Die Betriebskosten bei Gebäuden sind über ihre Nutzungszeit gerechnet ein wesentlicher Kostenfaktor und fast immer höher als die Anfangsinvestition. Viele der eingesetzten Komponenten sind jahrelang rund um die Uhr in Betrieb. Schon kleine Verbesserungen im Wirkungsgrad von Heiz- und Kühlsystemen refinanzieren sich so in kurzer Zeit. Ist die Verbesserung in der Anschaffung auch noch kostenneutral zu bisherigen Lösungen, spart der Investor sofort. Eine neue Antriebstechnik für Querstromventilatoren in Bodenkanälen bietet jetzt zwei Vorteile: Weniger Energieverbrauch bei nahezu gleichbleibenden Investitionskosten und zudem erweiterte Regelmöglichkeiten.
Wichtig für ein optimales Raumklima ist eine gezielte Luftführung. Um die Voraussetzung dafür zu schaffen, bewegen vor allem bei Anlagen mit Bodenkanälen (Unterflur-Heiz- und Kühlsysteme) laufruhige Querstromventilatoren die Luft. Auch Kampmann arbeitet seit Jahren mit diesem bewährten System. Um jetzt noch bessere Ergebnisse hinsichtlich Energieeffizienz und Laufruhe zu erzielen, setzen die Entwickler von Kampmann und ebm-papst auf einen neuen Antrieb mit EC-Technik (siehe Kasten). Er verbindet einen energiesparenden Betrieb mit hoher Lebensdauer, leichter Montage und einfacher Ansteuerung.
Total cost of ownership im Blick
Die Gesamtkosten über die Lebensdauer einer Lüftungsanlage können durch die richtige Auswahl „einflussreicher“ Komponenten, z.B. der Ventilatoren, deutlich reduziert werden. Für die in Bodenkanälen eingebauten Ventilatoren sind deshalb folgende Kriterien entscheidend: Die Ventilatoren müssen günstig im Preis, wartungsfrei, leise im Betrieb, möglichst sparsam im Stromverbrauch und leicht zu installieren sein.
Diese Anforderungen erfüllt ein Querstromventilatorkonzept. Die vielen Schaufeln der Ventilatorwalze vergrößern die Luft fördernde Oberfläche und erlauben so einen drehzahlreduzierten und damit sehr leisen Betrieb (Bild 2). Als Doppelventilator ausgeführt, wälzen sie noch größere Luftmengen um. Um sie anzutreiben, wurden früher oft kostengünstige Spaltpolmotoren verwendet. Ein großer Nachteil dieser Lösung ist allerdings ihr geringer Wirkungsgrad. Um auch die Geräuschentwicklung niedrig zu halten, arbeiten sie nur mit 1400 min–1, sind dann aber als zweipolige Antriebe am 50-Hz-Netz besonders ineffektiv. Das bedeutet zum einen erhöhte Stromkosten für die vielen Ventilatoren, zum anderen muss im Sommer die Kühlanlage zusätzlich die Abwärme der Motoren abführen.
Der neueste Stand der Technik auf der Basis von EC-Technik negiert diese energetischen Nachteile. Die intelligente Einbindung der ebm-papst-Antriebskonzepte in Kampmanns neues Raumautomationssystem KaControl ermöglicht sogar die kostenneutrale Umsetzung in den Unterflurapplikationen (Bild 3).
Sparsamer EC-Antrieb
Um der Forderung nach hohem Wirkungsgrad bei langer Lebensdauer und robustem Aufbau nachzukommen, bietet sich das Konzept des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors an. Statt Kohlebürsten kommutiert hier eine im Antrieb integrierte Elektronik. Sie regelt den Motorstrom abhängig von der geforderten Leistung und Drehzahl stets optimal. Aus diesem Grund bleibt der Wirkungsgrad über einen sehr weiten Drehzahl- und Lastbereich gleich hoch. Das spart Energie und minimiert die Abwärmelast.
