ErP-konform garantiert nicht die beste Lösung

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• Für Asynchronmotoren mit Wellenleistungen ab 7,5 kW gelten ab Januar 2015 strengere Anforderungen an die Energieeffizienz.
• Die Motor-Anforderungen können bei Ventilatoren auf mehreren Wegen erfüllt werden. Für die speziellen Anforderungen der TGA und den Lebenszyklus von TGA-Anlagen sind die unterschiedlichen Lösungen nicht gleichwertig.
• ErP-konform kann aufgrund der ohnehin zu erfüllenden Mindestanforderungen nicht als Qualitätslabel oder Effizienzgarantie dienen. Dies gilt insbesondere für Systeme, bei denen nur für einzelne oder mehrere Komponenten ErP-Anforderungen gelten.

Der Denkansatz, über die Erstellungskosten hinaus die gesamten Lebenszykluskosten von Produkten zu analysieren, setzt sich zu Recht auch in der Bau- und Gebäudetechnik durch – sowohl im Kleinen bei den Anlagen und Geräten als auch im Großen beim vollständigen Objekt. Denn Untersuchungen, wie der jährlich erscheinende fm.benchmarking Bericht, machen deutlich: Die Nutzungskosten während eines Gebäudelebens liegen schnell beim Sechsfachen der Baukosten – und werden von der Qualität der Ausführung und Ausrüstung maßgeblich beeinflusst.

Dabei spielt der Energieaufwand eine beträchtliche Rolle. Europaweit werden deshalb über die Umsetzungsverordnungen der ErP(Ökodesign)-Richtlinie¹⁾ – meistens gestufte – Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte durchgesetzt. So gelten beispielsweise ab dem 1. Januar 2015 über die EU-Verordnung 327/2011²⁾ für neu in den Verkehr gebrachte Ventilatoren, die durch Motoren mit einer elektrischen Eingangsleistung zwischen 125 W und 500 kW angetrieben werden, neue Mindestanforderungen an die Energieeffizienz.

Doch noch deutlicher machen sich in der Regel die Wartungs- und Instandhaltungskosten bemerkbar. Deshalb verfolgt der Ventilatorenhersteller Systemair bei seinen Produktentwicklungen das Ziel, neben der Erfüllung der Ökodesign-Richtlinie auch die Folgekosten insgesamt deutlich zu senken. „Denn“, so Harald Rudelgaß, Technischer Leiter bei Systemair Deutschland, „das Einhalten der ErP-Vorgaben für Wirkungsgrade von Motoren an sich ist noch kein Qualitätslabel. Die besten und wirtschaftlichsten Ventilationssysteme sind vielmehr die, die möglichst exakt zur gestellten Aufgabe passen. Dabei spielt eine optimale Regelungstechnik eine besonders wichtige Rolle. ErP-konforme Wirkungsgrade sind dann quasi als ‚Nebenprodukt‘ inklusive.“

Ziele und Wirkung der ErP-Richtlinie

Das übergeordnete Ziel und Auslöser für die ErP-Richtlinie und ihre Umsetzungsverordnungen ist, über eine Verbesserung der Energieeffizienz die Umwelt zu schonen. Einbezogen werden sukzessive alle Produkte, die den Energieverbrauch beeinflussen – von Leuchtmitteln über Haushaltsgeräte bis hin zu technischen Gütern. Derzeit werden für 32 Produktgruppen Vorgaben erarbeitet oder sind bereits gültig (weitere Infos: https://www.eup-network.de/ ).

Bei einigen Produktgruppen greifen bereits die nächsten Stufen, beispielsweise ab dem 1. Januar 2015 über die auch als „Motoren-Verordnung“ bezeichnete EG-Verordnung 640/2009³⁾: Ab diesem Stichtag dürfen Niederspannungs-Drehstrom-Asynchronmotoren („eintourige Dreiphasen-50-Hz- oder -50/60-Hz-Käfigläufer-Induktionsmotoren“) mit Wellenleistungen von 7,5 bis 375 kW in der EU nur noch verkauft werden, wenn sie die zweite Stufe der ErP-Effizienzkriterien entsprechen. Zwei Jahre später folgt die dritte Stufe, ab dann gelten die strengeren Effizienzniveaus schon ab 0,75 kW Wellenleistung.

