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Ener­gie­ef­fi­zi­ente Venti­la­toren für die Kälte­technik

Rechen­bei­spiele für klima- und kälte­tech­ni­sche Anlagen in Super­märkten


Ab 2013 treten die Ökode­sign- bzw. ErP-Richt­li­nien für Venti­la­toren in Kraft, die insbe­son­dere das Ziel verfolgen, die Ener­gie­ef­fi­zienz von Produkten zu verbes­sern und damit auch der Verwirk­li­chung der euro­päi­schen Klima­schutz­ziele dienen sollen. Für die zahl­rei­chen in der Kälte- und Klima­technik einge­setzten elek­trisch ange­trie­benen Venti­la­toren bedeutet dies, dass sie die in den Richt­li­nien gesetz­lich gefor­derten Grenz­werte einhalten müssen. Daraus ergibt sich dann gleich doppelter Nutzen: Die Umwelt wird geschont und die mögli­chen Ener­gie­ein­spa­rungen machen sich im Geld­beutel des Verbrau­chers deut­lich bemerkbar. Die im Folgenden ange­führten Rechen­bei­spiele rund um die typi­scher­weise in Super­märkten einge­setzten Kälte- und Klima­ge­räte liefern dafür den Beweis.

Da klima- und kälte­tech­ni­sche Anlagen mit hoher Einschalt­dauer betrieben werden, machen sich Ener­gie­ein­spa­rungen hier deut­lich bemerkbar. Aller­dings diffe­rieren die Anwen­dungen beträcht­lich. Schließ­lich stellen beispiels­weise die großen Verflüs­siger, die meist bei Super­märkten außen am Gebäude ange­bracht sind, andere Anfor­de­rungen an die einge­setzten Venti­la­toren als Kühl­theken oder Kühl­schränke. Jedoch gibt es mitt­ler­weile für jeden dieser Einsatz­be­reiche „maßge­schnei­derte“ ener­gie­spa­rende EC-Venti­la­toren, die gleich­zeitig durch Zuver­läs­sig­keit, Leis­tungs­fä­hig­keit und Geräusch­armut über­zeugen.

Besser als „gefor­dert“

In der breit gefä­cherten Produkt­pa­lette des Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­listen ebm-papst finden sich ener­gie­spa­rende Venti­la­toren für prak­tisch jeden in der Kälte- und Klima­technik in Frage kommenden Leis­tungs­be­reich. Sie über­treffen bereits heute die in den Ökode­sign- bzw. ErP-Richt­li­nien gefor­derten Effi­zi­enz­werte bei Weitem. Dank dem gelun­genen Zusam­men­wirken von Motor­technik, Elek­tronik und Strö­mungs­technik über­zeugen die EC-Venti­la­toren aber nicht nur hinsicht­lich ihrer Ener­gie­ef­fi­zienz, sondern arbeiten aufgrund opti­mierter Kommu­tie­rungs­ver­fahren und der strö­mungs­tech­ni­schen Ausle­gung der Lüfter­räder extrem leise. Oben­drein über­zeugen sie noch durch ihre Lang­le­big­keit und Zuver­läs­sig­keit.

In der Kälte- und Klima­technik lohnt sich der Umstieg auf moderne EC-Technik gleich in mehrerer Hinsicht, zumal das, was die Gesetz­ge­bung in den Richt­li­nien als ökolo­gisch sinn­voll vorschreibt, heute für den Anwender durchaus auch ökono­misch inter­es­sant ist. Sogar schon bei vergleichs­weise kleinen Kühl­mö­beln ergeben sich durch den nied­rigen Ener­gie­ver­brauch deut­liche Einspa­rungen gegen­über konven­tio­nellen Venti­la­toren, die übli­cher­weise mit Spalt­pol­mo­toren arbeiten. Ein Beispiel dafür liefern die so genannten Bottle-Cooler, die überall zu finden sind, wo gekühlte Getränke oder Snacks verkauft werden, ange­fangen von Kiosk oder Tank­stelle bis hin zum Super­markt.

