Der Anspruch an die in Wärme­pumpen verbauten Kompo­nenten ist groß: Im Vorder­grund stehen Lang­le­big­keit, Geräusch­armut, Robust­heit und Effi­zienz. Den größten Ener­gie­be­darf der Einzel­kom­po­nenten fordert zwar der Verdichter, dennoch sollten die Venti­la­toren bei der Betrach­tung der Effi­zienz ebenso unter die Lupe genommen werden. Durch verschie­dene aero­dy­na­mi­sche Anpas­sungen, wie einen inte­grierten Diffusor und Wing­lets, lässt sich die Effi­zienz weiter stei­gern und gleich­zeitig das Geräusch redu­zieren.

Der Einsatz modernster EC-Tech­no­logie im Motor des Venti­la­tors ist aufgrund der hohen Wirkungs­grade mitt­ler­weile alter­na­tivlos und ermög­licht eine große Flexi­bi­lität durch indi­vi­du­elle Dreh­zahl­an­pas­sung. Dabei geht die Entwick­lung konti­nu­ier­lich weiter.

Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst, der für innen oder außen arbei­tende Luft-Wasser-Wärme­pumpen sowohl Radial- als auch Axial­ven­ti­la­toren in unter­schied­li­chen Ausfüh­rungen anbietet, hat jetzt für den beson­ders lärm­sen­si­blen Außen­be­reich gleich zwei neue Venti­la­tor­bau­reihen entwi­ckelt.

Beide eignen sich für den Einsatz mit natür­li­chen und brenn­baren Kälte­mit­teln und sind dank ihrer spezi­ellen Ausle­gung beson­ders leise. 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.

Axial­ven­ti­lator mit großer Druck­re­serve

Vor allem den Verdamp­fern setzt die Verei­sung zu, wenn sich Luft­feuch­tig­keit bei kalten Umge­bungs­tem­pe­ra­turen am Wärme­tau­scher als Eis nieder­schlägt. Dadurch verengen sich die Luft­wege und der Luft­wi­der­stand und damit der Gegen­druck nehmen zu. Venti­la­toren müssen dann deut­lich mehr Druck­re­serven bieten. Hier kann der neue AxiEco Plug-in punkten (Bild 2). Unter­su­chungen haben gezeigt, dass seine Strö­mungs­tech­no­logie zum einen die Verei­sung redu­ziert, zum anderen verrin­gert sich bei stei­gendem Druck der Volu­men­strom nur sehr gering. Das ist auch bei Wärme­pumpen, die im Winter heizen und im Sommer kühlen, ein Vorteil, da die Arbeits­punkte dann je nach Betrieb vari­ieren.

Der Venti­lator, der in den für Wärme­pumpen bei Ein- oder Zwei-Fami­li­en­häu­sern typi­schen Baugrößen 450 und 500 verfügbar sein wird, wurde zudem mit einem Vorleit­gitter ausge­stattet. Dieses Flow­Grid, das als Gleich­richter für die Luft­strö­mung wirkt, redu­ziert geräusch­er­zeu­gende Störungen im Luft­strom dras­tisch. Dadurch nimmt der Schall­druck im gesamten Frequenz­be­reich ab, insbe­son­dere auch der störende Dreh­klang, also das unan­ge­nehme „Brummen“ im nied­rigen Frequenz­be­reich (Bild 3).

Gleich­zeitig dient das Vorleit­gitter als Motor­auf­hän­gung und bei Bedarf kann der Gerä­te­her­steller ein Heiz­band einlegen. Dabei wiegt der neue Axial­ven­ti­lator 30 % weniger als die vergleich­bare HyBlade Ausfüh­rung mit Stahl­wand­ring. Bei der Instal­la­tion muss also mit deut­lich weniger Gewicht hantiert werden und durch die kompakten Abmes­sungen lässt sich oft das Design des Endge­räts opti­mieren. Die AxiEco Plug-in Venti­la­toren werden als einbau­fer­tige Plug & Play-Lösung inklu­sive Düsen­platte und Flow­Grid gelie­fert.

Leiser Venti­lator mit drei Flügeln

Bei Luft-Wasser-Wärme­pumpen, bei denen aufgrund ihrer Ausle­gung hoher Gegen­druck eher die Ausnahme ist, bietet sich der drei­flü­ge­lige AxiTone an, der zunächst in der Baugröße 450 mm und dann später in den Baugrößen 500 und 630 mm zur Verfü­gung stehen wird (Bild 4).

