FanGrid für Präzisionstechnik

Die vier älteren Lüftungsanlagen in den Produktionshallen des Kunden wurden in der Vergangenheit schon einmal energetisch verbessert: Die alten polumschaltbaren Antriebsmotoren sind durch IE4 Motoren ersetzt worden, die durch das Nachrüsten eines Frequenzumrichters auch regelbar sind. Die Frequenzumrichter regelten die Drehzahlen der Ventilatoren und leiteten die Betriebsparameter direkt an die Gebäudeleittechnik weiter. Allerdings trieben die in den Lüftungsanlagen verbauten Motoren die Ventilatoren noch über Keilriemen an, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führte. Neben dem hohen Wartungsaufwand war auch die Betriebssicherheit nicht optimal gewährleistet, da die Riemen verschleißen und sogar reißen konnten. Es gabt also Optimierungspotential.

Spezialisten der Firma AIRnorm wurden mit dem Durchmessen der Hallenbelüftung beauftragt. Die Experten untersuchten und bewerteten dabei das Regelkonzept und erfassten die aktuellen Betriebsdaten wie Drücke, Volumenströme und elektrische Verbrauchsdaten. Mit Hilfe dieser Daten nahmen sie dann eine optimierte Auslegung vor. Hilfestellung gabt das ebm-papst Auslegungsprogramm „FanScout“, mit dessen Hilfe sich sehr schnell passende Ventilatoren auswählen ließen und das die Einsparpotenziale beim Verbrauch und den Betriebskosten aufzeigte. Das Ergebnis, zu dem die AIRnorm Spezialisten kamen: 30 % Energie lassen sich durch ein Retrofit der Lüftungsanlage mit Ventilatoren der aktuellen Generation einsparen. Neben den hocheffizienten Ventilatoren trägt dazu auch das Design des neuen Druckschotts bei. Es bewirkt eine Senkung der Differenzdrücke und sichert eine gleichmäßigere Durchströmung am Wärmerad sowie eine bessere Durchströmung der Schalldämpfer. Die für das Retrofit notwendige Investition würde sich, so berechneten die AIRnorm Spezialisten, in unter vier Jahren amortisieren. Die Geschäftsführung des Kunden war interessiert und bat um eine detaillierte Vorstellung des Projekts.

Anlagenverfügbarkeit im Fokus

Für den Kunden ging es im ersten Schritt zunächst um die Belüftung in der Produktionshalle 3, in der AIRnorm die Betriebsdaten und Energieverbräuche bereits ermittelt hatte. Doch die vorgeschlagene Retrofit-Maßnahme war übertragbar: Insgesamt gab es vier Produktionshallen mit ähnlichen Belüftungssystemen. Darunter fiel auch die Anlage in Halle 2, bei der die Maschinenabluft an die Lüftungsanlage angeschlossen ist. Hier spielte die Betriebssicherheit eine besonders große Rolle, da ein Ausfall der Anlage zu einem Produktionsstopp führen würde, weil die Halle ohne Abluftanlage in kurzer Zeit mit Ölnebelaerosolen geflutet wäre. Neben den Energieeinsparungen ließ vor allem die maximierte Betriebssicherheit durch die Redundanz, die ein Einbau eines FanGrids gewährleistet, den Kunden aufhorchen.

„Tritt am Laufrad oder am Gehäuse eines alten Ventilators ein Problem auf, gibt es dafür kurzfristig keine Ersatzteile“, erklärte Reiner Riedle, einer der Geschäftsführer bei der AIRnorm GmbH. „Die Beschaffungszeit aller Komponenten liegt hier bei Verfügbarkeit bei drei bis vier Wochen. Bei nur einem Ventilator in der Anlage fällt also gleich die gesamte Leistung weg.“ Bei einem FanGrid werden mehrere Ventilatoren parallel in Teillast betrieben, was zu einer höheren Effizienz der Anlage und längeren Lebensdauer führt. Zudem verfügt ein FanGrid in der Regel über Leistungsreserven für eine Erweiterung der Anlage. Sollte einer der Ventilatoren aufgrund eines Defekts ausfallen, wird die Drehzahl der restlichen bedarfsgerecht hochgeregelt und die fehlende Leistung ausgeglichen. Ein Produktionsstopp aufgrund eines Ausfalls der Ventilatoren könnte durch das Retrofit zukünftig also verhindert werden. Der Kunde beschloss deswegen, die Modernisierung der Lüftung in Halle 3 zurückzustellen und beauftragte AIRnorm mit dem Retrofit in Halle 2.

