Lufttransport - leise und effizient: EC-Technologie übertrifft zukünftige Mindesteffizienzklassen für Ventilatoren in Lüftungs- und Klimaanlagen
Eine Menge Energie und damit Betriebskosten lassen sich einsparen, wenn beim Transport von Luft in unseren Lüftungs- und Klimaanlagen auf die richtige Technik gesetzt wird. Demnächst fordert auch der Gesetzgeber hinsichtlich des Einsatzes von Ventilatoren gewisse Mindesteffizienzklassen. Sie sollen ab Januar 2011 für Motoren gelten, die zurzeit in der EU-Eco-Designrichtlinie festgeschrieben werden. Der Ventilatorenhersteller ebm-papst bietet mit der verwendeten EC-Technologie bereits jetzt Ventilatoren an, mit denen die zukünftig vorgeschriebenen Anforderungen deutlich übertroffen werden.
Einsatzbeispiel der „Plug Fans“ in einem zentralen Klimakastengerät. Bild: Wolf GmbH
Wirkungsgrade von ebm-papst-Ventilatoren im Vergleich zur vorgeschlagenen Mindestanforderung in der EuP-Richtlinie.
Energieaufnahme eines EC-Ventilators im Vergleich zu einem AC-Ventilator.
Platzersparnis durch den Einsatz von EC-Ventilatoren (oben) gegenüber Systemen mit AC-Ventilator und Riemenantrieb (unten).
Das Laufrad der neuen Baureihe wurde durch eine schräge Abströmkante hinsichtlich des aerodynamischen Verhaltens sowie der Laufruhe optimiert.
Die im Juli 2005 erschienene EuP-Rahmenrichtlinie (2005/32/EC - Directive for energy using products) hat zum Ziel, eine ressourcenschonende, insbesondere energieeffiziente, Produktgestaltung durch geeignete politische Instrumente zu unterstützen. Durch eine Harmonisierung der rechtlichen Rahmenbedingungen sollen Wettbewerbsverzerrungen innerhalb der EU vermieden und die Umweltwirkungen energiebetriebener Produkte reduziert werden. Die Rahmenrichtlinie schuf dabei auch die Grundlage für Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Motoren und Ventilatoren in Klima- und Lüftungsanlagen. Denn ab 2011 dürfen nur noch Produkte, die diese Mindestanforderungen erfüllen, die CE-Kennzeichnung tragen und damit in der EU verkauft, in Betrieb genommen oder in die EU importiert werden.
Der Motoren- und Ventilatorenhersteller ebm-papst Mulfingen hat seine speziell für den Einsatz in RLT-Zentralgeräten konzipierte "Plug Fans"-Baureihe überarbeitet, um steigenden ökologischen und ökonomischen Anforderungen auch zukünftig gerecht zu werden. Dabei wurde zum einen im Hinblick auf die zu erwartenden Mindesteffizienzanforderungen der Gesamtwirkungsgrad der Ventilatoren optimiert, zum anderen das akustische Verhalten konstruktiv verbessert.
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EC-Technologie auf dem Vormarsch
Im Zusammenhang mit Energiesparmaßnahmen kommt heute kaum ein Hersteller am Thema EC‑Technik vorbei. EC-Motoren können durch die integrierte Steuerungselektronik stufenlos in der Drehzahl den Anforderungen angepasst werden und arbeiten mit hohen Wirkungsgraden. Sie verbrauchen daher bei gleicher Luftleistung deutlich weniger Energie als AC-Antriebe. Die Energieeinsparpotenziale liegen aber nicht nur im Volllastbetrieb sondern vor allem im Teillastbetrieb. Dies ist eine Besonderheit von EC-Motoren. Sie verlieren im Teillastbereich weit weniger von ihrer Effizienz als Asynchronmotoren gleicher Leistung.
Ein weiteres wichtiges Kriterium im Zusammenhang mit luft- und klimatechnischen Geräten ist die Geräuschentwicklung. Auch hier sind EC-Antriebe die bessere Wahl, da sie im geregelten Zustand keinerlei Motorgeräusche verursachen. Bei mithilfe von Frequenz-Umrichtern betriebenen Asynchronmotoren hingegen treten vor allem im Teillastbereich Resonanzgeräusche auf, die sich in einem typischen Motorbrummen unangenehm bemerkbar machen können.
