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FanGrid: Mehr Luftleistung und hohe Energieeffizienz

Neue Plug Fans übertreffen schon heute die Anforderungen von morgen


Mit Inkrafttreten der ErP-Durchführungsverordnung (Energy related Products-Directive) für Ventilatoren sind die Hersteller gefordert, ihre Produkte für den europäischen Markt nach den definierten Effizienzanforderungen zu gestalten. 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. Großes Einsparpotential lässt sich mit den in der Luft- und Klimatechnik eingesetzten Ventilatoren erzielen, denn diese werden oft mit hoher Einschaltdauer betrieben. Moderne Ventilatoren mit energiesparender EC-Technik bringen hier Vorteile: Sie erfüllen nicht nur die aktuellen und zukünftig vorgeschriebenen Anforderungen, sondern übertreffen sie schon heute deutlich. Davon profitieren Umwelt und Geldbeutel des Verbrauchers gleichermaßen.

Foto-Galerie: die neue Plug Fans Baureihe

Für einen energieeffizienten Einsatz in der Luft- und Klimatechnik entwickelte ebm-papst Mulfingen die so genannte Plug Fans Ventilatorenbaureihe mit GreenTech EC-Technologie, die sich bereits erfolgreich auf dem Markt etabliert hat. Um auch höhere Luftleistungsbereiche abdecken zu können, wurde die bestehende Baureihe nach oben erweitert. Jetzt decken die rückwärtsgekrümmten Radialventilatoren mit Laufraddurchmessern von 250 bis 900 mm und Antriebsleistungen von 400 Watt bis 6 Kilowatt nahezu alle denkbaren Anwendungen im Bereich der Luft- und Klimatechnik ab. Die realisierbaren Volumenströme liegen zwischen 300 und an die 30.000 m³/h bei entsprechender Druckerhöhung von bis zu 1.200 Pa. Zu den typischen Anwendungsbereichen gehören dadurch z.B. auch die Kühlung großer Wechselrichter im Photovoltaikbereich oder die Generatorenkühlung an Windkraftanlagen. Da die Ventilatoren auch mit korrosionsfester sowie spezieller Hygiene-Beschichtung zur Verfügung stehen, ist auch der Einsatz in Krankenhäusern oder Schwimmbädern ohne Weiteres möglich.

Moderne EC-Technik und durchdachte Konstruktionsdetails

Die Plug Fans gibt es auch mit korrosionsfester und spezieller Hygiene-Beschichtung

Bei der Entwicklung der Baureihe wurde im Hinblick auf die aktuellen und zu erwartenden Mindesteffizienzanforderungen der Gesamtwirkungsgrad der Ventilatoren optimiert. Möglich wurde dies durch die Auswahl der verwendeten Materialien, durchdachte Konstruktionsdetails sowie den Einsatz modernster EC-Technik bei den Antrieben. Motor, Elektronik und Laufrad wurden optimal aufeinander abgestimmt, um eine möglichst hohe Gesamteffizienz und Materialausnutzung zu erzielen und Überdimensionierung zu vermeiden. Die Schaufelgeometrie des Laufrades mit schräger Abströmkante beispielsweise verbessert das aerodynamische Verhalten sowie die Laufruhe. Gleiches gilt für die bei der neuen Baureihe realisierte Düsenkontur. Standardmäßig wurde hier bereits eine Druckentnahmestelle zur Wirkdruckbestimmung über einen Schraubnippel integriert. Auf Anfrage ist eine Ringleitung möglich. Die Position des Laufrads auf dem Außenläufermotor ist so gewählt, dass sich sowohl aerodynamische als auch einbaurelevante Vorteile ergeben.

Auch die Motoren erfüllen höchste Ansprüche: Die in den Plug Fans eingesetzten EC-Antriebe sind schon heute genauso effizient wie Motoren der Effizienzklasse IE4, übertreffen also die aktuellen Anforderungen der ErP-Richtline an die Wirkungsgrade weit voraus. Sie können durch die integrierte Steuerungselektronik stufenlos in der Drehzahl den Anforderungen angepasst werden und arbeiten mit hohen Wirkungsgraden. Daher verbrauchen sie bei gleicher Luftleistung deutlich weniger Energie als AC-Antriebe. Die Energieeinsparpotentiale sind aber nicht nur im Volllastbetrieb, sondern vor allem im Teillastbetrieb gegeben. Sehr wichtig im Zusammenhang mit luft- und klimatechnischen Geräten ist die Geräuschentwicklung. Hier sind EC-Antriebe ebenfalls die bessere Wahl, da sie im geregelten Zustand keinerlei Motorgeräusche verursachen.

Kompakt und montagefreundlich

Die Wirkungsgradwolke zeigt, dass die Ventilatoren die geforderten Werte übertreffen

Ein weiterer Vorteil der Plug Fans ist die kompakte Bauweise. Der elektronisch kommutierte Außenläufermotor wurde direkt im Laufrad integriert. Der sonst oft übliche Riemenantrieb zwischen dem Motor und dem Ventilator entfällt. Das reduziert das benötigte Einbauvolumen. Dieser Effekt ist gerade bei Geräten der Luft- und Klimatechnik stets wünschenswert, zum einen, weil das klimatechnische Gerät kleiner dimensioniert werden kann und somit weniger Material benötigt wird, zum anderen aber auch, weil sich die Stellfläche reduziert. Maschinenräume etc. können dadurch von vornherein kleiner konzipiert werden. Gleichzeitig braucht man im Vergleich zu Riemenantrieben weniger Verschleißteile und Wartung, was langfristig gesehen die Servicekosten niedrig hält. Die im Motor integrierte Elektronik hat zudem noch einen weiteren praktischen Nutzen: Zum elektrischen Anschluss genügt eine ungeschirmte Leitung.

