7. Dezember 2021

Retrofits in Lüftungsanlagen führen zu einer deutlichen Wirkungsgradverbesserung und zu einer raschen Amortisation der Investition

Laufen raumluft- und kältetechnische Anlagen bereits seit mehreren Jahren, lohnt sich ein kritischer Blick auf deren Effizienzwerte. Ein Upgrade auf moderne Ventilatoren birgt große Potenziale – vor allem, wenn es gut durchdacht und richtig umgesetzt wird. Wer folgende Faktoren beachtet, führt Retrofits zum Erfolg¹).

Wenn eine Lüftungsanlage rund 15 Jahre alt ist oder die Anforderungen an sie steigen, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder ersetzt der Betreiber die gesamte Lüftungsanlage durch eine neue oder er rüstet die Lüftungseinheiten mit leistungsstärkeren und effizienteren Ventilatoren auf. Der Austausch des gesamten RLT-Systems scheitert häufig an beengten Platzverhältnissen und kann zudem sehr zeitaufwändig wie teuer sein. Hier kommt das Retrofit ins Spiel. Der Wechsel auf neue Ventilatoren spart nicht nur eine Menge Energie, er macht Bestandsanlagen auch langlebiger und leiser. Der platzsparende, parallele Einbau mehrerer kleiner Ventilatoren in einer Ventilatorwand, ein sogenanntes FanGrid (Bild 1), erleichtert darüber hinaus die Montage und Wartung und schützt die Anlage vor Ausfällen: Gibt es Probleme mit einem Ventilator, gleichen die anderen seine Leistung aus.

Mit den richtigen Daten zum Erfolg

Vor dem Umbau steht die solide Planung. Eine gute Ausgangsbasis für alle weiteren Betrachtungen ist der statische Wirkungsgrad, der sich aus der Druckdifferenz, der elektrischen Leistungsaufnahme und dem Volumenstrom der Anlage berechnen lässt (Bild 2). Um mit einem Upgrade das letzte bisschen aus der Anlage herauszuholen, ist zunächst eine genaue Messung des Ist-Standes unerlässlich. Angaben des Herstellers oder frühere Messprotokolle entsprechen oft nicht mehr dem aktuellen Verwendungszweck der Anlage und sind dadurch zu ungenau. Eine neue Messung kann hingegen auch Druckverluste vor dem Messpunkt im Lüftungskanal oder Einbauverluste erfassen. Andernfalls schleicht sich eine Fehlertoleranz von bis zu 10 bis 20 % ein, da man davon ausgeht, dass ein Ventilator viel weniger Leistung bringen muss, um den Volumenstrom zu erreichen (Tabelle 1). Dementsprechend werden der Wert des Wirkungsgrades und auch die Zeit bis zur Amortisierung positiv verfälscht.

Umgebung mit einbeziehen

Sind die Leistungsdaten erfasst, geht es an die Auswahl des geeigneten Ventilators. Doch eine Lüftungsanlage ist mehr als das. Deswegen sollte sowohl die gesamte Anlage als auch die Umgebung in die Planung des Retrofits einbezogen werden. Allein der Standort des Gebäudes ist ein wichtiger Faktor. An der Küste herrschen beispielsweise ein anderer naturgegebener Luft druck sowie eine andere Luft dichte, mit der der Ventilator arbeiten muss, wie beispielsweise in alpinen Regionen. Hier ist es sinnvoll, Temperatur, Feuchte und Höhenlage spezifisch zu berücksichtigen.

Hinzu kommt die elektrische Einbindung vor Ort. Moderne Ventilatoren werden heute häufig entweder analog über ein 0-10-Volt-Signal oder über eine MODBUS-RTU-Schnittstelle angesteuert. Hier gilt es zu prüfen, ob diese Möglichkeit zu den Gegebenheiten vor Ort passen und falls nicht, eine passende Schnittstelle zu implementieren.

Auch die generelle Netzversorgung spielt eine wichtige Rolle, denn die neuen Ventilatoren bringen neue Power: Wird ein AC-Ventilator gegen einen EC-Ventilator getauscht, reduziert sich die induktive Last und gleichzeitig erhöht sich die kapazitive Leistung. Bei Rechenzentren, Krankenhäusern oder anderen Anlagen, die mit einer Notstromversorgung betrieben werden, können Stromspitzen dann zu Problemen führen. Hier bietet sich die Wahl eines EC-Ventilators mit Aktiv-PFC an, der dem entgegensteuert.

Einbau nach Maß

Beim Einbau der neuen Ventilatoren können Bauteile, die nicht mehr benötigt werden, aus der Anlage entfernt werden. Dazu gehören beispielsweise Querschnittsverengungen des Luftkanals. Auf die Dichtungen im Lüftungsraum ist aufgrund der neuen Funktionsweise der Ventilatoren besonders zu achten (Bild 3). Denn nach dem Tausch eines Trommelläufers im Spiralgehäuse durch einen direktgetriebenen Ventilator ändert sich der Betriebspunkt im Lüfterraum. Das Druckschott muss in den meisten Fällen weiter vorgezogen werden. Dadurch wird der Einbauraum, der vorher eine Unterdruckkabine war, zu einem Hochdruckbereich. Eine einfache kleine Dichtung, die die Tür heranzieht, reicht da nicht mehr.

Jedes Retrofit endet, wie es begonnen hat: mit einer Messung. Nur so lässt sich sicher bestimmen, welche Energieeinsparung erzielt werden konnte. Im Durchschnitt rechnet man dabei mit 60 bis 70 % weniger Energieverbrauch als zuvor und Amortisationszeiten von zwei bis drei Jahren. Deshalb sollte ein Retrofit nicht zu kurzfristig gerechnet werden. Was zunächst Geld und Aufwand kostet, kann schnell wieder hereingeholt werden.

