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FanGrid-Lösung für große Luft­leis­tungen

Um hohe Luft­leis­tungen in der Raum­luft­technik zu errei­chen, sind große Einzel­ven­ti­la­toren heut­zu­tage nicht mehr das Mittel der Wahl. Statt­dessen empfiehlt es sich, mehrere klei­nere Venti­la­toren in soge­nannten FanGrids mitein­ander zu kombi­nieren, die dann parallel zusam­men­ar­beiten.


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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