Ein weiterer Vorteil ist die Kompaktheit der EC-Ventilatoren. Der elektronisch kommutierte Außenläufermotor ist direkt im Laufrad integriert, dadurch reduzieren sich die Einbaumaße. Der sonst oft übliche Riemenantrieb zwischen dem Motor und dem Ventilator ist nicht notwendig. Das reduziert aber nicht nur das benötigte Einbauvolumen, ein Effekt, der gerade bei Zentralgeräten der Luft- und Klimatechnik stets wünschenswert ist, sondern auch den damit verbundenen Montageaufwand. Gleichzeitig werden weniger Verschleißteile benötigt, was langfristig gesehen die Servicekosten niedrig hält. Im Hinblick auf Hygieneanforderungen ist es sinnvoll, anstatt riemengetriebener Ventilatoren direktgetriebene EC-Ventilatoren einzusetzen, da sich der zwangsläufige Riemenabrieb negativ auf die Luftqualität auswirken kann.
Konstruktive Verbesserungen beim Laufrad
Um einen Ventilator zu optimieren genügt es jedoch nicht, nur die Motortechnik zu verbessern. Das Laufrad spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Hier tragen strömungstechnische Verbesserungen ebenfalls zur Effizienzsteigerung und zur Reduzierung der Geräuschemission bei. Selbst kleine Details können hier große Wirkung erzielen: Beispielsweise verbessert eine optimierte Schaufelgeometrie mit schräger Abströmkante sowohl das aerodynamische Verhalten als auch die Laufruhe. Gleiches gilt für die bei der neuen Baureihe realisierte Düsenkontur. Standardmäßig wurde hier bereits eine Druckentnahmestelle zur Wirkdruckbestimmung über einen Schraubnippel integriert.
Um eine geringe Lagerbelastung der Motoren zu erreichen und den hohen Umfangsgeschwindigkeiten dauerhaft Stand zu halten, werden die Schaufeln komplett aus Aluminium gefertigt. Das Material wirkt sich positiv auf das Gewicht der Ventilatoren aus und bietet gleichzeitig ein hohes Maß an Stabilität. So sind die Ventilatoren für eine Lebensdauer von mehr als 40 000 Betriebsstunden ausgelegt. Das entspricht einem Dauerbetrieb von über 4,5 Jahren, bei Volllastbetrieb und maximaler zulässiger Umgebungstemperatur. Im Teillastbetrieb oder bei geringeren Umgebungstemperaturen liegt diese deutlich darüber.
Analoge und digitale Ansteuerung
Die in den Antrieben integrierte Elektronik ist nicht nur auf die eingesetzten EC-Motoren abgestimmt, sondern lässt sich wahlweise analog über ein 0...10-V-Signal oder digital über eine RS485-Schnittstelle ansteuern. Vor allem, wenn mehrere Ventilatoren im Einsatz sind, bietet diese Busvernetzung weitere Vorteile. Angefangen von der Konfiguration bei der Inbetriebnahme bis hin zu Service, Fehlerdiagnose und Wartung vereinfacht sich der Umgang mit der Technik erheblich, wenn der Techniker vom zentralen PC aus auf die Ventilatoren zugreifen kann. Außer der entsprechenden PC‑Software gibt es mittlerweile auch PDA- und smartphonefähige Versionen, mit denen sich die vernetzen Ventilatoren ohne Kabelverbindung parametrieren, überwachen und fernsteuern lassen.
Mit einem kompakten EC-Steuergerät können bis zu 30 EC-Ventilatoren über eine 0...10-V-Analogleitung angesteuert, bzw. ihre Betriebsdaten am Display des Steuergeräts überwacht werden.
Die Auswahl des für die jeweilige Applikation passenden Ventilators erleichtert ein Auswahlprogramm, das es entweder als eigenständige Software oder als DLL-Modul zur Einbindung in anwenderspezifische Gerätekonfigurationsprogramme gibt. Darüber hinaus lassen sich die Life-Cycle-Costs des jeweiligen Ventilators berechnen, sodass der Anwender bereits im Vorfeld sieht, welche Einsparmöglichkeiten ihm die EC-Ventilatoren im praktischen Einsatz bringen.
Bilder: ebm-papst Mulfingen
