In Kühl­theken, Kühl­re­galen und Bottle Coolern im kommer­zi­ellen Lebens­mit­tel­be­reich werden Venti­la­toren mit hoher Einschalt­dauer betrieben; das birgt ein beson­ders großes Poten­tial für Ener­gie­ein­spa­rungen. EC-Venti­la­toren mit ihren hohen Wirkungs­graden setzen deshalb hier mitt­ler­weile Maßstäbe. Ausfüh­rungen, die der Euro­päi­schen Norm EN 60335-2-89 entspre­chen, eignen sich auch dann, wenn brenn­bare Kälte­mittel einge­setzt sind, beispiels­weise R290 (Propan), das im Stör­fall explo­si­ons­fä­hige Gemi­sche mit Luft bilden kann. Intel­li­gente Vernet­zungs­mög­lich­keiten verein­fa­chen zudem Service und Wartung.

In Super­märkten sind Venti­la­toren heute nicht mehr wegzu­denken, denn nur mit ihrer Hilfe sind die kompakten Kühl­möbel für den Normal-Kälte-Bereich (NK) und Tief-Kälte-Bereich (TK) funk­ti­ons­fähig. Die Venti­la­toren sorgen einer­seits für die Luft­um­wäl­zung im Gerät, also für eine gleich­mä­ßige Kühlung der einge­stellten Produkte, ande­rer­seits aber auch bei stecker­fer­tigen Kühl­mö­beln für die Wärme­ab­fuhr an die Umge­bung oder – bei soge­nannten Remo­te­sys­temen – an den zentralen Verflüs­siger. Vor einigen Jahren galten Spalt­pol­mo­toren noch als Stan­dard für den Antrieb der Venti­la­toren. Dafür gab es gute Gründe: Sie sind günstig zu fertigen, robust und lang­lebig. Aller­dings sind ihre nied­rigen Wirkungs­grade von ledig­lich um die 20 % heute nicht mehr tole­rierbar. Der Strom­ver­brauch ist hoch und verur­sacht zusätz­lich Abwärme, die aus dem Kühl­möbel abtrans­por­tiert werden muss. Der Einsatz von Spalt­pol­mo­toren ist deshalb meist nur noch auf wenige Nischen­an­wen­dungen beschränkt.

Die Ener­gie­spar­lö­sung: EC-Motoren als trei­bende Kraft

Bild 1: Der ESM-Motor arbeitet mit einem Wirkungs­grad von über 45 % bei nur einem Drittel der Leis­tungs­auf­nahme eines Spalt­pol­mo­tors und bietet die Möglich­keit einer bedarfs­ge­rechten Dreh­zahl­re­ge­lung.

Moderne Venti­la­to­ren­kon­zepte bauen statt­dessen auf den viel effi­zi­en­teren elek­tro­nisch kommu­tierten EC-Motor mit rund 70 % Ener­gie­ein­spa­rung gegen­über dem alten Motor­kon­zept. Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst hat mehrere dieser ener­gie­ef­fi­zi­enten Motor­va­ri­anten im Programm, die als Antrieb für Venti­la­toren in Kühl­mö­beln gera­dezu präde­sti­niert sind: Der Energie-Spar-Motor – auch ESM genannt – setzte bereits vor mehr als zehn Jahren neue Maßstäbe für die Venti­la­to­ren­technik in Kälte­an­wen­dungen (Bild 1). Er arbeitet mit einem Wirkungs­grad von bis zu 70 % bei nur einem Drittel der Leis­tungs­auf­nahme eines vergleich­baren Spalt­pol­mo­tors und bietet noch dazu die Möglich­keit einer bedarfs­ge­rechten Dreh­zahl­re­ge­lung. Durch die gerin­gere Verlust­leis­tung des EC-Motors ergeben sich im Kühl­möbel weitere Ener­gie­ein­spa­rungen. Die Lebens­er­war­tung beträgt mehr als 40.000 Stunden, im Dauer­be­trieb entspricht das ca. 5 Jahre.

Die kompakten EC-Motoren gibt es sowohl als OEM-Kompo­nente zur Kombi­na­tion mit einem sepa­raten Laufrad sowie als Plug & Play-fähiges Komplett­system, bei dem die Einzel­kom­po­nenten perfekt aufein­ander abge­stimmt sind. Die Axial-Baureihe in den Baugrößen 130, 154, 172, 200, 230, 250 und 300 ist für den Einbau in Kühl- und Tief­kühl­mö­beln unter­halb der Regale vorge­sehen. Die Venti­la­toren mit Diago­nal­laufrad in den Baugrößen 200 und 250 wurde hingegen speziell für den Einbau in die Rück­wand von Kühl­re­galen konzi­piert, da dort oftmals beengte Einbau­si­tua­tionen vorherr­schen (Bild 2). Durch die extrem flache Bauweise passen diese Venti­la­toren in enge Zwischen­räume und kommen als Diago­nal­ven­ti­lator auch mit dem höheren Gegen­druck in dieser Einbau­si­tua­tion zurecht.

Ebenso bewährt und effi­zient für Kühl­mö­bel­an­wen­dungen sind seit Jahren Quer­strom­ven­ti­la­toren, die eben­falls mit EC-Motoren arbeiten und die Kälte in Form eines Luft­schleiers zirku­lieren lassen. Sie sind dabei beson­ders platz­spa­rend und leise (Bild 3).

