Ein Schritt zu mehr Effizienz

Bei Radialventilatoren für die Raumlufttechnik hat sich die Technik in den letzten Jahren kontinuierlich weiter entwickelt. Grund dafür sind die steigenden Ansprüche der Anwender vor allem an Steuerbarkeit und Energieeffizienz. Denn Verordnungen wie die EnEV (Energieeinsparverordnung) und die ErP-Richtlinie (Energy related Products-Directive), die in Deutschland auch unter der Bezeichnung Ökodesign-Richtlinie bekannt ist, haben hier die Sensibilität deutlich erhöht. Weiterentwickelte Plug & Play EC-Radialventilatoren tragen jetzt diesen sowie zukünftigen Marktanforderungen Rechnung und gehen sogar noch darüber hinaus.

In der Praxis hat sich bereits vielfach bewiesen, dass die in der Ventilatorentechnik modernen EC-Antriebe gegenüber den in Raumluft- und Klimageräten noch häufig eingesetzten konventionellen AC-Antrieben in puncto Energieeffizienz deutlich überlegen sind. Allerdings darf man darüber nicht vergessen, dass man einen Ventilator immer als Gesamtsystem sehen muss, bestehend aus Laufrad, Motor, Gehäuse und Ansteuerelektronik. Alle Komponenten – vom elektrischen Anschluss bis zum Luftaustritt am Laufrad, ja sogar die Einbausituation im RLT-Gerät – müssen deshalb in die Optimierung miteinbezogen werden, wenn wirklich alle Ener­gie-Einsparpotenziale ausgereizt werden sollen.

Kontinuierlicher Verbesserungsprozess
Der Motoren- und Ventilatoren-Hersteller ebm-papst Mulfingen stellt sich schon seit Langem diesem kontinuierlichen Verbesserungsprozess, der sich für die Umwelt und den Geldbeutel des Anwenders letztendlich gleichermaßen rechnet. So wurden die speziell für den Einsatz in Klima- und Raumluftgeräten konzipierten Radialventilatoren der „RadiPac“-Baureihe (Bild 1) in den letzten Jahren stetig verbessert. Dabei wurde vor allem auf die Energieeffizienz aber auch die Geräuschoptimierung und das „Handling“ Wert gelegt.
Zunächst galt das Augenmerk den eingesetzten Motoren. Bei den „GreenTech“-EC-Motoren in Außenläuferbauweise wur­de vor Kurzem bereits die Ansteuerungselektronik verbessert und der elektromagnetische Kreis optimiert, um die Wirkungsgrade zu erhöhen. Der energie­optimierte Motor, ein netzgespeister, permanenterregter Synchronmotor (auch BLDC oder PM genannt), liegt mit seinen Wirkungsgraden heute weit über den Werten, die wir aus der Effizienzklasse IE4 kennen. Dabei kommen die Motoren in Außenläuferbauweise mit preisgünstigen und vor allem auch problemlos verfügbaren Ferriten aus. Sie sind also nicht auf die versorgungskritischen Seltene-Erden-Magnete angewiesen.
Der Motoraufbau als Außenläufer ist für Ventilatoren auch in anderer Hinsicht vorteilhaft. So können die Axialflügel oder Radialräder am drehenden Rotor, also direkt am „Gehäuse“ des Motors befestigt werden. Kompakte Abmessungen vor allem in axialer Richtung sind die Folge. Die Kühlung vereinfacht sich, da der Motor durch die vom Ventilator geförderte Luft gleich mit gekühlt wird. Des Weiteren wird die komplette rotierende Einheit aus Rotor und Laufrad in zwei Ebenen dynamisch gewuchtet, was zu einem ruhigen Lauf führt.

Optimierung der Strömungsmaschine
Die EC-Motoren lassen sich hinsichtlich ihres Wirkungsgrades nur noch marginal verbessern, liegen diese ja bereits bei über 90 %. Um aber einen hohen Gesamtwirkungsgrad bei Ventilatoren zu erreichen gibt es noch andere Stellschrauben: Hauptaugenmerk bei der Überarbeitung galt dem Lufteintritt in das Laufrad, der Positionierung des Außenläufermotors im Laufrad und dem Schaufelprofil der Laufräder. Die Einströmdüse beispielsweise wurde auf das Laufrad mit seinem aerodynamisch optimierten Schaufelkanal ausgelegt. Auch die Motorposition im Laufrad wurde überarbeitet, um einen Kompromiss zwischen Kompaktheit der kompletten Ventilatoreinheit und strömungstechnisch günstigster Platzierung des Motors im Laufrad zu erreichen. Bei den Laufrädern selbst sorgen die neuen Aluminium-Hohlprofil-Schaufeln für mehr Effizienz. Das Gewicht des Laufrades konnte durch die profilierte Form der Schaufel reduziert werden, und das bei gleichzeitiger Erhöhung der Stabilität. Druckverluste am Eintritt wurden weiter minimiert und auch das Abströmverhalten konnte verbessert werden. Bereits am Laufradaustritt wird die Luft in die Hauptströmrichtung des Klimageräts gelenkt, was die druckverlustbehafteten Umlenkverluste deutlich reduziert (Bild 2).
Das Ergebnis: Insgesamt konnte bei den „RadiPac“-Ventilatoren durch die Überarbeitung der Strömungsmaschine die Effizienz um über 10 % gesteigert werden. Gleichzeitig hat sich das Geräuschverhalten verbessert.

Systemgedanke statt einzelner Komponenten
Die Radialventilatoren für den Einsatz in raumlufttechnischen Geräten beinhaltet neben dem Präzisionslaufrad mit der Einströmdüse, dem „GreenTech“-EC-Motor und der Ansteuerelektronik zusätzlich mechanische Bauteile. So entsteht eine komplette Ventilatoreneinheit, die einbaufertig ausgeliefert wird. Im Gegensatz zu anderen Lösungen – beispielsweise mit Asynchron- oder PM-Motoren – muss der Anwender sich nicht mit den einzelnen Komponenten Motor, Frequenzumrichter und Laufrad auseinandersetzen.
Weil bei den Ventilatoren zudem der Motor und die im Motorsystem integrierte Elektronik bereits aufeinander abgestimmt sind, werden zusätzliche elektronische Filter und geschirmte Kabel überflüssig. Mit der EC-Motor-typischen stufenlosen Drehzahlregelung lässt sich die Leistung der Ventilatoren außerdem exakt an die individuellen Bedürfnisse anpassen. Die Kommunikation ist dabei wahlweise über den 0/10-V-Eingang oder MODBUS-RTU möglich.

Autor: Dipl. Ing. (FH) Uwe Sigloch, Leiter Market Management Bereich Lüftungs- und Klimatechnik bei ebm-papst Mulfingen und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee

Bilder: ebm-papst Mulfingen

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