Energieeffiziente Ventilatoren für Kühlmöbel im Supermarkt

In Supermärkten sind Ventilatoren heute nicht mehr wegzudenken, denn nur mit ihrer Hilfe sind die kompakten Kühlmöbel für den Normal-Kälte-Bereich (NK) und Tief-Kälte-Bereich (TK) funktionsfähig (Bild 1). Die Ventilatoren sorgen einerseits für die Luftumwälzung im Gerät, also für eine gleichmäßige Kühlung der eingestellten Produkte, andererseits aber auch bei steckerfertigen Kühlmöbeln für die Wärmeabfuhr an die Umgebung oder – bei sogenannten Remotesystemen – an den zentralen Verflüssiger. Vor einigen Jahren galten Spaltpolmotoren noch als Standard für den Antrieb der Ventilatoren. Dafür gab es gute Gründe: Sie sind günstig zu fertigen, robust und langlebig. Allerdings sind ihre niedrigen Wirkungsgrade von lediglich um die 20 % heute nicht mehr tolerierbar. Der Stromverbrauch ist hoch und verursacht zusätzlich Abwärme, die aus dem Kühlmöbel abtransportiert werden muss. Der Einsatz von Spaltpolmotoren ist deshalb meist nur noch auf wenige Nischenanwendungen beschränkt.

Die Energiesparlösung: EC-Motoren als treibende Kraft

Moderne Ventilatorenkonzepte bauen stattdessen auf den viel effizienteren elektronisch kommutierten EC-Motor mit rund 70 % Energieeinsparung gegenüber dem alten Motorkonzept. Der Motoren- und Ventilatorenspezialist ebm-papst hat mehrere dieser energieeffizienten Motorvarianten im Programm, die als Antrieb für Ventilatoren in Kühlmöbeln geradezu prädestiniert sind: Der Energie-Spar-Motor – auch ESM genannt – setzte bereits vor mehr als zehn Jahren neue Maßstäbe für die Ventilatorentechnik in Kälteanwendungen (Bild 2). Er arbeitet mit einem Wirkungsgrad von bis zu 70 % bei nur einem Drittel der Leistungsaufnahme eines vergleichbaren Spaltpolmotors und bietet noch dazu die Möglichkeit einer bedarfsgerechten Drehzahlregelung. Durch die geringere Verlustleistung des EC-Motors ergeben sich im Kühlmöbel weitere Energieeinsparungen. Die Lebenserwartung beträgt mehr als 40.000 Stunden, im Dauerbetrieb entspricht das ca. fünf Jahre.

Die kompakten EC-Motoren gibt es sowohl als OEM-Komponente zur Kombination mit einem separaten Laufrad sowie als Plug & Play-fähiges Komplettsystem, bei dem die Einzelkomponenten perfekt aufeinander abgestimmt sind. Die Axial-Baureihe in den Baugrößen 130, 154, 172, 200, 230, 250 und 300 ist für den Einbau in Kühl- und Tiefkühlmöbeln unterhalb der Regale vorgesehen. Die Ventilatoren mit Diagonallaufrad in den Baugrößen 200 und 250 wurden hingegen speziell für den Einbau in die Rückwand von Kühlregalen konzipiert, da dort oftmals beengte Einbausituationen vorherrschen (Bild 3). Durch die extrem flache Bauweise passen diese Ventilatoren in enge Zwischenräume und kommen als Diagonalventilator auch mit dem höheren Gegendruck in dieser Einbausituation zurecht.

Ebenso bewährt und effizient für Kühlmöbel­anwendungen sind seit Jahren Querstromventilatoren, die ebenfalls mit EC-Motoren arbeiten und die Kälte in Form eines Luftschleiers zirkulieren lassen. Sie sind dabei besonders platzsparend und leise (Bild 4).

Selbst ein nachträgliches Umrüsten älterer Kühlmöbel kann sich im Hinblick auf die realisierbaren Energieeinsparungen lohnen. Für diesen Fall bietet ebm-papst den energiesparenden NiQ-Motor an (Bild 5). Die Lebensdauer des NiQ-Motors beträgt abhängig von den Umgebungsbedingungen mehr als 40.000 Stunden. Er ist mechanisch kompatibel zu den bestehenden Spaltpolmotoren, arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad von bis zu 70 % und ermöglicht durch gleiche Einbaumaße einen einfachen 1:1-Austausch. Axiallaufräder mit 154 bis 254 mm Durchmesser können dann genauso auf dem NiQ-Motor montiert werden und stellen somit eine stromsparende Lösung dar.

