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Intelligentes „Herz“ der Wohnraumlüftung

Für eine effektive und effiziente Wohnraumlüftung muss der Volumenstrom genau regelbar sein, um einen Über- und Unterdruck im Wohngebäude zu verhindern. Können die dazu erforderlichen Ventilatoren zusätzlich noch Signale externer Sensoren verarbeiten, ergeben sich für den Anwender weitere Vorteile.


Bei zentralen Geräten für die Wohnraumlüftung entwickelt sich der Markt hin zu rückwärtsgekrümmten Radial­ventilatoren. Das hat einen guten Grund: Die RadiCal Radialventilatoren im strömungstechnisch optimierten Spiralgehäuse von ebm-papst wurden speziell für den Einsatz in Wohnungslüftungsgeräten entwickelt (Bild 1).

Bild 1: Für den Einsatz in zentralen Wohnungslüftungsgeräten gibt es RadiCal Radialventilatoren im strömungstechnisch optimierten Spiralgehäuse, hier mit zusätzlichem saugseitig montierten Vorleitgitter FlowGrid.

Dadurch wird eine Energie­effizienz­verbes­serung von mehr als 30 % im Vergleich zu vorwärts­gekrümmten Venti­latoren erreicht, die heute bei Lüftungs­geräten noch verbreitet sind.

Basis für die höhere Energie­effizienz bildet die Kombination der RadiCal Ventilatoren mit einem strömungstechnisch optimierten Spiralgehäuse. Weiterhin sorgen die GreenTech EC-Motoren mit ihren hohen Wirkungsgraden für die Energieeffizienz.

Der runde Ausblas des neuen Spiralgehäuses passt direkt an die Rohre, die die Luft verteilen. Dadurch sinken die Strömungsverluste in dem Rohrsystem. Gleichzeitig reduziert sich der Geräuschpegel um bis zu 3,5 dB(A) gegenüber einem Trommelläufer, wie in zahlreichen Tests bestätigt wurde (Bild 2).

Der im Wohnumfeld störende Drehklang eines rückwärtsgekrümmten Laufrades wurde durch die Kombination mit dem optimierten Spiralgehäuse deutlich minimiert. Der tonale Anteil im störenden Frequenzbereich reduziert sich im Vergleich zu herkömmlichen Einbaubedingungen um bis zu 20 dB.

Bild 2: Der Geräuschvergleich zeigt, dass der RadiCal im Spiral­gehäuse (durchgezogene Linie) im Vergleich zu einem Trommelläuferventilator (gestrichelte Linie) um 3,5 dB(A) leiser ist.

Außerdem lässt sich der Ventilator über den Ausblasflansch sehr einfach im Lüftungsgerät befestigen und bei Bedarf noch mit dem auf der Saugseite montier­baren Vorleitgitter FlowGrid kombinieren. Dieses reduziert die durch Einbauten im Gerät verursachten Turbulenzen und minimiert so die Geräuschemission weiter.

Integrierte Volumenkonstanzregelung

Bild 3: Plug & Play-Lösung: Das strömungstechnisch optimierte Gebläse beinhaltet eine Steuerelektronik sowie die Sensorik zur Erfassung der Luftmenge, Temperatur und Feuchte.

Aufgrund physikalischer Gegebenheiten ist die Volumen­strom­regelung bei rückwärts­gekrümmten Radial­ventilatoren aufwändiger als bei vorwärts­gekrümmten Ventilatoren.

ebm-papst hat hierfür jedoch eine einbaufertige Plug & Play-­Lösung: Ein im Ausblas des Spiralgehäuses positioniertes Flügelradanemometer (Bild 3) erfasst kontinuierlich den tatsächlichen Volumenstrom und übermittelt die Daten an die integrierte zentrale Steuerelektronik des Ventilators.

Diese Steuerelektronik passt die Drehzahl des EC-Motors dem gewünschten Sollwert an und regelt so die Luftmenge (Bild 4). Mit Hilfe des zum Patent angemeldeten Flügel­radanemometers lässt sich der Volumenstrom mit einer Genauigkeit von +/– 1 % (auf den Endwert) regeln und das bei einem Luftleistungsbereich von 50 m³/h bis 500 m³/h (Bild 5). Dies ist deutlich genauer als bei den heute am Markt verfügbaren Systemen.

Bild 4: Die zentrale Steuerelektronik des Ventilators regelt die Luftmenge abhängig vom erfassten IST-Volumenstrom mittels eines im Luftstrom positionierten Flügelradanemometers.

