー） の最大効率値をカタログから集めて計 算することが多いためです。しかし現 実の状況下において、個々のコンポー ネントが実際に最大効率を発揮すると は考えられません。最大限の効率値を 掛け合わせた場合、実際の動作環境 で可能な値よりもはるかに優れた値が 得られます（図1）。このずれのため、 計算による値は実際の動作時のものより もはるかに優れたものになります。現実 に即した値を得るため、ISO 12759:2010 "ファン−ファンの効率分類"には、設計 時には測定した値を使用することが明確 に推奨されています。 ebm-papstは高性能のインペラー、EC モータ、およびドライバーユニットを含む 最小限の構成による、直ちに設置可能な 完全なファンアセンブリーについて測定 を行い、またそのアセンブリーを供給し ているため、ebm-papstが提供する値は 常に信頼できます。これらのコンポーネ ントについては最適な組み合わせが行わ れているため、60％を大きく超える静圧 効率を得ることも可能です。これらの測 定値はプロダクトセレクタに掲載されて います。他のサプライヤーが示す、ebm-papstの値を大きく超えるものには非常 に疑問があります。RadiPacの計算値と実測値との比較
図1：ファンを構成する個々のコンポー ネントの効率を掛け合わせても、全体と しての正しい効率値は得られません。最高の効率に加え、GreenTech ECモータによるRadiPacには 他のファンと比較してさまざまな優位性が存在します。 設置作業 – シンプル、安全 高性能インペラーがアウターモータのローターに直接取り 付けられています。これによりスペースを節約すると共に、 1度の締め付け作業により回転ユニット全体のバランスを取 ることが可能です（図2）。ドライバーユニットとモータは 一体化されています（図3）。制御回路が内蔵されているた め外部の周波数変換器は必要なく、設置作業がさらに簡素 化されています。モータシステム内のモータと回路は完全 にマッチングされ、また互いに隣接しているためノイズ用 フィルターやシールドケーブルの追加や、外部のモータ保 護用サーキットブレーカーは不要です。したがって多大な 費用を要する調整、接地、シールドなどの作業なしにシス テムの使用を開始することができます。これは「プラグ＆ プレイ」の送風テクノロジーと呼ぶことができます。 資源節約 GreenTech ECモータは供給リスクを伴うことなく資源を節 約します。商用電源を使うブラシレスDC同期モータ（BLDC またはPMモータとも呼ばれます）の効率はクラスIE4をは るかに上回り、また問題となり得るレアアース含有磁石を 使うことなくそれを実現しています。同等な効率を持つイ ンナーロータータイプの永久磁石モータは、設計において レアアース含有磁石を必要とします。したがってRadiPacこ そがコンパクトさ、効率、使いやすさ、および持続可能性 をすべて備えた送風用ファンソリューションであると言え ます（図3）。 図2：ECモータはより小さな設置スペースしか必要としません。
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周波数変換器を備えたACまたはPMファン GreenTech ECファン ＝「多くのトラブル」 ＝「プラグアンドプレイ」 図3：GreenTech ECモータ - オールインワンのソリューション 消費電力 最小効率 0.125 kW 42 % 0.5 kW 48.3 % 1 kW 51.5% 3 kW 56.5 % 5 kW 58.5 % 10 kW 62 % エコデザイン ファンを対象としたエコデザイン指令（EU 327/2011）に は、電気モータ駆動によるファンに求められる最小限の効 率値が定められています。この規定は2013年に初めて導入 され、2015年1月1日現在ではさらに厳しいものとなってい ます。これは入力電力125 W～500 kW、軸動力125 W～500 kWのすべてのファンに適用されます。ファンのタイプごと にそれぞれ達成すべき効率レベルが定められています。最 小効率値の計算は上記の指令に記載されています。ebm-papst RadiPacシリーズのGreenTech ECファンは、い ずれも2015年度の基準を達成しています。
