Technik von ebm-papst SPEZIALAUSGABE: RICHTIGE WERTE

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1 Technik von ebm-papst SPEZIALAUSGABE: RICHTIGE WERTE

2 Inhalt: 03 Editorial Die richtigen Werte 04 Dokumentation und Produktion Messen ist besser: Präzise dokumentiert und zuverlässig produziert 06 Gemessen auf dem Prüfstand Messung mit hoher Genauigkeit: Moderner Kammerprüfstand gewährleistet exakte Werte 08 Die Plug & Play-Lösung Der Ventilator: Einheit aus Laufrad, Motor und Steuerung 10 Die Dokumentation Dokumentation und Ventilatorauswahl: Verlässliche Daten 14 Die Produktion Qualitätssicherung in der Produktion: Genauigkeitsklassen bewerten die Fertigungsgenauigkeit 16 Der Ventilatorwirkungsgrad Vergleich von Ventilatoren: RadiPac Werte gegenüber gerechneten Werten 18 Der Teillastfall Der bedarfsgerechte Betrieb: Ventilatoren in RLT-Geräten arbeiten meist im Teillastbereich 22 Ein neues Laufrad Stetige Weiterentwicklung: RadiPac wird noch effizienter 24 Referenzen Impressum ebm-papst Mulfi ngen GmbH & Co. KG Bachmühle 2 D Mulfi ngen Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info1@de.ebmpapst.com ebm-papst St. Georgen GmbH & Co. KG Hermann-Papst-Straße 1 D St. Georgen Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info2@de.ebmpapst.com ebm-papst Landshut GmbH Hofmark-Aich-Straße 25 D Landshut Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info3@de.ebmpapst.com Verantwortlich für den Inhalt: Kai Halter Chefredaktion: Thomas Gruber Texte: PR Büro NutzWort, Sasbach Layout und Produktion: Scanner GmbH, Künzelsau Layoutkonzept: pr+co GmbH Fotografi e: ebm-papst, fotolia.com: S. 19 Tiberius Gracchus S. 22 montego6 Druck: Druckerei Ziegler GmbH + Co. KG 2

3 EDITORIAL Die richtigen Werte Man sieht nur mit dem Herzen gut. Das Wesentliche ist für die Augen unsichtbar. Fast scheint es, als hätte Antoine de Saint-Exupéry diese Weisheit nicht nur für den kleinen Prinzen, sondern auch für die Lüftungs- und Klimabranche verfasst. Bei der Auswahl des richtigen Ventilators und dem Aufbau raumlufttechnischer Geräte wird heute vieles reglementiert. Das macht Sinn, denn letztendlich soll der Betrieb eines RLT-Geräts so nutzer- und vor allem umweltfreundlich wie nur möglich sein. Nur dann kann auch die Nutzung eines Gebäudes zukunftsorientiert erfolgen, können CO 2 -Emissionen gering gehalten, Energie eingespart und Gesundheitsgefahren vermieden werden. Ausgehend von Normen, Richtlinien und Prüfkriterien haben Gerätehersteller und Planer heute eine Reihe von Orientierungsmöglichkeiten, die richtige Komponenten- und Systemauswahl zu treffen. Aber Vorsicht! Denn genau an dieser Stelle passt das Zitat aus dem Kleinen Prinzen und die Botschaft, nicht blindlings zu vertrauen, sondern auf sein Herz zu hören man möchte ergänzen und auf seinen Verstand. Mit diesem techmag Spezial will ebm-papst Ihnen Hilfestellung bei der Ventilatorenauswahl und gleichzeitig ein Versprechen geben. Denn damit Sie jederzeit die richtigen Entscheidungen treffen können, benötigen Sie die richtigen Werte. Und richtig ist, was messbar ist. Die Prämisse lautet also: Messen geht vor Rechnen. Bei ebm-papst legen wir größten Wert darauf, Sie mit den richtigen und jederzeit auch nachprüfbaren Leistungsdaten unserer Ventilatoren zu bedienen. In der Praxis bedeutet das echte Planungssicherheit. Und am Ende ist für Ihren Kunden und Sie tatsächlich alles so, wie es scheint. Was wir dazu beitragen, sind die richtigen Werte, das ist unser Versprechen! Ich wünsche Ihnen aufschlussreiche Erkenntnisse beim Studium dieser Lektüre, um für Ihre Planungsaufgaben und Ventilatorauswahl die richtigen Entscheidungen zu treffen. Nur dann bestätigen die richtigen auch die wahren Werte nämlich Vertrauen, Zuverlässigkeit und eine langfristige Partnerschaft. Dafür steht die Marke ebm-papst! Rainer Hundsdörfer, Vorsitzender der Geschäftsführung ebm-papst Gruppe 3

