Gute Reise - mit Retrofit am Flughafen München
Mehr Effizienz und Betriebssicherheit: FanGrid statt riemengetriebene Ventilatoren
Bild 1: Die alten Ventilatoren waren zu groß, um sie in einem Stück aus dem Anlagenraum herauszutragen. Vorher mussten sie in Einzelteile zerlegt werden. (ebm-papst/Lukas Zwiessel)
Bild 2: Die Motoren passten zwar durch die Tür, waren aber sehr schwer. Man musste sie je nach Einbausituation entweder mit einer Hebebühne… (ebm-papst/Lukas Zwiessel)
Bild 3: …oder einem Kran auf fahrbare Untersätze herunterlassen, um sie durch die engen Gänge abtransportieren zu können. (ebm-papst/Lukas Zwiessel)
Bild 4: Ein FanGrid mit mehreren parallel betriebenen Ventilatoren bietet eine hohe Betriebs sicherheit. (ebm-papst/Lukas Zwiessel)
Bild 5: Sollte einer der Ventilatoren ausfallen, wird die Drehzahl der übrigen erhöht, sodass die Luftleistung stets gleich bleibt. Das macht diese Lösung besonders zuverlässig für kritische Anwendungen. (ebm-papst/Lukas Zwiessel)
Bild 6: Die RadiPac C EC-Ventilatoren der dritten Generation eignen sich durch ihre Plug-&-Play-Fähigkeit mit Tragspinnenkonstruktion besonders für Retrofits von lufttechnischen Anlagen. (ebm-papst/Lukas Zwiessel)
Bild 7: Mit Volumenströmen von über 20 000 m3/h und Wirkungsgraden weit über der Effizienzklasse IE5 ist der RadiPac C besonders leistungsfähig und energieefizient. (ebm-papst)
Bild 8: Schwingungsverhalten mit ausgespartem Drehzahlbereich. (ebm-papst)
Nach über 30 Jahren modernisiert der Flughafen München die Lüftungsanlagen von zwei Verbindungstunneln. Mit dem Einsatz hoch effizienter „RadiPac C“ EC-Radialventilatoren von ebm-papst gelingt ein technisches Upgrade, das die Energie effizienz und Betriebssicherheit der Anlagen signifikant steigert. Die Einsparungen unterstützen zudem die Nachhaltigkeitsziele des Flughafens.
Der Flughafen München verzeichnete 2024 rund 41,6 Millionen Passagiere. Das macht ihn zu einem der verkehrsreichsten Europas. Für einen so stark frequentierten Flughafen ist eine leistungsfähige Infrastruktur unerlässlich. Dazu gehören auch die beiden Verbindungstunnel Nord und Süd. Der Nordtunnel verbindet ein Hotel, eine Halle und einige Parkhäuser mit dem Terminalbereich. Der Südtunnel sorgt für eine Verbindung zwischen verschiedenen Parkhäusern und dem Terminalbereich. Beide Tunnel müssen kontinuierlich belüftet werden, um die Luftqualität zu gewährleisten und im Brandfall den Rauch abzuführen.
Die Ausgangssituation
Zwei Lüftungsanlagen sorgen seit der Eröffnung des Flughafens 1992 dafür: eine für den Nord- und eine für den Südtunnel. Jede Anlage besteht aus einem Zu- und einem Abluftsystem, das jeweils mit einem großen, riemengetriebenen Ventilator ausgestattet ist.
Diese veraltete Technik bringt mehrere Nachteile mit sich. Zum einen ist der Energieverbrauch sehr hoch, weil die Ventilatoren nicht stufenlos regelbar sind und somit unabhängig von der tatsächlich geforderten Leistung stets unter Volllast laufen. Zum anderen kann die bestehende Installation kaum Betriebssicherheit garantieren und ist durch die diversen Verschleißteile auch aus hygienischer Sicht problematisch.