Kompletter Umbau in dreieinhalb Tagen

Das Retrofit fand während der Betriebsruhe in den Sommerferien statt. Eine Herausforderung war die Demontage des alten Antriebsmotors, der mit seinen 320 kg aus einer Höhe von zweieinhalb Metern sicher abgelassen werden musste. Mithilfe der vom Kunden bereitgestellten Hebezeuge erledigte AIRnorm den kompletten Umbau in dreieinhalb Tagen. Bei der Inbetriebnahme der neuen Hallenbelüftung bestätigten sich alle zuvor berechneten Werte. Künftig lassen sich pro Jahr allein durch diese Maßnahme rund 54.000 kWh Energie ­einsparen.

Doppeltes Know-how bringt schnelle Ergebnisse

Für die Projektierung holte sich AIRnorm Unterstützung bei Breuell & Hilgenfeldt, dem Vertriebspartner für Retrofits von ebm-papst. AIRnorm übernahm dabei die Erfassung der Betriebsparameter der Bestandsanlage sowie die Auslegung der optimierten Anlage und besprach sie anschließend mit einem der Retrofit-Spezialisten von Breuell & Hilgenfeldt. Das „FanScout“ Auslegungsprogramm von ebm-papst verifizierte die Ergebnisse. Die vorhandenen Motoren, die jeweils einen Radialventilator für die Ab- und Zuluft antrieben, sollten durch je ein FanGrid pro Zu- und Abluft mit jeweils fünf „RadiPac C“ EC-Ventilatoren von ebm-papst ersetzt werden. Eine sechste Aufnahmeöffnung wurde beim Design bereits vorgesehen und zunächst mit einem Blech verschlossen, um bei Bedarf einen weiteren Ventilator aufzunehmen. Dies kann beispielsweise notwendig werden, wenn die Hallenlüftung insgesamt restrukturiert wird oder weitere Werkzeugmaschinen hinzukommen.

Bei den neuen Ventilatoren entschieden sich die Retrofitspezialisten für den „Radi­Pac C“ EC-Radialventilator. Er verfügt über einen leistungsstarken, auch im Teillastbetrieb hocheffizienten 6-kW-Antrieb bei gleichzeitig kompakten Einbaumaßen. Aufgrund seiner Plug-&-Play-Fähigkeit und Tragspinnenkonstruktion ist er bereits einbaufertig zur Wandmontage vorbereitet. Die Steuerungselektronik ist standardmäßig Teil des Komplettpakets und vereinfacht den Anschluss an die Anlagensteuerung. Die automatische Resonanzerkennung des „RadiPac C“ hilft dabei, schädigende Vibrationen zu vermeiden und vorzeitige Lagerschäden zu verhindern.

Da es beim Kunden auf der Zuluftseite nur eine Zugangstür zur Ventilatorkammer gab, sah AIRnorm im FanGrid ein herausnehmbares Segment vor, das den Zugang zum Ventilator auch auf der saugseitigen Seite und zur Reinigung des Heizregisters erlaubt, ohne dass eine Seitenwand abgebaut werden muss. Das vereinfacht Wartungsarbeiten, wie beispielsweise das Reinigen des Wärmeübertrager-Registers, erheblich.

Neben den beiden FanGrid für die Zu- und Abluft waren auch zwei Schaltschränke mit MDC von Breuell & Hilgenfeldt Teil des Projektumfangs. Diese ersetzten den bisherigen Frequenzumrichter und leiten nun die Signale eins zu eins an die bestehende Gebäudeleittechnik weiter. Da die Kabelabgänge im Schaltschrank genormt sind, und die für die Frequenzumrichter vorgesehenen geschirmten Zuleitungen beim Kunden einen größeren Durchmesser hatten, lieferte Breuell & Hilgenfeldt Schaltschränke mit größeren Kabeleinführungen.

Der Kunde ist hochzufrieden mit dem Ablauf der Modernisierung. Und es steht bereits fest, dass das erst der Anfang war. Für die Lüftungsanlagen in vier weiteren Produktionshallen sind ebenfalls Retrofits vorgesehen.