Bei Luft-Wasser-Wärme­pumpen sind effi­zi­ente und vor allem auch leise Systeme gefragt, die für den Innen-, Außen- oder den Hybrid­ein­satz geeignet sind, natür­liche Kälte­mittel nutzen und deren Leis­tung sich intel­li­gent an die tatsäch­li­chen Gege­ben­heiten anpasst. Hier sind Venti­la­toren gefragt, die nicht nur im Wirkungs­grad­op­timum sparsam und mit ange­nehmem Geräusch arbeiten, sondern zusätz­lich kommu­ni­kativ und intel­li­gent vernetzbar sind. Da Geräusch­ent­wick­lung und Leis­tungs­auf­nahme des dreh­zahl­ge­re­gelten Verdich­ter­an­triebs eben­falls berück­sich­tigt werden müssen, sind zudem Inverter-Elek­tro­niken notwendig, die durch eine opti­male Kommu­tie­rung die Betriebs­ge­räu­sche redu­zieren und eben­falls die Ener­gie­ef­fi­zienz der Wärme­pumpe erhöhen. 

Heizen mit Wärme­pumpen

Die Wärme­ver­sor­gung verlangt nach Konzepten, die auf erneu­er­bare Ener­gien setzen. ebm-papst liefert dafür leise und effi­zi­ente Kompo­nenten.

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Venti­la­toren und Inverter-Elek­tronik für einen leisen Betrieb

Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst bietet für Luft-Wasser-Wärme­pumpen effi­zi­ente und akus­tisch opti­mierte EC-Venti­la­toren unter­schied­li­cher Bauarten an. Für den beson­ders lärm­sen­si­blen Außen­be­reich beispiels­weise empfehlen sich beson­ders zwei Axial-Baureihen, die sich beide für den Einsatz mit natür­li­chen und brenn­baren Kälte­mit­teln eignen und dank ihrer spezi­ellen Ausle­gung beson­ders leise sind (Bild 1). Die Wärme­pumpen werden so nicht zum Stör­faktor und fügen sich gut in die Umge­bung ein. Während sich der AxiEco Plug-in für Wärme­pumpen eignet, die eine große Druck­re­serve am Verdampfer verlangen, ist der AxiTone eher darauf ausge­legt, bei gerin­gerem Gegen­druck höhere Volu­men­ströme zu liefern, wenn die Ausle­gung der Wärme­pumpe dies erfor­dert. 

Aufgrund der lang­jäh­rigen Erfah­rung mit EC-Motoren, deren Kommu­tie­rungs­elek­tronik und Wärme­pum­pen­an­wen­dungen wurde auch eine Inverter-Elek­tronik (Bild 2) mit elek­tri­schen Ausgangs­leis­tungen bis 3,5 kW, 7,5 kW und 12 kW entwi­ckelt, die sich beispiels­weise für dreh­zahl­ge­re­gelte perma­nent­ma­gne­t­erregte Synchron­ma­schinen (PSM) eignet, wie sie häufig in den Verdich­tern bei Wärme­pumpen einge­setzt sind. Das über Jahr­zehnte hinweg opti­mierte Kommu­tie­rungs­ver­fahren redu­ziert hier die Geräusch­ent­wick­lung beacht­lich; gleich­zeitig erhöht sich die Effi­zienz, sodass sich der COP-Wert (Coef­fi­cient of Perfor­mance) des Endge­räts oft um einige Prozent­punkte stei­gert.

Ausle­gung und Prüfung

Sowohl bei den Inverter-Elek­tro­niken als auch bei den ener­gie­spa­renden EC-Venti­la­toren wurde zudem bereits bei der Entwick­lung die EMV-Verträg­lich­keit berück­sich­tigt. In der Inverter-Elek­tronik und den EC-Venti­la­toren sorgt beispiels­weise die inte­grierte aktive drei­pha­sige Leis­tungs­faktor Korrektur (kurz: Aktiv-PFC) für opti­male EMV-Eigen­schaften. Zusätz­liche Maßnahmen zum Einhalten der Normen bezüg­lich Strom­ober­wellen sind nicht erfor­der­lich. Bedenkt man, dass entspre­chende konven­tio­nelle Dros­sel­pa­kete je nach Größe der Wärme­pumpe durchaus um die 20 kg wiegen können, sind die Einspa­rungen bei Gewicht und Platz­be­darf durch den inte­grierten Aktiv-PFC beacht­lich und auch der Verdrah­tungs­auf­wand sinkt.

