Laut der U.S. Energy Information Administration (EIA) werden mehr als 30 Prozent des landesweiten Stromverbrauchs für den Betrieb von HVAC- und Kühlsystemen aufgewendet; ein erheblicher Teil dieser Energie entfällt auf die Ventilatoren in diesen Systemen. ebm-papst, ein Hersteller von Ventilatoren, 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 sowie Stromkosten 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 Ventilatoren effizient, erschwinglich, anpassbar – und ökologisch verträglich 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) läuft. Jeder Motortyp hat seine Vor- und Nachteile.

Gleichstrommotoren sind bei jeder Drehzahl hocheffizient und ihre Drehzahl lässt sich leicht variieren, doch aufgrund der verwendeten Bürsten und Kommutatoren neigen sie zu kurzer Lebensdauer. Wechselstrom-Induktionsmotoren kommen ohne Bürsten aus, was sie langlebiger und kostengünstiger macht. Bis vor Kurzem liefen AC-Motoren nur mit einer einzigen Drehzahl (abhängig von der Netzfrequenz), doch moderne Frequenzumrichter (VFDs) ermöglichen es AC-Motoren nun, mit mehreren Drehzahlen zu laufen, wenngleich sie im unteren Drehzahlbereich ineffizient sind.

Das Beste aus beiden Welten bietet der bürstenlose Gleichstrommotor, der anstelle von Bürsten und Kommutator eine elektronische Steuerung nutzt, sodass Motoren effizient mit mehreren Drehzahlen laufen können, während der reibungsbedingte Verschleiß von Bürstenmotoren reduziert wird. Da sie Bürsten und Kommutatoren durch Elektronik ersetzen, werden sie oft als elektronisch kommutierte Motoren, kurz ECMs, bezeichnet. Im Grunde sind ECMs bürstenlose Gleichstrommotoren, doch während typische bürstenlose Gleichstrommotoren ausschließlich mit Gleichstrom arbeiten, verfügen ECMs über eine eingebaute AC-DC-Wandlerschaltung und laufen daher direkt mit der Wechselstrom-Netzspannung.

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

 

Da ebm-papst-Motoren AC-Eingänge akzeptieren, können Ingenieure sie problemlos in Konstruktionen nachrüsten, die zuvor AC-Ventilatoren verwendeten. Tatsächlich sind ihre Bauformen identisch, was sie geeignet macht als direkten Ersatz. Für neue Produktlinien stellen sie außerdem Ventilatoren mit DC-Eingängen her,die mit 24-VDC-Quellen betrieben werden, die mit den in vielen Kühlvitrinen verwendeten LED-Beleuchtungssystemen kompatibel sind. Ob AC oder DC – diese Ventilatoren sind sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb umweltfreundlich.

GreenTech-Ventilatortechnologie         

ebm-papst hat es sich zur Aufgabe gemacht, jedes neue Produkt in puncto Wirtschaftlichkeit und Ökologie besser zu machen als seine Vorgänger. Deshalb fertigt das Unternehmen Ventilatoren, bei denen Motor, Steuerelektronik und Flügelrad in einer einzigen Einheit zusammengefasst sind, wodurch sich der Material- und Energieaufwand in der Produktion verringert. Laut ebm-papst "macht eine Kombination aus Metall- und Kunststoffelementen bei den Axial- und Radiallaufrädern diese besonders leicht und bietet Potenzial für ein optimales aerodynamisches Design, was in einem bisher unerreichten Energieeffizienzniveau mündet – verbunden mit verbesserter Akustik." 

Basierend auf den Rückmeldungen des externen Temperatursensors jedes Ventilators kann die Steuerung die Drehzahl einzelner Ventilatoren erhöhen oder verringern, um eine gleichmäßige Kühlung über mehrere Zonen hinweg sicherzustellen. Das Ergebnis einzeln geregelter, drehzahlvariabler Ventilatoren ist eine deutliche Senkung des Energieverbrauchs.

Die Ventilatoren des Unternehmens übertreffen dank einer Kombination aus nachhaltigen Fertigungsmethoden und höherer Effizienz die Anforderungen der europäischen ErP-Richtlinie für energieverbrauchsrelevante Produkte.

GreenTech Integrierte Elektronik     

Ein GreenTech-Ventilator kann eine integrierte Leistungsfaktorkorrektur enthalten, EMI-Filterung, Überhitzungsschutz,  Strombegrenzung, Erkennung von Netzspannungs- und Phasenausfällen,  einen elektronischen Kommutator, eine Sanftanlaufschaltung für den Motor sowie eine RS-485-Modbus-Verbindung, die eine Programmierschnittstelle bietet und die Integration in Mehr-Ventilator-Systeme ermöglicht.

Der Ventilator verfügt außerdem über einen programmierbaren PI-Regler, mit dem Ingenieure die Proportional- und Integralkoeffizienten anpassen können, wobei die Ingenieure von ebm-papst berichten, dass die meisten Kunden feststellen, dass die voreingestellten Standardwerte gut funktionieren.

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

Fernüberwachung mit IoT-basierten ECM-Ventilatoren

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  der GreenIntelligence -Initiative integriert ebm-papst IoT-Technologie und eine Modbus-Schnittstelle in seine Ventilatoren, sodass diese in ein Gebäudeautomationssystem  (BAS) eingebunden werden können, als Teil umfassender Energiemanagement- und Wartungsprogramme.

Fernüberwachung und -steuerung sind auf zwei Arten möglich:

1) über die EC-Steuerungssoftware von ebm-papst auf einem Host-Computer mit einem Schnittstellenkonverter, und,

2) über kompatible Steuerungen von^{Drittanbietern} . (Eine Liste zugelassener Steuerungen ist hier verfügbar.)

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

 

Über verschiedene angeschlossene Sensoren kann ein IoT-Ventilator einen Fehler erkennen und einen Fehlercode an einen Techniker senden, wodurch Ausfallzeiten minimiert werden. Natürlich ist es besser, einen Ausfall zu vermeiden, als ihn zu erkennen. Deshalb kann das BAS auch die Anzahl der Betriebsstunden des Ventilators verfolgen,was die vorbeugende Wartung unterstützt. Noch besser: Sensoren können Bedingungen erkennen, die in naher Zukunft zu einem Fehler führen könnten, und so eine vorausschauende Wartung ermöglichen.

Konstruieren mit ECM/IoT-Ventilatoren

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

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

Diese Informationen ermöglichen es Ingenieuren, Folgendes zu bestimmen:

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

 

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

Da die Bereiche erneuerbare Energien und Nachhaltigkeit weiter wachsen, stellen wir fest, dass umweltbewusstes Handeln und Geld sparen sich nicht länger gegenseitig ausschließen. Energiesparende Geräte wie LED-Lampen, stromsparende Elektronik und effiziente Ventilatoren zeigen, dass Produkte, die ökologisch sinnvoll sind, auch wirtschaftlich sinnvoll sind – und das ist eine Lektion, die sich wirklich auszahlt!

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