EC-Venti­la­toren für Geblä­se­kon­vek­toren

Bei der Wahl eines geeig­neten Venti­la­tors haben es Hersteller von Geblä­se­kon­vek­toren nicht leicht: Neben der benö­tigten Leis­tung, einem möglichst leisen Betrieb und den Einbau­mög­lich­keiten im Gehäuse muss auch das Funk­ti­ons­prinzip des einge­setzten Venti­lator-Antriebs zu den Anfor­de­rungen der Anwen­dung passen. Schließ­lich beein­flusst dieser ganz entschei­dend den Ener­gie­ver­brauch und damit die Betriebs­kosten. Je nach Appli­ka­tion können dann noch weitere Venti­la­to­ren­ei­gen­schaften wichtig sein: Sind mehrere EC-Venti­la­toren parallel im Einsatz, schützt z. B. eine optional erhält­liche aktive Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur (Aktiv PFC – Power Factor Correc­tion) vor störenden Ober­wellen. Die einschlä­gigen Anfor­de­rungen EN61000-3-2 lassen sich dann ohne weiteren konstruk­tiven Aufwand erfüllen.

Geblä­se­kon­vek­toren in Büro­räumen, Hotel­zim­mern oder kommu­nalen Einrich­tungen sind meist keine Einzel­kämpfer, sondern werden oft in Paral­lel­schal­tung betrieben. Das Schal­tungs­prinzip der in diesen Geräten aus Gründen der Ener­gie­ef­fi­zienz und Geräusch­op­ti­mie­rung meist einge­setzte EC-Venti­la­toren ist dann nicht völlig frei von Rück­wir­kungen auf das Netz. Durch den puls­för­migen Aufnah­me­strom von EC-Venti­la­toren entstehen Strom­ober­schwin­gungen. Diese belasten das Versor­gungs­netz und können zu erhöhten Verlusten aufgrund von Blind­leis­tung führen. Beim paral­lelen Betrieb mehrerer EC-Venti­la­toren kann dies unter Umständen dazu führen, dass die zuläs­sigen Grenz­werte nach EN61000-3-2 über­schritten und andere Geräte im Anla­gen­netz negativ beein­flusst werden.

Aufwän­dige Entstör­maß­nahmen, die sich vermeiden lassen

Hier Abhilfe zu schaffen, kann aufwändig werden: Die Betreiber müssen für eine ausrei­chende Blind­leis­tungs­kom­pen­sa­tion sorgen und zentrale Entstör­filter vorsehen, die natür­lich Einbau­raum bean­spru­chen. Letz­teres ist oft Mangel­ware. Da die Ober­wellen sich auch auf das interne Versor­gungs­netz auswirken, sollte zudem auf ausrei­chende Kabel­quer- schnitte geachtet werden. Beim nach­träg­li­chen Einbau von Fan Coil Units oder Geblä­se­kon­vek­toren ist dann unter Umständen sogar eine neue Verka­be­lung nötig, die sich in der Praxis aber aus bauli­chen und ökono­mi­schen Gründen meist nur schwer oder gar nicht reali­sieren lässt. Natür­lich kann man auch jedem Venti­lator einen externen Entstör­filter vorschalten, diese sind dann aber aufwändig und unter Umständen nicht exakt auf den jewei­ligen Motor abge­stimmt und damit nur bedingt ausrei­chend.

Bild 1: Die EC-Radi­al­ven­ti­la­toren stehen Einzel-, Zwil­lings- und Dril­lings­aus­füh­rungen für Luft­leis­tungen bis 2.500 m³/h im Leis­tungs­be­reich bis 250 W zur Verfü­gung.

Den ganzen Aufwand können sich Planer und Betreiber jetzt sparen, denn der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst Mulfingen hat sich dieser Thematik ange­nommen: Die speziell für den Einsatz in Geblä­se­kon­vek­toren und Fan Coil Units ausge­legten EC-Radi­al­ven­ti­la­toren (Bild 1) sind jetzt auch mit Aktiv PFC erhält­lich. Diese inte­grierte „Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur“ wandelt den puls­för­migen Aufnah­me­strom der EC-Motoren in einen sinus­för­migen Strom um. Im zweiten Schritt wird die Lage der Strom­kurve so verschoben, dass sie gleich­phasig zur Span­nung ist. Somit werden die Ober­schwin­gungs­an­teile im Eingangs­strom stark redu­ziert. Ebenso wird der Effek­tiv­wert des Eingangs­stromes mini­miert und es kann in vielen Anwen­dungs­fällen ein klei­nerer Leitungs­quer­schnitt für die Versor­gungs­lei­tungen der Venti­la­toren gewählt werden. Bild 2 und 3 zeigen die gleiche Motor-Venti­la­tor­laufrad-Kombi­na­tion im glei­chen Arbeits­punkt und bei iden­tisch einge­stellter Luft­leis­tung mit und ohne Aktiv PFC. Probleme mit Ober­schwin­gungen und Verlusten durch Blind­leis­tung sind durch die inte­grierte und perfekt auf die Motoren abge­stimmte Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur nicht mehr zu befürchten. Die Anfor­de­rungen der EN61000-3-2 werden ohne zusätz­liche Maßnahmen erfüllt.