4 RICHTIGE WERTE 4

5 DOKUMENTATION UND PRODUKTION Messen ist besser Präzise dokumentiert und zuverlässig produziert Die Auswahl des Ventilators ist ein entscheidendes Kriterium für die Zuverlässigkeit und Effizienz raumlufttechnischer Geräte. Der Gerätehersteller muss sich dafür auf die Produktdokumentation des Ventilatorenherstellers und damit auf zugesicherten Produkteigenschaften verlassen können. Wie aber kommen diese Produktdaten zustande? Und wie verlässlich sind sie? Die Dokumentation Sowohl in den Katalogen als auch in der anwenderfreundlichen Auswahlsoftware für Ventilatoren, dem Produktselektor, stellt ebm-papst Leistungsdaten zur Verfügung, die allesamt mit erheblichem Aufwand einzeln gemessen wurden. Die Prüflinge werden dabei auf Kammerprüfständen, die nach ISO 5801 aufgebaut sind, montiert und aeroakustisch vermessen. Die Daten werden nach den Messungen validiert, was gewährleistet, dass alle Angaben in der Dokumentation tatsächlich den richtigen Werten entsprechen. Der Kunde kann sich darauf bei der Ventilatorauswahl also zu 100 Prozent verlassen. Die Produktion Neben einer akkuraten Produktdokumentation ist es wichtig, den Produktionsprozess für die Ventilatoren so zu gestalten, dass die Produkte die dokumentierten Eigenschaften auch tatsächlich aufweisen. Daher sind im Produktionsablauf Überwachungs- und Kontrollmechanismen installiert, die dafür sorgen, dass etwaige Toleranzüberschreitungen zuverlässig erkannt werden. So werden aus den dokumentierten auch die in der Praxis abrufbaren Eigenschaften. Jeder ebm-papst Ventilator wird am Ende des Produktionsprozesses einem Funktionstest unterzogen. Mit all diesen Maßnahmen, die der präzisen Dokumentation und zuverlässigen Produktion dienen, bietet ebm-papst seinen Kunden garantiert die richtigen Werte. Damit werden alle ausgelieferten Ventilatoren zu verlässlichen Komponenten in einem raumlufttechnischen Gerät, die den gestellten Anforderungen jederzeit gerecht werden. 5

6 RICHTIGE WERTE Bild 1a: Radialventilator im Prüfstandaufbau frei ansaugend, Mikrofone zur Geräuschmessung auf der Saugseite Messung mit hoher Genauigkeit Moderner Kammerprüfstand gewährleistet exakte Werte ebm-papst verfügt über einen aeroakustischen Venti latorprüfstand, der es erlaubt, die Luftleistungsdaten und die Geräuschwerte gleichzeitig zu erfassen. Dabei sind die Ventilatoren frei ansaugend und frei ausblasend, gemäß Einbauart A (Bild 1a), in der Prüfkammer installiert. Der Kammer- oder auch Kombiprüfstand besteht aus zwei reflexionsarmen Halbräumen mit schallhartem Boden, die der Genauigkeitsklasse 1 für akustische Messungen entsprechen. Es können Luftleistungsmessungen bis zu einem Volumenstrom von m³/h bei einer statischen Druckerhöhung bis Pa durchgeführt werden (Bild 1b). Auf dem Kombiprüfstand wird die Ventilatorkennlinie ermittelt. Dazu wird der Prüfling bei konstanter Drehzahl betrieben und der Luftstrom kontinuierlich gedrosselt. In den sich einstellenden Betriebszuständen werden das Geräusch, der Physikalische Größe Messbereich / Einheit Messgenauigkeit Druckerhöhung psf 0 bis Pa 0,5 % vom Messwert Volumenstrom q v 100 bis m³/h 1 % vom Messwert Förderleistung Pu kw 1,2 % vom Messwert Aufnahmeleistung Pe 0 bis 30 kw 0,5 % vom Messwert Drehmoment M 0 bis 200 Nm 1 % vom Messwert Gesamtwirkungsgrad e % 1,3 %-Punkte Drehzahl N 0 bis min-1 1 min-1 Luftdichte circa 1,2 kg/m³ 0,1 % vom Messwert Bild 1b: Messgrößen und erreichte Messgenauigkeiten des aeroakustischen Prüfstandes Schallleistung L wa ab 30 db(a) 1 db(a) Prüfstanddesign und Tests gemäß ISO 5801 Industrieventilatoren, Leistungsmessung auf genormten Prüfständen DIN EN ISO 3744, DIN EN ISO 3745, ISO Normen für Akustik 6

7 GEMESSEN AUF DEM PRÜFSTAND Was der TÜV für den Prüfstand fordert Die Prüfrichtlinien des RLT-Herstellerverbandes geben für den Prüfstand folgende Kriterien vor, denen ebm-papst als zertifizierter Hersteller vollumfänglich entspricht: Ein Gutachten/Prüfbericht für Ventilatoren wird akzeptiert, wenn die Prüfungen entsprechend dem aktuellen Regelwerk DIN EN ISO 5801: (ISO 5801:2007 inkl. Korr. 1:2008) bei einer benannten Prüfstelle auf einem saugseitigen Kammerprüfstand durchgeführt wurden und die Komponente unverändert hergestellt wird. Bild 2: Das TÜV-Zertifikat für den Prüfstand Luftvolumenstrom, die statische Druck erhöhung, mäßigen Kontrolle unterzogen. Standard bei ebmpapst ist die regelmäßige Prüfmittelüberwachung die Drehzahl und das Reaktionsmoment, das zur Ermittlung der Leistungsaufnahme benötigt wird, durch die Qualitätssicherung mit der Rückführbarkeit der Messgrößen auf nationale bzw. in- erfasst. Mindestens 10 Betriebspunkte ergeben eine Ventilatorkennlinie. Diese Messung wird nun ternationale Normale (Deutscher Kali brierdienst mit verschiedenen Drehzahlen wiederholt. Aus DKD, Physikalisch-Technische Bundesanstalt den so ermittelten Kennlinien ergibt sich das sogenannte Kennfeld des Ventilators (Bild 2). gelmäßige Leckagetests erfolgen nach ISO PTB). Die Ermittlung des Volumenstroms und re- Seit Mitte 2014 ist außerdem die Kalibrierung der Genaue Messergebnisse Damit die Messungen genau und reproduzierbar bleiben, werden keit auf das nationale Normal der PTB Teil des Volumenstrommessgeräte und die Rückführbar- die Prüfeinrichtungen und Prüfmittel einer regel- Qualitätssicherungsprozesses. Dies liegt im Be Pa 1000 Statische Druckerhöhung p fs Teillast Nenndrehzahl reich von 100 m³/h bis m³/h mit einer Messgenauigkeit des Referenzmessgerätes von ± 0,5 % vom Messwert. Die interne Validierung dient der eigenen Sicherheit wie auch der Information des Kunden. Die Dokumentationen sind dafür jederzeit einsehbar. Bestätigt wurde durch den TÜV Süd, dass der Prüfstand allen Anforderungen der DIN EN ISO 5801 in einem Volumenstrombereich von 500 m³/h bis m³/h und und einer Druckerhöhung bis Pa entspricht (Bild 2). Die Abnahme der akustischen Eigenschaften des Kombiprüfstandes erfolgte durch das Fraunhofer- Institut, Stuttgart. Dieses bestätigt ebm-papst die Klasse 1 für den Geräuschmessraum. Das Fazit Bei ebm-papst entsteht die Produktdokumentation aller Ventilatoren mittels Messungen auf präzisen und zertifizierten Kammerprüfständen. Die ständige interne Überwachung der vorhandenen Prüfeinrichtungen und der ermittelten Werte gewährleistet die dauerhafte Produktqualität und Zuverlässigkeit der Ventilatoren. Darauf können Sie sich verlassen. Volumenstrom q V m³/h Bild 2 7

