EC-Motoren werden bei Ventilatoren zur Standard-Technologie

Kampmann

Seit Jahrzehnten werden Ventilatoren in der Lüftungstechnik mit AC-Motoren ausgestattet. Die Wechselstrommotoren (ac = alternating current) arbeiten 1- oder 2-stufig, und für eine Drehzahlumschaltung sind aufwendige Schütz- und Trafosteuerungen nötig. Besonders im Teillastbetrieb kommt es dabei zu Leistungsverlusten (Bild 2). Dennoch sind AC-Motoren in vielen Produktsparten zum Standard geworden, unter anderem weil es lange Zeit keine sinnvolle alternative Antriebstechnik gab.

Erst ab Ende der 1990er-Jahre kamen erste Geräte mit EC-Technologie (ec: electronically commutated = bürstenloser Gleichstrommotor) auf den Markt. Denn die zunehmende Integrationsdichte in der Mikroelektronik hat die Motoren mit integrierter Kommutierungselektronik auch für kleinere Antriebsleistungen interessant gemacht, die in der dezentralen Lüftungstechnik üblich sind. Allerdings wurden Ventilatoren mit EC-Motor aufgrund der hohen Produktpreise zunächst nur vereinzelt eingesetzt.

EC-Ventilatoren übernehmen den Markt

Inzwischen zeigt sich jedoch ein anderes Bild am Markt. Mit der wachsenden Produktauswahl, der Weiterentwicklung der Technik und den damit verbundenen sinkenden Preisen steigt der Absatz entsprechender Geräte seit Jahren deutlich. In verschiedenen Bereichen, beispielsweise bei Kleinstgebläsen, ist die EC-Technologie längst etabliert, auch bei Fan-Coil-Anwendungen ist der Großteil der Neugeräte mit diesen Motoren ausgestattet.

In anderen Sparten sind Modelle mit AC-Motoren zwar noch stark vertreten, dennoch zeichnet sich ein genereller Wechsel ab. „Die Absatzzahlen für Produkte mit EC-Ventilatoren steigen massiv, und de facto wird die Technologie in naher Zukunft Standard sein“, erläutert Arend Brink, Leiter des Elektro-Produktmanagement bei der Kampmann GmbH.

Warum ist die EC-Technologie so energieeffizient?

Kampmann

Ein Grund für die Beliebtheit der EC-Technologie ist ihre Energieeffizienz: Die intelligente EC-Elektronik bietet grundsätzlich eine stufenlose Drehzahlregelung mit optimalem Motorbetriebspunkt über den kompletten Einsatzbereich. Hinzu kommt der erweiterte Drehzahlregelbereich, der eine in höchstem Maße bedarfsgerechte Raumtemperierung ermöglicht.

Diese Merkmale führen zu einen geringeren Energieverbrauch und dauerhaft niedrigen Betriebskosten – ein entscheidender Vorteil gegenüber Motoren mit AC-Technik. Aufgrund ihrer Effizienz erfüllen Geräte mit EC-Technologie auch zukünftig die Vorgaben der ErP(Ökodesign)-Richtlinie der EU für energieverbrauchsrelevante Produkte (ErP), die in den kommenden Jahren voraussichtlich weiter verschärft wird.

„Einige AC-Ventilatoren werden dann höchstwahrscheinlich die Anforderungen nicht mehr bedienen können. Deswegen bieten Modelle mit EC-Technologie die größere Planungssicherheit, und dieses Wissen ist mittlerweile bei den Entscheidern angekommen“, so Brink.

Weitere Vorteile von Ventilatoren mit EC-Motoren

Ein weiterer Vorteil von Ventilatoren mit EC-Motoren ist die integrierte Elektronik mit hoher Kommunikationsfähigkeit. Im Gegensatz zu AC-Ventilatoren verfügen die Geräte oftmals über eine Kommunikationsschnittstelle zur Einbindung in die Gebäudeautomation oder Gebäudeleittechnik. Darüber hinaus sammelt und speichert die Elektronik zahlreiche interne Daten bzw. Informationen. Diese lassen sich analysieren, sodass beispielsweise Fehlfunktionen schneller erkannt werden oder das Betriebsverhalten verbessert werden kann.

