Das ausschlaggebende Entscheidungskriterium für die Energieeffizienz von Ventilatoren ist allerdings der Systemwirkungsgrad, der sich aus den Wirkungsgraden des Ventilators, Motors und Frequenzumrichters (FU) zusammensetzt. Für den deutschen Markt ist es unerlässlich, eine entsprechende Zertifizierung der Leistungsdaten durch einschlägige Fachunternehmen (z. B. den TÜV Süd) zu erreichen, was Novenco inzwischen gelungen ist.
Anforderungen an einen Ventilator
Die Ausführungsgüte hochwertiger RLT-Geräte für den Innen-, Außen- (in wetterfester Ausführung) und Hygienebereich be-zieht sich im Wesentlichen auf die folgendenfünf Hauptkriterien: thermische Isolierung, Schallisolierung, Luftdichtigkeit, mechanische Festigkeit und auch Brandschutz. Die Anforderungen an Komponentenhersteller im Hinblick auf Energieeinsparungen und CO2-Reduzierungen sind in der Vergangenheit erheblich verschärft worden und werden sich weiter verschärfen. Damit sollen die RLT-Anlagen, die RLT-Geräte und die Komponenten mit höchstmöglicher Wirtschaftlichkeit betrieben werden. Dazu zählen Filter, Wärmerückgewinnung (WRG), Schalldämpfer, Wärmeübertrager, Befeuchter, Klappen, Geräteanschlüsse, aber auch der Wärmedurchgang sowie die Ventilatoren einschließlich der dazugehörenden Antriebsmotoren.
Hohes Energieeinsparpotenzial
Der größte Teil der Energiekosten eines RLT-Gerätes wird durch die elektrische Antriebsleistung der Zu- und/oder Abluftventilatoren verursacht. Insgesamt entfallen ca. 40 bis 70 Prozent der Betriebskosten einer RLT-Anlage auf die Energiekosten. Das heißt, dass Einsparungen in diesem Bereich deutlich zielführender sind als andere Maßnahmen. Wie groß das Energieeinsparpotenzial allein im Bereich Ventilatoren ist, zeigt sich am Beispiel bislang im deutschen Markt weitgehend unberücksichtigt gebliebener Hochleistungs-Axialventilatoren, die sich energetisch und durch ihre große Variabilität abheben. Deren Bauweise ähnelt eher einer Hochleistungsturbine denn als eines Ventilators.
Neben den sehr hohen Ventilator-Spitzenwirkungsgraden sind insbesondere die enormen Teillastwirkungsgrade bemerkenswert. Damit tragen die Axialventilatoren zu einem besonders wirtschaftlichen Betrieb der gesamten RLT-Anlage bei. Wesentlicher Beitrag dazu sind reduzierte Energiekosten, die vor allem durch die niedrige elektrische Antriebsleistung der Zu- und Abluftventilatoren entstehen. Weitere Details der Ventilatoren sind das ausgedehnte Kennfeld hoher Wirkungsgrade und die erzielbaren großen statischen Drücke.
Axialventilatoren bis 2 m Durchmesser
Mit der Entwicklung des ZerAx-Axialventilators mit bis zu 2 m Durchmesser, einer Luftleistung von bis zu 350 000 m3/h und mit über 3 000 Pa Gesamtdruck liegt eine Lösung mit hoher technischer Leistung, insbesondere auch im Teillastbereich, vor. Bisher hat er bereits zahlreiche halbaxiale, axiale sowie freilaufende Ventilatoren bis hin zu doppelflutigen Radialventilatoren ersetzt und damit die Energiebilanz von RLT-Anlagen deutlich verbessert. Dabei wurden früher bestehende Platzprobleme mittlerweile überwunden.