Seine Kenn­linie verläuft flacher, er liefert große Luft­mengen und wie der Name schon vermuten lässt: er arbeitet beson­ders leise (Bild 5). Zu beidem trägt die nach strö­mungs­tech­ni­schen Krite­rien opti­mierte Schau­fel­geo­me­trie bei. Die große Fläche und die steile Stel­lung sorgen für hohen Volu­men­strom, die Siche­lung redu­ziert Verwir­be­lungen und damit die Geräusch­ent­wick­lung.

Neu sind auch Serra­tions an der Schau­fel­vor­der­kante, die sich eben­falls positiv auf das Geräusch­ver­halten auswirken, indem sie tonale Anteile im Geräusch mini­mieren. Verflüs­siger in Wohn­ge­bieten, bei denen beson­ders auf mini­male Geräusch­emis­sionen zu achten ist, profi­tieren deshalb auch von diesem leisen Axial­ven­ti­lator. Der AxiTone wird als einbau­fer­tige Motor-Laufrad-Kombi­na­tion in beiden Förder­rich­tungen, also saugend oder drückend und optional mit Schutz­gitter und Trag­ring ange­boten. Er eignet sich ebenso für Appli­ka­tionen mit brenn­baren Kälte­mit­teln.

Inverter-Elek­tronik für effi­zi­ente und geräusch­arme Verdich­ter­an­triebe

Mitt­ler­weile konzen­triert sich ebm-papst nicht nur darauf, effi­zi­ente und leise Venti­la­toren anzu­bieten. Aufgrund der lang­jäh­rigen Erfah­rung mit EC-Motoren, deren Kommu­tie­rungs­elek­tronik und Wärme­pum­pen­an­wen­dungen wurde jetzt eine Inverter-Elek­tronik entwi­ckelt, die sich unter anderem für dreh­zahl­ge­re­gelte perma­nent­ma­gne­t­erregte Synchron­ma­schinen (PSM) eignet, wie sie typi­scher­weise in Verdich­tern einge­setzt sind (Bild 6). Die neue Elek­tronik, deren Muster ab Q3/2023 erhält­lich sein werden und die es mit Ausgangs­leis­tungen bis 3,5 kW, 7,5 kW und 12 kW geben wird, bietet hier gleich mehrere Vorteile.

So redu­ziert das über Jahr­zehnte hinweg opti­mierte ebm-papst-Kommu­tie­rungs­ver­fahren die Geräusch­ent­wick­lung beacht­lich; gleich­zeitig erhöht sich die Effi­zienz. Dadurch ließ sich beispiels­weise bei einer Wärme­pumpe mit einem 7,5-kW-Verdichterantrieb der COP-Wert (Coef­fi­cient of Perfor­mance) um 3,5 % stei­gern. Für den Anwender bedeutet dies bei einem ange­nom­menen Strom­preis von 35 Cent pro Kilo­watt­stunde eine jähr­liche Einspa­rung von um die 70 Euro. Außerdem „erkennen“ die Ansteue­rungen je nach Vari­ante, ob sie ein- oder drei­phasig betrieben werden, und schalten auto­ma­tisch um, je nachdem welche Span­nungs­form in der Wärme­pumpe zur Verfü­gung steht. Eben­falls flexibel zeigt sich die Elek­tronik im Hinblick auf ihre Kühlung. Wasser und Luft­küh­lung sind durch den modu­laren Aufbau genauso möglich wie eine Cold-Plate-Anbin­dung.

Die in die Inverter-Elek­tronik inte­grierte aktive drei­pha­sige PFC-Stufe (Leis­tungs­faktor-Korrektur-Filter) sorgt für gute 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, ist die Gewichts­ein­spa­rung und der redu­zierte Verdrah­tungs­auf­wand durch die Aktiv-PFC beacht­lich.

Das gerin­gere Gewicht der Wärme­pumpe verein­facht ihr komplettes Hand­ling, ange­fangen von der Ferti­gung über den Trans­port bis hin zur Aufstel­lung beim Endan­wender. Als kompe­tenter Partner für Wärme­pum­pen­her­steller plant ebm-papst schon die nächsten Schritte zum System­an­bieter. So sollen zukünftig weitere Kompo­nenten in die Inverter-Elek­tronik inte­griert werden, zum Beispiel die Kommu­tie­rung für den Venti­la­tor­an­trieb und die Ansteue­rung eines Heiz­stabs.

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