„Ein Beispiel wäre der verschmutzte Filter. Verschmutzte Filter führen häufig zu einer außergewöhnlich hohen Stromaufnahme des Geräts, weil es den steigenden Widerstand ausgleicht. Wenn man den Stromverbrauch kontinuierlich als Information ausliest, kann man aus dem Anstieg den Rückschluss ziehen, den Filter zu überprüfen und auszutauschen, bevor größere Probleme entstehen“, erläutert Brink. „Deswegen ist diese Kommunikationsfähigkeit ein großes Thema, das in Zukunft eine immer wichtigere Rolle im Hinblick auf die Aspekte Störungs- und Wartungsmanagement sowie energetische Optimierung spielen wird.“

Lufterhitzer von Kampmann serienmäßig mit EC-Motor ausgestattet

Ventilatoren und die Motoren, die sie antreiben, sind zentrale Elemente von Lufterhitzern. Deswegen hat Kampmann kürzlich alle Lufterhitzer serienmäßig auf EC-Motoren umgerüstet. Insgesamt bilden die Modelle der drei Serien TOP, TIP und Ultra ein Leistungsspektrum von 6,5 bis 89 kW ab.

Kampmann

Damit ist das Unternehmen der einzige Hersteller am Markt, der eine Produktauswahl in diesem Umfang allein mit EC-Technologie anbietet. Das erlaubt für jedes Projekt eine individuell passende Lösung, die alle objektspezifischen Anforderungen optimal erfüllt. Alle Lufterhitzer werden zudem komplett in Deutschland produziert, das gilt auch für zugelieferte Bauteile, beispielsweise die Ventilatoren.

Ein weiteres Qualitätsmerkmal der Lufterhitzer sind die eingesetzten Sichelleiseläufer-Ventilatoren, die gleichmäßig ruhig laufen und dadurch auch bei hoher Leistung niedrige Geräusch-Emissionen sicherstellen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich beispielsweise die TOP-Lufterhitzer (Bild 3) optimal zur Beheizung von Arbeitsstätten in Industrie und Gewerbe, Verkaufsräumen, Lagerhäusern und Sporthallen.

Durch eine außergewöhnliche Bandbreite verschiedener Zubehörteile im Baukastensystem können die Geräte individuell an die jeweiligen räumlichen Gegebenheiten und technischen Erfordernisse angepasst werden.

Die Lufterhitzer verfügen außerdem über die erwähnte Kommunikationsfähigkeit, mittels standardisierter Schnittstellen ist die Integration in übergeordnete Netzwerke oder Gebäudeautomationssysteme, wie BACnet, Modbus oder KNX, möglich. Generell erfolgt die Regelung der Geräte über die unternehmenseigene Steuerung KaControl, und mit der Systemregelung KaControl SEL-Tableau lassen sich bis zu 60 Geräte in maximal 24 Zonen steuern.

TOP C : Heizen und kühlen mit einem Gerät

Das Sortiment umfasst auch zwei Lösungen für besondere Anwendungsfälle. So ist mit dem neuen TOP C (Bild 4) eine Heiz-/Kühlkombination für Gewerbe- und Industriehallen verfügbar, mit der das Unternehmen der steigenden Nachfrage nach einer solchen Lösung Rechnung trägt.

Außerdem ist eine Variante für sehr großen Wärmebedarf und hohe Luftmengen erhältlich, deren Luftleistung die Werte vergleichbarer Produkte am Markt weit übertrifft. Der Lufterhitzer kann in Hallen bis zu 20 m Höhe die konditionierte Luft komfortabel von der Decke bis zum Aufenthaltsbereich am Boden verteilen.

Ermöglicht wird dies durch den Kurzdiffusor mit Nachleitschaufeln, der den dynamischen in statischen Druck umwandelt. Dadurch erhöht sich in Summe die Luftleistung, ohne dass es zusätzlicher elektrischer Antriebsleistung bedarf. Das Gerät arbeitet trotz Umluftbetrieb ohne Filter, ein Filterwechsel in extremer Höhe ist daher unnötig.

Ultra: Lufterhitzer für hohen Designanspruch

Kampmann

Für Projekte mit gesteigertem Designanspruch bieten sich die Lufterhitzer der Serie Ultra (Bild 5) an, die Gebäude bedarfsgerecht mit warmer und gekühlter Luft versorgen können. Der ringförmige Wärmeübertrager in einem sechseckigen Gehäuse und die individuell einstellbaren Luftlenklamellen erlauben dabei sowohl im Umluft- als auch im Mischluftbetrieb die zielgerichtete Lenkung der aufbereiteten Luft in jede Richtung.