Motorentechnik gibt den Takt
Bei den Ventilatorantriebsmotoren haben sich schon vor längerer Zeit Asynchronmotoren bis zur Energieeffizienzklasse IE 3 mit entsprechenden Wirkungsgraden durchgesetzt, die durch höhere Materialqualität und Verarbeitung erreicht wurden. Diese Werte werden – derzeit noch in mittleren Leistungen – nun durch Asynchronmaschinen und EC-Antriebsmotoren der Energieeffizienzklasse IE 4 noch deutlich überschritten. Speziell in Kombination mit intelligenten Frequenzumrichtern erzielen derzeit EC-Motoren die höchsten Antriebswirkungsgrade.
Moderne Axialventilatoren haben in weiten Bereichen des Kennfeldes hohe Wirkungsgrade, die nur wenig unter dem Maximum liegen. Ebenso sind die EC-Motoren in der Lage, auch im Teillastbereich die Effizienz nahe dem Optimum zu halten. Die Kombination beider Techniken ermöglicht daher eine enorme Effizienzsteigerung, auch und gerade abseits des vom Planer ausgelegten Betriebspunktes. Entscheidend für den sinnvollen Einsatz dieser neuen Techniken ist also das Zusammenspiel zwischen Ventilator, Motor und Frequenzumrichter, das als Gesamtsystem intelligent kombiniert, abgestimmt und getestet werden muss. Dieser hohe Systemwirkungsgrad lässt sich im RLT-Gerät nur umsetzen, wenn das System aus einer Hand kommt. Denn erst im Zusammenspiel erkennt man die Effizienz eines Gesamtsystems.
Einfluss der Strömungsgeschwindigkeiten
Bei direktangetriebenen Ventilatoren jeglicher Bauart sind die Strömungsgeschwindigkeiten im Gerät relativ hoch, während die Geschwindigkeit im RLT-Gerät unter 2 m/s liegen soll. Bei Anordnung der Ventilatoren in Gerätemitte bedeutet dies, dass die gesamte Luftmasse permanent von 2 m/s auf Geschwindigkeiten bis ca. 15 m/s beschleunigt und danach wieder abgebremst werden muss. Diese Verzögerung geschieht bei freiem Austritt durch Verwirbelungen, bei denen die dynamische Energie der Luftmasse in Wärme übergeht.
Bei Gehäuseventilatoren lässt sich diese dynamische Energie für das System nutzen, wenn der Ventilator am RLT-Geräteaustritt angeordnet wird und direkt in das angeschlossene Kanalsystem bläst. Nur bei Axialventilatoren lässt sich die Strömungsenergie jedoch ohne Umlenkung und mittels eines symmetrisch angeströmten Diffusors optimal nutzen und dem System wieder zuführen. Das ganze RLT-Gerät wird dann vom Eintritt bis zum letzten Bauteil mit nahezu gleich-bleibender Geschwindigkeit durchströmt. Übliche stark verlustbehaftete Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge entfallen, was den inneren Gesamtdruckverlust des Gerätes ebenfalls reduziert.
Die unvermeidliche Beschleunigung der Strömung am Geräteaustritt übernimmt der Ventilator und kann dabei die gesamte Energie des Luftstroms mittels des Diffusors nahezu verlustlos dem System wieder zuführen. Darüber hinaus besteht zusätzlich die Möglichkeit, den Diffusor als Rohrschalldämpfer auszuführen, also als sogenannten akustischen Diffusor“. Damit sind zusätzliche Schallreduzierungen in der Größenordnung von 10 bis 15 dB austrittsseitig möglich – und das allein im Bereich der Ventilatoreinheit und ohne jeglichen Druckverlust. Somit besteht die Möglichkeit, den druckseitigen Schalldämpfer deutlich kleiner zu gestalten oder sogar entfallen zu lassen und dadurch den Gesamtdruckverlust des RLT-Gerätes weiter zu reduzieren.