8 RICHTIGE WERTE Der Ventilator Einheit aus Laufrad, Motor und Steuerung Einströmdüse Bei ebm-papst besteht ein Ventilator nicht nur aus einem Laufrad. Vielmehr ist für ebm-papst der Ventilator eine optimierte Einheit und umfasst mindestens folgende Komponenten: Präzisionslaufrad mit Einströmdüse GreenTech EC-Motor Steuerungselektronik Auf dem Prüfstand In der beschriebenen Mindestkonfiguration werden die Ventilatoren auf Präzisionslaufrad GreenTech EC-Motor Kommutierungseinheit dem Kammerprüfstand gemessen. Die Messergebnisse werden nach Prüfung in die Produktdokumentation übernommen. Der ebm-papst Radialventilator der RadiPac Baureihe für den Einsatz in RLT-Geräten beinhaltet neben den genannten Basiskomponenten zusätzliche mechanische Bauteile. So entsteht eine komplette Ventilatoreinheit, die einbaufertig ausgeliefert wird. Es stehen die mechanische Einheit Spinne und Würfel zur Auswahl. Die Spinnenkonstruktion wird bei kleineren Baugrößen bevorzugt, da diese Einheit einfach an der Gerätewand angeschraubt werden kann. Der Würfel ist bei großen und schweren Ventilatoren die richtige Wahl. Er wird auf Schwingelementen am Geräteboden montiert. Der Begriff RadiPac setzt sich zusammeng aus Radial für Radialventilator und Package für Einheit. Das Komplettpaket RadiPac ist eine einbaufertige, abgestimmte und optimierte Funktionseinheit, die einfach zu handhaben, einfach zu installieren und einfach in Betrieb zu nehmen ist. Einfach einfach: alles aus einer Hand Plug & Play eben. Bild 1: Die Bauteilgruppe des Ventilators 8

9 DIE PLUG & PLAY-LÖSUNG 9

10 RICHTIGE WERTE Nenndaten Kennlinie Nennspannungsbereich Frequenz Drehzahl (1) Max. Aufnahmeleistung (1) Max. Aufnahmestrom (1) zul. Umgebungstemperatur technische Ausstattung und Anschlussbild Typ Motor VAC Hz min -1 W A C Radialventilator kg Bild 1a : Katalog Nenndaten (Quelle : RadiPac Katalog) *3G 560 M3G 150-IF A 3~ / ,40 25 bis +40 S.XX/M3) R3G 30,5 Änderungen vorbehalten (1) Nenndaten im Arbeitspunkt bei höchster Belastung und 400 VAC Dokumentation und Ventilatorauswahl Verlässliche Daten Die Auswahl des richtigen Ventilators anhand eines durch den Einsatz vorgegebenen Betriebspunkts bedarf zuverlässiger Daten und erfolgt üblicherweise mittels einer geeigneten Produktauswahlsoftware. Die Produkteigenschaften der RadiPac Radialventilatoren sind in Produktdatenblättern, gedruckten Katalogen (Bild 1a, b, c) und auch in einem Produktauswahlprogramm, dem Produktselektor, dokumentiert. Die in der Software enthaltenen Ventilatorleistungsdaten beruhen bei ebm-papst immer auf exakten Messungen, wie zuvor beschrieben. Der geforderte Luftvolumenstrom und die erforderliche statische Druckerhöhung, die der Ventilator im späteren Praxiseinsatz zu erbringen hat, sind die Mindestangaben, die im Auswahlprozess zu berücksichtigen sind. muss zwischen den gemessenen Werten interpoliert werden. Gerne bedient man sich dabei der allseits bekannten Ähnlichkeitsgesetze für Strömungsmaschinen. Diese sind hinreichend genau, wenn es sich bei den Ventilatoren nur um die Strömungsmaschine, also das Laufrad, handelt. ebm-papst Ventilatoren, wir erinnern uns (Seite 8), bestehen aber noch aus einem Motor und einer Steuerungselektronik. Die beiden letzteren Baugruppen verhalten sich jedoch nicht gemäß den Ventilator-Ähnlichkeitsgesetze, sondern haben ein ganz anderes Leistungsverhalten, vor allem im Teillastbereich. Um in jedem erdenklichen Betriebspunkt genaueste Voraussagen für das spätere Betriebsverhalten der Ventilatoreinheit zu erhalten, wurde die Auswahlsoftware entsprechend optimiert. Angepasste Software Weil die geforderten Betriebspunkte nicht zwangsläufig mit den gemessenen Betriebspunkten deckungsgleich sind, Der Produktselektor Besonders nutzerfreundlich kann der passende Ventilator mit dem Produktselektor von ebm-papst ausgewählt werden. 10

