EC-Tech­no­logie oder VFD?

Im Bestreben, unsere Treib­haus­gas­emis­sionen zu senken, wird in vielen Ländern auf der ganzen Welt zum Einsatz von Frequenz­um­rich­tern (Variable Frequency Drive, VFD) in Verbin­dung mit Induk­ti­ons­mo­toren aufge­rufen. Der Grund dafür ist, dass VFDs gemäß dem Potenz­ge­setz vor allem bei Venti­la­toren und Pumpen erheb­liche Ener­gie­ein­spa­rungen ermög­li­chen. Dies täuscht jedoch darüber hinweg, dass dreh­zahl­ge­re­gelte Antriebe mit versteckten Kosten verbunden sind und es durchaus tech­nisch bessere Alter nativen wie beispiels­weise EC-Motoren gibt.

Das Gesetz der dritten Potenz besagt, dass sich die zum Drehen eines Lüfter­rades erge­bende Leis­tungs­än­de­rung propor­tional zur dritten Potenz der Dreh­zahl­än­de­rung verhält. So sinkt bei einer Verrin­ge­rung der Dreh­zahl auf 50 Prozent die aufge­nom­mene Leis­tung auf 12,5 Prozent. Durch eine Anpas­sung der Dreh­zahl auf den Mindest­be­darf lassen sich erheb­liche Ener­gie­ein­spa­rungen erzielen. Dieses Gesetz ist jedoch mit Vorsicht zu genießen, da die Theorie nicht einfach auf die Praxis über­tragen werden kann. Es wird von einem turbu­lenten Luft­strom über den gesamten Regel­be­reich ausge­gangen, was sehr unwahr­schein­lich ist. Zudem bleiben feste Verluste in Motor und Umrichter unbe­rück­sich­tigt. Einspa­rungen lassen sich erzielen, aber sie sind nicht so hoch, wie es das Gesetz impli­ziert.

VFDs sind mit versteckten Kosten verbunden, die beispiels­weise durch höhere Motor­ver­luste entstehen. Die IEC60034-31, eine Auflis­tung ener­gie­ef­fi­zi­enter Motoren einschließ­lich dreh­zahl­ge­re­gelter Anwen­dungen, weist darauf hin, dass mit dem Einsatz eines VFD die Motor­ver­luste um zwei bis fünf Prozent, unter ungüns­tigen Umständen sogar um 15 bis 20 Prozent steigen können. Zusätz­lich treten auch im Frequenz­um­richter Verluste auf, wobei kleine Antriebe weniger effi­zient sind als große. Daneben sind die Verluste auch von der Schalt­fre­quenz des Antriebs abhängig. Nieder­fre­quentes Schalten erzeugt die geringsten Verluste, aller­dings kommt es hierbei auch zu höheren Geräusch­emis­sionen. Deshalb wird der Antrieb meist mit einer hohen Schalt­fre­quenz betrieben, was wiederum zu höheren Verlusten führt. Zum Beispiel besitzt ein 1,1-Kilowatt-Antrieb einen typi­schen Wirkungs­grad von 95 Prozent bei nied­rigen und 92 Prozent bei hohen Schalt­fre­quenzen. Ein weiterer Verlust, der meist über­sehen wird, ist mit der Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur verbunden.

Addieren wir diese Verluste und verglei­chen sie mit alter­na­tiven Tech­no­lo­gien, kommen die wahren Kosten zum Vorschein. Ange­sichts der Tatsache, dass bei EC-Motoren eine dreh­zahl­ge­re­gelte Antriebs­tech­no­logie sowie die Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur bereits enthalten sind, lassen sich die damit verbun­denen Verluste bereits an den Leis­tungs­daten deut­lich erkennen. Ein hoch­ef­fi­zi­enter (IE2) 4-poliger Induk­ti­ons­motor mit 1,1 Kilo­watt hat einen Wirkungs­grad von 81,4 Prozent. Zählt man hier VFD, Filter und erhöhte Motor­ver­luste hinzu, führt dies zu einem Gesamt­wir­kungs­grad von 73,3 Prozent, was einem versteckten Verlust von 150 Watt entspricht. Ein vergleich­barer EC-Motor hat einen Wirkungs­grad von 87 Prozent und spart damit 236 Watt ein (siehe Grafik). Ange­sichts einer theo­re­ti­schen Ener­gie­ein­spa­rung von 78,5 Prozent bei halber Lüfter­dreh­zahl ist es verständ­lich, dass die Anwen­dung varia­bler Lüfter­dreh­zahlen in manchen Ländern gesetz­lich unter­stützt wird. Dies sollte jedoch nicht auf Frequenz­um­richter beschränkt bleiben, da diese mit versteckten Kosten verbunden sind, die bei Alter­na­tiven wie der EC-Tech­no­logie offen sind. EC ist darüber hinaus bei höherem Wirkungs­grad und stufen­loser Regel­bar­keit auch noch ener­gie­spa­render.