Ener­gie­spar­mo­toren für Kühl­möbel und Kühl­theken

Kenn­li­ni­en­ver­gleich ESM-/Spalt­pol­motor

Sind in einem Kühl­möbel z.B. zwei, von konven­tio­nellen 30-W-Spalt­pol­mo­toren ange­trie­bene Venti­la­toren täglich 12 Stunden in Betrieb, verbrau­chen sie im Jahr ca. 262 kWh. Arbeiten die Venti­la­toren dagegen bei glei­cher Luft­leis­tung mit den ener­gie­spa­renden 10-W-EC-Motoren der Ener­gie­spar­mo­to­ren­bau­reihe ESM aus dem ebm-papst-Programm, sinkt der Verbrauch auf ca. 88 kWh. Dafür gibt es gleich zwei Gründe: Erstens sind die Wirkungs­grade der EC-Motoren deut­lich besser. Im Arbeits­punkt bei einer typi­schen Dreh­zahl von 1300 1/min hat der Ener­gie­spar­motor einen maxi­malen Wirkungs­grad von mehr als 65 %, wodurch sich die Aufnah­me­leis­tung gegen­über einem handels­üb­li­chen Spalt­pol­motor auf ca. 1/3 redu­ziert. Zwei­tens muss von vorn­herein für den Kühl­pro­zess weniger Energie aufge­wendet werden, weil beim Betrieb weniger Verlust­wärme an die Umge­bung abge­geben wird.

Aus der daraus resul­tieren Diffe­renz im Ener­gie­ver­brauch von 174 kWh ergibt sich bei einem ange­nom­menen Strom­preis von 11,69 Cent/kWh (durch­schnitt­li­cher Strom­preis für die Indus­trie in Deutsch­land, Stand Januar 2010, Quelle VEA, BDEW) bei einem Kühl­möbel eine sofor­tige Kosten­er­sparnis von ca. 20 Euro im Jahr. So punktet die Ener­gie­spar­lö­sung mit Amor­ti­sa­ti­ons­zeiten unter 12 Monaten. Damit lohnt sich diese Inves­ti­tion nicht nur für die Umwelt, sondern auch für den Geld­beutel des Anwen­ders, zumal wenn man die mit ca. 40.000 Betriebs­stunden vergleichs­weise lange Lebens­dauer der EC-Venti­la­toren berück­sich­tigt.

Einspar­po­ten­tial am laufenden Meter und einfa­ches Umrüsten

Ener­gie­spa­rende Technik für Kühl­theken: Ener­gie­spar­ven­ti­lator als System­lö­sung für Kühl­theken (links), IQ-Motor ermög­licht einfa­chen 1:1 Austausch von herkömm­li­chen Spalt­pol­mo­toren für eine effi­zi­ente Kühlung (rechts)

Je mehr Venti­la­toren im Einsatz sind, desto größer wird das Einspar­po­ten­tial. Kühl­theken liefern dafür ein gutes Beispiel. Pro laufendem Meter sind hier übli­cher­weise zwei Venti­la­toren einge­setzt. Arbeiten beispiels­weise in einem typi­schen Super­markt in dem insge­samt etwa 100 m langen Kühl­theken 200 EC Ener­gie­spar­ven­ti­la­toren der Baugröße 200, dann beträgt die Ener­gie­er­sparnis gegen­über konven­tio­nellen Spalt­pol­mo­toren 70 %, was 38 MWh pro Jahr entspricht. Für die Umwelt bedeutet dieser Wert, dass über 22 t CO2 weniger produ­ziert werden, wenn man den heute übli­chen Ener­giemix zugrunde legt. Gleich­zeitig spart der Anwender im Jahr über 4.400,- Euro bei einem Strom­preis von 11,69 Cent/kWh. Die Amor­ti­sa­ti­ons­zeit beträgt eben­falls wieder weniger als 12 Monate.

Die Vorteile können Anwender heute keines­wegs nur bei Neuin­stal­la­tionen nutzen, sondern auch ein Umrüsten ist problemlos möglich. Für diesen Fall bietet ebm-papst den ener­gie­spa­renden iQ-Motor an, der mecha­nisch kompa­tibel zu den bestehenden Spalt­pol­mo­toren ist, einen hohen Wirkungs­grad von bis zu 65% besitzt und durch gleiche Einbau­maße einen einfa­chen 1:1 Austausch ermög­licht. Axial­lüf­ter­räder mit 154 bis 254 mm Durch­messer können in glei­cher Weise auf dem iQ-Motor montiert werden und stellen somit eine ener­gie­spa­rende Lösung dar. Die intel­li­gente Elek­tronik regelt Span­nungs­schwan­kungen aus, so dass die Dreh­zahl konstant bleibt. Heute machen bereits etliche renom­mierte Super­markt­ketten von dieser ökolo­gisch und ökono­misch sinn­vollen 1:1-Austauschmöglichkeit Gebrauch.

