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Team­player für effi­zi­ente Kühl­türme

Bei Kühl­türmen für Rechen­zen­tren, Kran­ken­häuser oder indus­tri­elle Einrich­tungen sind die Anfor­de­rungen an die Effi­zienz gestiegen. Setzt man statt AC-Technik EC-Motoren ein, lassen sich Ener­gie­ver­brauch und Betriebs­kosten deut­lich redu­zieren. Außerdem lohnt sich der Umstieg auf EC-Venti­la­toren von ebm-papst, da sie in der Dreh­zahl stufenlos regelbar sind, Vernet­zungs­mög­lich­keiten bieten und harten Umge­bungs­be­din­gungen trotzen.


Venti­la­toren sind in Kühl­türmen dafür verant­wort­lich, die bei der Wasser­küh­lung eines Prozesses, einer Anlage oder eines Gebäudes entste­hende Abwärme effi­zient an die Umge­bungs­luft abzu­führen (Titel­bild). Gleich­zeitig müssen die einge­setzten Venti­la­toren sehr robust sein, denn weder hohe Luft­feuch­tig­keit, unter­schied­liche Umwelt­ein­flüsse noch schnelle Tempe­ra­tur­wechsel dürfen ihnen etwas anhaben.

Und last but not least sollten sie auch noch möglichst leise sein, vor allem wenn die Kühl­türme in der Nähe von Wohn­ge­bieten oder Misch­ge­bieten stehen.Mehrere kleine Venti­la­toren bringen Vorteile: flexible Anord­nung für kompakte Bauweise und gleich­mä­ßige Luft­ver­tei­lung.

Mehrere kleine Venti­la­toren bringen Vorteile: flexible Anord­nung für kompakte Bauweise und gleich­mä­ßige Luft­ver­tei­lung.

Mehr Venti­la­toren, mehr Vorteile

Mit konven­tio­nell aufge­bauten Kühl­türmen wird es immer schwie­riger, diese Forde­rungen zufrie­den­stel­lend zu erfüllen. Um die hohen Volu­men­ströme zu erzeugen, wird übli­cher­weise ein sehr großer Venti­lator einge­setzt, der über Getriebe oder Riemen von einem AC-Motor ange­trieben wird. Aufgrund der großen und damit schweren Einzel­teile handelt es sich um eine massive Konstruk­tion, die in der Regel erst auf der Baustelle montiert werden kann. Eine präzise Auswuch­tung des rotie­renden Lauf­rades ist dann kaum möglich, was im Betrieb häufig zu verfrühten Ausfällen führt. Oft arbeitet der Venti­lator im Zwei­stufen-, Stern/­Dreieck- oder Ein-/Aus-Betrieb.

Außerdem werden die Eckbe­reiche der Kühl­türme nur schlecht durch­strömt und die Türme sind sehr hoch, weil ein großer Abstand zwischen Venti­lator und Sprüh­düsen des Wärme­tau­schers einge­halten werden muss, um eine gleich­mä­ßige Durch­strö­mung zu errei­chen. Beim Ansatz von ebm-papst wird der große Venti­lator durch mehrere, parallel arbei­tende klei­nere Venti­la­toren ersetzt (ein soge­nanntes FanGrid), was in der Praxis einige Vorteile bringt.

 

Bild 2: Mehrere klei­nere Venti­la­toren bringen Vorteile: Sie lassen sich flexibel neben­ein­ander anordnen und der saug­sei­tige Abstand kann redu­ziert werden, so dass eine kompak­tere Bauweise möglich ist.

Die einzelnen Venti­la­toren lassen sich neben­ein­ander anordnen, sodass der zur Verfü­gung stehende Platz best­mög­lich ausge­nutzt wird (Bild 2). Bedingt durch den klei­neren Durch­messer des Venti­la­tors kann der Kühl­turm kompakter gebaut werden und – bezogen auf seine Grund­fläche – recht­eckig oder quadra­tisch sein. Die klei­neren Venti­la­toren sind leichter beim Hand­ling als ein einzelner großer. Letz­teres verein­facht den Trans­port und die Montage, ist aber auch bei einem Austausch hilf­reich.

ebm-papst bietet FanGrid-Venti­la­toren für Kühlturm­anwendungen wahl­weise in Axial- oder Radialaus­führung an.

Bis zum Austausch eines Venti­la­tors kann der Kühl­turm sogar ganz normal weiter­laufen. Die Dreh­zahl der anderen Venti­la­toren wird einfach so ange­passt, dass die Luft­leis­tung gleich bleibt. Die entspre­chenden Redun­danz­an­for­de­rungen können bereits bei der Ausle­gung berück­sich­tigt werden. Hinzu kommt, dass die Luft­ver­tei­lung wesent­lich gleich­mä­ßiger ist, wenn mehrere Venti­la­toren einge­setzt sind (Bild 3); alle Kompo­nenten werden besser durch­strömt und nach­tei­lige Tot-Zonen redu­ziert.