Bild 2: Die Axial-Baureihe ist für den Einbau in Kühl- und Tief­kühl­mö­beln unter­halb der Regale vorge­sehen. Die Venti­la­toren mit Diagonal-Lüfterrad wurden hingegen speziell für die Rück­wand von Kühl­re­galen konzi­piert.

Bild 3: Ein inter­es­santer Ansatz für Kühl­mö­bel­an­wen­dungen sind zudem Quer­strom­ven­ti­la­toren, die eben­falls mit EC-Motoren arbeiten und eine große Luft­ver­teil­fläche bieten.

Selbst ein nach­träg­li­ches Umrüsten älterer Kühl­möbel kann sich im Hinblick auf die reali­sier­baren Ener­gie­ein­spa­rungen lohnen. Für diesen Fall hat ebm-papst den EC-Motor iQ-one (Bild 4) entwi­ckelt. Mit seinem Motor­wir­kungs­grad von 50% ist er im Vergleich zu Q-Motoren überaus ener­gie­ef­fi­zient. Er arbeitet darüber hinaus auch bei voller Leis­tung äußerst leise und ist robust. Er ist mecha­nisch kompa­tibel zu den bestehenden Spalt­pol­mo­toren und ermög­licht durch gleiche Einbau­maße einen einfa­chen 1:1 Austausch bis 5 Watt Ausgangs­leis­tung. Der iQ-one lässt sich mit den verschie­denen strö­mungs­tech­nisch opti­mierten Lüfter­rä­dern der Größe 154, 172, 200, 230 und 254 mm kombi­nieren.

Zuver­läs­sig­keit: Die Venti­la­toren im Blick behalten

Bild 4: Der strom­spa­rende iQ-one ist mecha­nisch kompa­tibel zu allen Q-Motoren und Spalt­pol­mo­toren und ermög­licht einen einfa­chen 1:1 Austausch. (Foto | ebm-papst)

Neben einem möglichst geringen Ener­gie­ver­brauch ist bei Kühl­mö­beln im Super­markt die Zuver­läs­sig­keit ein wich­tiges Thema. In der Regel arbeiten in den 1,25 m langen Stan­dard­ele­menten jeweils ein bis zwei Venti­la­toren. Fällt ein Venti­lator aus, gilt es den Fehler schnell zu loka­li­sieren und zu beheben, möglichst ohne dass die Kühl­kette beein­träch­tigt wird und Lebens­mittel verderben. Eben­falls sinn­voll sind vorbeu­gende Wartungs­maß­nahmen bzw. ein Moni­to­ring der Venti­la­toren.

Hier hilft die Vernet­zung über die seri­elle Schnitt­stelle für die Kommu­ni­ka­tion über MODBUS-RTU bei den ESM-Motoren. Dank ihr können zahl­reiche Moni­to­ring-, Control­ling- und Steue­rungs­funk­tionen in Echt­zeit per Fern­über­wa­chung erle­digt werden. So lässt sich zum Beispiel die Lauf­zeit der Motoren für präven­tive Wartungs­maß­nahmen über­wa­chen und im Service-Fall der betrof­fene Venti­lator einfach loka­li­sieren. Die Vernet­zung über das Kommu­ni­ka­ti­ons­pro­to­koll MODBUS-RTU ermög­licht gleich­zeitig die schnelle Anpas­sung an verän­derte Betriebs­be­din­gungen, z. B. kann nach Abtau­zy­klen die Kühl­tem­pe­ratur durch Erhöhen der Venti­la­tor­dreh­zahl schneller erreicht werden.

Muss es wirk­lich immer ATEX sein?

Ein weiteres Thema bei Kühl­mö­beln ist das verwen­dete Kälte­mittel. Moderne Kälte­mittel müssen risi­kolos für die Umwelt sein, ein geringes Treib­haus­po­ten­tial haben und dabei mit einer guten Kälte­leis­tung über­zeugen. Seit dem 1. Januar 2015 gilt hierfür die Verord­nung (EU) 517/2014, die auch als F-Gas-Verord­nung bekannt ist. Als umwelt­freund­liche Alter­na­tive zu (teil-) halo­ge­nierten Kälte­mit­teln setzen sich daher zuneh­mend natür­liche Kälte­mittel wie Isobutan, Propan und Propen neben Ammo­niak und CO₂ durch. Die ungif­tigen Kohlen­was­ser­stoffe bilden aber im Stör­fall leicht explo­si­ons­fä­hige Gemi­sche mit Luft.

Die Motoren und Komplett­sys­teme von ebm-papst entspre­chen stan­dard­mäßig den Euro­päi­schen Normen EN 60335-2-24 und EN 60335-2-89 (Haus­halts­ge­rä­te­norm), um in diesem Bereich eine sichere Kühl­lö­sung bieten zu können. Dies reicht für die meisten Kühl­theken völlig aus, da ihre Kühl­kreis­läufe mit den der Norm entspre­chenden maxi­malen Füll­mengen (aktuell 150g A3-Kälte­mittel) auskommen. Hier ATEX-Kompo­nenten einzu­setzen macht kommer­ziell keinen Sinn. Außerdem genügt es nicht, nur einen Motor mit ATEX-Label einzu­setzen. Der komplette Venti­lator muss entspre­chend zuge­lassen sein und der Betreiber muss einen Ex-Bereich defi­nieren. Beson­ders letz­teres ist in Super­märkten oft schwer zu reali­sieren.