Leis­tungs­starke Ener­gie­spar­ven­ti­la­toren für Verflüs­siger und Verdampfer

Die einzelnen Kenn­li­nien zeigen die Leis­tungs­auf­nahme gesteu­erter AC-/EC-Motoren im Vergleich

Vergleich­bare Ener­gie­ein­spa­rungen lassen sich in vielen weitere Anwen­dungs­be­rei­chen erzielen. So hat ebm-papst mit den ener­gie­spa­renden HyBlade®-Ventilatoren für Verflüs­siger und Verdampfer Maßstäbe gesetzt. Dank moderner EC-Technik und strö­mungs­tech­ni­scher Opti­mie­rung der Flügel­geo­me­trie über­zeugen die mit 172 bis 990 mm Durch­messer ange­bo­tenen EC-Venti­la­toren mit Ener­gie­ein­spa­rungen bis zu 50 % gegen­über AC-Venti­la­toren. Das gilt nicht nur im Voll-, beson­ders auch im Teil­last­be­trieb. Zudem lässt sich bei der EC-Technik die Dreh­zahl regeln, also an die jewei­ligen Kühl­an­for­de­rungen anpassen, was weitere Einspar­po­ten­tiale erschließt. Die dadurch wesent­lich nied­ri­geren Ener­gie­kosten machen sich im prak­ti­schen Einsatz schnell bemerkbar. Die verschie­denen Kenn­li­nien im Bild zeigen die Leis­tungs­auf­nahme gesteu­erter AC-/EC-Motoren im Vergleich. In allen Dreh­zahl­be­rei­chen sind die Ener­gie­kosten der EC-Motoren deut­lich güns­tiger als bei span­nungs­ge­re­gelten oder frequenz­um­rich­ter­ge­speisten Asyn­chron-Motoren. Je nach Anfor­de­rungen werden in solchen Verflüs­si­gern typi­scher­weise zwei bis zwölf dieser Venti­la­toren einge­setzt.

Beispiel einer sche­ma­ti­schen Darstel­lung der Kompo­nenten an einem Verflüs­siger

Nimmt man einen Verflüs­siger indem sechs HyBlade®-Axialventilatoren der Baugröße 800 in EC-Tech­no­logie einge­baut sind und vergleicht diese mit sechs AC-Axial­ven­ti­la­toren in der glei­chen Leis­tungs­klasse bei einer Luft­leis­tung von jeweils 11.000 m³/h bei 85 Pa, so benö­tigen die sechs AC-Venti­la­toren insge­samt 5.400 W, während die EC-Venti­la­toren bei einer Leis­tungs­auf­nahme von 3.900 W liegen. Die EC-Venti­la­toren verbrau­chen hier insge­samt 1.500 W weniger an Energie, was einer Einspa­rung von 28% entspricht. Weitere Ener­gie­ein­spa­rungen lassen sich durch die einfache Vernet­zung der EC-Venti­la­toren über ein BUS-System bis hin zu über­ge­ord­neten Manage­ment­sys­temen erzielen. Nied­rige Geräusch­ent­wick­lung, Lang­le­big­keit und das durch die verwen­deten robusten Kunst­stoffe geringe Gewicht sind weitere Vorteile dieser Axial­ven­ti­la­toren. Zudem ist die inte­grierte Leis­tungs­elek­tronik für länder­spe­zi­fi­sche Netz­span­nungen ausge­legt und ermög­licht somit einen welt­weiten Einsatz, unab­hängig von der Netz­fre­quenz von 50 oder 60Hz.

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  • Sehr gute Infor­ma­tionen zum Thema. Danke. Vor allem die Opti­mie­rung des Strom­ver­brauchs bei der Kälte­technik wird in den kommenden Jahren an Bedeu­tung gewinnen.