Im Herbst 2024 fiel einer der vier Ventilatoren aus. Die Folge: Stillstand der betroffenen Anlage und unzureichende Luftzufuhr im zugehörigen Tunnel. Eine reine Instandsetzung des Ventilators hätte das Problem des hohen Energieverbrauchs, der fehlenden Regelbarkeit, der Hygiene und Zuverlässigkeit nicht gelöst. Die wirtschaftlichste und nachhaltigste Lösung war daher ein umfassendes Retrofit beider Anlagen.
Die technische Lösung: FanGrid mit EC-Ventilatoren
Eine besondere Herausforderung des Projekts lag in der Installation selbst. Denn die Ventilatoren für die Abluftbefinden sich in unterschiedlichen Höhenebenen mit einem Niveauunterschied von etwa 2,40 m. Der Ausbau der alten Ventilatoren gestaltete sich dadurch besonders aufwendig: Jeder der vier Ventilatoren musste vor Ort zerlegt und in Einzelteilen herausgetragen werden (Bild 1). Die schweren Motoren mit bis zu 400 kg Gewicht wurden aus den Anlagenräumen herausgehoben und je nach Einbausituation mit einer Hebebühne aus der oberen Ebene heruntergelassen oder auf fahrbaren Untersätzen durch die engen Gänge manövriert (Bilder 2 und 3).
Um die Anlagen möglichst schnell wieder in Betrieb nehmen zu können, war ein zügiger Austausch essenziell. Breuell & Hilgenfeldt, Express Service Center von ebm-papst, schlug daher den Einsatz von vier auf Maß vorgefertigten FanGrid-Einheiten vor. Bei dieser Lösung werden mehrere Ventilatoren neben- und übereinander angeordnet und parallel betrieben. Das bringt mehrere Vorteile mit sich: Die modularen, kleineren Ventilator-Einheiten lassen sich auch in engen Raumverhältnissen einfach transportieren und installieren (Bild 4).
Mehrere Ventilatoren versprechen im Vergleich zu einem für eine gleichmäßigere Luftströmung und somit eine effizientere Durchströmung bei Schalldämmkulissen und Wärmeübertragung. Bei den Anlagen des Flughafens lag der Fokus jedoch vor allem auf der erhöhten Betriebssicherheit aufgrund der Redundanz bei gleichzeitiger Energieeinsparung: Sollte ein Ventilator des FanGrid ausfallen, erhöht sich die Drehzahl der übrigen automatisch, sodass die Luft leistung stets konstant bleibt (Bild 5).
Der Betrieb mehrerer Ventilatoren in Teillast senkt den Strombedarf der Anlage. Denn die Leistungsaufnahme steigt oder sinkt in der dritten Potenz zur Drehzahl (P ~ n3). Das bedeutet, wenn die Drehzahl im Vergleich zur Nenndrehzahl um die Hälfte reduziert wird, wird die Leistungsaufnahme um den Faktor 8 verringert und beträgt somit nur noch 12,5 % der Nennleistung. Um den besten Wirkungsgrad im neuen FanGrid zu erzielen, ist eine Messung der Anlage vor dem Retrofit sehr wichtig.
Aufgrund des geforderten Volumenstroms von 61 000 bzw. 64 000 m3/h und Anlage entschied sich das Energiemanagement-Team gemeinsam mit dem ebm-papst Express Service Center Breuell & Hilgenfeldt für zwei FanGrid pro Anlage, eines für die Zuluff, eines für die Abluff. Jedes Fan-Grid ist für zwölf Ventilatoren ausgelegt, wobei jeweils nur bis zu neun „RadiPac C“ EC-Radialventilatoren in der Baugröße 450 montiert wurden. Insgesamt umfasste das Retrofit der beiden Anlagen somit 34 neue, hocheffiziente Ventilatoren.
