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EC-Technik trifft Hohlprofilschaufel

Bei Anwendungen in der Luft-, Klima- und Kältetechnik stellen Planer und Betreiber oft fest, dass der im Gerät verbaute Ventilator nicht so leise und energieeffizient arbeitet wie erwartet. Die Ursachen dafür ist meist die Einbausituation. Beim Ventilator sind Laufrad, Motor, Ansteuerelektronik und Gehäuse im Hinblick auf Energieeffizienz und Geräusch­emission optimiert, auch die reale Einbausituation in RLT-Geräten sollte nicht außer Acht gelassen werden.


Der Motoren- und Ventilatorenspezialist ebm-papst entwickelt mit großem Aufwand an weiteren Potentialen für seine Produkte. So erhält auch die im Markt etablierte Radialventilator-Baureihe RadiPac in den Baugrößen 630-1.000 (Bild 1) weiter Zuwachs. Eine Vielzahl strömungstechnischer Verbesserungen führt dazu, dass alle Ventilatoren dieser Baureihe mit einem breiten Wirkungsgradoptimum arbeiten und darüber hinaus auch noch weitere praxisgerechte Eigenschaften bieten. Mit einer Antriebsleistung von 500 Watt bis 12 Kilowatt und den Baugrößen 250 bis 1.000 werden jetzt Luftleistungen bis 40.000 m³/h realisiert.

Das Rad neu erfinden – die Hohlprofilschaufel

Bild 1: Die im Markt etablierte Radialventilator-Baureihe RadiPac erhält wieder Zuwachs. Mit einer Antriebsleistung von 500 Watt bis 12 Kilowatt und den Baugrößen 250 bis 1.000 werden jetzt Luftleistungen bis 40.000 m³/h realisiert.

Bereits heute liegen die Wirkungsgrade der Motoren deutlich über den Werten, die die Effizienzklasse IE4 fordert. Ein hoher Motorwirkungsgrad ist aber noch kein Garant für einen ebenso hohen Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Denn bei einem Ventilator müssen außer dem treibenden Motor auch Laufrad, Gehäuse und sogar die Einbausituation in energetische Betrachtungen miteinbezogen werden, wenn wirklich alle Energie-Einsparpotentiale ausgereizt werden sollen.

Die Mulfinger Ventilatoren-Spezialisten haben deshalb die komplette Strömungsmaschine der RadiPac Ventilatoren optimiert. Hauptaugenmerk galt dabei dem Lufteinlass, der Motorposition im Laufrad, dem Schaufelprofil und dem Luftkanal der Laufräder. Die Einströmdüse wurde auf das Laufrad mit seinem aerodynamisch optimierten Schaufelkanal ausgelegt. Auch die Motorposition im Laufrad wurde überarbeitet, um einen guten Kompromiss zwischen Kompaktheit der kompletten Ventilatoreinheit und strömungstechnisch günstigster Platzierung des Motors im Laufrad zu erreichen.

Bild 2: Bei den Laufrädern sorgen ab Baugröße 310 die neuen Aluminium-­Hohlprofil-Schaufeln für mehr Effizienz. Die Profilumströmung rechts zeigt die Druckverteilung an, wobei blau für niedrigen Druck und rot für hohen Druck steht.

Bei den Laufrädern sorgen die Aluminium-Hohlprofilschaufeln für mehr Effizienz (Bild 2). Das Gewicht des RadiPac Airfoil-Laufrades konnte bei gleichzeitig höherer Stabilität verringert werden. Druckverluste am Eintritt wurden weiter minimiert und auch das Abströmverhalten konnte durch die Abströmkante und den integrierten Umlaufdiffusor optimiert werden. Dadurch sinken im Klimagerät die Umlenk- und Druckverluste im eingebauten Zustand (Bild 3).

Die Quadratur des Kreises – praxisgerechte Würfelkonstruktion

An praxisgerechte Transport- und Montagemöglichkeiten wurde ebenfalls gedacht: Ab der Baugröße 630 ist der mechanische Aufbau in einer Würfelkonstruktion ausgeführt. Diese ermöglicht dem Anwender eindeutige Vorteile bei Montage, Sicherheit beim Transport und vermeidet Verpackungsmüll. Außerdem ist ein flexibler Einbau mit horizontaler oder vertikaler Motorwelle möglich. Die Konstruktion erlaubt es, den Ventilator durch die Verwendung von Gummischwingelementen vom Umfeld abzukoppeln und so einen noch geräuschärmeren Betrieb zu gewährleisten.

