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Mehr Leistung, weniger Geräusch

Axialventilatoren geben in jedem Betriebspunkt ihr Bestes


Bei Axialventilatoren, die in Verdampfern, Verflüssigern oder Wärmeübertragern der Luft-, Klima- und Kältetechnik arbeiten, sind außer dem geforderten Volumenstrom immer auch Energieeffizienz und Geräuschemission entscheidend. Diese beiden Anforderungen werden für Anwender immer wichtiger. Dazu tragen sowohl gesetzliche Vorschriften wie die ErP-Richtlinie (Energy related Products-Directive), als auch höhere Energiepreise und ein wachsendes Umweltbewusstsein bei. In Zukunft wird sich diese Entwicklung noch verstärken. Bei der ErP-Richtlinie beispielsweise zeichnen sich weitere Verschärfungen bereits ab; nächste Schritte sind für 2020 geplant.

Moderne Axialventilatoren überzeugten bereits in den letzten Jahren durch zunehmend hohe Wirkungsgrade und leisen Lauf. Ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess hat ihre Entwicklung geprägt: Während beispielsweise 2004 der statische Gesamtwirkungsgrad bei etwa 35 % lag, stieg der Wert in den folgenden acht Jahren auf ca. 45 %, und das bei einer Geräuschreduzierung um bis zu 8 dB(A) gegenüber den Vorgängermodellen. Bei den Motoren gibt es aktuell kaum noch Optimierungspotential, die GreenTech EC-Motoren beispielsweise liegen mit Wirkungsgraden von weit über 90 % heute schon deutlich über den Werten, die aus der Effizienzklasse IE4 bekannt sind.

Alle Optimierungspotentiale ausreizen

Bild 1: Verlustdiagramm bei einem frei ausblasenden Axialventilator, gemessen mit Schutzgitter.

Für weitere Verbesserungen müssen Ventilatoren-Hersteller nun „an allen Schrauben drehen“. Dafür gilt es den Ventilator als Gesamtsystem zu betrachten, bestehend aus Laufrad, Motor, Gehäuse und Ansteuerelektronik, damit sich verbleibende Optimierungspotentiale ausreizen lassen. Alle Komponenten, selbst die Einbausituation im Anwendergerät, müssen in den Verbesserungsprozess mit einbezogen werden (Bild 1). Wirkungsgradsteigerungen lassen sich heute nur mit Verbesserungen bei der Aerodynamik erreichen. Bei strömungstechnischen Optimierungen gilt es dann die anwendungsspezifischen Betriebspunkte zu berücksichtigen, damit die Ventilatoren im eingebauten Zustand auch tatsächlich mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad arbeiten.

Der Motoren- und Ventilatorenspezialist ebm-papst hat jetzt diesen Ansatz umgesetzt: Mit dem AxiBlade wurden neue Axialventilatoren (Bild 2) entwickelt, die in ganz unterschiedlichen Anwendungen mit einem Wirkungsgradoptimum von bis zu 54 % arbeiten. Dabei kann eine Geräuschreduktion von bis zu 8 dB(A) gegenüber dem Standardprogramm erzielt werden. Außer mit den besonders energieeffi­zienten GreenTech EC-Motoren gibt es die „Neuen“ auch mit den nach wie vor weit verbreiteten AC-Motoren. Aktuell sind bereits die Baugrößen 800 und 910 erhältlich.

Die passende Lösung für jeden Druckbereich

Bild 2: Das AxiBlade System mit Nachleitrad.

Bei Ventilatoren muss man berücksichtigen, dass je nach Anwendung und Einbausituation unterschiedlich hohe Gegendrücke im Spiel sind. Einen Ventilator, der unter allen Bedingungen mit gleichem Wirkungsgrad oder Geräusch arbeitet, gibt es nicht – die „eierlegende Wollmilchsau“ sucht man also auch hier vergebens. Im Hinblick auf die zu erwartenden Anwendungsbedingungen stehen optimierte Plug & Play-Systemlösungen der AxiBlade Baureihe zur Auswahl.
Je nach geforderten Druckbereichen empfiehlt sich der Einsatz eines Nachleitrades. Seine drucksteigernde Wirkung minimiert Abströmungsturbulenzen, damit die dynamischen Verlustanteile, und trägt so ebenfalls zur besseren Energiebilanz bei. Hinzu kommen Laufräder mit profilierter Schaufelgeometrie und Winglets für einen maximalen Wirkungsgrad. Diese sind im Hinblick auf die unterschiedlichen Motoren ausgelegt, mit denen sie kombiniert werden können. Auch das steigert die Effizienz und reduziert die Laufgeräusche.
Als Antriebe können je nach Anwenderwunsch GreenTech EC-Motoren mit integrierter Ansteuerelektronik oder herkömmliche AC-Motoren eingesetzt werden. Die auf die unterschiedlichen Kombinationen abgestimmten Schutzgitter sind nach strömungstechnischen Kriterien optimiert. Sie dienen nicht nur dem Berührungsschutz, sondern tragen zusätzlich noch zum hohen Gesamtwirkungsgrad der Axialventilatoren bei.