Erhöhte Betriebssicherheit durch redundantes System
Die „RadiPac C“ EC-Ventilatoren empfiehlt ebm-papst für lufttechnische Anlagen, bei denen hohe Energieeffizienz und Zuverlässigkeit gefordert sind (Bild 6). Der EC-Motor mit bis zu 8 kW Leistung ermöglicht eine stufenlose Regelung der Drehzahl: Sie können ihre Leistung stets exakt an den tatsächlichen Bedarf anpassen. Die Steuerungselektronik mit MODBUS-Schnittstelle ist bereits integriert und ermöglicht, die Ventilatoren per MDC (Modbus Display and Control) in das Gebäudeleitsystem des Flughafens einzubinden. Zu den in Echtzeit erfassten Parametern gehört zum Beispiel die Drehzahl, der Volumenstrom oder die Betriebsstunden, was eine automatisierte Überwachung und Regelung erleichtert. Die optimale Abstimmung von aerodynamisch optimiertem Laufrad, EC-Motor und Hochleistungselektronik resultiert laut ebm-papst in Wirkungsgraden „deutlich über der Effizienzklasse IE5“n (Bild 7).
Die „RadiPac C“ sind als Plug-&-Play-Lösung konzipiert und wiegen nur etwa ein Zehntel der alten Riemenventilatoren. Hinzu komme eine kompakte, modulare Bauweise. Aufgrund der Tragspinnenkonstruktion wird „ein gutes Handling und eine schnelle Installation“ versprochen. Zudem würden Wartungsarbeiten vereinfacht. Der Einbau erfolgte innerhalb eines Tages und das gesamte Retrofit-Projekt wurde zwischen Ende Oktober und Anfang Dezember 2024 ausgeführt.
Automatische Resonanzerkennung für mehr Betriebssicherheit
Dem Energiemanagement-Team war eine automatische Resonanzerkennung bei den Ventilatoren wichtig. Die ist bei den Radialventilatoren „RadiPac C“ bereits integriert. Die Schwingungssensoren erkennen, bei welchen Drehzahlen es zu Resonanzen kommt, und die dazugehörige Software vermeidet den Betrieb in den festgestellten kritischen Bereichen.
Dazu kann bei der Inbetriebnahme ein Test-Hochlauf durchgeführt werden, bei dem die Schwinggeschwindigkeit über den gesamten Drehzahlverlauf vom Stillstand bis zur Nenndrehzahl analysiert wird (Bild 8). Werden in bestimmten Bereichen zu hohe Schwinggeschwindigkeiten erkannt, stellt sich die Software nach einer kundenseitigen Aktivierung so ein, dass diese Drehzahlbereiche zukünfig „überfahren“ werden. Das heißt, sie werden zwar durchlaufen, aber ein dauerhafter Betrieb in diesen Bereichen wird vermieden. Der Anwender kann die Einstellungen jederzeit manuell bearbeiten, hat also immer die volle Kontrolle.
Sollte sich die Schwinggeschwindigkeit während des Betriebs erhöhen, etwa durch Verschmutzungen des Laufrads und einer daraus resultierenden zusätzlichen Unwucht, gibt die Software eine automatische Warnung ab. Der Anwender hat die Möglichkeit, das System hinsichtlich von Unwuchten zu prüfen und Maßnahmen zur Fehlerbehebung (z. B. Reinigung und/oder neuer Hochlauf) zu ergreifen.
Jährlich 252000 kWh weniger Verbrauch
Nach den Berechnungen des Flughafen-Energiemanagements werden durch das Retrofit der zwei Anlagen mit vier Fan-Grid zukünfig etwa 252 000 kWh Strom pro Jahr eingespart. Bei einem angenommenen Energiepreis von 29 Cent pro Kilowattstunde brutto entspricht dies einer jährlichen Kosteneinsparung von circa 50 000 Euro. So amortisiert sich die Investition bereits innerhalb von dreieinhalb Jahren.
Gleichzeitig ist diese Energieeinsparung ein weiterer Baustein in der Nachhaltigkeitsstrategie des Flughafens München, der bis 2035 das Ziel „NetZero“ erreichen will. Jede eingesparte Kilowattstunde reduziert den CO2-Ausstoß und bringt den Flughafen diesem Ziel näher.
