Energieeffizienz in Gebäuden – das Gesamtsystem bringt den Erfolg

Hoher Gesamtwirkungsgrad erfordert Optimierung aller Komponenten

Michael Burghardt

Kühlen, Heizen, Luftaustausch, Be- und Entlüftung? Die Anwendungen für sogenannte Raumlufttechnische Geräte (RLT-Geräte) sind weit gefächert. In vielen Regionen Europas betrachten sie die Einwohner allerdings nur als angenehmen Luxus. Dass sie auch energetisch sehr sinnvoll sind, ist nur wenig bekannt. Der von der Europäischen Kommission für die Ecodesign Directive: „ENTR Lot 6 – Air Conditioning and Ventilation Systems“ in Auftrag gegebene Teilbericht zu Ventilatorsystemen zeigt dies deutlich auf. Im Gegensatz zur natürlichen Lüftung steigt durch RLT-Geräte der Bedarf an elektrischer Energie, der Bedarf an Primärenergie für Heizen und Kühlen sinkt aber sehr stark.

Der elektrische Energiebedarf für RLT Geräte ist in Europa von 42 TWh/Jahr im Jahr 2000 auf 59 TWh/Jahr in 2010 gestiegen und wird noch weiter steigen. Die Tatsache, dass ein Großteil dieser Energie in die elektrischen Antriebe fließt, zeigt das Einsparpotential bei Auswahl der geeigneten Antriebstechnik. Grundsätzlich bestimmen drei Faktoren, wieviel Energie ein Ventilatorsys­tem im täglichen Betrieb aufnimmt: der geförderte Volumenstrom, der Gesamtdifferenzdruck und der Systemwirkungsgrad des Ventilatorantriebssystems. Und der steht im Folgenden auch ausschließlich im Mittelpunkt der Betrachtung. Was müssen Anwender beachten, wenn sie das Antriebssystem bezüglich des Wirkungsgrades optimieren wollen?

Nicht die Komponente, sondern das Zusammenspiel einzelner Baugruppen zählt
Der Gesamtwirkungsgrad des Ventilatorantriebssystems ist nicht durch einen einzelnen Faktor restlos zu beschreiben. Insgesamt gibt es vier wichtige Punkte, die ihn beeinflussen und letztlich bestimmen: der Wirkungsgrad des Ventilators, der Motorwirkungsgrad, der Kupplungswirkungsgrad sowie der Wirkungsgrad der Drehzahlregelung. Jeder dieser Faktoren hat mehr oder weniger Einfluss auf die Effizienz des Systems und ist mehr oder weniger starken zukünftigen Entwicklungen unterworfen.

Ventilator
Heute kommen meist freilaufende, direktgetriebene Ventilatoren zum Einsatz. Der Wirkungsgrad ist bei ihnen definiert als das Verhältnis von Luftleistung zu Wellenleistung. Typisch haben heute rückwärts gekrümmte Radialventilatoren, bezogen auf den statischen Druck, einen Wirkungsgrad von 0,7 bis 0,75, wobei eine weitere wesentliche Steigerung aufgrund der physikalischen Bedingungen nicht mehr zu erwarten ist. Durch den Direktantrieb, der heute den größten Anteil bei den Systemen ausmacht, verbessern sich auch Zuströmbedingungen in das Laufrad und daraus folgend der Wirkungsgrad.

Der Grund liegt darin, dass Motorlagerung gleichzeitig Ventilatorlagerung ist und zusätzliche Lager im Ansaugbereich entfallen können. Ein weiter Faktor, der den Lüfterwirkungsgrad beeinflusst, ist die Größe der Lüfternabe. Ist diese zu groß, wirkt sie im Ansaugbereich des Lüfterrads wie eine Drossel und reduziert damit den Wirkungsgrad. Dies ist vor allem bei kompakten Lüftern ein Problem, in denen integrierte Motoreinheiten, wie beispielsweise EC-Motoren, große Naben bilden. Je tiefer der Motor im Lüfter positioniert ist, desto kompakter baut die Einheit und desto schlechter gestaltet sich deren Wirkungsgrad.

Motorwirkungsgrad
Bei der Motortechnik kommen in den RLT-Geräten meist Drehstromasynchronmotoren zum Einsatz. Sie sind robust, kostengünstig und in einem weiten Leis­tungsbereich verfügbar. Der Wirkungsgrad dieser traditionellen Antriebe liegt bei 75 bis 95 %, je nach Aufbau und Leistungsgröße. Aufgrund der Forderung nach einer noch höheren Energieeffizienz gehen aber im EC-Motoren einzusetzen, auch als Synchronmotoren bekannt. Beide Technologien setzen für das Magnetfeld auf Permanentmagnete im Rotor, im Gegensatz zu den Wicklungen in den Asynchronmotoren. Der Wegfall der stromdurchflossenen Windungen reduziert die Verluste dieser Motoren und erhöht den […]