Die ErP-Richtlinie stützt sich bei der Klassifizierung der Motorenwirkungsgrade auf die weltweit gültige Einteilung in die Kategorien IE1 bis IE4 (International Efficiency). Die verbindlichen Effizienzkriterien für Motor-Laufrad-Kombinationen, wie sie in gebäudetechnischen Anlagen zur Anwendung kommen, lauten:

• seit dem 16. Juni 2011 müssen Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 0,75 bis 375 kW mindestens das Effizienzniveau IE2 (High Efficiency) erreichen
• ab dem 1. Januar 2015 müssen Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 7,5 bis 375 kW mindestens das Effizienzniveau IE3 (Premium Efficiency) erreichen (oder dem Effizienzniveau IE2 entsprechen und mit einer Drehzahlregelung ausgestattet sein)
• ab dem 1. Januar 2017 müssen Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 0,75 bis 375 kW mindestens das Effizienzniveau IE4 (Super Premium Efficiency) erreichen (oder dem Effizienzniveau IE2 entsprechen und mit einer Drehzahlregelung ausgestattet sein)

Technische Wege zu höherer Effizienz

Um die geforderten Wirkungsgrade zu erzielen, gehen Hersteller unterschiedliche Wege, die sich zum einen direkt auf die TGA-Planung auswirken und zum anderen die Betriebskosten einer Immobilie maßgeblich beeinflussen:

1. Verbesserung des Wirkungsgrades durch höheren Materialeinsatz in der Motorenkonstruktion. Konsequenzen, die der TGA-Planer bei diesem Lösungsweg zu berücksichtigen hat: Die Aggregate benötigen mehr Raum und werden auf jeden Fall schwerer. Dass sich damit gleichzeitig die Produktkosten erhöhen, ist logisch. Allerdings ergeben sich aus diesem Mehrpreis keine zusätzlichen Funktionen, die eine bedarfsoptimierte Regelung ermöglichen würden – beispielsweise die Entlüftung eines Raums analog der vorherrschenden CO₂-Konzentration. Die Betrachtung der Lebenszykluskosten und die Forderungen moderner Gebäudeautomation sprechen somit gegen diese Option.

2. Asynchronmotoren der Wirkungsgradklasse IE 2 über Frequenzumformer (FU) ansteuern. Durch diesen technischen Lösungsweg lässt sich in den meisten Fällen die Stromaufnahme stärker als bei rein konstruktiven Veränderungen des Motoraufbaus reduzieren. Folglich verbessert sich durch die höhere Energieeinsparung auch die Gesamtwirtschaftlichkeit und die Motoren bleiben kompakt. Gleichzeitig ergibt sich durch den Einsatz von Frequenzumformern die Möglichkeit der bedarfsgerechten Leistungssteuerung der Motoren.

Bei der Entlüftung von Großküchen zum Beispiel, wo Fördermitteltemperaturen bis 120 °C anstehen, lassen sich so sehr platzsparende Einheiten wie die Multibox MUB/T Abb. 2 installieren. Der IE2-Asynchronmotor befindet sich dabei außerhalb des Luftstroms und wird exakt nach Leistungsbedarf energiesparend über einen FU angesteuert. Für diese und weitere Anwendungen hat Systemair Frequenzumformer als „Plug-and-Play“-Lösung entwickelt. Sie müssen nicht in einen Schaltschrank eingebaut werden, sondern lassen sich ohne speziell abgeschirmte Leitungen in direkter Nähe zum Motor montieren. Außerdem erfordert die Installation keine speziellen Programmierkenntnisse. Das spart Installationskosten und sichert zugleich die Lebensdauer des Motors ab, weil eine fehlerhafte Programmierung des FU von vornherein ausgeschlossen ist.