2015年度エコデザイン指令に基づくRadiPac ECターボファ ンの最小効率基準
※ denaガイド「商工業のための換気技術」
要望に合わせた運用
外に面する壁がガラスのオフィスコン プレックス、日陰でも35℃に達する夏 の日、密集している人々、最大限の換 気と冷房が必要、メンテナンスやサー ビスが長期間不要 - システムに最大限 の要求が加わる状況はこのように記述 することができます。商業、公共施設、 および産業向けにおいては、最大負荷 が発生するのは1年のうちわずか数日に 過ぎません（図1）。しかしそのような 状況においても、必要な冷房と暖房、 および最小限の換気回数を高い信頼度 の下で確保しなければなりません。し たがってシステムやファンの規模を決 定するにあたっては最大負荷が発生す る状況が重要となりますが、しかし運 用期間全体を考慮した場合にはそれが 最も重要とは言えません。 動作点と効率 ドイツのエネルギー当局 であるdenaが発行した小冊子※には以下 の推奨事項が記載されています。「短期 的には1日のうちの時間帯、生産内容 の変動、および天候条件によって動作 点が変化する場合があります。中期的 には季節変動の影響や生産能力の活用 度が、長期的にはフィルターの透過抵 抗増大が影響します。このような状況 においては、動作点（最も条件が悪く、 かつ性能への要求が最大になる点）を 最高の効率を示す点に置いた設計は誤 りとなります。この場合、最も多く見 られる運転状況に動作点を置いた方が 良い結果が得られます。AHUのファンは一般に部分負荷の下で運用されます
. 1 消費電力 ► [h] 24 0 48 72 96 120 144 168 [kW] 12 24 時間 ► 0 理想的な手段は予想される負荷に基づ いて最適化を行い、年間のエネルギー コストが最低となる特性曲線を選ぶこ とです。」 したがって風量を実際のニーズに合わ せ続けることのできる機能を持つことが 鍵となります。この機能はRadiPacには すでに組み込まれています。幅広い範囲 にわたって調整が可能なため、優れた効 率を達成すると共に運用コストを引き下 げます。これは周波数変換器を備えた ACファンとGreenTech ECファンを比較す ることにより確認できます（図2）。示さ れている負荷状況（図3a、b、c）の下では、 ECファンの効率が約28%上回っています。 電力消費削減だけでなく、組み立てと設 置コストがはるかに低いこと、軽量、お よび省スペースの設計などのメリットが存 在します。 部分負荷の下での値 したがって運 用コストを最小限に抑えるには、部 分負荷が送風システムの計画や運転 にあたって大きな重要性を持ちます。 RadiPac ECプラグファンはこのための 理想的なソリューションです。プロダ クトセレクタにはファンを実測した特 性データが含まれているため、このよ うな運転状況を現実に即してシミュ レートすることが可能です。これによ り設計内容の信頼性が保証されます。 製品カタログとプロダクトセレクタに記 載されているデータは、吸込側と吐出側 がいずれも開放されたCategory Aの動 作条件下で測定されているため、ファン どうしの直接比較が可能です（図4a）。 図1：1週間を通じたAHUの 電力消費 典型的なオフィスに設置されたAHUの1週間の電力消費 図3a、b、c：周波数変換器付きの標準的な同 一出力規格のACモータと比較した場合、 GreenTech ECモータの効率は検証した負荷 プロファイルの下で約28%優れていました 1 2 3 4 5 6 3000 2500 2000 1500 1000 500 年 コ スト /€ 標準のACモータ + VFD GreenTech ECモータ 累計節約額 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 200 400 10 0 20 600 30 800 40 1000 50 60 qV psf Pa % ηed m3/h 25 % 50 % 75 % ブースト ηed：GreenTech ECモータ ηed ：標準のACモータ + VFD 100 % 25 % 50 % 75 % 100 %ブースト 10 % 20 % 50 % 30 % 40 % qV t m3/h