11 DIE DOKUMENTATION p fs Pa ,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 in H 2O 0 q V A B cfm m 3 /h = ηmax. 2 Bild 1b: Katalog Kennlinien (Quelle: RadiPac Katalog) Bild 1c A A A A B B B B n min P ed W I A 3,48 4,55 5,40 4,97 4,47 5,59 7,10 6,42 L W A db(a) Das Auswahlprogramm bietet die Möglichkeit, Ventilatoren an verschiedenen Betriebspunkten zu prüfen und die Leistungsdaten zu ermitteln. Dabei ist auch eine dynamische Vergleichbarkeit möglich, was dem realen Betriebsfall sehr ähnlich ist. Berücksichtigt werden kann außerdem der Einfluss von Temperatur, Meereshöhe und Einbauraum. Liegen mehrere Ventilatoren in dem vorgegebenen Leistungsbereich, kann anhand der angezeigten lufttechnischen und akustischen Daten der am besten passende Ventilator ausgewählt werden. Zusätzlich können die Lebenszykluskosten für die ausgewählten Ventilatoren errechnet werden. Die Leistungsdaten werden auch im angegebenen Betriebspunkt mit den saug- und druckseitigen Schallleistungswerten über das Oktavband ausgegeben. Über eine DLL-Schnittstelle ist die Einbindung der Software in kundenseitige Gerätekonfigurationsprogramme möglich. 11

12 RICHTIGE WERTE epa 1200 Bild 2: Validierungstest an insgesamt 38 unterschiedlichen Ventilator typen von ebm-papst BEISPIEL: Kennlinienfeld eines Typs aus dem Produktselektor (K3G310-AX69-01, Test_Id , ) 1 15 REFERENZPUNKTE: ausgewählte Betriebspunkte zur Messung der tatsächlichen Leistungsaufnahme Nenndrehzahl reduzierte Drehzahl Statische Druckerhöhung p fs Volumenstrom q V m³/h Bild 3 Zertifizierte Genauigkeit Die Genauigkeit der ausgegebenen Leistungsdaten ist enorm, was auch vom TÜV Süd bestätigt wurde (Bild 3). Validierungsmessungen aller 38 Typen der RadiPac Baureihe haben gezeigt, dass der Produkt selektor im Mittel einen etwas zu geringen Wirkungsgrad ausgibt. Wie wurden die Validierungsmessungen durchgeführt? Bei jedem Ventilator der RadiPac Baureihe wurden 15 Referenzpunkte (Bild 2) ausgewählt und auf dem zertifizierten Kammerprüfstand erfasst. Der Vergleich der Leistungsdaten mit den Daten aus dem Produktselektor zeigte, dass die gerechneten Werte aus dem Produktselektor fast deckungsgleich mit den real gemessenen Werten sind. Gemäß RLT-Richtlinie 01 wird für RadiPac Ventilatoren also die bestmögliche Genauigkeitsklasse 0 erreicht (Bild 4). Das bedeutet, dass ebm-papst RadiPac Ventilatoren im Auslieferungszustand tendenziell einen höheren Wirkungsgrad haben als im Produkt selektor ausgewiesen. Für den Kunden ist damit echte Planungssicherheit gegeben. Bild 4: In der Realität haben die Ventilatoren von ebm-papst tendenziell einen höheren Wirkungsgrad als in der Produkt dokumentation ausgewiesen GENAUIGKEITSKLASSEN RLT-Richtlinie 01, 2013, Herstellerverband Raumlufttechnische Geräte e.v., Deutschland Klasse 0 Klasse 1 Klasse 2 (angelehnt an DIN 24166, siehe Seite 14, Bild 1) %- Pkte. Abweichung Wirkungsgrad Δη se Referenzpunkt laufende Nummer

13 BESTÄTIGTE GENAUIGKEIT Kunden bestätigen: Auf ebm-papst ist Verlass! Wie wichtig die Genauigkeit von Ventilatordaten für RLT-Geräte ist, unterstreichen folgende Kundenaussagen An die Leistungsdaten von Antriebssystemen stellen wir als Hersteller von energieeffizienten raumlufttechnischen Geräten einen hohen Anspruch. Daher überprüfen wir die von uns eingesetzten Komponenten im Rahmen von Baumustermessreihen auf unserem eigenen Prüfstand. Die Antriebssysteme von ebm-papst haben im Vergleich zu den angegebenen Werten überzeugt. Die Abweichung der berechneten Daten von der Leistungsmessung lagen in einem engen Toleranzband von nur 1 bis 4 %. Sehr positiv haben wir den Umstand bewertet, dass die Angaben von ebm-papst unter den von uns gemessenen Leistungsaufnahmen lagen. Dies erleben wir selten. Die Genauigkeit der Ventilatordaten ist für uns und unsere Kunden äußerst wichtig. Nur auf dieser Basis lassen sich klare und belastbare Aussagen zum Energieverbrauch und zu Schallemissionen einer kompletten Lüftungsanlage machen. Da unsere RLT-Geräte Eurovent-zertifiziert sind, garantieren wir unseren Kunden mit unseren technischen Daten die Einhaltung engster Toleranzen. Die können wir nur dann sicher berechnen, wenn wir herstellerseitig sehr genaue Daten zur Einzelkomponente Ventilator bekommen. ebmpapst liefert uns diese Datenbasis in hervorragender Qualität. Die Firma Wolf als Klimagerätehersteller und die Firma ebm-papst arbeiten seit Jahren erfolgreich und vertrauensvoll zusammen. Die zuverlässigen, stufenlos regelbaren EC-Ventilatoren sind der entscheidende Schlüssel, um unsere Kunden bezüglich Hygiene, Luftförderung und geringen Energieverbrauch zu überzeugen. Die Zusammenarbeit auch mit Blick in die Zukunft ist getragen von diesem gemeinsamen Ziel. Die Leistungsdaten und Auslegungsprogramme sind zuverlässige Instrumente für die Planung und Ausführung der modernen Klimageräte. Dr.-Ing. Christoph Kaup Geschäftsführender Gesellschafter HOWATHERM Klimatechnik GmbH Martin Törpe Produktmanagement AL-KO THERM GMBH Dipl.-Ing. (FH) R. Riebesecker Produktbetreuung Klima+Lüftung Wolf GmbH 13