Zuverlässigkeit: Die Ventilatoren im Blick behalten

Neben einem möglichst geringen Energieverbrauch ist bei Kühlmöbeln im Supermarkt die Zuverlässigkeit ein wichtiges Thema. In der Regel arbeiten in den 1,25 m langen Standardelementen jeweils ein bis zwei Ventilatoren. Fällt ein Ventilator aus, gilt es den Fehler schnell zu lokalisieren und zu beheben, möglichst ohne dass die Kühlkette beeinträchtigt wird und Lebensmittel verderben. Ebenfalls sinnvoll sind vorbeugende Wartungsmaßnahmen bzw. ein Monitoring der Ventilatoren.

Hier hilft die Vernetzung über die serielle Schnittstelle für die Kommunikation über MODBUS-RTU. Dank ihr können zahlreiche Monitoring-, Controlling- und Steuerungsfunktionen in Echtzeit per Fernüberwachung erledigt werden. So lässt sich zum Beispiel die Laufzeit der Motoren für präventive Wartungsmaßnahmen überwachen und im Service-Fall der betroffene Ventilator einfach lokalisieren. Die Vernetzung über das Kommunikationsprotokoll MODBUS-RTU ermöglicht gleichzeitig die schnelle Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen, z. B. kann nach Abtauzyklen die Kühltemperatur durch Erhöhen der Ventilatordrehzahl schneller erreicht werden.

Muss es wirklich immer ATEX sein?

Ein weiteres Thema bei Kühlmöbeln ist das verwendete Kältemittel. Moderne Kältemittel müssen risikolos für die Umwelt sein, ein geringes Treibhauspotential haben und dabei mit einer guten Kälteleistung überzeugen. Seit dem 1. Januar 2015 gilt hierfür die Verordnung (EU) 517/2014, die auch als F-Gas-Verordnung bekannt ist (Bild 6 und Kastentext). Als umweltfreundliche Alternative zu (teil-) halogenierten Kältemitteln setzen sich daher zunehmend natürliche Kältemittel wie Isobutan, Propan und Propen neben Ammoniak und CO₂ durch. Die ungiftigen Kohlenwasserstoffe bilden aber im Störfall leicht explosionsfähige Gemische mit Luft.

Die Motoren und Komplettsysteme von ebm-papst entsprechen standardmäßig der Europäischen Norm EN 60335-2-89 (Haushaltsgerätenorm – Besondere Anforderungen für gewerbliche Kühl-/Gefriergeräte), um in diesem Bereich eine sichere Kühllösung bieten zu können. Dies reicht für die meisten Kühltheken völlig aus, da ihre Kühlkreisläufe mit den der Norm entsprechenden maximal 150 g Kältemittel auskommen. Hier ATEX-Komponenten einzusetzen, macht kommerziell keinen Sinn. Außerdem genügt es nicht, nur einen Motor mit ATEX-Label einzusetzen. Der komplette Ventilator muss entsprechend zugelassen sein und der Betreiber muss einen Ex-Bereich definieren. Besonders letzteres ist in Supermärkten oft schwer zu realisieren. Bei Kältekreisläufen mit großer Füllmenge kann es deshalb durchaus sinnvoll sein, die Kreisläufe zu splitten. Geht das nicht, gibt es aber auch eine praxisgerechte Energiesparvariante, mit der der Anwender auch bei Kühlmittel-Füllmengen über 150 g auf der sicheren Seite ist: Ventilatoren mit Energiesparmotor bietet ebm-papst auch mit ATEX-Zulassung II 3G Ex nA IIA T4 Gc an. Die Ventilatoren erfüllen die ATEX-Norm EN 60079 und dürfen damit auch bei größeren Kühltheken, Verbund- und Kaskadenanlagen mit mehr als 150 g brennbarem Kältemittel eingesetzt werden.