. 図2：周波数変換器、正弦波フィル ター、および保護回路を持つIEC-E2 とebm-papstのGreenTech ECモー タを比較 送 風 ユ ニットに 使 用されるファン は、 通常は限られた設置空間内で動作しま す。ファンの選択にあたっては、これに よる風量特性の低下を考慮する必要が あります（図4b）。 ebm-papstが提供している値はお客様 からの要望に加え、想定される運転状況 に基づいています。プロダクトセレクタで は換気システムの設置場所やファン設置 に利用できる設置空間など、ファンの選 択に影響を及ぼすさまざまな要因を考慮 することができます。これによりすべての 範囲にわたって正しい値が得られ、エネ ルギー効率だけでなく運用やライフサイク ルコストなどを高い信頼性の下で検証す ることができます。ebm-papstが提供す る現実的な電力消費や特性値を使えば、 予想される特性値を実際の現場でも達成 することが可能です（図4c）。このように して適切なファンの選択が保証されます。 図4a 図4b 図4c：プロダクトセレクタの「設置空間による影響」ではAHUのサイズを入力します。
継続的な開発プロセス
制御やエネルギー効率などの改善を求 めるユーザーからの声に応え、プラグ ファンの技術には常に改良が加えられて います。ドイツではエコデザイン規制と 呼 ば れ るEnEV（Energy Conservation Regulation）やEVPG（Energy-related Products Act）などの法規制は、この ような側面への認識を大きく高めまし た（20ページの「エコデザイン」欄参 照）。またエネルギーコストの上昇に伴 い、経済的側面も重要な要素となって います。運用されているファンの数が拡 大するほど、エネルギー効率の改善が さらに大きく貢献します。 継続的な改善 ドイツのムルフィンゲン を拠点とするモータとファン専門企業の ebm-papstは、環境とお客様の経済的 利益の両方に貢献する継続的改善に長 年にわたって取り組んできました。 たとえば送風専用に設計されたRadiPac シリーズのプラグファン（19ページの図1） に関しては、特にエネルギー効率、騒 音低減、および風量特性を中心として 改善が続けられています。 最先端のモータ まず最初に検討の対 象となるのは使用するモータです。ア ウターローターのGreenTech ECモータ の場合、ドライバーユニットとより高 品質のステータ鉄心による効率改善が 行われています。エネルギー的に最適 化された、商用電源を使うブラシレス DC同期モータ（BLDCあるいはPMモー タとも呼ばれます）による効率レベルは、 IEC 60034-30のIE4クラスに求められて いる値をすでに大きく超えています。 さらにこのアウターローターモータは、 「シンプル」で安価な、かつ最も重要 なこととして容易に入手できるフェライト 磁石により動作します。 言い換えれば、問題が付きまとうレア アース含有磁石に依存することなく90％ を超える効率を達成します（20ページ 参照）。送風技術のための「プラグ＆プレイ」プラグファン
必要とされる 出力 入力 変換 入力 電力 Ped 入力 電力 Ped 入力 電力 Ped 風量 Pu 風量 Pu 風量 Pu EC ‒ ダイレクト駆動ファン 新EC ‒ ダイレクト駆動ファン AC電源駆動のファン 損失 損失 損失 VFD* 内臓VFD* 内臓VFD* ベアリング 内臓モータ ベアリング 内臓モータ ベルトドライブ ベルトドライブ なし ベルトドライブ なし インペラー インペラー インペラー用 ベアリングなし インペラー用 ベアリング インペラー用 ベアリングなし * VFD（可変周波数駆動装置） 新インペラー 100 % 100 % 100 % 図1：新RadiPac図1：新しいRadiPac。改善は主にイン ペラーへの空気吸込み部、インペラーに 対するアウターローターの位置、および インペラーのブレード形状について行わ れました。 後継機種：常に改善の余地が存在 しかし2010年から計画された現行シ リーズの製品はすでにその最盛期を過 ぎており、送風技術に新たな基準を打 ち立てるよう設計された後継機種によ る置き換えが進んでいます。 