Die Plug Fans gibt es in unterschiedlichen Einbauvarianten z.B. mit „Befestigungs-Spinne“ oder angebauter Tragplatte für eine einfache Schwingungsentkopplung. Die in den EC-Motoren integrierte Leistungselektronik kommt mit allen gängigen Netzspannungen zurecht; je nach Motortyp entweder mit Einphasenwechselspannung von 200 V bis 277 V bzw. mit 380 V bis 480 V bei Drehstromnetzen. Die Frequenzen liegen jeweils bei 50 oder 60 Hz. Luftleistung und Wirkungsgrad bleiben von Frequenzänderungen unbeeinflusst. Das heißt, der gleiche Ventilatorentyp lässt sich ohne Weiteres an unterschiedlichen Netzen weltweit betreiben. Die Auswahl des für die jeweilige Applikation passenden Ventilators erleichtert ein – vom TÜV geprüftes – Auswahlprogramm, das es entweder als eigenständige Software oder als DLL-Modul zur Einbindung in anwenderspezifische Gerätekonfigurationsprogramme gibt. Damit lassen sich außerdem die Lebenszyklus-Kosten des jeweiligen Ventilators berechnen. Somit sieht der Anwender bereits im Vorfeld, welche Einsparmöglichkeiten ihm die neuen Plug Fans im praktischen Einsatz bringen werden.

ModBus-Schnittstelle für eine einfache Anbindung an die Leittechnik

Praxisgerechte Ansteuermöglichkeiten sind bei den modernen Ventilatoren selbstverständlich. Die in den Antrieben integrierte Elektronik ist nicht nur perfekt auf die eingesetzten EC-Motoren abgestimmt, sondern lässt sich wahlweise analog über ein 0 … 10-V-Signal oder digital über eine ModBus-Schnittstelle (größer 500 W) ansteuern. Dadurch ist die Anbindung an die übergeordnete Gebäudeleittechnik einfach und praxisgerecht. Vor allem wenn mehrere Ventilatoren im Einsatz sind, bietet die Busvernetzung deutliche Vorteile: Angefangen von der Konfiguration bei der Inbetriebnahme bis hin zu Service, Fehlerdiagnose und Wartung vereinfacht sich der Umgang mit der Technik erheblich, wenn man vom zentralen PC aus auf die Ventilatoren zugreifen kann. Außer der entsprechenden PC Software gibt es mittlerweile auch eine smartphonefähige Version, mit der sich die vernetzen Ventilatoren über eine Bluetoothschnittstelle ohne Kabelverbindung parametrieren, überwachen und fernsteuern lassen.

Für höchste Luftleistungen

Platzersparnis durch den Einsatz von EC-Ventilatoren (oben) gegenüber Systemen mit AC-Ventilator und Riemenantrieb (unten)

Für hohe Luftleistungen, z. B. in Zentralklimageräten oder für die Kühlung von Rechenzentren, lassen sich mehrere Ventilatoren problemlos parallel schalten. Ausführliche Messungen haben gezeigt, dass es bei der Montage ab einem Abstand von etwa dem halben Raddurchmesser zwischen den Ventilatoren keine nennenswerten Beeinflussungen hinsichtlich Reduzierung der Luftmenge und Geräuschverhalten gibt.
Durch solche Kombinationen lässt sich nicht nur die Luftleistung, sondern auch die Betriebssicherheit erhöhen. Fällt einer der Ventilatoren aus, gleichen die verbleibenden Ventilatoren die fehlende Luftmenge aus. Außerdem sind kleinere und leichtere Ventilatoren wesentlich einfacher ein- und auszubauen als ein Großgerät. Im praktischen Einsatz dürfte dieser Servicefall jedoch ohnehin nicht vorkommen, denn die Plug Fans gelten als sehr betriebssicher und zuverlässig.

Um eine geringe Lagerbelastung der Motoren zu erreichen und den hohen Umfangsgeschwindigkeiten dauerhaft standzuhalten, sind die Laufräder mit ihren sieben rückwärtsgekrümmten Schaufeln komplett aus Aluminium gefertigt. Das Material wirkt sich positiv auf das Gewicht der Ventilatoren aus und bietet gleichzeitig ein hohes Maß an Stabilität. Die einzelnen Schaufeln sind durchgängig geschweißt, was der Stabilität und Lebensdauer ebenfalls zugutekommt. Die Ventilatoren sind 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 die Lebensdauer deutlich darüber. Mit dieser Plug Fans Baureihe in GreenTech EC-Technologie stehen dem Anwender damit langlebige sehr effiziente, einfach zu regelnde sowie leistungsstarke Ventilatoren für viele Anwendungsbereiche in der Luft- und Klimatechnik zur Verfügung.

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