© fotolia.com/pavel1964

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.

Bitte füllen Sie folgende Felder aus: Kommentar, Name & E-Mail-Adresse (Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht). Bitte beachten Sie dazu auch unsere Datenschutzerklärung.