あらゆる革新と改善は旧機種を上回る ものでなければならないというebm-papst創立者のゲルハルト・シュトルム が打ち立てた原則は、このように再び 現実の製品に反映されています。 新しいECドライブは、送風や空調シス テムにまだ広く使用されている従来の ACドライブと比較し、エネルギー効率 の点ではるかに優れていることが繰り 返し示されています。しかしファンに ついてはインペラー、モータ、ドライ バーユニット、およびハウジングから 構成された完全なシステムとして考え ることが重要です。したがって省エネ 効果を最大限に高めるためには、電気 的な接続からインペラーからの空気の 吐出、さらにはAHU内の送風ユニット の設置状況にいたるまですべての面に わたって改善の対象とする必要があり ます（図2）。 1 2 3 4 入力電力 P ed 風量 P u 100% 5 新RadiPac 旧RadiPac 空力的損失 ドライバーユニット部 損失 設置環境損失 モータ部 損失 図2：この最適化は目覚ましい効果を発揮し ました。このモータと流路の改善により、 サイズ400のRadiPacファンでは最大10%の 効率改善が得られました。
図3：GreenTech ECテクノロジーを採用したアウターローター： ローターは巻線を持つステーターの内部ではなくその周囲を回 転し、レアアース含有磁石を必要としません。 レアアース含有磁石に依存しないア ウターローターのECモータでは、固 定部すなわちステーターと巻線は内 部に置かれ、可動部である永久磁 石内蔵のローターが外側に置かれま す（図3）。この外部にあるローター が内部のステーターの周りを回転し ます。この配置だけでも、アウター ローターモータは同じ外寸、同じ磁 石システム、および同じ磁石厚みの インナーローターモータよりも高いト ルクを（磁石の量、エアギャップ、半 径を通じて）発揮し、より少量の磁 石、狭い空隙面、および小さな半径 を実現します。ファン設置領域の自 由度を賢く活用することにより、ハー ドフェライトを使うアウターローター モータも、レアアース含有磁石を使 う自由度（体積、重量）の限られた インナーローターモータに匹敵する トルクと効率を得ることができます。 サーボ駆動とは異なり、ファンの動 作が非常に動的である必要はありま せん。むしろその逆に、スムーズな 起動と加速特性を得るためには一定 の慣性モーメントが必要です。これ はGreenTech ECファンがレアアース 含有磁石なしでも問題なく動作し、 はるかに安価であるだけでなく価格 が変動しない市場から入手可能な フェライトを使用できることを意味し ます。 エコデザイン ファンを対象としたエコデザイン 指令（EU 327/2011）には、電気 モータ駆動によるファンに求められ る最小限の効率値が定められてい ます。この規定は2013年に初めて 導入され、2015年1月1日現在では さらに厳しくなっています。これは 入力電力125 W ～ 500 kW、軸動 力125 W ～ 500 kWのすべてのファ ンに適用されます。ファンのタイプ ごとにそれぞれ達成すべき効率レ ベルが定められています。最小効 率値の計算は上記の指令に記載さ れて い ま す。ebm-papst RadiPac シリーズのGreenTech ECファンは、 いずれも2015年度の基準を達成し ています。
体系的アプローチ
GreenTech ECモータはそれ以上望めな いほどの効率を備えています。とは言 え、モータの効率が高くてもシステム （AHU）全体の効率が高いとは必ずし も言えません。測定結果からは、優れ たRadiPacファンであってもまだ改善の 余地が存在することが示されています。 このためebm-papstでは改めて空気の 流れの検証を進めています。 詳細な損失分析と定量化に続き、イン ペラーへの空気の吸込み部、インペラー に対するアウターローターの位置、お よびインペラーのブレード形状を主と した改善が行われています。空気の流 れを改善すると共に（図1）、効率改善 と騒音低減が目指されました。これは 大半の用途においてはファンからの騒 音が重要な考慮事項のひとつとなるた めです。空気の流れの改善
