Für Klimazentralgeräte waren noch vor 15 Jahren riemengetriebene Ventilatoren praktisch Stand der Technik. Mittlerweile haben energetisch deutlich effizientere AC-Antriebe mit Frequenzumrichtern diese traditionellen Gehäuseventilatoren mit Riemenantrieb abgelöst. Doch auch diese geregelten Geräte können manche Bedingungen nicht erfüllen. Eine interessante Alternative bietet hier der Parallelbetrieb von EC-Ventilatoren. Die Leistung dieser hocheffizienten und sehr gut regelbaren Antriebe macht technisch bis etwa 6 kW Sinn (Luftvolumenstrom ca. 16.000 m³/h bei mittleren Drücken).

Bei Bürogebäuden oder Einkaufszentren kann sich eine Störung der LüKK-Anlage empfindlich auf den Betrieb auswirken. Katastrophal ist ein Ausfall der Lüftung und der Kühlung für Rechenzentren. Ein defekter Großventilator mit einem 45 kW-Motor lässt sich nicht ohne weiteres auswechseln. Ein Ersatzteil vorzuhalten scheitert an den Kosten. Selbst wenn der Hersteller schnell Ersatz liefern kann, ist der Austausch kompliziert und dauert lange. Befindet sich das Klimazentralgerät auf dem Dach, muss ein Autokran gemietet werden. Und wenn die Anlage unter beengten Verhältnissen in einem Kellergeschoss steht, lässt sich defekte Ventilator oft nur mit der Trennscheibe demontieren. Der Einbau eines neuen Ventilators wird dabei zu einer echten Herausforderung.

Anders ist das bei einer Ventilatorenwand, denn diese arbeitet redundant. Wurden dabei die einzelnen Ventilatoren nicht bis zur jeweiligen Leistungsgrenze ausgelegt, lässt sich der Ausfall eines einzelnen, defekten Ventilators durch eine Drehzahlerhöhung der verbleibenden Ventilatoren problemlos kompensieren. Die Haustechnik kann dann die Reparatur in aller Ruhe planen. Ein bis zwei Personen können einen kleinen Ventilator ohne spezielle Hilfsmittel montieren. Aufgrund der nun geringeren Kosten ist sogar das Vorhalten eines Ersatzventilators wirtschaftlich realisierbar. Ebenso einfach gestalten sich komplette Retrofit-Maßnahmen. Nach Einbau einer angepassten Wand sind die neuen Ventilatoren selbst unter beengten Platzverhältnissen komfortabel zu montieren.

Schallschutz und Platzbedarf

Strömungsprofile eines Einzelventilators

Häufig sind Lüftungsgeräte auf dem Dach oder in einem Kellergeschoss untergebracht. Die Unterbringung im Gebäude beansprucht kostspieligen Bauraum. Daher müssen die Anlagen möglichst platzsparend konstruiert werden. Auf dem Dach spielt Platz meist keine oder eine nur geringe Rolle, dafür kann es dort aber Probleme mit dem Schallschutz geben. Ventilatorenwände bieten in beiden Fällen Vorteile. Module in EC-Technik haben deutlich kürzere Baulängen und sind damit platzsparender als mit Normmotor. Die Platzeinsparung beschränkt sich jedoch nicht auf die Ventilatoren an sich: Das Strömungsprofil über den Gerätequerschnitt hinter einem zentralen Ventilator vergleichmäßigt sich erst in einem gewissen Abstand. Man braucht daher eine Beruhigungsstrecke, damit nachgeschaltete Elemente gut durchströmt werden. Ansonsten leidet zum Beispiel die Effizienz eines Wärmeübertragers, oder Filter müssen früher gewechselt werden, weil sie ungleichmäßig beaufschlagt werden. Empfohlen wird ein druckseitiger Abstand zu nachgeschalteten Elementen von einem Laufraddurchmesser. Beim Einsatz von mehreren kleineren Ventilatoren wird dieser nötige Abstand verringert. Das spart Material und Stellfläche. Dieser Aspekt ist besonders bei Retrofitprojekten (Ersatz eines alten, bestehenden Ventilators) sehr günstig: Neben der kompakten Baulänge kann durch die kleineren Ventilatoren in einer Ventilatorenwand die Strömungssituation verbessert werden.