Axialventilatoren stärker berücksichtigen
Bisher wurden mithilfe der genannten Maßnahmen mit Axialventilatoren Effizienzsteigerungen gegenüber hochentwickelten Freiläufern von bis zu 20 Prozent allein bei der Ventilatoreinheit erzielt. Angesichts der bevorstehenden technischen Hürden, die durch die Ökodesign-Richtlinie vorgegeben werden, sollten bei der Entwicklung von modernen RLT-Geräten die Möglichkeiten von Axialventilatoren nicht mehr unberücksichtigt bleiben. Sie haben sich seit Jahrzehnten im Anlagenbau, in Kraftwerken, bei der zentralen Tunnelbelüftung, im Bergbau und überall dort bewährt, wo große Leistungen, hohe Effizienz und flexible Einsatzmöglichkeiten gefragt sind. Wachsende Anforderungen an die Effizienz auch von kleinen Leistungseinheiten machen es mittlerweile notwendig, diese Technik in die Planung und Ausführung von zukunftsweisenden lufttechnischen Anlagen und RLT-Geräten mit einzubeziehen.
Neue Richtlinie vermeidet Irritationen
In der Vergangenheit war für viele RLT-Fachleute eine wesentliche Effizienzsteigerung mithilfe der Einheit aus Ventilator, Frequenzumrichter und Antrieb nicht vorstellbar. Noch bis in die 90er-Jahre hinein haben Ventilatorenhersteller durch unterschiedliche Eigenmessungen und teilweise wenig nachvollziehbare Leistungsangaben zur Verwirrung der RLT-Gerätehersteller (als wichtigste Anwendergruppe) beigetragen. Letztere entnahmen technische Angaben, wie Leistungsumfang, Leistungsdaten, Abmessungen etc., den Konfigurationsprogrammen unter anderem der Ventilatorenhersteller, ohne eine ausreichende Sicherheit bezüglich der Richtigkeit zu haben. Das betraf natürlich auch andere Komponentenhersteller, die das RLT-Gerät komplettierten. Letztendlich waren die technischen Angaben zu den kompletten RLT-Geräten mit teilweise großen Toleranzen behaftet.
Um diese Unsicherheiten auch gegenüber den Anlagenbauern, Betreibern und Anwendern auszuschließen, hat der Herstellerverband RLT-Geräte (früher RAL-Gütegemeinschaft RLT-Geräte) eine überarbeitete Grundsatzrichtlinie geschaffen, die RLT-Richtlinie 01 (Stand 08 / 2014).
Umfang der Zertifizierungsprüfungen
Auf Basis der RLT-Richtlinie 01 und weiteren Prüfrichtlinien des RLT-Herstellerverbandes prüft der TÜV Süd die Einhaltung der Anforderungen an die Energieeffizienzklassen für RLT-Geräte. Dabei wird die Auslegungssoftware des Ventilatorherstellers überprüft, welche die gesamte zu kennzeichnende Baureihe abdeckt.
Freigegeben wird die Komponenten-Auslegungssoftware der Ventilator-Baureihe dann, wenn die Berechnungsalgorithmen auf einer für das Baureihenspektrum ausreichenden Anzahl von Messungen an mindestens drei Baugrößen basieren. Diese Messungen müssen von einer freigegebenen Prüfstelle oder einem akkreditierten Hersteller durchgeführt worden sein. Die über das Komponenten-Auslegungsprogramm berechneten Werte und die bei den Messungen ermittelten Werte dürfen die Vorgabewerte für den statischen Druck und die elektrische Leistungsaufnahme nicht überschreiten, wobei enge Toleranzgrenzen gelten. Für diese gelten Korrekturfaktoren in Abhängigkeit der vom Lieferanten angegebenen Lieferklasse. Diese Korrektur dient der Berücksichtigung von möglichen Abweichungen der Ist-Werte von den Auslegungswerten. Die Klasseneinteilung erfolgt nach DIN 24166. Abschließend wird ein Prüfbericht erstellt, der nur für die geprüften Typen und nicht auf alle Baureihen übertragen werden kann.