Die Modelle der Serie eignen sich mit optionalen Anbauteilen für Zwischendeckenmontage und Akustikrasterdecken besonders für den Einsatz in Großräumen von Handelsketten, für Ausstellungs- und Verkaufsräume, Eingangshallen sowie Verkaufsstätten. Mit modernem Design sowie der sehr flachen Bauhöhe von nur 330 mm entspricht das Deckengerät höchsten gestalterischen Ansprüchen und eignet sich somit auch für exklusivere Umgebungen. Verschiedene Baugrößen und ein umfangreiches Zubehörprogramm erleichtern auch hier die Wahl einer individuell passenden Lösung.

Ausblick: Zukunft der Ventilatortechnik

Es ist absehbar, dass sich die EC-Technologie immer weiter durchsetzen und irgendwann zum Standard für Produkte der Lüftungstechnik wird. Doch wie entwickelt sich die Ventilatortechnik weiter? Werden AC-Motoren vom Markt verschwinden? Oder wird es eine weitere, neue Antriebstechnologie geben?

„Meiner Ansicht nach werden die Entwicklungen in der Ventilatortechnik eher in anderen Bereichen liegen als in der Motortechnologie“ erwartet Brink. So werde es immer wieder Verbesserungen in der strömungstechnischen Ausführung der Laufräder geben, und neue Werkstoffe sowie Produktionsverfahren können mehr Freiräume für die Formgebung schaffen.

Die Weiterentwicklung der Elektronik und Motortechnik werde darüber hinaus die thermischen Verluste weiter reduzieren, und leistungsfähigere Prozessoren optimieren die interne Motorsteuerung. Brink: „Doch das größte Potenzial liegt in Ausbau sowie Nutzung der Kommunikation und Interaktion des Ventilators mit seiner Umgebung: Das Auslesen der Ventilatordaten und deren Analyse für technisches sowie energetisches Monitoring ist das Thema der nahen Zukunft.“

Data Science ist das Stichwort: Aus der Kombination von Parametern bzw. Daten auf Vorgänge im Gerät schließen und dieses Wissen nutzen, um Prozesse zu verbessern – sei es ein besseres Regelungsverhalten, größere Betriebssicherheit, mehr Komfort oder auch ein effizienterer Betrieb.

Kampmann

Brink: „Vorstellbar sind sogar selbstlernende Algorithmen, denn die Automatisierung und Optimierung von Betriebsabläufen ist aktuell Stand der Technik und wird noch zunehmen. Dafür sind allerdings hohe Datenmengen erforderlich, und das geht nur mit EC-Technologie – denn AC-Motoren speichern keine Daten.“ Ein wenig zeigt sich diese Entwicklung bereits, denn es gibt immer mehr Investoren, die auf Gebäudeleittechnik zur Effizienzsteigerung setzen. „Dazu müssen aber alle wichtigen Komponenten in das Gesamtkonzept eingebunden werden, daher akzeptiert kein Bauherr, der viel Geld in die Technik steckt, dass einzelne Geräte außen vor bleiben.“

Dennoch werde die AC-Technik nie ganz vom Markt verschwinden. „Es wird auch in Zukunft immer einzelne, spezielle Anwendungssituationen mit geringen Anforderungen an die Regelbarkeit und die Energieeffizienz des Ventilators geben“, erklärt Brink.

Das betreffe aber kaum die Heiz-, Klima- und Lüftungstechnik, weil in diesem Bereich die gesetzlichen Vorgaben unter anderem durch die EU etc. auch weiterhin stark auf eine Senkung des Primärenergiebedarfs ausgelegt sein werden. Aller Voraussicht nach wird dieses Ziel allerdings weniger durch bessere und neue Technologien erreicht, als vielmehr durch die weitere Optimierung des Zusammenspiels der einzelnen gebäudetechnischen Systeme zur Steigerung der Energieeffizienz.

Dieser Artikel erschien zuerst in der Heftausgabe 07-2021 des TGA Fachplaners unter dem Titel „EC-Motoren werden zur Standard-Technologie“.

Alle Fachberichte zu diesem Thema bündeln wir im TGAdossier Industrie- und Gewerbelüftung