図1：新しいRadiPacの最適化にあたっては、AHU内での空気の流れ全体が考慮されました。100 200 300 400 500 600 700 Hz dB 周波数 ƒ 音圧 レ ベル Lp 40 50 60 70 80 85 75 65 55 45 35 FlowGridあり FlowGridなし 800 900 RadiPac ø250を使った薄型空調ユニット 図2：ブラグファン用FlowGridエアイン レットグリル。 図3：測定結果：FlowGridは音圧を下げ、可聴域の騒音を大きく軽減します。 エアインレットグリル（Fフ ロ ーlowGグ リ ッ ドrid） 設置スペースは限られていることが多く、そ の改善としてさまざまな程度の乱流が発生 します。ファンを最適化しても、このような流 入する空気の乱れを打ち消すことはできませ ん。しかし設置状況から生じる乱流はファン への空気の流入を変更あるいは最適化する ことによって軽減可能であり、これはまた不 快感を引き起こす低周波数騒音の低下にも 寄与します。このため流入する空気を整え る、特殊なエアインレットグリルがオプション 用として開発されました（図2）。このグリル は流入する空気から騒音源となる乱流を劇 的に軽減します。これにより建物の構造やハ ウジング内の設置状況にかかわらず、ファン の騒音を試験室での状況と同等に抑えるこ とが可能になりました（図3）。
インレットノズル システムとして優れ た性能を得るには、コンポーネントをイ ンテリジェントに組み合わせることが鍵 となります。このため新しいRadiPacファ ンのインレットノズルは、空力学的に最 適化されたブレードを持つインペラーに 完璧にマッチするよう設計されていま す。これにより吸込み部での乱流が軽減 され、風量の損失が減ると共に不快な 騒音源のひとつも解消されます。また明 確に定義された流れを隙間において作 るため、インレットノズルからインペラー のカバープレートまでの推移部も改良さ れています。乱流によって流れの有効断 面積が減少しますが、これによる影響も この改良によって軽減されます。これも システム全体の効率をさらに高めます。 ユーザーが設置をさらに容易に行えるよ う、風量測定のため最適な位置に置かれ た圧力タップも標準装備として提供され ています。 新しいブレード形状 新しいアルミニウ ム製翼形ブレードの設計と空力特性も 効率を高めています。中空構造によりイ ンペラーの重量を最小限に抑えながら剛 性を最大限に高めています。またこの極 めて高い剛性により高い円周速度にも対 応することができます。 通過流 ブレードの吸込みは緩やかな 丸みを持つため損失がほとんど発生し ません。形状に留意したブレードの外形 が損失を最小限に抑えながら空気を送 り、また薄い後縁部によりインペラーは ほとんど乱流を作り出しません。 特殊な形状を持つインペラー底板のた め、吐出する空気のほとんどは軸方向 に沿って流れます。これによって空調 機器では偏りによる損失が軽減され、 また設置された状態での圧力低下も減 少します（図4）。さらに騒音も低い レベルに抑えられます。 最適化されたモータの位置 インペ ラー内でのモータの位置も、ファンユ ニット全体のコンパクトさと空力学的 に最適なモータ位置とを両立させるた め改善されています。プラグファンの インペラーはローターに直接、つまり アウターローターの「ハウジング」に 直接取り付けられています。これによ り軸方向の長さが短縮され、またファ ンからの吸込み空気によりモータが冷 却されるため冷却状況も改善されま す。さらにローターとインペラーから 構成された回転体全体も、振動の極め て少ない運転を実現するため生産時点 で 2 面 で 動 的 に 釣 合 い 調 整 （ 等 級 G63）をしています。 図4：このような改 良による効率への 影 響 は フ ロ ー シ ミュレーションに より判断されます。 吐出特性が最適化 されています。
