Kompakter Ventilator für höhere Luftleistungen und mehr Effizienz in der Klimatechnik

Der Austausch von Luft ist die Grundlage für ein optimales Raumklima für Menschen und für die Kühlung von Elektronik. Sie ersetzt verbrauchte Luft in Gebäuden mit Publikumsverkehr oder führt große Abwärmemengen in Rechenzentren oder Produktionsanlagen ab. In beiden Fällen müssen große Volumenströme möglichst wirtschaftlich gefördert werden. Die Ventilatorenspezialisten von ebm-papst haben für solche Aufgaben ein neues Ventilatorendesign entwickelt, das große Volumen mit hohem Wirkungsgrad auf kleinem Bauraum fördert und so viele Vorteile für moderne Klima- und Lüftungsgerätehersteller bietet. Der Ventilator ermöglicht selbst in engen Luftführungen eine hohe Leistungsdichte und einen turbulenzarmen Betrieb in FanGrids.

Optimierte Laufradgeometrie aus Verbundwerkstoff

Klimatisierung ist ein wesentlicher Kostenfaktor, wenn man die Betriebsbilanz von größeren Gebäuden, Rechenzentren oder Produktionsanlagen betrachtet. Da diese 24/7 in Betrieb sind, rechnen sich hier Investitionen in effizientere Komponenten schnell. Solche Anwendungen arbeiten typischerweise bei einem geringen bis mittleren Gegendruck und sollen möglichst kompakt sein (Bild 1). Der neue Ventilator „RadiFlow“ mit 630 mm Durchmesser ist daher mit einem strömungstechnisch optimierten Laufrad ausgestattet (Bild 2), das hohe Umfangsgeschwindigkeiten toleriert. Als Werkstoff wurde ein hochfester, glasfaserverstärkter Verbundwerkstoff verwendet, wobei die komplexe Formgebung durch das verwendete Spritzgussverfahren ermöglicht wird. Diese Schaufelgeometrie reduziert die Strömungsverluste drastisch. Auf Basis moderner Fertigungsverfahren wurde das Laufrad deutlich verbessert und ein diagonales 6-Schaufel-Design entwickelt, welches für eine axiale Abströmung sorgt. Die Neuentwicklung erreicht im optimalen Betriebspunkt einen bis zu 10 % höheren Wirkungsgrad in der Applikation im Vergleich zum Marktstandard (Bild 3).

Kompakt und laufruhig

In kompakten Lüftungsgeräten spielt der neue Ventilator seine Stärken aus. Vergleicht man das Verhalten des „RadiFlow“ im eingebauten Zustand mit herkömmlichen Radialventilatoren, so fördert er, eingebaut in eine Lüftungsbox von 910 x 910 mm, das volle Luftvolumen ohne Leistungsabschläge, während andere Radialventilatoren in diesem beengten Bauraum mit Leistungskorrekturen bedacht werden müssen. Für ein 2 x 2 FanGrid mit vier Ventilatoren bedeutet das eine Platzeinsparung bis zu 40 % (Bild 4). Auch die Baulänge ist deutlich kürzer. Der hocheffiziente EC-Motor ist so in das Laufrad integriert, dass 30 bis 100 mm weniger benötigt werden. Für einen ruhigen Lauf wurde die Motoraufhängung als Spinnenkonstruktion ausgeführt. Die acht Streben wurden präzise an die Laufradgeometrie angepasst und verteilen die Kräfte auf vier Montagepunkte (Bild 5). Eine integrierte Resonanzerkennung in der Motorelektronik identifiziert während des Hochlaufs bis zur Nenndrehzahl einbauspezifische Resonanzbereiche. Diese Drehzahlen können im späteren Betrieb gezielt ausgeblendet oder schnell durchfahren werden. Das schont die Lager, erhöht die Betriebssicherheit und beugt einem vorzeitigen Ausfall des ­Ventilators vor.

Aktive „Leistungsfaktorkorrektur“ minimiert Netzrückwirkungen

Eine Drehzahlregelung ist für eine bedarfsgerechte Klimatisierung obligatorisch. Beim Betrieb drehzahlgeregelter Antriebe entstehen prinzipbedingt aber immer Stromoberwellen. In Verbindung mit einer nicht ausreichend dimensionierten Spannungsversorgung können diese in kritischen In­frastrukturen problematisch werden. Die resultierenden Oberschwingungen führen zu einer stärkeren Belastung des Versorgungsnetzes und zu Verlusten durch Blindleistung. Außerdem können andere Geräte im Anlagennetz negativ beeinflusst werden. Für den Betreiber bedeutet das: Er muss externe Filter vorsehen, für eine ausreichende Blindleistungskompensation sorgen und eventuell auf größere Leitungsquerschnitte achten.

Um störende Oberschwingungen beim Pa­rallelbetrieb von EC-Ventilatoren zu minimieren, hat ebm-papst schon seit Jahren eine Lösung entwickelt, bei der der Stromoberwellenfilter bereits integriert ist und solche externen Maßnahmen überflüssig macht: die Aktiv PFC (Power Factor Correction), zu Deutsch „Leistungsfaktorkorrektur“ (Bild 6). Sie verfolgt den Ansatz, Stromoberwellen gar nicht erst entstehen zu lassen, anstatt sie hinterher aufwendig mit zusätzlichen Komponenten herauszufiltern. Infrastrukturkomponenten für Energie- und Notstromversorgung können dadurch kleiner und somit kostenoptimiert ausgelegt werden, zum Beispiel Transformatoren und Notstromgeneratoren. Die Werte, die sich mit der Aktiv PFC erreichen lassen, sind beachtlich: Der Leistungsfaktor liegt bei über 0,99, der THD(I) beträgt bei Nennleistung typisch ca. 2 % und bleibt auch nach unten bis zu 10 % der Nennleistung unter 5 %. THD(I) bedeutet Total Harmonic Distortion of Current und gibt das Ausmaß der Verzerrung des Stroms an.

Effizient, vernetzt und zukunftssicher

Die „RadiFlow“-Ventilatoren sind mit Nennleistungen von 4 und 8 kW mit Passiv PFC sowie in 4 und 7 kW mit Aktiv PFC verfügbar. Sie können wahlweise über 0-10 VDC oder Modbus RTU gesteuert werden und sind mit integrierten EMV-Filtern ausgerüstet. Sie erfüllen die relevanten EU-Richtlinien sowie internationale Zulassungen wie UL. Darüber hinaus lassen sich externe Sensoren in die Ventilatorsteuerung einbinden und für Fernüberwachungsfunktionen nutzen. Durch den Verzicht auf kritische Werkstoffe wie Seltenerdmagnete sind die Ventilatoren ressourcenschonend und überzeugen nicht nur im Betrieb, sondern über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg durch ihre Umweltfreundlichkeit.