Gleichzeitig ermöglicht die integrierte Elektronik eine einfache Regelung des Antriebs und reduziert so die nötige externe Ansteuertechnik drastisch. Die Niederspannungsantriebe benötigen nur 24 VDC als Versorgungsspannung und bieten so gerade im Bodenkanal hohe Sicherheit. Durch das Motormanagement wird eine lastunabhängige konstante Drehzahl in Abhängigkeit der Steuerspannung sichergestellt. Zudem können ab Werk spezielle „Rampen“ für die Drehzahlregelung in Abhängigkeit von der Steuerspannung im Ventilator hinterlegt werden. So lässt sich die Luftförderung direkt im Ventilator an die Anlagenbedürfnisse anpassen, was die externe Steuerung weiter vereinfacht.
Bei den Innnenläufermotoren verbessert der große Lagerabstand die Stabilität und Laufruhe der rotierenden Teile. Auch „das raue Handling“ auf der Baustelle beeinträchtigt hier kaum die Funktion und Zuverlässigkeit der Ventilatoren.
Luftförderung nach Maß
Momentan stehen zwei Ventilatorvarianten zur Verfügung. Der QLK45/0030-2212 mit einer Luftaustrittsöffnung von 300 mm und die Doppelventilatorvariante QLK45/3030-2212 mit zwei mal 300 mm Luftaustritt. Die Gesamtbaugröße beträgt dabei 395 × 79 × 70 mm (Einfachventilator) bzw. 755 × 79 × 56 mm (Doppelventilator). Beide Varianten arbeiten mit 24 (18…26,8) VDC und einer Steuerspannung von 0…10 V. Ein integrierter Hallsensor (zwei Impulse je Umdrehung) informiert die interne Elektronik; sein Signal kann aber auch zur externen Verarbeitung über die Steckerbuchse abgegriffen werden. In der Doppelwalzenversion fördert der Ventilator bis zu 72 l/s frei blasend, bei maximalem Förderdruck von 37 Pa. Die elektrische Leistungsaufnahme im Kennfeld liegt bei nur 6 bis 10 W (Bild 4).
Moderne Antriebstechnik spart Energie, Installationszeit und damit bares Geld, auch bei gängigen Ventilatorkonzepten für die Gebäudeklimatisierung. Die schon in den einen EC-Antrieb integrierte Steuerungselektronik spart Komponenten zur Ansteuerung und vereinfacht so die Planung und Installation. Die intelligente Einbindung in die Raumautomation ist letztendlich das i-Tüpfelchen, das bei gleichen Investitionskosten zu einer deutlich messbaren Effizienzsteigerung der Anlage gegenüber einer herkömmlichen Ausführung führt.
Der Aufbau des EC-Antriebs
Beim EC-Motor ist die Antriebswicklung im Motormantel untergebracht. Der direkte Kontakt zum Blechmantel erlaubt eine gute Wärmeabfuhr. Die geringe Wärmebelastung wiederum verlängert die Lebensdauer der Motorlager. Der Magnetläufer besteht aus der Abtriebswelle und dem Rotor als Permanentmagneten mit der Kommutierungsspur. Je nach eingesetzter Ansteuerungslösung geben Drehzahl(hall)sensoren der am Lagerschild angebauten Steuerungselektronik die nötige Information zur Stellung des Ankers. Eine Steuerspannung (0…10 V) gibt der Elektronik dabei die gewünschte Solldrehzahl vor. Die Ansteuerungselektronik erzeugt aus der Versorgungsspannung ein von der Drehzahl und Belastung abhängiges magnetisches Drehfeld in den Statorspulen. Damit wird bei jeder Drehzahl immer der bestmögliche Wirkungsgrad gesichert.
Harald Böhm
Dipl.-Ing. (FH), ist Vertriebsingenieur bei ebm-papst, Landshut, http://www.ebmpapst.com
Arend Brink
Dipl.-Ing. (FH), arbeitet im Produktmanagement bei Kampmann, Lingen (Ems), https://www.kampmann.de/
