Anwendungen, die hohe Luftleistungen erfordern, gibt es viele. Typische Beispiele sind Rechenzentren, große Gebäudekomplexe in der Industrie, aber auch Hotels und Wohnanlagen oder Krankenhäuser. Einen großen Ventilator in zentralen Klimageräten durch FanGrids mit mehreren parallel arbeitenden kleineren Ventilatoren zu ersetzen, bringt in der Praxis viele Vorteile.
Kleiner, leichter und einfach besser
Bild 1: Um hohe Luftleistungen in der Raumlufttechnik zu erreichen, sind heute oft nicht mehr große Einzelventilatoren das Mittel der Wahl. Stattdessen empfiehlt es sich, mehrere kleinere Ventilatoren in sogenannten FanGrids miteinander zu kombinieren, die dann parallel zusammenarbeiten. (Foto: ebm-papst)
So lassen sich die einzelnen Ventilatoren neben- oder übereinander so anordnen, dass der zur Verfügung stehende Platz bestmöglich ausgenutzt wird (Bild 1). Dabei benötigen die kleinen Ventilatoren weniger Einbauplatz und sind leichter beim Handling als ein einzelner großer. Letzteres vereinfacht den Transport und die Montage, ist aber auch bei einem Austausch hilfreich, denn bis zum Wartungsfall eines Ventilators kann die Anlage weiterlaufen. Die Drehzahl der anderen Ventilatoren wird dann so angepasst, dass die Luftleistung gleichbleibt. Die entsprechenden Redundanzanforderungen können bereits bei der Auswahl berücksichtigt werden.
Hinzu kommt, dass die Luftverteilung wesentlich besser ist, wenn mehrere Ventilatoren eingesetzt sind. Vor- oder nachgeschaltete Komponenten wie Filter oder Wärmeübertrager werden gleichmäßiger angeströmt (Bild 2). Das führt zu einer effizienteren Filterung der Luft sowie zu einer besseren Wärmeübertragungsleistung.
Diese Vorteile lassen sich heute in den unterschiedlichsten Anwendungen nutzen. Der Motoren- und Ventilatorenspezialist ebm-papst bietet FanGrid-Module mit RadiPac oder RadiCal Radialventilatoren an. Dabei sorgen mehrere parallel arbeitende Ventilatoren für die nötige Luftmenge. Auch Axialventilatoren können in FanGrids eingesetzt werden, Betreiber von Rechenzentren setzen immer häufiger auf die sogenannte „freie Kühlung“ (Bild 3). In klassischen RLT-Geräten empfehlen sich stattdessen die Radialventilatoren, die bauartbedingt für höheren Gegendruck ausgelegt sind. Verschiedene Baugrößen mit Durchmessern von 400 bis 560 mm stehen zur Wahl.
Bild 2: Die Luftverteilung im FanGrid (rechts) ist wesentlich besser, vor- oder nachgeschaltete Komponenten wie Filter oder Wärmeübertrager werden gleichmäßiger angeströmt als beim Einsatz eines einzigen Ventilators. Das führt zu einer effizienteren Filterung der Luft sowie zu einer besseren Wärmeübertragungsleistung. (Foto: ebm-papst)
Energieeffiziente EC-Technik mit komfortabler Regelung
Treibende Kraft im FanGrid sind moderne GreenTech EC-Antriebe, die sowohl im Voll- als auch im Teillastbetrieb sehr energieeffizient arbeiten, auf hohe Lebensdauer ausgelegt sind und sich in der Drehzahl stufenlos regeln lassen. Mit ihren Wirkungsgraden von über 90 % liegen die Motoren deutlich über den in Effizienzklasse IE4 geforderten Werten. Ebenso trägt auch die Konzeption der Strömungsmaschine selbst zu Effizienzsteigerung und leisem Betrieb bei.
Komplettiert wird das FanGrid-Programm durch einen Controller von ebm-papst, mit dem sich die parallel betriebenen Ventilatoren einfach ansteuern lassen. Der Verdrahtungsaufwand ist dabei minimal; alle Ventilatoren werden einfach über eine (durchgeschleifte) RS485-MODBUS-Leitung angeschlossen. Autoadressierung vereinfacht die Inbetriebnahme, individuelle Adressanpassungen sind ohne weiteres möglich. Aber auch darüber hinaus hat der Controller einiges zu bieten. So hat er ein 0-10 V-Interface für Stellbefehle, z. B. für Gleichlauf von 0 bis 100 Prozent.
Über einen Drucksensor an einem der Ventilatoren lässt sich eine Volumenstromregelung realisieren, um die Luftleistung auch bei sich ändernden Gegebenheiten optimal anzupassen, z. B. bei Filterverschmutzung. Temperaturen und Drehzahlen können für jeden Ventilator oder für bestimmte Gruppen ausgelesen werden. Entsprechende Status- und Störmeldungen lassen sich direkt ans Monitoringsystem übermitteln. Der Anwender hat dadurch die FanGrid-Ventilatoren stets „im Blick“ und falls erforderlich lassen sich vorbeugende Wartungsmaßnahmen am RLT-Gerät einplanen.