Die Strömungsprofile einer Ventilatorenwand.

Auch bei der Geräuschemission sind mehrere kleine Ventilatoren vorteilhaft, denn sie drehen schneller als ein großer Einzelventilator. Dies wiederum beeinflusst den so genannten Drehklang: Je höher die Drehzahl ist, desto höher ist die Drehtonfrequenz. Die Schalldämpfer für hohe Frequenzen sind aber günstiger und kompakter als solche für niedrige Frequenzen. Daher senken sie die Kosten nicht nur direkt, sondern sparen zusätzlich Bauraum.

Ziehl-Abegg bietet zu den Ventilatoren auch die passende Regelungstechnik an, die die Programmierung besonders einfach macht. Dabei übernimmt das „Unicon“-Regelgerät auf Knopfdruck automatisch die Adressierung der EC-Ventilatoren, die über Modbus miteinander verbunden sind. So können auch Anwender ohne tiefe Kenntnisse in der Bustechnik die Geräte in Betrieb nehmen. Die Ventilatoren geben aber auch ein Signal an das Regelgerät und damit, wenn gewünscht, an die Gebäudeleittechnik. Gesendet werden Informationen wie zum Beispiel Drehzahl, Strom, Leistung und Störungen.

Darstellung einer aus neun einzelnen EC-Ventilatoren bestehenden Ventilatorenwand.

Bei Ventilatoren ist eine Betrachtung von Teillastfällen besonders wichtig, denn bis auf wenige Ausnahmen laufen sie nur selten bei Volllast und gleichzeitig im optimalen Betriebspunkt. Im Normalfall wird die Ventilatorleistung (Luftvolumenstrom) abhängig von den aktuellen Betriebsbedingungen geregelt. Bei solchen Lastprofilen kann die EC-Technik ihre Vorteile voll ausspielen. Im Gegensatz zu einem AC-Antrieb erreicht ein EC-Motor selbst bei halber Last noch nahezu seinen höchsten Wirkungsgrad. Die Tabelle (Abbildung 5) verdeutlicht dies. Hier wurde ein typischer zeitlicher Lastverlauf (20 % Volllast, 70 % Dreiviertellast, 10 % halbe Last) angenommen und die jährlichen Energieverbräuche ermittelt.

Ergänzend ein Blick auf die Initialkosten. Acht EC-Ventilatoren kosten zur Förderung des gleichen Nennluftvolumenstroms kaum mehr als ein AC-Einzelventilator mit Frequenzumrichter. Je nach Konfiguration variiert der Aufwand für die Inbetriebnahme. Die Kosten unterscheiden sich jedoch nur marginal, zudem die zuvor beschriebene automatische Adressierung den Vorgang vereinfacht. Bei jährlichen Einsparungen von 2.200 Euro an Energiekosten werden mögliche Mehrkosten jedoch schon nach kürzester Zeit kompensiert. Danach profitiert der Betreiber von den günstigen Betriebskosten.

Zu den Unterschieden im Teillastverhalten kommt der Trend zu niedrigen Drücken in der Lüftungs- und Klimatechnik, nicht zuletzt durch die Effizienzanforderungen der Ökodesign-Verordnung 1253/2014 für Lüftungsgeräte. Gerade bei niedrigen Drücken arbeiten jedoch mehrere kleine Ventilatoren oft effizienter als ein großer Einzelventilator. Varianten mit einer unterschiedlichen Anzahl an Ventilatoren eröffnen zusätzliche Chancen, eine Konfiguration zu finden, bei der die Geräte im optimalen Betriebspunkt arbeiten.

Ventilatorenwände werden Einzelventilatoren nicht vollständig ersetzen. Ein moderner Innenläufer mit Permanentmagnet der IE4-Klasse kann im optimalen Betriebspunkt genau so effizient sein wie eine EC-Lösung. Der optimale Betriebspunkt eines großen Ventilators wird in der Praxis aber nur selten erreicht. Deshalb sind parallel laufende, kleine Ventilatoren – wie dargestellt – oft die bessere Wahl. Sowohl technisch als auch wirtschaftlich. kf