Gezielt reguliert, äußerst effizient

Für den richtigen Dreh hinsichtlich der Energieeffizienz sorgen zwei wichtige Aspekte: modernste EC-Technologie und die bedarfsgerechte Drehzahlregelung. Radialventilatoren, beispielsweise die „RadiPac“Reihe von ebmpapst (Bild 3), vereinen beides und erzielen Motorwirkungsgrade von 90 %. In der Strömungstechnik werden damit beim Laufrad der Ventilatoren zudem statische Wirkungsgrade von bis zu 75 % erreicht. Unter typischen Randbedingungen haben die Ventilatoren so eine Lebensdauer von 80 000 bis 100 000 Stunden. Sind sie zudem mit integrierter Schwingungssensorik ausgestattet, können ihnen in FanGrids auch kritische Schwingungsresonanzen benachbarter Ventilatoren nichts anhaben.

Hinzu kommt, dass die Ventilatoren individuell auf die Anwendung angepasst werden können und nur die Leistung abrufen, die sie jeweils wirklich brauchen – beispielsweise von maximaler Leistung am Tag zu 20 % Leistung in der Nacht. Dadurch sind über das Jahr betrachtet Energieeinsparungen von 30 bis 40, manchmal auch bis 50 % möglich.

Da es sich um direktgetriebene Ventilatoren ohne Riemen handelt, gibt es keinen Abrieb: Die Anlage bleibt sauber und sorgt für eine höhere Luftqualität. Zusammen mit der genauen Regulierung der Temperatur erhöht dies auch die Zufriedenheit der Menschen, die in den belüfteten Gebäuden arbeiten oder ihre Freizeit verbringen.

¹) Der Begriff Retrofit bezeichnet die Nachrüstung und/oder Modernisierung bestehender Anlagen.

Die energetische Effizienz η

Ein Ventilatorsystem besteht im Wesentlichen aus den drei Hauptkomponenten Motor, Steuerelektronik und Laufrad. Die Effizienz jeder Komponente kann über den jeweiligen Einzelwirkungsgrad beschrieben werden. Er wird von den Herstellern dieser Einzelkomponenten meist im Betriebsoptimum angegeben, also naamax. Wird der Ventilator aus den genannten Einzelkomponenten zusammengestellt, werden meist die Einzelwirkungsgrade multipliziert und dokumentiert. Dabei kann es sich aber nur um einen theoretischen Gesamtwirkungsgrad handeln, der sich im späteren Betrieb nicht erreichen lässt. Der optimale n ist immer höher (also besser) als der gemessene – zum Teil um 20 Prozentpunkte. Denn man kann nicht davon ausgehen, dass im gewünschten Betriebspunkt alle drei Komponenten in ihrem Effizienzoptimum laufen – oft sind die Abweichungen beträchtlich. Ein Ventilatorsystem hat in jedem Betriebszustand einen eigenen Gesamtwirkungsgrad. Besser ist es daher, das Ventilatorsystem als komplette Einheit zu vermessen.

Auf einen Blick – Top 3 Dos und Don’ts beim Retrofit

Do!

1. Gesamte Anlage und deren Umgebung berücksichtigen

Allein der Standort des Gebäudes ist ein wichtiger Faktor. An der Küste herrschen beispielsweise ein anderer naturgegebener Luftdruck sowie eine andere Luftdichte, mit der der Ventilator arbeiten muss, wie beispielsweise in alpinen Regionen.

2. Regelungsseite beachten

Moderne Ventilatoren werden heute häufig entweder analog über ein 0-10-Volt-Signal oder über eine MODBUSRTU-Schnittstelle angesteuert. Hier gilt es zu prüfen, ob diese Möglichkeiten zu den Gegebenheiten vor Ort passen und falls nicht, eine passende Schnittstelle zu implementieren.

3. Neue Power mitdenken

Wird ein AC-Ventilator gegen einen EC-Ventilator getauscht, reduziert sich die induktive Last, aber es erhöht sich die kapazitive Leistung. Bei Rechenzentren, Krankenhäusern oder anderen Anlagen, die mit einer Notstromversorgung betrieben werden, können diese Stromspitzen zu Problemen führen.

Don’t!

1. Auf bisherige Leistungsdaten vertrauen

Um mit einem Upgrade das letzte Quäntchen aus der Anlage herauszuholen, ist eine genaue Messung des Ist-Standes unerlässlich. Angaben des Herstellers oder frühere Messprotokolle entsprechen oft nicht mehr dem aktuellen Verwendungszweck der Anlage und sind dadurch zu ungenau.

2. Funktionsweise des neuen Ventilators außer Acht lassen

Auf die Dichtungen im Lüftungsraum ist aufgrund der neuen Funktionsweise der Ventilatoren besonders zu achten. Denn nach dem Tausch eines Trommelläufers im Spiralgehäuse durch einen direktgetriebenen Ventilator ändert sich der Betriebspunkt im Lüfterraum. Das Druckschott muss in den meisten Fällen weiter vorgezogen werden.

3. Zu kurzfristig rechnen

Im Durchschnitt rechnet man nach einem Retrofit mit 60 bis 70 % weniger Energieverbrauch als zuvor und Amortisationszeiten von zwei bis drei Jahren. Deshalb sollte ein Retrofit nicht zu kurzfristig gerechnet werden. Was zunächst Geld und Aufwand kostet, kann schnell wieder hereingeholt werden.

Autor: Martin Schulz, Vertriebsleiter bei ebm-papst Deutschland, Dieter Hildebrandt, Vertriebsleiter Retrofit Deutschland bei Breuell & Hilgenfeldt

www.ebmpapst.com
mag.ebmpapst.com/retrofit
www.breuell-hilgenfeldt.de