Energieeffiziente Ventilatoren. Ralf Mühleck, Projektingenieur

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1 Energieeffiziente Ventilatoren Ralf Mühleck, Projektingenieur

2 Agenda Energiebedarf Lüftungsanlage Ökodesignrichtlinie für Motoren u. Ventilatoren EC-Motor Funktionsweise mechanischer Aufbau EC Ventilator Regel- und Steuermöglichkeiten Baugrößen und Leistungsbereiche Zusammenfassung 2

3 Faktoren die den Energiebedarf einer Lufttechnischen Anlage beeinflussen: geforderte Luftmenge vom Nutzer Druckverlust der lufttechnischen Komponenten wie z.b. Auslässe, Luftverteilnetz, Klimakastenkastengerät mit seinen Komponenten wie Filter, Wärmetauscher, usw. eingesetzter Ventilator 3 3

4 Auswirkungen Luftleistung = Volumenstrom x stat. Druck Druckverlust ~ Luftgeschwindigkeit ² Druckverlust ~ Volumenstrom ² Leistungsaufnahme ~ Volumenstrom ³ 4 4 Ziel: Maßnahme: Bedarfsorientierte Luftförderung Drehzahlregelung des Ventilators

5 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Möglichkeiten der Drehzahlregelung + + EC Lösung mit integrierter Elektronik AC Lösung mit Frequenzumformer 5

6 Effizienzklassen für Motoren EC Motoren erfüllen die zukünftigen Forderungen an den Mindestmotorwirkungsgrad IE 4 Entwurf März 2012 nach IEC/TS Mindestanforderung ab Januar 2011: IE2 (alt: EFF1) für IEC Normmotoren 6

7 EC-Ventilatoren: ERP Richtlinie: Ventilatoren >125 W Verteilung der Wirkungsgrade anhand aktueller Radialventilatoren 7

8 EC-Ventilatoren: ERP Richtlinie: Ventilatoren >125 W Verteilung der Wirkungsgrade anhand aktueller Radialventilatoren 8

9 EC-Technik : EC Motor Aufbau Drehstrommotor In der Wicklung des Stators wird durch das Drehstromnetz ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Diese induziert im Rotor ein Magnetfeld, was zu einer Rotation führt. Netzfrequenz * 60 Drehzahl Polpaaranz ahl EC-Motor Gleichstrommotor mit Permanentmagnet und elektronischer Kommutierung (Stromwendung) durch Transistoren. Drehfeld wird durch integrierte Kommutierungselektronik erzeugt. Der Anschluss erfolgt direkt am Wechselstromnetz. EC => Electronical Commutation 9

10 EC-Technik : EC Motor Aufbau Anschlussbox Elektronikgehäuse Kommutierungselektronik Statorpaket mit Wicklung Magnetsegmente Rotor 10

11 11 EC-Technik : Was macht den Unterschied? Vergleich der Verluste

12 EC-Technik : Was macht den Unterschied? Bauartbedingter Vorteil ~ 10 Punkte ~ 36 points 40 Effizienz Nennlast bei 100 % P/P nom 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 12 EC 1,1kW* AC 1,1kW** * Motorwirkungsgrad ohne Elektronik; ** Effizienzklasse IE2

13 EC-Technik : Was macht den Unterschied? Bauartbedingter Vorteil ~ 10 Punkte ~ 36 Punkte 40 Effizienz Teillast bei < 50% Nennlast bei 100 % P/P nom 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 13 EC 1,1kW* AC 1,1kW** * Motorwirkungsgrad ohne Elektronik; ** Effizienzklasse IE2 13

14 EC-Technik : Laufrad Schnittstelle Motor-Laufrad Laufradbefestigung minimale Laufradversperrung => hoher stat. Laufradwirkungsgrad bis 75% 14

15 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Die Steuerelektronik Spannungsbereich 1~ VAC oder 3~ VAC 50Hz und 60Hz Betrieb Leistungsbereiche: 0,5kW bis12 kw Analoger Steuereingang 0-10 V => stufenlose Regelung Modbus-Schnittstelle für Service (Fehlerspeicher), z.b. Druckkonstantregelung oder Vernetzung Fehlermelderelais Niedriges Kommutierungsgeräusch durch optimierte Auslegung Ideale Abstimmung zwischen Motor und Elektronik geringer Verdrahtungsaufwand => keine geschirmte Leitung 15

