Mehrere kleine Ventilatoren statt nur einen Freiläufer in RLT-Geräten einzusetzen, bietet ökonomische, qualitative und planerische Vorteile. Ein Überblick über die positiven Auswirkungen und was bei ihrem Einsatz zu beachten ist.
Wolf
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Eine Fanwall bietet in RLT-Geräten mehrere Vorteile: Eine kürzere Baulänge, eine verbesserte Strömung und eine höhere Verfügbarkeit.
■ Für einen sinnvollen Redundanzbetrieb sind an den Ventilatoren der Fanwall automatisierte Abschlussklappen erforderlich, um eine Rückströmung zu unterbinden.
■ Die von Wolf entwickelte Fanwallklappe erledigt diese Anforderung selbsttätig ohne Hilfsenergie und mit nur minimalem Druckverlust.
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Zunehmend kommen in neuen und bestehenden RLT-Geräten Fanwalls (Bild 2) zum Einsatz, da sie gegenüber Einzelventilatoren viele Vorteile bieten. Das wichtigste Argument für die Verwendung von mehreren kleineren und parallel arbeitenden Ventilatoren ist der deutlich geringere Platzbedarf. Das zeigt exemplarisch ein Konfigurationsbeispiel für ein Gerät mit einer Luftleistung von 40 000 m3/h: Die erforderliche Baulänge des Ventilatormoduls beträgt beim Freiläufer 1932 mm, ein Fanwall-Modul mit vier EC-Ventilatoren kann mit nur 1017 mm realisiert werden (Bild 3).
Zudem sorgt die Aufteilung des Gesamtvolumenstroms auf mehrere Ventilatoren für homogenere Strömungsverhältnisse im Lüftungsgerät. Auch Vibrationen und Schallemissionen fallen geringer als bei einem Freiläufer aus. Damit liegt es nahe, auch die Sicherung von Redundanz als Vorteil der Fanwall aufzuführen. Anwendungen wie zum Beispiel Reinraum-Produktionsbereiche, Medizintechnik und andere sensible Bereiche erfordern redundante Komponenten, um auch im Störungsfall den regulären Betrieb ohne Einschränkungen sicherstellen zu können.
Wenn zum Beispiel in einer 2×2-Fanwall einer der vier Ventilatoren ausfällt, kann durch die verbleibenden drei Einheiten ein anteiliger oder – bei entsprechender Auslegung – auch der volle Volumenstrom aufrechterhalten werden.
Fanwall als Lösung für Redundanz
Was auf den ersten Blick einfach erscheint, bedarf einer genaueren Betrachtung und Klärung von drei Fragen:
● Wie stark ist der Effekt der Rückwärtsströmung durch einen defekten bzw. ruhenden Ventilator?
● Durch welche Regelgröße wird der Ventilator angesteuert (Drehzahl, Druck, Volumenstrom)?
● Welche Kundenanforderung besteht im Hinblick auf einen Ventilatorausfall – soll z. B. der fehlende Anteil des Volumenstroms vollständig durch die verbleibenden Ventilatoren ausgeglichen werden können?
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Technisch einfach nachvollziehbar ist: Rückströmung senkt die Effizienz. Doch in welchem Umfang? Zur Veranschaulichung der Rückströmung durch einen ruhenden Ventilator hilft eine beispielhafte Darstellung (Bild 4), die mit fachlicher Unterstützung des Ventilatorherstellers ebm-papst erstellt wurde.
Qualitativ wird in diesem Beispiel mit einer 2×2-Fanwall deutlich: Beim Ausfall eines Ventilators ist der Volumenstrom der zurückströmenden Luft durch den stehenden Ventilator (qV_lek, mittlere Spalte) vergleichbar groß wie seine konfigurierte Luftleistung. Der im System noch verfügbare Volumenstrom pendelt sich bei etwas über 50 % ein. Da von den drei sich noch in Betrieb befindlichen Ventilatoren zusätzliche Antriebsenergie für die rückströmende Luft aufgebracht wird, fällt die Effizienz des Gesamtsystems um ca. ein Drittel ab.
Wolf mit fachlicher Unterstützung von ebm-papst
In der rechten Spalte von (Bild 4) wurde der ruhende Ventilator mithilfe von Lüftungsklappen verschlossen. Die Luftleistung des gesamten Systems ist nach einem 25%igen Ausfall auch nur um 25 % verringert und die Ventilatoreffizienz bleibt erhalten. Für eine quantitative Beurteilung müssen die Druckverhältnisse im Detail betrachtet werden.
Unter Berücksichtigung der Arbeitssicherheitsrichtlinien erfordert das manuelle Verschließen einer Ventilatordüse eine ungewünschte Betriebsunterbrechung. Für einen sinnvollen Redundanzbetrieb ist somit für die Abschlussklappen der Ventilatoren eine automatisierte Lösung erforderlich. Gegebenenfalls muss diese um eine regelungstechnische Funktion erweitert werden, die durch eine geeignete Ansteuerung der arbeitenden Ventilatoren den gesamten Volumenstrom bzw. Druck konstant hält (Bild 5).
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Leichtgängige Klappenblätter mit sehr geringem Strömungswiderstand
Die von Wolf entwickelte selbsttätige Fanwallklappe erfüllt die Anforderungen durch einen Verschluss mit einem minimalen Bauteilaufwand. Die für jeden Ventilator miteinander verbundenen Klappenblätter sind dauerhaft leichtgängig gelagert und so geformt, dass sie bei einsetzender Rückströmung ohne Hilfsenergie schließen. Bei Durchströmung der Ventilatoren in Laufrichtung öffnet die Klappe ebenfalls selbsttätig.
Der durch die geöffneten Klappen zwangsläufig auftretende Druckverlust im Normalbetrieb ist mit ΔP = 3,5 ∙ V1,5 (V in m/s) als sehr gering zu bewerten. Bei einer Luftgeschwindigkeit von 1,6 m/s ergibt sich ein Druckverlust von etwa 7 Pa. Einen typischen Ventilatorwirkungsgrad von > 70 % vorausgesetzt, errechnet sich daraus ein elektrischer Leistungsbedarf von weniger als 2,8 W je 1000 m3/h Luftleistung.
Je nach Kundenanforderung kann mit einem zentralen Kanaldrucksensor oder per Volumenstrommessung an jedem einzelnen Ventilator die Ansteuerung der Ventilatoren so nachgeführt werden, dass beim Ausfall eines Ventilators der Druck bzw. der fehlende Volumenstrom automatisch kompensiert wird. Für diese Form der Redundanz werden die Ventilatoren leicht überdimensioniert ausgelegt, damit im Ernstfall die nötige Leistungsreserve zur Verfügung steht.
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