Bild 3: Vergleich Luft­durch­strö­mung: Die Luft­ver­tei­lung im FanGrid (rechts) ist wesent­lich gleich­mä­ßiger; alle Kompo­nenten werden besser durch­strömt.

Diese Vorteile lassen sich heute in den unter­schied­lichsten Ausfüh­rungen nutzen. Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst beispiels­weise bietet solche FanGrid-Venti­la­toren für Kühl­turm­an­wen­dungen wahl­weise in Axial- oder Radi­al­aus­füh­rung (Bild 4) an. Damit lassen sich unter­schied­liche Anfor­de­rungen an Druck­aufbau und Volu­men­strom erfüllen.

Bild 4: FanGrid-Venti­la­toren für Kühlturm­anwendungen gibt es wahl­weise in Axial- oder Radi­al­aus­füh­rung.

Axial­ven­ti­la­toren zeigen ihre Stärken bei hohen Volu­men­strömen und überschau­barem Druck­aufbau, also bei saugendem Betrieb. Radi­al­ven­ti­la­toren, bauart­be­dingt für höheren Gegen­druck ausge­legt, empfehlen sich dagegen für drückenden Betrieb. Zudem stehen verschie­dene Baugrößen mit unter­schied­li­chen Durch­mes­sern zur Auswahl.

Um für die unter­schied­li­chen Anwen­dungen die opti­male Venti­la­tor­kom­bi­na­tion zu finden, gibt es ein flexi­bles Auswahl­werk­zeug: den ebm-papst FanS­cout (Bild 5). Diese Soft­ware 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.

Um die opti­male Venti­la­tor­kom­bi­na­tion zu finden, gibt es ein flexi­bles Auswahl­werk­zeug: den ebm-papst FanS­cout.

Zusätz­lich gibt es die Möglich­keit, die Lebens­zy­klus­kosten der in Frage kommenden Kombi­na­tion zu ermit­teln. So erhält der Anwender eine belast­bare Kosten­auf­stel­lung als zuver­läs­sige Basis für Inves­ti­tions- als auch Moder­ni­sie­rungs­ent­schei­dungen.

EC-Technik: ener­gie­ef­fi­zient und leise

Trei­bende Kraft der Kühl­turm-Venti­la­toren 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. Damit ist eine immer bedarfs­ge­rechte Luft­menge garan­tiert. 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. Auch Lärm­schutz­be­stim­mungen lassen sich damit problemlos einhalten

Dass sich die Ener­gie­ein­spa­rung in der Praxis durchaus rechnet, zeigt ein Anwen­dungs­bei­spiel. Hier wurden in einem Kühl­turm statt eines großen Venti­la­tors mit 2.100 mm Durch­messer, vier Axial­ven­ti­la­toren mit je 910 mm Durch­messer einge­setzt, um den glei­chen Volu­men­strom von 87.040 m³/h bei 100 Pa stati­schem Druck zu erzeugen. Die Leis­tungs­auf­nahme sank dadurch von 7,8 kW auf knapp 5,3 kW (viermal 1,32 kW). In Summe brachte das Retrofit für den Betreiber eine jähr­liche Ener­gie­ein­spa­rung von fast 22.000 kWh.

 

Bild 5: Um für die unter­schied­li­chen Anwen­dungen die opti­male Venti­la­tor­kom­bi­na­tion zu finden, gibt es ein flexi­bles Auswahl­werk­zeug: den ebm-papst FanS­cout.

Zur Lauf­über­wa­chung können die Venti­la­toren über eine ebm-papst Cloud-Verbin­dung konti­nu­ier­lich über­wacht werden. Dabei werden interne Mess­werte, z. B. Dreh­zahl, Motor­tem­pe­ratur oder auch Vibra­ti­ons­werte ausge­lesen und an die ebm-papst Cloud über­mit­telt. Der Anwender hat dadurch die FanGrid-Venti­la­toren stets „im Blick“ und kann, falls erfor­der­lich, vorbeu­gende Wartungs­maß­nahmen am Kühl­turm einplanen.

Bei extremen Bedin­gungen erfolg­reich getestet

Um der beim Kühl­tur­m­ein­satz hohen Luft­feuch­tig­keit und den raschen Tempe­ra­tur­wech­seln stand­zu­halten, sind die Venti­la­toren sehr robust ausge­legt. Alle Kompo­nenten sind durch spezi­elle Beschich­tungen geschützt. Ihre Wider­stands­fä­hig­keit haben die Venti­la­toren-Baureihen unter extremen Prüf­be­din­gungen bewiesen. Salz­ne­bel­tests, Vibra­tions- und Schock­tests und eigens ent­wickelte Korro­sions- und Feuch­tig­keits­tests werden zur Quali­fi­ka­tion heran­ge­zogen. Dafür wurde von ebm-papst eine maßge­schnei­derte Umwelt­klas­si­fi­zie­rung H2+C geschaffen. Darüber hinaus verrichten ebm-papst EC-Venti­la­toren schon seit einigen Jahren in Kühl­türmen im Feld zuver­lässig ihren Dienst.

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