Nachdem bis Anfang der 1990er-Jahre Axialventilatoren mit Laufschaufelregelung große zentrale lufttechische Anlagen aller Art hocheffizient mit Luft versorgten, begann bereits Ende der 80er-Jahre ein Wandel bei Großobjekten mit dezentralen lufttechnischen Anlagen, die nunmehr durch RLT-Geräte unterschiedlichster Größen die Objekte mit qualifizierter Raumluft versorgten. Von dem Zeitpunkt an wurden in den RLT-Geräten platzsparende sogenannte Freiläufer eingesetzt, quasi Radialventilatoren ohne Gehäuse. Denn Axialventilatoren bauten in der damaligen Bauweise für RLT-Geräte zu lang.
Eine bedeutende Rolle spielt aber heute die Energieeffizienz vor immer anspruchsvolleren Anforderungen. Aktuelle ZerAx-Axialventilatoren sind aufgrund ihres Variantenreichtums gegenüber Freiläuferausführungen in RLT-Geräten häufig technisch deutlich überlegen und bauen zudem deutlich kürzer als in der Vergangenheit.
Was heutige RLT-Geräte erfordern
Aktuelle RLT-Geräte zeichnen sich durch ein hohes Maß an Flexibilität aus und erfüllen zudem folgende Basisanforderungen:
niedriger Energieverbrauch
niedrige Strömungsgeschwindigkeit
glatte Innengestaltung
einfache Zugänglichkeit zum Zweck der Wartung/Reinigung
hohe Variabilität
Anpassung an Leistung und bauliche Gegebenheiten
Ebenfalls eine bedeutende Rolle spielt die Tatsache, dass mannigfaltige Vorgaben im Rahmen von Richtlinien, Zertifizierungsverfahren sowie der jeweils aktuellen Ökodesign-Richtlinien erfüllt werden müssen.
Einstieg in kürzere Axialventilatoren
Den Ventilatoren, die in RLT-Geräten den Löwenanteil an elektrischer Energie verbrauchen, wurde bislang relativ wenig Beachtung entgegengebracht. Speziell in deutschsprachigen Ländern wurden in RLT-Geräten ausschließlich Freiläufer eingesetzt, trotz der deutlich besseren Leistungsdaten einer neuen Generation von kürzeren Hochleistungs-Axialventilatoren.
Diesen Standpunkt hat als erster Hersteller von RLT-Geräten die Trubel Luft- und Klimatechnik GmbH, Eschwege, verlassen und eine Zusammenarbeit mit Novenco gestartet. In der Folge können Standard-RLT-Geräte von Trubel durch konstruktiv überarbeitete Axialventilatoren erheblich energieeffizienter, kürzer und entsprechend leichter gebaut werden.
Das hat der TÜV Süd am Beispiel eines Zuluftgerätes mit 20 000 m3/h Luftleistung bestätigt, das mit Novenco-Axialventilatoren ausgerüstet ist: 20 Prozent geringere elektrische Leistungsaufnahme, 33 Prozent kürzere Bauweise und 28 Prozent Gewichtsersparnis wurden in der neuen Testanlage in Olching ermittelt. Damit sind RLT-Geräte von Trubel mit den TÜV Süd-zertifizierten ZerAx-Axialventilatoren von Novenco somit auch für künftige Effizienzan-forderungen (eventuell bereits ab 1. Januar 2020) gewappnet.
Der Vorteil dieser Kombination liegt im Einsatz langjährig erprobter und komplett zertifizierter Komponenten und entsprechender Software. Es handelt sich also um kein neues Produkt, aber um ein solches mit sehr hohen ErP-Werten (Ventilator-, FU- und Motorwirkungsgrad). Weltweit tätige Großkonzerne aus den Bereichen Elektrotechnik und IT nutzen das Konzept bereits erfolgreich.
Anströmung
Die Anströmverhältnisse sind von großer Bedeutung. Eine gleichmäßige Luftverteilung über die gesamte Ansaugfläche des Laufrades ist eine weitere Voraussetzung für einen optimalen Wirkungsgrad. Konsolen von Fußmotoren verwendet Novenco nicht, denn sie erzeugen störende Turbulenzen. Bei den Einströmdüsen wurde auf eine bestmögliche Gestaltung des Düsenrandes geachtet: Ohne eine solche nahezu perfekte Abrundung besteht die Gefahr, dass die Strömung am Düsenrand abreißt.