16 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Die Steuerelektronik Einhaltung der EMV Normen Störaussendung gemäß EN (Klasse B ) Störfestigkeit gemäß EN Netzrückwirkung gemäß EN Keine geschirmten Leitungen notwendig Kein Motorschutzschalter notwendig, durch in der Elektronik integrierte Schutzeinrichtungen Leitungsschutzschalter ist ausreichend 16

17 EC-Technik: Kennlinienvergleich EC-Freiläufer zu Gehäuseventilator (rückwärts gekrümmt) Leistungsaufnahme 5300 W 4300 W 1100 Pa Leistungsaufnahme [W]] stat. Druck [Pa] doppelseitig saugend, in Spiralgehäuse, THLZ 355W (Normmotor) K3G500AQ Radipac 17 Volumenstrom [m³/h] 8800 m³/h

18 EC-Technik: Motorvergleich Vergleich Radialventilator Baugröße 250 mit IE2 Motor zu EC Motor (Laufrad identisch ) 18

19 EC-Technik: Motorvergleich Vergleich Radialventilator Baugröße 250 mit IE2 Motor zu EC Motor 19

20 EC-Technik: Motorvergleich Vergleich Radialventilator Baugröße 250 mit IE2 Motor zu EC Motor Betriebskostenvorteil Greentech EC Ventilator: -28 % weitere Vorteile: - kompaktere Bauweise - geringere Montagekosten - sehr laufruhig bei Teillast Annahme: 0,15 /kwh Dauerbetrieb gemäß Lastprofil 20

21 EC-Technik : Übersicht Radipac s Tragspinne 250 bis 560 mm Leistungsbereich 0,5 6 kw bis m³/h 1000Pa Würfelkonstruktion: mm Leistungsbereich 7,5-12 kw bis m³/ 1000 Pa 21

22 22 EC-Technik : Leistungsbereich Radipac

23 EC-Technik : Fan Array Vorteile: erhöhte Betriebssicherheit durch Redundanz => Nachregeln der Ventilatoren Servicefreundlichkeit durch einfachen Einund Ausbau eines Moduls geringe Einbautiefe individuelle Abmessungen möglich z.b. niedrige Höhe des Gerätes 23

24 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Größenvergleich mit EC Radialventilator bisher => Kürzere Geräte, geringerer Platzbedarf 24

25 EC-Technik: Aufnahmeleistungsreduzierung durch Ventilatorabschaltung bzw. Drehzahlabsenkung P 1 ~ n³ Beispiel: 8 Ventilatoren je 100W -> 800W Die Vorgabe lautet halber Volumenstrom. 4 Stück abschalten -> 400W oder alle 8 mit halber Drehzahl ½ n -> P 1 / 8 -> 100W 25

26 EC-Technik : Zusammenfassung Hohes Potential zur Energieeinsparung minimale Verlustleistung und Wärmeentwicklung durch höchsten Motor- und lufttechnischen Wirkungsgrad Integrierte Motorelektronik Optionen zur Drehzahlstellung, Regelung, Überwachung, Vernetzung enthalten anwendungsbezogene Anpassung der Ventilatorleistung durch integrierte Steuer- und Regelfunktionen für Ventilatoranwendungen (konstanter Druck oder konstantes Volumen) Kompaktheit Kompakter Motor / keine externen Geräte wie z.b. FU oder Trafo Geringer Verdrahtungsaufwand / weniger Platzbedarf im Schaltkasten EMV und Netzfilter integriert 26

27 EC-Technik : Zusammenfassung Plug & Play Betrieb ist weltweit an 50 und 60 Hz Netzen mit gleichem Motor möglich Großer Spannungsbereich (1~ VAC oder 3~ VAC) Niedriges Geräusch Praktisch keine Motorgeräusche im Teillastbetrieb Überwachungsmöglichkeiten Langjährige Erfahrung im Bereich EC Technik 27

28 28 Vielen Dank

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