Bild 3: Das Diagramm zeigt die applikationstypischen Betriebspunkte des AxiBlade. Die dunklen Bereiche stehen für die hohen Gegendrücke bis 290 Pa, in denen das System mit dem Nachleitrad seine Vorteile ausspielen kann. Die hellen Bereiche stehen für Niedrigere bis mittlere Gegendrücke (bis ca. 200 Pa) – der Einsatzbereich für die Variante ohne Nachleitrad.

Auf diese Weise lassen sich die neuen Axialventilatoren optimal auf die jeweilige Anwendung auslegen. So eignet sich die Version ohne Nachleitrad für niedrige bis mittlere Druckbereiche bis 200 Pa. Die Vorteile des Nachleitrades kämen in diesem Fall nicht zur Geltung. Wirkungsgrad und Betriebsgeräusch sind auch ohne dieses weit besser als der heute übliche Marktstandard. Interessant wird das Nachleitrad für hohe Gegendrücke bis 290 Pa, hier ist das Nachleitrad essentiell, um die hohe Effizienz zu erreichen (Bild 3).

Gleiche Grundfläche wie der Marktstandard

Da die Grundfläche der neuen Axialventilatoren dem heutigen Marktstandard entspricht, sind am Endgerät praktisch keine Designänderungen notwendig (Bild 4). Dabei sind die Ventilatoren niedriger als die sonst üblichen Varianten. Die Bauhöhe dürfte zwar in den meisten Anwendungen eine eher untergeordnete Rolle spielen, nicht jedoch beim Transport. Hier zählt jeder Zentimeter, wenn man die Geräte auf Paletten oder in Containern unterbringen muss.

Bild 4: Gleichbleibende Einbaufläche: Mehr Kälteleistung auf dem gleichen Footprint wie bisherige Ventilatoren. Hier dargestellt ist ein Verflüssiger für die Kältetechnik mit zehn Axialventilatoren.

Die Vorzüge der EC-Varianten der Ventilatoren liegen auf der Hand: Dazu zählt beispielsweise die Drehzahlregelung über die integrierte Elektronik. Die Drehzahl kann so immer bedarfsgerecht an die aktuellen Anforderungen angepasst werden. Das rechnet sich für den Anwender besonders schnell, da EC-Motoren auch im Teillastbereich mit ihren hohen Wirkungsgraden punkten. Zudem arbeiten sie im Gegensatz zu drehzahlgeregelten Asynchronmotoren ausgesprochen leise, da deren Triac- oder Frequenzumrichter-Regelung zwangsläufig Geräusche erzeugt. Weitere Vorteile sind die hohe Leistungsdichte, die kompakten Abmessungen und die Möglichkeit, Betriebsdaten und Zustände jederzeit abzufragen (Monitoring).

Der neueste EC-Motor, der ebenfalls im neuen Modul-System verwendet wird, bietet zudem programmierbare Schnittstellen. Außerdem eignet er sich für Einsätze rund um den Globus, da er mit allen Spannungsvarianten und Netzformen arbeitet. Eine drahtlose Parametrierung ist per RFID (Radio-Frequency Identification) möglich und eine Status-LED signalisiert den jeweiligen Betriebszustand. Alles in allem bieten die anwenderspezifisch im Werk vorkonfigurierten AxiBlade Ventilatoren für Verdampfer, Verflüssiger und Wärmeübertrager damit beste Voraussetzungen, um den ständig steigenden Anforderungen an Energieeffizienz, leisen Lauf, niedrige Betriebskosten und Bedienkomfort auch in Zukunft Rechnung zu tragen.

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