図5：ebm-papstのファンはインペラー だけではありません。少なくとも以下の コンポーネントから構成され、最適化 されたユニットを意味します。 インレットノズル、GreenTech ECモー タ、およびドライバーユニットを備えた 高精度のインペラー。 個々のコンポーネントではなくシステムと してのコンセプト これもプラグファンが 持つ大きな魅力のひとつです。インレット ノズル、GreenTech ECモータ、およびドラ イバーユニットを持つ高性能のインペラー と共に、送風用のRadiPacシリーズの製品 には直ちに設置可能なファンユニットを提 供するための他の機械的コンポーネントも 含まれています（図5）。たとえば非同期ま たはPMモータを使用する他のコンセプト とは対照的に、ユーザーはモータ、周波数 変換器、およびインペラーを個々に購入、 取り付け、接続、および相互の調整を行う 必要がありません。 プラグ＆プレイ さらにRadiPacファンで はモータと回路がシステムに内蔵され、完 璧な形で整合性が取られると共に互いに隣 接して配置されているため、ノイズフィル ターやシールドケーブルを追加する必要も ありません。モータ用に外部に設置する サーキットブレーカーも不要です。これが 送風技術のプラグ＆プレイです。 ebm-papstが公式に提供しているプロダク トセレクタ（図6）を利用することにより、 実測したファンの特性値に基づきそれぞれ の運用状況について現実的な特性確認が可 能です。これによって設計の際に絶対的な 信頼性が得られます。 ECモータでは一般的な連続可変式の速度 制御も、ファンの性能と個々の状況とを正 確に合わせるうえで役立ちます。 通信には標準的な0 ～ 10 V DC/PWM入力も Modbus-RTUインターフェースも利用可能 です。 製品の選択が容易に 追加の機能として、 また適切なファン選択を支援するため、 ebm-papstはお客様の機器への組み込みを 目的とした「Black Box」モジュールを内蔵 した「プロダクトセレクタ」ソフトウェア を用意しています。この新しいファン選択 プログラムを使えば動作点に基づく RadiPacファンの選択が可能です。指定の 出力範囲内に複数のファンが存在する場 合、表示される風量特性および音響データ に基づき、最も適したファンを選択し、特 性データを作成することができます。また、 選択したファンのライフサイクルコストを 計算することも可能です。動作点に加え、 異なるファンの選択によるライフサイクル コスト図表の作成も可能です。これらは PDFフォーマットで作成でき、ファンの公 称データだけでなく、指定された動作点に おける特性データと吸引側および吐出側の 各オクターブバンドでの音響パワーレベル も含めることができます。
比較
図1：これらの特性曲線は認証済み試験スタンドにおいて、ファン単体（開放状態）とAHU内に 設備した状態で測定した、サイズ400の「旧」と「新」機種の比較を示しています。 認証済み試験スタンド ebm-papst は認定メーカーとして、空 気調和機（AHU）製造業者協会のガイ ドラインが定める以下の試験スタンド の基準に準拠します。「各部品に修正 や改造が施されていないことを条件 に、指定の試験ファンを吸込み側チャ ンバー試験装置に設置し、最新版DIN EN ISO 5801:12-2010 (ISO 5801:2007 incl. corr. 1:2008)に準拠した試験を実 施した場合に限り専門／テストレポー トを承認します。」 LWA ηse RadiPac 直径400「新」 RadiPac 直径400「旧」 RadiPac 直径400 AHU内「新」 RadiPac 直径400 AHU内「旧」 優れた評価結果 図1と図2の「旧」 と「新」に示すように、最適化によっ て優れた結果が生み出されていま す。 送 風ユニットの改善によりRadiPac ファンの全体としての効率は10％以上 改善し、また騒音レベルは3 dB（A） 以上削減されています。この効率改 善はより大きな風量を生み、言い換 えればこの新しいファンはより高い動 作点を実現しています。 この測定は公式（TÜV）な、風量特 性と騒音値を同時に測定することの できる空力音響試験規格（「認証済み の試験設備」参照）に基づいて行わ れています。チャンバーまたはコン ビネーション試験装置は、ハイイン ピーダンスの床と、音響測定精度ク ラス１に相当する２つの低反射チャ ンバーで構成されています。風量特 性の測定は最大100,000m³/時、静圧 3,000 Paまでの範囲について行うこと ができます。 フリーインレットとフリーアウトレットに よるカテゴリー Aの測定では、一定のテ スト規格に従う必要があります。