14 RICHTIGE WERTE Qualitätssicherung in der Produktion Genauigkeitsklassen bewerten die Fertigungsgenauigkeit ebm-papst legt größten Wert auf die hohe Qualität seiner Ventilatoren. Die dokumentierten Leistungsdaten und die richtige Auswahl des Ventilators sind dafür wesentlich. Aber das ist noch nicht alles: Es ist auch sicherzustellen, dass der Ventilator so gebaut wird, dass er die angegebenen Leistungswerte im Betrieb erreicht, unabhängig vom Produktionsdatum. Ein technisches Produkt ohne Toleranzen ist nicht denkbar. Diese sind beispielweise gegeben durch Maßabweichungen bei Komponenten, Baugruppen oder Bauteilen (z. B. im Lackdrahtdurchmesser oder in elektronischen Komponenten). Toleranzen kann man eingrenzen und man kann dafür sorgen, dass sie nicht überschritten werden. Dies ist Aufgabe der Qualitätssicherung eines Unternehmens. Je größer die Abweichungen und die daraus resultierenden Leistungsdefizite sein können, desto mehr Sicherheitszuschläge müssen bei der Auswahl der Ventilatoren gemacht werden. Dafür definiert die DIN Technische Lieferbedingungen für Ventilatoren Genauigkeitsklassen und zulässige Abweichungen von den dokumentierten Betriebswerten. Die sogenannten Grenzabweichungen sind in die Klassen 0 bis 3 unterteilt. Für Ventilatoren kleiner 10 kw lässt die Norm beispielsweise die Genauigkeitsklasse 3 zu (Bild 1). RadiPac ist klasse Alle RadiPac Ventilatoren werden im Auslieferungszustand am Ende der Produktion auf ihre Leistungsabweichung hin überprüft. Dokumentiert werden bei dieser Qualitätssicherungsmaßnahme alle elektrischen Leistungsdaten sowie die Einhaltung der zulässigen Fertigungstoleranzen. Die Auswertung zeigt anhand eines RadiPac Ventilators der Baugröße 500, dass ebm-papst die Genauigkeitsklasse 1 erreicht (Bild 2). Das bedeutet für den RLT-Gerätehersteller, dass die Ventilatorangaben im Katalog oder im Produktselektor gegenüber der tat- sächlichen Antriebsleistung um maximal 2 % und gegenüber dem Gesamtwirkungsgrad um höchstens 1 % abweichen dürfen. Sicherheit für Planer Fassen wir die Abweichungen aus der Produktdokumentation und der Bild 1: Genauigkeitsklasse nach DIN (ISO 13348)* Betriebswerte Grenzabweichung in Klasse 0 (AN1) 1 (AN2) 2 (AN3) 3 (AN4) Volumenstrom q v ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 % Druckerhöhung statisch Δp stat ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 % Antriebsleistung P ed ±2 % +3 % +8 % +16 % Wirkungsgrad statisch stat 1 % 2 % 5 % ( 12 %) Schallleistungspegel db(a) +3 db(a) (+2 db(a)) +3 db(a) +4 db(a) +6 db(a) * ISO mit anderen Bezeichnungen und geringfügig anderen Werten Produktproduktion zusammen im Auslieferungsfall, wird die reale Leistungsaufnahme des Ventilators also niedriger ausfallen als dokumentiert, der Gesamtwirkungsgrad folglich höher sein. Böse Überraschungen bei der Inbetriebnahme Ihrer RLT-Anlage sind deshalb ausgeschlossen, was übrigens auch eine vorsorgliche Überdimensionierung des Ventilators überflüssig macht. Bild 2: Die Genauigkeitsklassen definieren produktionsbedingte Abweichungen von Ventilatorleistungs daten. Die RadiPac Baureihe erreicht demnach die Klasse 1. Die Auswertung basiert auf Leistungsmessungen bei Ventilatoren. Häufigkeit (%) P1 [W] Auswertung der RadiPac Baureihe Klasse 0: 2 % Klasse 1: 3 % Klasse 2: 8 % Anzahl der Produkte 14

