Laut der U.S. Energy Information Administration (EIA) werden mehr als 30 Prozent des landesweiten Stromverbrauchs für HVAC- und Kältesysteme aufgewendet; ein erheblicher Teil dieser Energie fließt in die Lüfter dieser Systeme. ebm-papst, ein Hersteller von Lüftern, Motoren und Antrieben für diese und andere gängige Anwendungen, entwickelt energieeffiziente Luftfördereinheiten, die dazu beitragen, unsere Wohnräume, Lebensmittel und Getränke kühl zu halten und gleichzeitig Energieverschwendung und Nebenkosten zu reduzieren. Der Fokus des Unternehmens auf GreenTech und Nachhaltigkeit prägt sowohl seine Produktlinien als auch seine Unternehmensphilosophie.

Engineering.com sprach mit Ingenieuren von ebm-papst, die einen Überblick über die Technologie gaben, die ihre Lüfter effizient, erschwinglich, anpassbar – und gut für das Ökosystem – macht.

Motoren

Vor über einem Jahrhundert hatten zwei Erfinder unterschiedliche Vorstellungen davon, wie Elektrizität die Welt antreiben könnte. Thomas Edison wollte Glühlampen verkaufen; er bevorzugte Generatoren und Motoren mit Gleichstrom (DC). Sein Rivale Nikola Tesla erfand den Induktionsmotor, der mit Wechselstrom (AC) betrieben wird. Jeder Motortyp hat seine Vor- und Nachteile.

Gleichstrommotoren sind bei jeder Drehzahl hocheffizient und ihre Drehzahl lässt sich leicht variieren, aber aufgrund der Verwendung von Bürsten und Kommutatoren haben sie in der Regel eine kürzere Lebensdauer. Wechselstrom-Induktionsmotoren kommen ohne Bürsten aus, wodurch sie langlebiger und kostengünstiger sind. Bis vor Kurzem liefen Wechselstrommotoren nur mit einer einzigen Drehzahl (abhängig von der Netzfrequenz), aber moderne Frequenzumrichter (VFDs) ermöglichen es Wechselstrommotoren nun, mit mehreren Drehzahlen zu laufen, wenngleich sie im unteren Drehzahlbereich weniger effizient sind.

Das Beste aus beiden Welten bietet der bürstenlose Gleichstrommotor, der anstelle von Bürsten und Kommutator eine elektronische Steuerung nutzt und es Motoren ermöglicht, effizient mit mehreren Drehzahlen zu laufen, während gleichzeitig der reibungsbedingte Verschleiß von Bürstenmotoren reduziert wird. Da sie Elektronik anstelle von Bürsten und Kommutatoren verwenden, werden sie oft als elektronisch kommutierte Motoren oder ECMs bezeichnet. Im Grunde sind ECMs bürstenlose Gleichstrommotoren, aber während typische bürstenlose Gleichstrommotoren ausschließlich mit Gleichstrom betrieben werden, verfügen ECMs über eine eingebaute AC-DC-Umwandlungsschaltung, sodass sie direkt mit Wechselstrom-Netzspannung betrieben werden können.

Zwei Ingenieure von ebm-papst vergleichen AC-Motoren und EC-Motoren:

Da ebm-papst-Motoren Wechselstromeingänge akzeptieren, können Ingenieure sie problemlos in Konstruktionen nachrüsten , die zuvor AC-Lüfter verwendeten. Tatsächlich sind ihre Baugrößen identisch, wodurch sie sich eignen als direkter Ersatz. Außerdem stellen sie Lüfter mit Gleichstromeingängen für neue Produktlinien her, die mit 24-V-DC-Quellen betrieben werden, die mit den LED-Beleuchtungssystemen kompatibel sind, die in vielen Kühlvitrinen zum Einsatz kommen. Ob AC oder DC – diese Lüfter sind sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb umweltfreundlich.

GreenTech-Lüftertechnologie         

ebm-papst hat es sich zur Aufgabe gemacht, alle neuen Produkte in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Ökologie besser als ihre Vorgänger zu machen. Aus diesem Grund stellt das Unternehmen Lüfter her, die Motor, Steuerelektronik und Lüfterflügel in einer einzigen Einheit integrieren, wodurch der Material- und Energieaufwand bei der Produktion reduziert wird. Laut ebm-papst „macht eine Kombination aus Metall- und Kunststoffelementen in den Axial- und Radiallaufrädern diese besonders leicht und bietet Potenzial für ein optimales aerodynamisches Design, das in einem bisher unerreichten Energieeffizienzniveau mündet – verbunden mit einer verbesserten Akustik.“ 

Basierend auf den Rückmeldungen des externen Temperatursensors jedes Lüfters kann die Steuerung die Drehzahl einzelner Lüfter erhöhen oder verringern, um eine gleichmäßige Kühlung über mehrere Zonen hinweg sicherzustellen. Das Ergebnis individuell gesteuerter, mehrstufiger Lüfter ist eine deutliche Senkung des Energieverbrauchs.

Die Lüfter des Unternehmens übertreffen die europäische ErP-Richtlinie für energieverbrauchsrelevante Produkte, dank einer Kombination aus nachhaltigen Fertigungspraktiken und höherer Effizienz.

GreenTech Integrierte Elektronik     

Ein GreenTech-Lüfter kann eine integrierte Leistungsfaktorkorrektur enthalten, EMI-Filterung, thermischen Überlastschutz,  Strombegrenzung, Erkennung von Netzspannungs- und Phasenausfall,  einen elektronischen Kommutator, eine Motor-Sanftanlaufschaltung sowie eine RS-485-Modbus-Verbindung, die eine Programmierschnittstelle bietet und die Integration in Multi-Lüfter-Systeme ermöglicht.