3. EC-Motoren mit integrierter Regelungstechnik und geringer Stromaufnahme. EC-Motoren unterscheiden sich von Asynchronmotoren konstruktiv und nehmen bei vergleichbarer Arbeit bis zu 50 % weniger Strom als Asynchronmotoren auf Abb. 3. Bei EC-Motoren (electronical commutation) ändert eine Elektronik die Stromrichtung zur Erzeugung des antreibenden Drehfeldes. Asynchronmotoren hingegen sind auf den Drehstrom des Versorgungsnetzes angewiesen. Zu den weiteren konstruktiven und TGA-relevanten Vorteilen zählen: EC-Motoren erzeugen weniger Wärme, sind platzsparend, übertreffen in puncto Energieeffizienz die Anforderungen der ErP-Richtlinie für Asynchronmotoren deutlich, lassen sich vernetzt regeln, in die Gebäudeautomation integrieren Abb. 4 und sind praktisch wartungsfrei. Außerdem laufen EC-Ventilatoren sehr leise, erzeugen einen exakt regelbaren gleichmäßigen Luftstrom und stellen somit auch in der Gebäudelüftung die erste Wahl dar.

Die Vorteile gerade im Hinblick auf künftig zu erwartende Verschärfungen der ErP-Umsetzungsverordnungen (Revision der EU-Verordnung 2009/125/EG spätestens am 26. April 2015; Revision der EG-Verordnung 640/2009 spätestens am 12. August 2016) liegen also eindeutig auf Seiten der EC-Technik. Allerdings gilt derzeit die Faustformel: EC-Motoren sind bis 4 kW wirtschaftlich zu produzieren, für höhere Leistungen sind Asynchronmotoren mit Frequenzumrichter zu bevorzugen.

EC-Ventilatoren vereinfachen Planung

Über die Betrachtung der Lebenszykluskosten hinaus, erschließen EC-Ventilatoren also auch bei der Gebäudeplanung zusätzliche Einsparpotenziale. Exemplarisch nennt Rudelgaß die funktionelle Verschmelzung von Entlüftung im Normalbetrieb und Entrauchung im Brandfall⁴⁾: „Die EnEV verfolgt bekanntlich das Ziel, Gebäudehüllen möglichst dicht auszuführen, um Wärmeverluste zu reduzieren. Da zählt jede Durchdringung in der Wand oder im Dach. Werden beispielsweise EC-Ventilatoren für die erforderliche Entrauchung auch zur Lüftung eingesetzt, lassen sich in mehreren Bereichen Einsparungen erzielen. Dazu zählen die Reduzierung der Öffnungen in der Außenhülle und geringere Anlagenkosten, weil ein System zwei Funktionen erfüllt Abb. 5. Gleichzeitig sinken die Wartungskosten, wenn auf AC-Motoren verzichtet wird, die sonst üblicherweise der Entrauchung dienen. Dank des Regelverhaltens von EC-Motoren freuen sich außerdem Nutzer über konstant frische Luft ohne spürbaren Luftzug.“

Fazit

Ab dem 1. Januar 2015 sind über die Umsetzungsverordnungen der ErP-Richtlinie verschärfte Mindestwirkungsgrade für Ventilatoren zu beachten. Damit entstehen Mehrkosten für Motoren in Größenordnungen von 20 bis 30 %. TGA-Planer können diese Kostensteigerung aber heute schon vorwegnehmen und auf sparsame EC-Ventilatoren setzen. Diese eröffnen zahlreiche neue Planungsmöglichkeiten, die die Mehrkosten um ein Vielfaches überkompensieren. Außerdem lassen sich so intelligent regelbare Lüftungs- und Entrauchungskonzepte im Rahmen einer übergeordneten Gebäudeautomation mit hohem Nutzungskomfort realisieren.

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