15 DIE PRODUKTION 15

16 RICHTIGE WERTE Bild 1: Die Multiplikation der Einzelwirkungsgrade aller Ventilatorkomponenten ergibt einen falschen Wert beim Gesamtwirkungsgrad Vergleich von Ventilatoren RadiPac Werte gegenüber gerechneten Werten Der reale Wirkungsgrad eines gemessenen Ventilators ist nicht gleichzusetzen mit dem Produkt der Einzelwirkungsgradmaxima von Motor, Antrieb, Regelung und Laufrad. Aber warum ist das so? Die korrekte Bestimmung Für ein Retrofit-Projekt werden verschiedene Ventilatoren angefragt und die Leistungsdaten der angebotenen Ventilatoren verglichen. Dabei ist zu beachten, dass Leistungsangaben, die auf Berechnungen beruhen, meist nicht realistisch sind. Sie sind tendenziell viel zu optimistisch! Denn bei der Berechnung werden die Wirkungsgradmaxima der Einzelkomponenten Motor, Antrieb, Regelung und Ventilatorlaufrad in der Regel aus Katalogen entnommen. Es ist aber nicht davon auszugehen, dass sich im realen Betrieb dann auch jeweils der maximale Wirkungsgrad bei jeder Komponenten einstellen wird. Eine Multiplikation dieser Einzelwirkungsgrade in ihrem jeweiligen Optimum ergibt einen deutlich günstigeren Gesamtwirkungsgrad als im tatsächlichen Betriebspunkt möglich (Bild 1). Dieser Fehler führt dazu, dass die Berechnung des Leistungsverbrauchs sehr viel günstigere Werte liefern als der tatsächliche Betrieb. Um die realistischen Werte zu erhalten, empfiehlt die ISO 12759:2010 Fans Efficiency classification for fans ausdrücklich, mit gemessenen Werten zu planen. Besser geht nicht ebm-papst liefert jederzeit die richtigen Werte. Der Grund dafür liegt in der Messung und Lieferung der Mindestkonfiguration eines kompletten, einbaufertigen Ventilators, bestehend aus Hochleistungslaufrad, EC-Motor und Steuerelektronik. Weil diese optimal aufeinander abgestimmt sind, werden statische Gesamtwirkungsgrade deutlich über 60 % erreicht. Sie sind gemessen und im Produktselektor hinterlegt. Deutlich höhere Angaben anderer Anbieter sollten stets hinterfragt werden. 16

17 DER VENTILATORWIRKUNGSGRAD Ökodesign Die Ökodesign-Verordnung für Ventilatoren (EU 327/2011) benennt Mindesteffizienzanforderungen für elektromotorisch getriebene Ventilatoren. Erstmals für 2013 festgelegt, werden sie ab weiter erhöht. Betroffen sind alle Ventilatoren ab einer elektrischen Eingangsleistung von 125 W bis 500 kw. Der Geltungsbereich erstreckt sich auf Antriebsleistungen von 125 W bis 500 kw. Je nach Ventilatorbauart muss ein festgelegter Effizienzgrad erreicht werden. Die Berechnung der Mindesteffizienzwerte ist in dieser Verordnung beschrieben. Alle GreenTech EC-Ventilatoren der RadiPac Baureihe von ebm-papst übertreffen bereits heute die ab 2015 geltenden Anforderungen. Mindesteffizienzanforderungen für die RadiPac EC-Radialventilatoren nach der Ökodesign-Verordnung 2015 Elektrische Leistungsaufnahme Mindesteffizienz in kw in % 0,125 kw 42 % 0,5 kw 48,3 % 1 kw 51,5% 3 kw 56,5 % 5 kw 58,5 % 10 kw 62 % Neben dem optimalen Wirkungsgrad liefert RadiPac mit GreenTech EC-Motor im Vergleich zu anderen Ventilatoren eine Reihe weiterer Vorteile für RLT-Anlagen. Installation einfach und sicher Das Hochleistungslaufrad ist direkt auf dem Rotor des Außenläufermotors befestigt. Das spart Platz und erlaubt die Auswuchtung der gesamten rotierenden Einheit in einer Aufspannung (Bild 2). Elektronik und Motor bilden eine Einheit (Bild 3), was für eine einfache Installation sorgt, denn die bereits eingebaute Steuerelektronik ersetzt einen externen Frequenzumrichter. Da Motor und Elektronik im Motorsystem perfekt aufeinander abgestimmt sind und nah beieinander liegen, werden auch zusätzliche elektronische Filter und geschirmte Kabel überflüssig. Zudem ist kein externer Motorschutzschalter notwendig. Die kostenintensiven Abstimmungen bei der Inbetriebnahme in RLT-Geräten entfallen genauso wie Erdungs- und Schirmungsmaßnahmen. Das bedeutet Plug & Play in der Raumlufttechnik. Ressourcenschonend Einen großen Beitrag leistet der GreenTech EC-Motor zur Ressourcenschonung und Versorgungssicherheit. Der netzgespeiste, permanent erregte Synchronmotor mit elektronischer Kommutierung (auch BLDC- oder PM-Motor genannt) liegt mit seinen Wirkungsgraden weit über der Effizienzklasse IE4 und dies ohne die Verwendung von versorgungskritischen Seltene-Erden-Magneten. Andere Permanentmagnetmotoren in Innenläuferbauweise benötigen bei vergleichbarer Effizienz bauartbedingt Magnete aus seltenen Erden. Damit ist RadiPac die kompakte, effiziente, anwenderfreundliche und nachhaltige Ventilator lösung für RLT-Geräte aus einer Hand (Bild 3). AC- bzw. PM-Ventilatoren mit Frequenzumrichter GreenTech EC-Ventilator + + = Lots of trouble = Plug & Play Bild 2: EC-Motoren beanspruchen weniger Bauraum Bild 3: GreenTech EC-Motoren alles aus einer Hand 17

18 RICHTIGE WERTE Der bedarfsgerechte Betrieb Ventilatoren in RLT-Geräten arbeiten meist im Teillastbereich Ein Bürokomplex mit Glasfassade, ein Sommertag mit Temperaturen von 35 C im Schatten, maximale Raumbelegung, maximaler Lüftungsund Kühlbedarf und der nächste Wartungs- oder Servicetermin ist in weiter Ferne. So oder so ähnlich könnten Maximalanforderungen für ein RLT- System aussehen. Bei gewerblichen, kommunalen, aber auch industriellen Anwendungen kommt der maximale Lastfall über ein Betriebsjahr gerechnet nur an wenigen Tagen vor (Bild 1). Dennoch müssen auch dann Kühl- oder Heizlast und Mindestluftwechselraten gewährleistet sein. Der maximale Lastfall ist also der ausschlaggebende Faktor für die Dimensionierung des RLT-Systems und der Ventilatoren aber über die gesamte Betriebsdauer betrachtet ist er nicht der wichtigste! Betriebspunkt für den Wirkungsgrad Eine Informationsbroschüre* der Deutschen Energieagentur dena empfiehlt hierzu Folgendes: Kurzfristig kann der Betriebspunkt sich durch tageszeitliche Einflüsse, Produktionsschwankungen, Wind und Wetter verändern. Mittelfristig können sich durch Saisoneinflüsse oder die Auslastung der Fertigung, langfristig durch zunehmende Filterwiderstände etc. Veränderungen ergeben. Es wäre in diesen Fällen ein Fehler, den Auslegungsbetriebspunkt (ungünstigste Verhältnisse und *dena Ratgeber, Titel Lufttechnik für Industrie und Gewerbe 18