Der Lüfter verfügt zudem über einen programmierbaren PI-Regler, mit dem Ingenieure die proportionalen und integralen Koeffizienten anpassen können, obwohl die Ingenieure von ebm-papst berichten, dass die meisten ihrer Kunden feststellen, dass die vorprogrammierten Standardwerte gut funktionieren.

Zusätzliche Sensoren messen Lüfterdrehzahl, Spannung, Strom und Buskommunikation, sodass die übergeordnete Steuerung den Lüfterstatus überwachen, Fehler erkennen und bei Bedarf einen Techniker alarmieren kann. HVAC-Systeme können die Lüfterdrehzahl je nach Tageszeit, Raumbelegung, Umgebungsbedingungen und praktisch jeder anderen erfassbaren Variablen anpassen.

Fernüberwachung mit IoT-basierten ECM-Lüftern

Die Überwachung von Geräten auf Maschinenebene ist von gestern. Dank des Internets der  Dinge (IoT) können Geräte von überall aus beobachtet und gesteuert werden. Im Rahmen der  Initiative GreenIntelligence integriert ebm-papst IoT-Technologie und eine Modbus-Schnittstelle in seine Lüfter, wodurch diese in ein Gebäudeautomationssystem  (BAS) als Teil umfassender Energiemanagement- und Maschinenwartungsprogramme eingebunden werden können.

Fernüberwachung und -steuerung können auf zwei Arten erfolgen:

1) mithilfe der ebm-papst EC-Steuerungssoftware auf einem Host-Computer mit einem Schnittstellenkonverter, und

2) über kompatible Controller von^{Drittanbietern} . (Eine Liste der zugelassenen Controller ist hier verfügbar.)

Beide Schnittstellen ermöglichen es einem Facility-Manager, Parameter wie Betriebsstunden, Lüfterdrehzahl, Strom, Spannung, Leistungsaufnahme, Notfallbetrieb, Temperatur von Motor, Elektronik und Leistungsschaltkreisen, Betriebsart (Temperatur- oder Druck-/Luftstromregelung), Sollwert, Temperaturrückmeldung und Alarmsignale zu beobachten. Verschiedene RS485-Adapter wie Bluetooth, USB oder Ethernet können verwendet werden, um die Verbindung zwischen Lüftern und Smartphones, Laptops oder Computernetzwerken herzustellen.

Durch eine Vielzahl angeschlossener Sensoren kann ein IoT-Lüfter einen Ausfall erkennen und einen Fehlercode senden an einen Techniker, wodurch Ausfallzeiten minimiert werden. Natürlich ist es besser, einen Ausfall zu vermeiden, als ihn zu erkennen , weshalb das BAS auch die Anzahl der Betriebsstunden des Lüfters erfassen kann, was die vorbeugende Wartung unterstützt. Noch besser: Sensoren können Zustände erkennen , die in naher Zukunft zu einem Fehler führen könnten, und so eine vorausschauende Wartung ermöglichen.

Konstruktion mit ECM/IoT-Lüftern

Ich bat einen Ingenieur von ebm-papst, mich durch den Prozess der Konstruktion des Lüftersystems für eine gewerbliche Kälteanlage zu führen. Für einen Verdampfer- oder Verflüssigerlüfter in dieser Anwendung würde ein Ingenieur zunächst folgende Konstruktionsparameter festlegen:

• Systembetriebspunkt(e) – Luftstrom und statischer Druck
• Physische Einschränkungen
• Umgebung – minimale und maximale Umgebungstemperaturen, Staub/Feuchtigkeit/Spritzwasser usw.
• Versorgungsspannung, ein- oder dreiphasig, Leistungsgrenze
• Drehzahl-/Richtungssteuerung (Einzeldrehzahl, 2-Stufen, variable Drehzahl, Reversierbetrieb)
• Überwachungsanforderungen (Drehzahl, Fehlercodes, Leistungsaufnahme, Betriebsstunden, Motor-/Elektroniktemperaturen)
• Wird eine übergeordnete Steuerung benötigt? Wenn ja, welcher Art?

Diese Informationen ermöglichen es Ingenieuren, Folgendes zu bestimmen:

• Lüftertyp – axial, diagonal oder radial
• Lüftergröße
• Motorgröße
• Motorleistungsoptionen
• AC- oder EC-Motor
• Benötigte EC-Optionen (verfügbare Optionen hängen von der Motorgröße ab)
• Ist die übergeordnete Steuerung mit ebm-papst-Lüftern kompatibel?

Die Außendienstingenieure von ebm-papst arbeiten mit den Anwendungsingenieuren der Kunden zusammen, um eine optimale Lüfterkonfiguration zu entwickeln, die Leistung, Kosten und Effizienz in Einklang bringt.

Da die Bereiche erneuerbare Energien und Nachhaltigkeit weiter wachsen, stellen wir fest, dass grün sein und Geld sparen keine sich gegenseitig ausschließenden Konzepte mehr sind. Energiesparende Geräte wie LED-Lampen, stromsparende Elektronik und effiziente Lüfter zeigen, dass Produkte, die ökologisch sinnvoll sind, auch wirtschaftlich sinnvoll sind – eine Lektion, die sich wirklich auszahlt!

Erfahren Sie mehr über ebm-papst GreenTech EC-Lüfter.

Quelle: engineering.com