Die Europäische Union hat sich mit Verabschiedung des Kyoto-Protokolls verpflichtet, die CO2-Emission bis 2020 um mindestens 20 % zu reduzieren. Eine Maßnahme dies zu erreichen, ist die 2005 von der EU verabschiedete EuP-Richtlinie (Energy using products-Directive), die 2009 in ErP-Richtlinie (Energy related Products-Directive) umbenannt wurde und in Deutschland auch unter der Bezeichnung Ökodesign-Richtlinie bekannt ist. In ihrem Rahmen werden Einsparpotentiale energierelevanter Produkte untersucht und Mindestanforderungen festgeschrieben. Für die Beleuchtung beispielsweise hatte das bereits konkrete Auswirkungen: 100-W-Glühlampen werden vom Markt verschwinden. Jetzt wurden im Juni 2010 für Ventilatoren verbindliche Grenzwerte festgelegt.
Mit Inkrafttreten der ErP-Durchführungsverordnung für Ventilatoren sind Ventilatoren-Hersteller gefordert, ihre Produkte für den europäischen Markt nach den definierten Effizienzanforderungen zu gestalten und damit einen wichtigen Beitrag zur Energieeinsparung zu leisten. Betroffen davon sind alle Ventilatoren im Leistungsbereich von 125 W bis 500 kW, unabhängig davon, ob sie als Einzelgerät arbeiten oder als Komponente in einem Gerät oder einer Anlage integriert sind. Dies betrifft alle erdenklichen Einsatzbereiche, angefangen von der Kälte- und Klimatechnik bis hin zum Maschinenbau oder IT-Anwendungen.
Zwei-Stufen-Plan mit strengen Maßstäben
Um festzustellen, ob ein Ventilator der ErP-Durchführungsverordnung entspricht, wird stets der Wirkungsgrad des kompletten Ventilators bewertet, also der Einheit aus Steuerelektronik (falls vorhanden), Motor und Ventilatorlaufrad.
Dabei gibt die EU einen zweistufigen Plan vor und legt strenge Maßstäbe an, damit in Europa künftig keine „Energiefresser“ mehr in Verkehr gebracht werden: Ab 01.01.2013 gilt die erste Stufe, nach der schätzungsweise rund 30 % aller momentan am Markt verfügbaren Ventilatoren den europäischen Bestimmungen nicht mehr genügen werden. Ab 2015 werden in der zweiten Stufe etwa weitere 20 % durch effizientere Produkte ersetzt, die dann die vorgeschriebenen Mindestwirkungsgrade erreichen.
Ventilatoren, die der Verordnung entsprechen, erkennt der Anwender an der CE-Kennzeichnung, bei der die Energieeffizienz dann den gleichen Stellenwert einnimmt, wie das Einhalten der Niederspannungs- oder EMV-Richtlinie. Ein Labelling wie bei Waschmaschinen, Kühlschränken etc. ist bei Ventilatoren nicht vorgesehen, da der Ventilatoren-Hersteller meist keinen Einfluss auf die Einbaugegebenheiten hat.
Grenzwerte, die es in sich haben
Die Wirkungsgradwolke zeigt, dass viele Ventilatoren die geforderten Werte übertreffen
Um festzustellen, ob ein Ventilator der ErP-Durchführungsverordnung entspricht, wird stets der Wirkungsgrad des kompletten betriebsfertigen Ventilators bewertet, also der Einheit aus Steuerelektronik (falls vorhanden), Motor und Ventilatorlaufrad. Die entsprechenden Grenzwerte sind hoch angesetzt. Die Wirkungsgradwolke zeigt die ab 2013 bzw. 2015 geltenden Grenzwerte, dargestellt durch die schwarzen Linien. Gleichzeitig sind die Wirkungsgrade marktüblicher Radialventilatoren aus dem breiten Produktprogramm von ebm-papst im Diagramm eingetragen. Die dargestellte „Wirkungsgradwolke“ zeigt, dass nicht alle Ventilatoren die zukünftigen Anforderungen erfüllen. Man erkennt aber auch, dass es für annähernd jeden der zukünftig nicht mehr einsetzbaren Ventilatoren schon heute einen energiesparenden Ersatz gibt, der nicht nur die Vorgaben der Verordnung erfüllt, sondern sogar deutlich übertrifft.