Ein wesentlicher Vorteil der EC-Ventilatoren bei dieser Anwendung ist, dass ihr hoher Wirkungsgrad und die Regelgenauigkeit auch im Teillast­betrieb erhalten bleiben.

Dank der integrierten Volumenkonstanzregelung lässt sich eine effektive Wohnraumlüftung realisieren, ohne dass ein Unter- oder Überdruck im Wohnraum auftritt. Das beugt Feuchtigkeit in den Wänden und unerwünschter Kaltluftzufuhr von außen vor.

Dabei entstehen durch das zusätzliche Flügelrad weder Einbußen bei der Luftleistung noch störende Geräusche, sodass die Gesamtperformance des Ventilators unverändert bleibt. Auch Verschmutzungen sind kein Problem, wie Tests unter extremen Bedingungen mit Staub und erhöhter Luftfeuchtig­keit bewiesen haben.

Umfassende Sensorik und Kommunikation über MODBUS-RTU

Die in dem Gebläse integrierte zentrale Elektronik bietet neben der Motorsteuerung und Volumenstromregelung noch weitere Möglichkeiten. Durch die Integration eines Sensors im Ausblas des Gebläses kann die Feuchte und die Temperatur der geförderten Luft direkt erfasst werden. Darüber hinaus können zusätzlich drei externe Sensoren optional angeschlossen werden (Bild 6). Dazu stehen zwei analoge und ein digitaler Eingang (I2C) zur Verfügung. Über einen weiteren 1-10 V Eingang können z. B. CO2 oder VOC Sensoren zur Erfassung der Luftgüte angeschlossen werden.

Durch diese umfangreichen Möglichkeiten zur Erfassung der Luftqualität kann die Belüftung in den Wohnräumen optimal geregelt werden und es entsteht ein angenehmes Raumklima. Neben den Werten, die von den Sensoren detektiert werden, können auch noch die Betriebsdaten des Motors über die zentrale Ventilatorelektronik erfasst werden. So kann z. B. die Laufzeit des Gebläses zur Ermittlung des richtigen Zeitpunkts für den Filterwechsel erfasst werden. Alle Informationen lassen sich komfortabel über die MODBUS-RTU-Schnittstelle kommunizieren. Alternativ steht auch eine 0-10 V-Schnittstelle zur Verfügung, die der Anwender für die Steuerung der Ventilatordrehzahl bei Bedarf ebenfalls nutzen kann.

So wird der Ventilator zum intelligenten „Herz“ und zur zentralen Informationsquelle der kontrollierten Wohnungslüftungsanlage. Er ist also weit mehr als ein einfacher Ventilator, der Luft fördert.

Bild 5: Exempla­rische Darstellung der Volumen­konstanz-Regelstufen. Mit Hilfe des zum Patent angemeldeten Flügelrad­anemometers lässt sich der Volumenstrom mit einer Genauigkeit von +/– 1 Prozent regeln (gestrichelte Linie) und das bei einem Luftleistungsbereich von 50 m³/h bis zu 500 m³/h.

Bestens gerüstet für die EU-Ökodesign-Richtlinie

Bild 6: Die zentrale Steuerelektronik verarbeitet die Signale der angeschlossenen Sensoren, regelt den Motor und kommuniziert alle Daten über die MODBUS-RTU- Schnittstelle mit der Gerätesteuerung der Wohnungslüftungsanlage.

Die RadiCal Radialventilatoren im Spiralgehäuse werden je nach geforderter Nennluftleistung der Lüftungsgeräte in der Baugröße 190 in unterschiedlichen Leistungsstufen bis maximal 170 W angeboten. Die Baureihe wird durch weitere Baugrößen und Ausführungen erweitert. Außer den EC-Varianten steht auch eine AC-Ausführung ohne Sensorik für energetisch weniger anspruchsvolle Anwendungen zur Verfügung.

In den meisten Fällen dürfte es jedoch sinnvoll sein, auf die energieeffiziente, bedarfsgerecht regelbare EC-Technik zu setzen. Dies ist nötig, wenn mit dem Endgerät die Kennzeichnung mit einem möglichst hohen Energielabel angestrebt wird.

Bereits seit Januar 2016 müssen nach der EU-Ökodesign-Richtlinie Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung mindestens so viel Primärenergie einsparen, wie sie verbrauchen und ein entsprechendes Energielabel tragen. In den Jahren 2018 und 2020 werden sich diesbezüglich die Anforderungen weiter verschärfen.

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