Bild 2: Ohne Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur (puls­för­miger Strom­ver­lauf rot): Leis­tungs­faktor λ = 0,53. Ergebnis: Die „Spitzen“ verzerren das Netz. In blau ist der Span­nungs­ver­lauf darge­stellt.

Bild 3: Mit Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur (sinus­för­miger Strom­ver­lauf in rot): Leis­tungs­faktor λ = 0,99: Im Ideal­fall hat der gere­gelte Strom die gleiche Phase wie die Netz­span­nung. In blau ist der Span­nungs­ver­lauf darge­stellt.

Ener­gie­spa­rend und leise

Aber auch sonst haben die EC-Radi­al­ven­ti­la­toren einiges zu bieten. So werden Geblä­se­kon­vek­toren in der Regel mit langen Einschalt­zeiten betrieben. Hohe Wirkungs­grade fallen deshalb beson­ders ins Gewicht. Hier können die EC-Venti­la­toren eben­falls punkten. Sie arbeiten mit hohen Wirkungs­graden. Durch ihre Green­Tech EC-Motoren verbrau­chen diese Venti­la­toren bis zu 70 % weniger Energie als herkömm­liche AC-Motoren, das macht sich in den Betriebs­kosten deut­lich bemerkbar (Bild 4).

Bild 4: Durch den nied­rigen Ener­gie­ver­brauch hat sich die Inves­ti­tion in Green­Tech EC-Technik bereits nach weniger als zwei Jahren amor­ti­siert. Der wartungs­freie Betrieb und die lange Lebens­dauer senken die Lebens­zy­klus­kosten noch weiter.

Hohe Wirkungs­grade bedeuten gleich­zeitig auch, dass weniger Verlust­wärme anfällt. Dies würde im Kühl­be­trieb des Geblä­se­kon­vek­tors zu zusätz­lich aufzu­brin­gender Kühl­leis­tung führen. Weiterhin wirken sich nied­rige Motor­tem­pe­ra­turen positiv auf die Lebens­dauer der einge­setzten Kugel­lager aus. Moderne EC-Technik spart aber nicht nur im Voll­last­be­trieb. Gerade auch im Teil­last­be­trieb verlieren EC-Motoren weit weniger von ihrer Effi­zienz. D.h., die Ener­gie­ein­spa­rungen machen sich auch dann bemerkbar, wenn die Venti­la­toren in nied­ri­geren Dreh­zahl­be­rei­chen betrieben werden. Das rechnet sich für den Betreiber inner­halb kurzer Zeit. Die EC-Radi­al­ven­ti­la­toren stehen als Einzel-, Zwil­lings- und Dril­lings­aus­füh­rungen für Luft­leis­tungen bis 2.500 m³/h im Leis­tungs­be­reich bis 250 W zur Verfü­gung. Alle Ausfüh­rungen sind speziell auf einen geräusch­armen Betrieb ausge­legt, bauen sehr kompakt und lassen sich als stecker­fer­tige Plug & Play-Lösung einfach montieren. Der Venti­lator wird am Ausblas­flansch befes­tigt und über ein Steck­system ange­schlossen. Die verwen­deten Kunst­stoff­ma­te­ria­lien sind leicht, aber dennoch wider­stands­fähig und schall­dämp­fend. Dadurch und wegen der aero­dy­na­mi­schen Form­ge­bung über­zeugen die Venti­la­toren durch einen geräusch­armen Betrieb.

Für unter­schied­liche Ansprüche

Bild 5: Die EC-Radi­al­ven­ti­la­toren sind ideal für den Einsatz in Geblä­se­kon­vek­toren.

Da der Anwender immer nur für die Technik bezahlen sollte, die er auch benö­tigt, gibt es zusätz­lich zur Stan­dard-Version, die optional mit der Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur ausge­stattet sein kann auch eine Basis-Version. Auch sie bietet alle Vorzüge der Green­Tech EC-Tech­no­logie und eignet sich für Anwen­dungen, bei denen für die stufen­lose Dreh­stahl­steue­rung ein PWM-Signal ausreicht. Für die unter­schied­li­chen Appli­ka­tionen im Bereich der Geblä­se­kon­vek­toren stehen damit effi­zi­ente EC-Radi­al­ven­ti­la­toren zur Verfü­gung, die sich durchaus auch für andere Einsatz­ge­biete eignen, bei denen ähnliche Anfor­de­rungen gelten (Bild 5). Ein Beispiel dafür sind Türluft­schleier in Eingangs­be­rei­chen von Waren­häu­sern oder Fabrik­hallen.