Fazit
Der Hochleistungsventilator ZerAx hat die Prüfung des TÜV-Süd erfolgreich absolviert und steht damit auch allen RLT-Geräteherstellern des Herstellerverbandes RLT-Geräte e. V. uneingeschränkt mit dem TÜV-Siegel zur Verfügung. Ergänzend ist festzustellen, dass die Zertifizierungsmessungen auf dem Prüfstand des TÜV-Süd nochmals bessere Werte als auf dem AMCA-Prüfstand von Novenco ergeben haben.
Bei den im deutschen Markt überwiegend zertifizierten RLT-Geräten dürfen deren Hersteller zugelieferte Komponenten wie Ventilatoren eines bestimmten Fabrikats und Typs nur dann einsetzen, wenn die vom Komponentenhersteller angegebenen Werte verifiziert sind.
Systemair: Rohrventilator prioair in neuer Baugröße
Der prioAir Rohrventilator von Systemair ist jetzt auch in der Baugröße DN 250 erhältlich. Das speziell entwickelte Laufrad mit dazugehörigem Nachleitwerk arbeitet mit strömungstechnisch optimierter Geometrie im maximalen Bereich. Dadurch erreicht der prioAir einen sehr hohen Wirkungsgrad und den niedrigsten SFP-Wert (Specific Fan Power = elektrische Leistungsaufnahme) sowohl beim EC- wie auch beim AC-Ventilator. Durch den integrierten EC-Motor ist die Drehzahl durch 0–10 V- oder PWM-Signal zu 100 Prozent steuerbar. Die EC-Technologie sorgt für einen reduzierten Energieverbrauch und senkt die Betriebskosten. Aufgrund des innenliegenden Außenläufermotors sind die Abmaße entsprechend kompakt und der Platzbedarf ist sehr gering. Der Herstellung aus speziellem Verbundwerkstoff verdankt der prioAir sein geringes Gewicht und die lange Lebensdauer. Der leicht und schnell zu montierende Rohrventilator eignet sich besonders für moderne Lüftungssysteme in Industrie-, Gewerbe- und Wohnungsbau. Außerdem überzeugt der prioAir durch seinen geräuscharmen Betrieb und ein absolut luftdichtes Gehäuse (Dichtheitsklasse C gemäß EN 12237:2003). www.systemair.de
ebm-papst: Hochlauf in 3 bis 4 Sekunden
Für den Einsatz in Personenschleusen vor Reinräumen oder für Torluftschleier an Lkw-Verladerampen, aber auch in Anlagen zur Kühlung von Leistungselektronik oder Ablufthauben in Großküchen hat ebm-papst eine neue EC-Trommelläuferbaureihe entwickelt. Sie erreichen Volumenströme bis ca. 3 300 m3/h bei lediglich 3 bis 4 s Hochlaufzeit. Das Herz“ der Hochläufer besteht aus einem GreenTech EC-Motor mit 0,75 kW Leistung. Die Motorelektronik ist nicht direkt am Motor, sondern außen am Spiralgehäuse angebracht. Noppen an der Unterseite des Elektronik-Gehäuses erhöhen die Leistungsdichte der Steuerelektronik und verhindern zuverlässig eine Überhitzung. Die Elektronik ist gegen Umgebungseinflüsse wie Feuchtigkeit oder Staub geschützt. Ihr Gehäuse besteht aus widerstandsfähigem Aluminium-Druckguss und erfüllt die Anforderungen der Schutzart IP54. Die neuen EC-Trommelläuferventilatoren erlauben einen problemlosen Parallelbetrieb mehrerer Ventilatoren. www.ebmpapst.com
Dipl.-Ing. Detlef Hagenbruch,
Inhaber des Beratungsbüros TGA-Netzwerk in Köln, war in den 70er-Jahren bis Ende der 80er-Jahre CEO der damaligen Novenco GmbH