図2：これらの特性曲線は認証済み試験スタンドにおいて、ファン単体（開放状態）とAHU内に 設備した状態で測定した、サイズ560の「旧」と「新」機種の比較を示しています。 LWA ηse RadiPac 直径560「新」 RadiPac 直径560「旧」 RadiPac 直径560AHU内「新」 RadiPac 直径560AHU内「旧」 Pfs qv 400 800 1200 1600 Pa 4000 8000 12000 16000 20000 m3/h 1 2 3 4 5 6 7 in wg 10 20 30 40 50 60 70 dB(A) 80 90 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 cfm L W A 実際に即した動作条件 送風ユニットに使用されるファンは、通常は限られ たスペース内で運転します。ファンの選択において はこれによる風量特性の低下を考慮する必要があり ます。ebm-papstでは実際の設置条件を考慮してい ます。比較のための測定ではAHU内にファンを取り 付けます。サイズ400のファンの場合は900 x 900 x 760 mmの設置空間寸法になります。サイズ560の 場合の設置空間は1230 x 1230 x 760 mmです。ファ ンはいずれもAHU内の中央に取り付けられます。 この図では設置スタン ドにおけるAHU内の設 置状態を表しています。
図4：AHUにてサイズ400と競合製品を直接比較。設置条件は上記参照。
–
RadiPac サイズ400「新」–
ECアウターローターモータによる 競合製品1–
PMモータによる競合製品2 実際に即した動作条件 送風ユニットに使用されるファンは、通常は限られたス ペース内で運転します。ファンの選択においてはこれに よる風量特性の低下を考慮する必要があります。ebm-papstでは実際の設置条件を考慮しています。比較のた めの測定ではAHU内にファンを取り付けます。サイズ 400のファンの場合は900 x 900 x 760 mmの設置空間寸 法になります。サイズ560の場合の設置空間は1230 x 1230 x 760 mmです。ファンはいずれもAHU内の中央に 取り付けられます。 ebm-papstは市場における非常に高 性能なファンとの比較においても、 常にそれらを上回る性能を発揮して います。この比較は400と560の2つ のサイズについて行い、また測定は 実際の使用状況に近い同一の設置条 件下で行っています（図3）。図5：AHUにてサイズ560と競合製品を直接比較。設置条件は上記参照。
–
RadiPac サイズ560「新」–
ECアウターローターモータによる 競合製品1–
PMモータによる競合製品2 この図では設置スタンドにおけるAHU内の設置状態を表しています。 ebm-papst 新RadiPac（緑）対： – ECアウターローターモータを使う 競合製品（青） – PM（永久磁石）インナーローター モータとドライバーユニットを使 う競合製品（赤） 図には風量特性、総合効率、および 騒音レベルを示します。ebm-papst RadiPacの優位性は特性曲線から明ら かです。ECモータ ECモータの性能は、建物内 でのファンやポンプの駆動モータだけに は留まらず立証されています。卓越した 効率性に加えて他に例のないコンパクト さと極めて静かな動作を備えたECモータ の利用が、キャビネットやPCS、最新の 農業機械の冷却などの用途に拡大してい ます。 テクノロジ ー ECモ ー タは たとえば PMモ ー タに 非 常 に よく似 て いま す。 いずれのタイプも磁石が取り付けられた ローターを持ち、ステーターに励磁巻線 が備えられています。 ECとPMモータはその設計上、広く使 用されている非同期モータ（ACモータ） よりも常に優れた効率を発揮します。こ れはモータからの出力が低く、速度も低 い場合に特に適用されます。 