Bild 3: Mithilfe des optimierten Ventilators sinken im Klimagerät die Umlenkverluste und es gibt weniger Druckabfall im eingebauten Zustand.

Weiterhin ist optional ein Führungsprofilset für die einfache Montage von Radialmodulen mit Tragkonstruktion und Federelementen verfügbar. Durch das spezielle Design der Würfelstreben sind keine Strömungsverluste zu befürchten. Je nach Einbausituation stehen die Radialventilatoren aber auch mit den bewährten Tragspinnen zur Verfügung (Bild 4).

Insgesamt hat sich durch diese Maßnahmen bei den RadiPac Ventilatoren die Effizienz um über 13 % gegenüber den Vorgängermodellen gesteigert.

Breites Wirkungsgradoptimum

Insgesamt hat sich durch all diese Maßnahmen bei den RadiPac Ventilatoren die Effizienz um über 13 % gegenüber den Vorgängermodellen gesteigert. Darüber hinaus führt ein breites Wirkungsgradoptimum mit einem statischen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 68 % dazu, dass die Ventilatoren in praktisch jedem Betriebspunkt mit möglichst geringer Leistungsaufnahme arbeiten. In puncto Lautstärke gibt es so auch keine unliebsamen Überraschungen (Bild 5).

Bild 4: Ab der Baugröße 630 ist der mechanische Aufbau in einer Würfelkonstruktion ausgeführt. Je nach Einbau­situation stehen die Radialventilatoren aber auch mit den bewährten Tragspinnen zur Verfügung.

Der geplante Betriebspunkt der Anlage kann sich z. B. durch Änderungen am Kanalnetz nachträglich verschieben. Ein weiterer Grund für die Anpassung der ursprünglichen Betriebspunkte können auch sich allmählich zusetzende Filter der RLT-Anlage sein. Grundlage für das breite Wirkungsgradoptimum des RadiPac ist das optimale Zusammenspiel aller Ventilatorkomponenten. Von hoher Effizienz über einfaches Handling bis hin zum geringen Platzbedarf können die Mitteldruck-Radialventilatoren damit in vielen Anwendungen der Luft- und Klimatechnik punkten.

Leistungsfaktorkorrektur

Generell gilt: Sind mehrere EC-Ventilatoren parallel im Einsatz, schützt z. B. ein aktives PFC (Active Power Factor Correction) vor störenden Oberwellen. 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 in der Stromversorgung stark reduziert. Die einschlägigen Anforderungen EN61000-3-2 lassen sich dann ohne konstruktiven Aufwand erfüllen. Ebenso wird der Spitzenwert des Eingangsstromes minimiert und es kann in vielen Anwendungsfällen ein kleinerer Leitungsquerschnitt für die Versorgungsleitungen der Ventilatoren gewählt werden.

Einfache Inbetriebnahme: Plug & Play

Bild 5: Das breite Wirkungsgradoptimum mit einem statischen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 68 % führt dazu, dass die Ventilatoren in praktisch jedem Betriebspunkt mit möglichst geringer Leistungsaufnahme arbeiten und es auch in puncto Lautstärke keine unliebsamen Überraschungen gibt.

Die Praxis hat bereits vielfach bewiesen, dass in der Ventilatorentechnik moderne EC-Antriebe gegenüber den in Raumluft- und Klimageräten immer noch häufig eingesetzten konventionellen AC-Antrieben in puncto Energieeffizienz deutlich überlegen sind. Verordnungen wie die EnEV (Energieeinsparverordnung) und die ErP-Richtlinie (Energy related Products-Directive), die in Deutschland auch unter der Bezeichnung Ökodesign-Richtlinie bekannt ist, haben zusätzlich zur Popularität der EC-Technik beigetragen.

Die Inbetriebnahme der RadiPac mit GreenTech EC-Technologie ist einfach, da kostenintensive Abstimmungen ebenso wenig notwendig sind wie zusätzliche Erdungs- und Schirmungsmaßnahmen, denn Ansteuerelektronik und EC-Motoren sind perfekt aufeinander abgestimmt. Mit der EC-Motor typischen stufenlosen Drehzahlregelung lässt sich die Leistung der Ventilatoren außerdem exakt an die individuellen Bedürfnisse anpassen. Die Kommunikation ist dabei wahlweise über den 0-10 V-Eingang oder MODBUS-RTU möglich. 

 

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