19 DER TEILLASTFALL 19

20 RICHTIGE WERTE Leistungsbedarf eines Klimazentralgeräts (AHU) einer typischen Büroetage, betrachtet über eine Woche Bild 1: Elektrische Leistungsaufnahme eines RLT-Geräts über eine Woche hinweg [kw] t Elektrischer Leistungsverbrauch Zeit [h] höchste Leistungsanforderung) auf den Punkt mit dem besten Wirkungsgrad zu legen. Besser sollte dort der Betriebspunkt für den häufigsten Ventilators liegt bei etwa 28 % im gezeigten Lastprofil (Bild 3a, b, c). Neben Einsparungen bei der Leistungsaufnahme sind die deutlich niedrigeren mit AC-Normmotor und Umrichter Einsparung Betriebsfall liegen. Am günstigsten ist es, anhand des erwarteten Lastgangs eine Optimierung vor- Montage- und Installationskosten, das geringere Gewicht und die platzsparende Bauweise weitere Kosten/ Jahre mit GreenTech EC-Motor zunehmen und die Kennlinie zu wählen, bei der die Jahresenergiekosten am geringsten sind. Es braucht also eine Technologie, die den Volumenstrom dem tatsächlichen Bedarf möglichst stufenlos anpasst. RadiPac hat diese Eigenschaft Pluspunkte. Richtige Werte im Teillastbetrieb Beim Betrieb von RLT-Anlagen ist also der Teillastfall für Planer und Betreiber von großer Bedeutung, um p sf Pa η ed % q V 25 % 50 % 75 % 100 % Boost η ed : mit GreenTech EC-Motor η ed :mit AC-Normmotor und Umrichter m 3 /h für den Betrieb im RLT-Gerät bereits integriert. Seine Regelbarkeit über einen weiten Drehzahlbereich sorgt für eine sehr gute Effizienz und folglich für Einsparungen bei den Betriebskosten. Dies zeigt der Vergleich eines AC-Ventilators inklusive Frequenzumformer mit einem GreenTech EC-Ventilator (Bild 2). Der Wirkungsgradvorteil des EC- die Betriebskosten niedrig zu halten. RadiPac EC-Radialventilatoren sind dafür eine optimale Lösung. Mit dem zertifizierten Produktselektor können diese Betriebsfälle realitätsnah abgebildet werden. Denn die Datenbasis sind die gemessenen Leistungsdaten des Ventilators. Das bietet echte Planungssicherheit. 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % q V 25 % 50 % 75 % 100 % Boost m 3 /h Bild 3a, b, c: Der Vorteil des GreenTech EC-Motors gegenüber einem leistungsgleichen AC-Norm motor mit Umrichter liegt bei etwa 28 % im genannten Lastprofil 20

21 DER TEILLASTFALL. Bild 2: Systemvergleich IEC-E2-Motor mit Frequenzumrichter, Sinusfilter und Schutzbeschaltung versus GreenTech EC-Motor von ebm-papst Reale Betriebsbedingungen Frei ansaugende und frei ausblasende Messungen der Kategorie A sind maßgebend für die Angaben in den Produktkatalogen oder im Produkt selektor und ermöglichen eine direkte Vergleichbarkeit der Ventilatoren (Bild 4a). Im RLT-Gerät werden die Ventilatoren in mehr oder weniger beengten Einbauverhältnissen betrieben. Dadurch ergibt sich ein Abschlag in der Luftleistung, die bei der Auswahl des richtigen Ventilators zu berücksichtigen ist (Bild 4b). ebm-papst geht mit seinen dokumentierten Werten auf die Bedürfnisse seiner Kunden und die möglichen Betriebsfälle ein. Der Produktselektor erlaubt bei der Ventilatorauswahl die Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren bis hin zu Standortfaktoren des RLT-Systems des zur Verfügung stehenden Bauraums für den Ventilator. Damit sind aufschlussreiche Aussagen zur Energieeffizienz und zu Betriebskosten oder eine Lebenszykluskostenbetrachtung möglich, denn auch in diesem Fall kommt eine Vielzahl richtiger Werte zur Anwendung. ebm-papst trägt mit realistischen Verbrauchs- und Leistungswerten dazu bei, dass sich im Betrieb tatsächlich auch die vorausgesagten Leistungswerte einstellen (Bild 4c). Die Auswahl des richtigen Ventilators ist damit gewährleistet. Bild 4a Bild 4b Bild 4c: Im Produktselektor kann der Einbaufall durch Auswahl der Größe von raumlufttechnischen Geräten dargestellt werden 21