IE4クラスの達成 エネルギー効率を最 適化した、商用電源によるブラシレスDC 同期モータ（BLDCまたはPMモータとも 呼ばれます）の効率は、（IEC 60034-30 に基づく）クラスIE4の基準をすでには るかに上回っています。 周波数変換器の動作 ebm-papstのEC モータには必要な制御回路が最初から 組み込まれています。これによりEMC （ノ イズ）の問題が発生したときには装置 にいずれかの転送ポイントに接続する だけで済みます。 典型的な用途 ECモータは建物用のみ には留まらず、多くの分野のファンのた めの駆動装置として確立しています。ア ウターローターの設計は、軸流またはプ ラグファンのインペラーをアウターロー ター上に直接に取り付けられるため送風 用に最適です。 注目 ECモータはさまざまな用途に使 用されています。しかしBLDC、EC、お よびPMモータはいずれも非常に似通っ た特性を備えていますが、これらの名 称に大きな意味はなく、重要なことは 次 の と お り で す：ebm-papstの 純 正 GreenTech ECモータは、調達などが問 題となりがちなレアアース含有磁石を使 うことなく動作します。 システムの最適化：ポテンシャルを備 えたコンセプト 出力レンジが10 kW 未満の場合、効率的なECモータを使用 することにより電力消費を10％を大き く超えて削減できます。これをニーズ に合わせて変化する風量特性、言い換 えれば速度制御装置と組み合わせるこ とによって50％あるいはそれ以上の削 減も可能です。ECモータは周波数変換 器によるACモータと比較し、特に部分 的負荷の下においてはるかに効率的に 動作します。またファンの吸込流と吐出 流の経路を最適化することによって効率 をさらに高めることができます。これは スペースの不足のため実現できない場合 がよくありますが、新しいRadiPacイン ペラーの優れた特徴がこのような状況で 役立ちます。インペラーから吐出する空 気は、送風ユニット内の吐出方向に曲げ られる際に事実上損失を生じないように 誘導されます。このことは新しい世代の インペラーを開発するにあたり、ebm-papstが採用している系統立った取り組 みを示しています。
事実
50
60
70
80
90
10
20
30
40
100
部分負荷 % [P = 3 kW] η se 50
55
60
65
EC RadiPac「新」 EC RadiPac「旧」 プラグファン＋PMモータ %45
%0
1) 1) 2)ドレスデンのILKにより測定
AHU内で測定されたサイズ400のプラグファン 送風ユニットとモータの改善により、RadiPacファンの効率は 全体として8%を超える改善を達成しました。これは緑と黒の 曲線に示されています。 ドレスデンのInstitute of Air Handling and Refrigeration （ILK）が作成したレポートの全文は www.ebmpapst.com/ilkでご覧いただけます。 旧と新タイプのサイズ400 RadiPacファンを比較。この結果は1）ドレスデンのInstitute of Air Handling and Refrigeration（ILK）により作成されたILK-B-31-15-3981a（2015年9月3日付）レポート、および2） ebm-papstの自社ラボでの測定から得られたものです。 この研究の詳細についてはwww.ebmpapst.com/ilkをご覧ください。線1：第三者機関(ILK)で測定（緑色：New RadiPac 灰色：プラグファン+PMモータ） 線2：社内設備での測定（点線：RadiPac）
＊詳細は www.ebmpapst.com/ilk でご確認ください
更に高性能へ
the new RadiPac
The engineer’s choice
ebmpapstの技術を余すところなく結集させたNew RadiPac が空気調和機の新しいステ－ジへ （第三者機関ILK 空気冷凍研究所で空調機に入込測定・実証） - コンパクトな形状 - 可変速駆動 - MODBUS制御 - 空気力学応用翼型羽根 - 最適化されたインレットノズル - 堅牢な設計 もっと詳しい情報をご説明致します。 ebm-papst Japan 株式会社