Bild 3: Betreiber von Rechenzentren setzen immer häufiger auf die sogenannte „freie Kühlung“. Dabei sorgen mehrere parallel arbeitende EC-Radialventilatoren der RadiPac oder RadiCal Baureihe für die nötige Luftmenge. Auch FanGrids mit Axialventilatoren können zum Einsatz kommen. (Foto: ebm-papst)
Würfel verhindern Einbauverluste
Jeder Radialventilator ist mit der bewährten Tragspinnen Aufhängung ausgeführt und wird so in einen Kubus aus Aluminiumformteilen und einer Tragplatte an der Saugseite eingebaut. Bei der Konstruktion dieses würfelförmigen Gehäuses wurde bereits ein wichtiger Faktor berücksichtigt, der in der Praxis häufig vernachlässigt wird: der Einbauverlust. Wenn Ventilatoren zu dicht nebeneinander positioniert sind, beeinflussen sie sich gegenseitig. Dabei gilt generell, dass je größer das zu befördernde Luftvolumen eines Ventilators ist, umso größer müssen die Abstände zwischen den Ventilatoren sein. Damit keine Einbauverluste entstehen, ist der Kubus des FanGrid-Moduls deshalb extra großzügig dimensioniert.
Die Würfel werden über- und nebeneinander im Gerät oder in der Druckkammer angeordnet. Saug- und Druckseite sind durch das FanGrid zuverlässig voneinander getrennt; bauseits müssen nur noch die Lücken zur Wand oder dem Gehäuse mit Schottblechen geschlossen werden. Die FanGrid-Module gibt es wahlweise als Plug & Play-fähige Einheit mit dazugehörigen Montagewinkeln, oder als kompletten Bausatz für die Direktmontage vor Ort. Der Bausatz besteht aus Ventilatoren, Vorleitgitter, Schottplatte, Eckverbindern, Distanzprofilen und Schrauben.
Bild 4: Die flexible Auswahlsoftware FanScout macht es einfach, die passende Ventilatoren-Kombination zu finden. (Foto: ebm-papst)
Ventilatorenauswahl leicht gemacht
Um für die unterschiedlichen Anwendungen die optimale Ventilatorenkombination zu finden, bietet ebm-papst ein flexibles Auswahlwerkzeug an: den ebm-papst FanScout (Bild 4). Diese Auswahlsoftware ermittelt, ausgehend von bis zu fünf anwendungsspezifischen Betriebspunkten und den zu erwartenden Betriebszeiten, die wirtschaftlichste FanGrid-Lösung. Auch der zur Verfügung stehende Bauraum, die maximal gewünschte Ventilatoranzahl und Redundanzanforderungen können dabei berücksichtigt werden.
Für die Redundanzbewertung gibt die Software an, wie viele Ventilatoren abgeschaltet werden können, ohne dass der geforderte Volumenstrom unterschritten wird. Dabei gilt es zwei wichtige Punkte zu berücksichtigen. Zum einen muss die Reserve der verbleibenden Ventilatoren so groß bemessen sein, dass die fehlende Luftmenge der außer Betrieb befindlichen Ventilatoren kompensiert werden kann. Zum anderen muss auch die Luftmenge kompensiert werden können, die durch die stehenden Ventilatoren zurückströmt. Man unterscheidet dabei die Variante ohne Rückströmung und mit Rückströmung. Auch dies wird im FanScout abgebildet.
Um die Bewertung der verschiedenen Optionen für den Anwender noch aussagekräftiger zu machen, gibt es zusätzlich die Möglichkeit, die Lebenszykluskosten der in Frage kommenden Kombination ermitteln. Dazu wird die Aufnahmeleistung der Ventilatoren in den jeweiligen Betriebspunkten mit der Betriebszeit und den Stromkosten multipliziert und addiert. Ergebnis sind die reinen Betriebskosten der Anlage über einen vorgegebenen Zeitraum. Durch zusätzliche Eingabe der Beschaffungs-, Installations- und Servicekosten werden die Gesamtkosten des FanGrid über die Zeit dargestellt. So hat der Anwender bereits eine belastbare Kostenaufstellung als zuverlässige Basis für Investitionsentscheidungen.
Automatische Resonanzerkennung für mehr Betriebssicherheit
Radialventilatoren werden in den unterschiedlichsten Klimageräten eingesetzt. Je nach Einbausituation kann es in vorher nicht vorhersehbaren Drehzahlbereichen zu Resonanzen kommen; Wird der Ventilator häufig in einem solchen kritischen Bereich betrieben, kann das Lagersystem der Antriebsmotoren Schaden nehmen und so zum Ausfall der Ventilatoren führen. Für Anlagenbetreiber sind diese Vibrationen zwar messbar, lassen sich aber nicht einfach abstellen. ebm-papst löst dieses Problem in seinen RadiPac Radialventilatoren mit einer automatischen Resonanzerkennung, die die Auswirkung von Vibrationen minimiert.
Bild 5: Werden in bestimmten Bereichen zu hohe Schwingschnellen erkannt (oben), stellt sich die Steuersoftware automatisch so ein, dass diese Drehzahlbereiche zukünftig „überfahren“ werden (Bild unten). (Fotos: ebm-papst)
Dazu wird bei der Inbetriebnahme ein Test-Hochlauf durchgeführt, bei dem die Vibrationshöhe über den gesamten Drehzahlverlauf aufgezeichnet und analysiert wird. Werden in bestimmten Bereichen zu hohe Schwingschnellen erkannt, stellt sich die Steuersoftware automatisch so ein, dass diese Drehzahlbereiche zukünftig „überfahren“ werden (Bild 5). So können EC-Radialventilatoren betrieben werden, ohne Schaden zu nehmen. Der Betreiber kann die Einstellungen der Software jederzeit manuell bearbeiten, hat also immer die volle Kontrolle.
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