22 RICHTIGE WERTE 22

23 EIN NEUES LAUFRAD Stetige Weiterentwicklung RadiPac wird noch effi zienter Mit der Weiterentwicklung von RadiPac geht ebm-papst den nächsten konsequenten Schritt. Nach erfolgter Optimierung der in den RadiPac Ventilatoren eingesetzten EC-Motoren steht die Einführung eines verbesserten Ventilators an. Sie dürfen gespannt sein! Kontrolle ist gut Vertrauen ist besser Zuverlässigkeit und Vertrauen sind in einer Partnerschaft bedeutende Werte. Der Kunde muss sich blind auf seinen Lieferanten verlassen können. ebm-papst ist sich dieser Verantwortung bewusst. Mit den Ventilatoren und der dazugehörenden Dokumentation stehen dem Markt Qualitätsprodukte zu Verfügung, auf die Planer und Betreiber von RLT-Geräten jederzeit vertrauen können. Input Transformation Geforderter Output (Direkt)getriebener AC-Ventilator Verluste Elektrische Leistung P ed FU* Motor inkl. Lager Riemenantrieb Lager des Laufrades Laufrad Luftleistung P u 100 % Direktgetriebener EC-Ventilator Stand heute Verluste Elektrische Leistung P ed Integrierter FU* Motor Mt inkl. Lager kein Riemenantrieb keine Laufradlagerung Laufrad Luftleistung P u 100 % Direktgetriebener EC-Ventilator Zukunft Verluste Elektrische Leistung P ed Integrierter FU* kein Riemenantrieb keine Laufradlagerung Neues Laufrad *FU = Frequenzumrichter Luftleistung P u 100 % Bild 1: Die neue RadiPac Generation 23

24 REFERENZEN 499 RadiPacs für ein chinesisches Vorzeigeprojekt Ein Belüftungskonzept mit Applausgarantie Das neue Grand Theatre im chinesischen Jinan ist das Vorzeigeprojekt der Stadt auch in Sachen Nachhaltigkeit. Dafür sorgen unter anderem 499 RadiPac Ventilatoren von ebm-papst, die den riesigen Gebäudekomplex aus Opernhaus, Konzerthalle, Hotels und Büros mit ausreichend Frischluft versorgen und dabei äußerst effizient und leise sind. Für den RLT-Gerätehersteller Tsinghua Tongfang Co., der sich besonders nachhaltigen Lösungen verschrieben hat, war ebm-papst der ideale Partner. Die eingesetzten RadiPac Ventilatoren in den Baugrößen 710 und 630 mm bieten höchste Energieeffizienz und Zuverlässigkeit bei minimalem Wartungs- und Montageaufwand. Außerdem sind sie leistungsstark genug, um die Luft mit hohem Druck durch die langen Kanäle zu bewegen, und leise genug, um den Kunstgenuss der Besucher nicht zu stören. Dank TÜV-zertifizierter ebm-papst Messtechnik konnte man zudem sicher sein, den avisierten Systemwirkungsgrad der Ventilatoreinheiten auch in der Praxis zu erreichen. Technische Daten ebm-papst Produkt 2 x K3G710-AQ x K3G630-AQ01-01 Volumenstrom m 3 /h Statischer Druck Ventilator P a 550 Leistungsaufnahme kw 2 x 2,8 Anzahl Einheiten 218 Anzahl Ventilatoren 499 Der entscheidende Punkt: Vorzeigeprojekte wie das in Jinan leben von ihrem Renommee. Deshalb benötigt man Lösungen, die auf Bewährtes zurückgreifen, aber gleichzeitig den neuesten Stand der Technik darstellen wie unsere RadiPacs mit GreenTech EC-Technologie. 24

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26 REFERENZEN Einzigartige RLT-Lösung für exklusives Einkaufszentrum Klimaveränderung im Shopping-Center Sandton City ist eines der größten und vornehmsten Einkaufszentren von Johannesburg. Im Rahmen seiner Modernisierung wurde ein neues RLT-Konzept entwickelt, bei dem 140 RadiPac Ventilatoren von ebm-papst zum Einsatz kommen. Die modularen RLT-Anlagen vom Typ Viking mussten der besonderen Standortsituation und den variierenden Montageabläufen gerecht werden. Dafür wurden fünf unterschiedlich dimensionierte Einheiten mit jeweils drei modularen Abschnitten entwickelt. Für die bedarfsgenaue Luftförderung sorgen RadiPac Ventilatoren mit 400 mm Durchmesser. Diese wurden als vertikale Wand in einem typischen Fan-Array eingebaut und können über ein 0-10-V-Steuersignal je nach Einbauort und Zuluftbedarf individuell geregelt werden. Dank der einheitlichen Größe aller RadiPacs mit identischen Laufrädern und Motoren gestaltete sich der Herstellungsprozess äußerst unkompliziert. Auch der Wartungsaufwand reduziert sich auf ein Minimum, da keine Riementriebe eingestellt werden müssen. Technische Daten ebm-papst Produkt 11 x K3G400-AQ23-01 Volumenstrom m 3 /h Statischer Druck Ventilator P a Leistungsaufnahme kw 11 x 2,45 (1.700 m ü. M.) Anzahl Einheiten 18 Anzahl Ventilatoren 140 Der entscheidende Punkt: Die Viking-Lösung zeigt, wie wichtig das perfekte Zusammenspiel von hocheffizienter Motortechnik, optimierter Strömungstechnik und intelligenter Steuerelektronik ist. Nur so können Lösungen entstehen, die neue Maßstäbe setzen. 26

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28 Entdecken Sie ebm-papst PM-DE tech.mag 02/2014 SC-2,5' Ralf Mühleck, Projektingenieur bei ebm-papst Wir bei ebm-papst entwickeln Ventilatoren für klimatechnische Anlagen, die Ihnen höchste Messgenauigkeit und Planungssicherheit garantieren. Unser perfekt abgestimmtes Komplettsystem glänzt nicht nur mit hervorragender Effizienz, sondern liefert Ihnen auch verlässliche Information über den Gesamtwirkungsgrad. Denn was zählt, ist das Ergebnis. Entdecken Sie mehr auf entdecken.ebmpapst.com/gebaeudeklimatisierung