Weg zum optimalen Wirkungsgrad
Die Größe, Lage und insbesondere die Ausdehnung des Wirkungsgradfeldes sind für den wirtschaftlichen Betrieb grundlegend. Die Wirkungsgrade sind dabei abhängig u. a. von minimaler Spaltbreite zwischen Schaufelspitze und Laufradgehäuse:
hochbelastbares Schaufelprofil
niedrige Oberflächenrauhigkeit der Schaufeln
günstige Anströmverhältnisse
effektiver Nachleitapparat
Bei Lösungen von Novenco ragen insbesondere die hohen Wirkungsgradspitzen und die weitgefächerten Wirkungsgradscharen im Teillastbetrieb hervor.
Auf den Antriebsmotor kommt es an
Als Antriebsmotoren werden bei RLT-Geräten heute vermehrt EC- oder PM-Motoren eingesetzt. Sie entsprechen der Wirkungsgrad-Klasse IE5 in Anlehnung an IEC 60034-30 mit Wirkungsgraden bis 96,1 Prozent und sind in Kombination mit den 92 Prozent des Hochleistungs-Axialventilators, insbesondere im Teillastbereich, eine herausragende Kombination.
Nachleitapparat und Diffusor
Axialventilatoren saugen axial an und blasen ebenso axial aus. Dabei erfährt das Fördermedium beim Verlassen des Laufrades jedoch eine sich in axialer Richtung fortsetzende nachteilige Drallströmung, die durch geeignete Leiträder, auch Nachleitapparat genannt, deutlich reduziert wird. Dadurch erreicht der Axialventilator einen annähernd drallfreien Austritt. Die so geminderte dynamische Energie kann mit einem ermittelten Wirkungsgrad in statischen Druck umgesetzt werden.
Weitere konstruktive Spezialitäten
Ungewöhnlich ist eine Platzierung der Ventilatoren am Ende des RLT-Gerätes. Diese Platzierung ermöglicht eine sowohl horizontale als auch vertikale Bauweise des Axialventilators, wodurch sich die RLT-Geräte teilweise erheblich verkürzen und sich so den oft räumlich eingeschränkten baulichen Gegebenheiten anpassen.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Diffusor in Form einer Art Rohrschalldämpfer auszuführen, als einen sogenannten akustischen Diffusor“. Damit sind austrittsseitig deutliche Schallreduzierungen möglich, die den Verzicht auf einen druckseitigen Schalldämpfer möglich machen. Je nach akustischen Anforderungen besteht darüber hinaus die Möglichkeit, im nachfolgenden Luftkanal einen druckseitigen (Rohr-)Kurzschalldämpfer unterzubringen. Das angeschlossene Luftkanalnetz minimiert zudem dabei die dynamischen Druckverluste des ZerAx-Axialventilators. Dadurch wird der Gesamtdruckverlust des RLT-Gerätes verringert.
Was bringt die Zukunft?
Ein Blick auf die Mindestanforderungen zeigt, dass ab 2018 verschärfte Anforderungen an RLT-Geräte und deren Komponenten gerade bezüglich auf die Energieeffizienz gelten. Die EU-Kommission hat sich zudem eine Verschärfung der Ökodesign-Richtlinie für RLT-Geräte ab 2020 vorbehalten. Die genannten energetischen und geometrischen Verbesserungen sind deutlich zielführender als bislang durchgeführte Maßnahmen, da sie häufig vom Invest her kostenneutral sind und in anderen Fällen ein Return-on-Investment (ROI) kurzfristig erzielbar ist.
Dipl.-Ing. Detlef Hagenbruch,
Consultant
TGA-Netzwerk,
Köln
Fußnoten
Literatur
Optimierung von RLT-Geräten mittels Axialventilatoren, Detlef Hagenbruch in Moderne Gebäudetechnik“, Ausgabe 4/2016
Mehr Effizienz nicht nur am Antrieb, Detlef Hagenbruch in Die Kälte + Klimatechnik“, Ausgabe 2/2016