Für Axialventilatoren, vorwärts- und rückwärtsgekrümmte Radialventilatoren, Querstromventilatoren sowie Ventilatoren diagonaler Bauform gibt die EU die entsprechenden Formeln vor, mit denen sich die jeweils festgelegten Mindestwirkungsgrade berechnen lassen. Bei der Bewertung sind unterschiedliche Leistungsbereiche sowie die Einbausituation bei der Messung berücksichtigt. Die Zieleffizienz, also der konkrete Vorgabewert für einen Axialventilator im Leistungsbereich zwischen 0,125 und 10 kW, lässt sich nach folgender Formel berechnen:
Für die Ermittlung der Wirkungsgrade gibt die EU die entsprechenden Formeln vor, mit der sich die Mindestwirkungsgrade der jeweiligen Ventilatortypen berechnen lassen
Mindestwirkungsgrad ηmin = 2,74 x ln (Aufnahmeleistung P1 in kW) – 6,33 + N. Wobei N eine von der Richtlinie definierte Konstante ist. Sie beträgt ab dem 01.01.2013 für Axialventilatoren „36“ und nach dem 01.01.2015 „40“. Diese Zahl kann als „Stellschraube“ der Politik für eine weitere Verschärfung der Anforderungen angesehen werden. Für den in Bild 4 gezeigten HyBlade® Axialventilator mit einer Antriebsleistung im Bestpunkt von 0,69 kW ergibt die Rechnung, dass er ab 2013 mindestens 28,65 % und ab 2015 mindestens 32,65 % Wirkungsgrad bezogen auf die statische Druckerhöhung erreichen muss. Die Kennlinie weist 40 % Wirkungsgrad aus, was deutlich über der Mindestanforderung ab 2015 liegt. Somit erfüllt bzw. übertrifft dieser Ventilator bereits heute schon die zukünftigen Vorgaben.
Der EC-Technik gehört die Zukunft
HyBlade®-Axialventilator in EC-Technik, der die strengen Anforderungen an die Energieeffizienz nicht nur erfüllt, sondern sogar weit übertrifft
Die Wirkungsgradwolke zeigt beispielhaft, dass die von der ErP-Durchführungsverordnung geforderten Grenzwerte durchaus anspruchsvoll sind. Vor diesem Hintergrund ist die von ebm papst schon vor Jahren entwickelte EC-Technik bei elektrisch angetriebenen Ventilatoren die erste Wahl. Im Vergleich zu herkömmlichen Ventilatoren mit Asynchronmotoren (AC-Technik) erreichen EC-Motoren bis über 90 % Wirkungsgrad. Dies bedeutet, dass bis zu 50 % weniger Energieverbrauch gegenüber AC-Lösungen erreicht werden. Zudem lassen sich EC-Ventilatoren in der Drehzahl steuern, so dass die Luftmenge den jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann, was mit einer weiteren erheblichen Energieeinsparung einhergeht.
Dank dem gelungenen Zusammenwirken von Motor, Elektronik und Aerodynamik überzeugen die ebm-papst EC-Ventilatoren aber nicht nur hinsichtlich ihrer Energieeffizienz, sondern arbeiten aufgrund optimierter Kommutierungsverfahren und der strömungstechnischen Auslegung der Ventilatorräder extrem leise. Desweiteren überzeugen sie durch ihre Zuverlässigkeit und Langlebigkeit.
Durchführungsverordnung für Motoren
EC-Motoren (grün) übertreffen das von der Durchführungsverordnung für AC Motoren (andere Farben) geforderte Effizienzniveau deutlich
Was für die Ventilatoren gilt, gilt prinzipiell auch für Elektromotoren. In diesem Zusammenhang kommt es jedoch oft zu Unklarheiten und Missverständnissen. Tatsache ist, dass Elektromotoren ab Juni 2011 gemäß der ErP-Durchführungsverordnung Nr. 2009/640/EG der Europäischen Union mindestens die Effizienzklasse IE2 erreichen müssen. Denn nur dann dürfen diese Motoren in Europa weiter eingesetzt werden. Allerdings sind nicht alle der heute üblichen Motoren von der Richtlinie betroffen:
Als „Motor“ bezeichnet die Verordnung „einen für den Dauerbetrieb ausgelegten eintourigen Dreiphasen-Käfigläufer-Induktionsmotor in 2-, 4- bzw. 6-poliger Ausführung, mit einem Nennspannungsbereich bis 1.000 V und Nennausgangsleistungen zwischen 0,75 kW und 375 kW“. EC-Außenläufermotoren, die z.B. als Antriebe in energieeffizienten Ventilatoren eingesetzt werden, sind somit von dieser Verordnung nicht betroffen. Nichtsdestotrotz lassen sich aber ihre Wirkungsgrade mit denen in der Verordnung geforderten Werten vergleichen. Dabei wird deutlich, dass die EC-Motoren das dort verlangte Effizienzniveau deutlich übertreffen. Dies zeigt, dass die EC-Motorentechnik bei der Planung von energieeffizienten Geräten und Anlagen die bessere Alternative darstellt.
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