Bild 3: Im EMV-Prüf­labor können norm­ge­rechte Stör­fes­tig­keits- und Stör­aus­sen­dungs­tests an Prüf­lingen bis zu einer Größe von bis zu 60 m³ und einem Gewicht von bis zu 20 t durch­ge­führt werden. (Bild | ebm-papst)

Das Prüf­labor am Standort Mulfingen ist seit 2021 in Betrieb. (Bild | ebm-papst)

Bild 4: Die Ferrit­ka­cheln und pyra­mi­den­för­mige Absorber ermög­li­chen die Simu­la­tion eines Frei­felds. (Bild | ebm-papst)

Das EMV-Prüf­labor ist – verteilt auf zwei Etagen – insge­samt 2.500 m² groß. (Bild | ebm-papst)

Alle EC-Venti­la­toren und Elek­tro­niken werden bei ebm-papst im großen EMV-Labor am Standort Mulfingen, das seit 2021 in Betrieb ist, nach allen Regeln der Kunst und mit viel Inge­nieurs-Knowhow getestet. Dabei kann nicht nur das Verhalten bei leitungs­ge­bun­denen Störungen in den Anschluss­lei­tungen gemessen werden, sondern auch das bei gestrahlten Stör­aus­sen­dungen, also elek­tro­ma­gne­ti­schen Wellen, die sich durch die Luft verbreiten.

EMV-Prüfungen in großen Dimen­sionen

Das EMV-Prüf­labor – verteilt auf zwei Etagen – umfasst insge­samt 2.500 m². Einen Groß­teil der Fläche benö­tigen die für die EMV-Mess­technik notwen­digen Schirm- und Absor­ber­hallen (Bild 3), in denen mehr als 100.000 Ferrit­ka­cheln und über 4.000 pyra­mi­den­för­mige Absorber verbaut wurden (Bild 4). Die Hallen schirmen so zum einen vor äußeren Stör­quellen ab, zum anderen ermög­li­chen sie aber auch die Nach­bil­dung eines Frei­felds. Hier können norm­ge­rechte Stör­fes­tig­keits- und Stör­aus­sen­dungs­mes­sungen an Prüf­lingen bis zu einer Größe von bis zu 60 m³ und einem Gewicht von bis 20 t durch­ge­führt werden.

Dazu zählen nicht nur Prüf­linge aus der eigenen Entwick­lung, sondern auch komplette Kunden­ap­pli­ka­tionen wie Wärme­pumpen mit Propan als Kälte­mittel. Schließ­lich reicht es nicht aus, dass die in der Wärme­pumpe verbauten Kompo­nenten die entspre­chenden EMV-Richt­li­nien erfüllen. Der Wärme­pumpen-Hersteller muss nach­weisen, dass auch sein Komplett­gerät im Betrieb andere Verbrau­cher im Netz nicht stört und selbst eben­falls nicht gestört wird. Verein­facht gesagt bedeutet das: Wenn die Wärme­pumpe im Garten anspringt, darf im Wohn­zimmer das Fern­seh­bild nicht flackern.

Hersteller von Wärme­pumpen kennen die Heraus­for­de­rungen, die es zu bewäl­tigen gilt. Sehr häufig führen beispiels­weise ungünstig verlegte Kabel zu EMV-Problemen. Deshalb ist es sinn­voll, schon vor der eigent­li­chen Zerti­fi­zie­rung die EMV-Verträg­lich­keit zu prüfen, um die Time-to-Market nicht unnötig zu verlän­gern. Oft sind mehrere Test­schleifen notwendig und Slots in vielen Prüf­la­boren nur schwer zu bekommen. ebm-papst bietet deshalb seinen Kunden an, die Komplett­ge­räte im eigenen Prüf­labor zu testen und stellt seine lang­jäh­rige Erfah­rung mit Wärme­pumpen als Entwick­lungs­partner zur Verfü­gung (Bild 5). EMV-Störungen lassen sich dann bereits in einem frühen Stadium aufspüren und besei­tigen (Bild 6). Die Wärme­pumpe kommt schneller auf den Markt.