Energieeffizienzklassen von Luftkühlern

Eine hohe Energieeffizienz wird im Rahmen der BAFA-Förderung von energieeffizienten Kälteanlagen durch eine möglichst hohe Anzahl an Effizienzpunkten im Bewertungsschema ausgedrückt. Beim System Verdampfer können in drei Kategorien Effizienzpunkt gesammelt werden:

Leistungseffizienzwert Eurovent

Abtauung

Expansionsventile

Für Verdampfer existieren seit einigen Jahren Energieeffizienzklassen mit der bekannten Einstufung von A+ bis E. Die Zuordnung des Luftkühlers wird durch die Berechnung des Leistungseffizienzwertes R nach Eurovent durchgeführt.

P_Sc2,wet steht für die Leistung im Normpunkt 2 laut DIN EN 328:2014-11 unter Berücksichtigung der Kondensation am Luftkühler. Dies entspricht der in den Katalogen oder Auswahlprogrammen angegebenen Leistungen bei -8 °C Verdampfungstemperatur und einer Eintrittstemperaturdifferenz DT1 von 8 K.

Auf den ersten Blick erscheint die Berechnung der Leistung der Ventilatoren trivial. Die Leistungsangabe auf dem Typenschild eines EC-Ventilators dient zur richtigen Dimensionierung der Anschlussleitung. Kurzzeitig können EC-Ventilatoren die Versorgungsleitungen mit „hohen“ Leistungen belasten.

Der beidseitig ausblasende Roller-Deckenluftkühler „DHN 401 S EC“ verfügt über eine Leistungsangabe von 85 W auf dem Typenschild. Im Betriebspunkt nimmt der Ventilator aber nur eine Leistung von 17 W auf, welche in die Berechnung eingeht.

Die Wurzel aus Lamellenabstand/4,5 mm berücksichtig den Einfluss unterschiedlicher Lamellenabstände auf den dimensionslosen Kennwert R. Luftkühler mit einem Lamellenabstand von 2 mm wären sonst in den besten Energieeffizienzklassen, was nicht praktikabel wäre.

Nach der Ermittlung des Effizienzwertes R wird der Luftkühler in Energieeffizienzklassen eingeordnet.

Klasse Effizienzwert R

A+ R ≥ 73

A 47 ≤ R < 73

B 35 ≤ R < 47

C 25 ≤ R < 35

D 16 ≤ R < 25

E R < 16

Die vorgestellte Einstufung wurde von Eurovent Certita im Rahmen des Zertifizierungsprogrammes für Wärmetauscher festgelegt. Mit den vorhandenen Leistungsangaben aller Eurovent-zertifizierten Hersteller wurden die Energieeffizienzwerte R berechnet. Im Rahmen des „Certify all“-Prinzips müssen die Hersteller die Leistungsdaten der von ihnen produzierten oder beworbenen Luftkühler angeben.

Mit dieser Datenbasis wurde folgende statistische Verteilung der Energieeffizienzklassen vorgenommen:

Klasse Anteil

A+ < 1 %

A < 5 %

B < 15 %

C < 30

D + E >50 %

Daraus resultieren die festgelegten Werte für R aus Tabelle 1. Diese Einteilung wurde im Jahr 2014 festgelegt. Sollte 2017 der Anteil der A+-Geräte auf 5 % des Marktangebotes angewachsen sein, wird die Aufteilung der R-Werte aus Tabelle 1 so angepasst, dass die Verteilung wieder Tabelle 2 entspricht.

Im Rahmen der Förderung durch die BAFA werden nur die besten fünf Prozent der Luftkühler mit der vollen Effizienzpunktzahl goutiert. Achtet man bei der Auslegung nicht auf die Energieeffizienzklasse, liegt die Wahrscheinlichkeit bei über 50 %, dass für den Luftkühler keine Effizienzpunkte vergeben werden.

Möglichkeiten zur energetischen Optimierung von Luftkühlern

Erster Gedanke, um eine effiziente Kälteanlage zu projektieren, ist die Minimierung der Temperaturdifferenzen, zwischen denen die Kälteanlage arbeitet. Diese Möglichkeit besteht nicht, da die Leistung des Luftkühlers im Normpunkt 2 angegeben wird.

In den meisten Kälteanlagen ist der Ventilator am Luftkühler ein Dauerläufer. In den Energieeffizienzwert R fließt die Leistungsaufnahme der Ventilatoren im Betriebspunkt ein. Der Luftvolumenstrom sollte mit so wenig Energie wie möglich erzeugt werden.

Fortschritte in der Strömungstechnik haben zu profilierten Flügelschaufeln geführt. Die Motoren werden elektronisch kommutiert (EC-Technik) gefertigt. Beide Maßnahmen ergeben einen energieeffizienten Ventilator. Die Kunst des Luftkühlerbaus besteht darin, diesen optimierten Ventilator so mit dem Gehäuse und Wärmetauscher abzustimmen, dass wenig Energie in Wärme umgewandelt wird, das System aber so betriebssicher wie möglich bleibt.

Friert z.B. auf Grund der strömungstechnisch optimal gestalteten Luftführung der Ventilatorflügel an seiner Zarge fest, hat das auf die Energieeffizienzklassifizierung des Luftkühlers keine negative Auswirkung, auf die Betriebssicherheit schon. Die Installation einer Zargenheizung ist anlagenspezifisch und nicht in der Klassifizierung berücksichtigt.

Ein wichtiger Aspekt im Kühlraum ist neben der Energieeffizienz die Reinigbarkeit des Luftkühlers. Filigrane Lamellenkonstruktionen mit Turbolatoren verschlechtern die Reinigbarkeit. Eine unprofilierte, glatte Lamelle hat hingegen einen etwas geringeren Wärmeübergang, ist dafür aber besser zu reinigen. Gleichzeitig wird der luftseitige Druckverlust über das Gerät relativ klein gehalten, was zum energieeffizienten Betrieb des Ventilators beiträgt.

Ideal im Hinblick auf die Energieeffizienzklassifizierung wäre es, einen sehr langen Wärmetauscher mit langsam drehenden, großen Ventilatoren anzuströmen. Realisieren lässt sich dieses Prinzip im Bearbeitungsraumluftkühler „DHN 401 S EC“. Um Zugerscheinungen und den Geräuschpegel zu minimieren, wird ein verhältnismäßig großer Wärmetauscher mit einer sehr geringen Luftmenge verwendet. Der eingesetzte Ventilator hat bei geringen Drehzahlen eine sehr geringe Stromaufnahme. Auf Grund seiner Leistungsdaten trägt das Modell die beste Energieeffizienzklasse A+.

Die Wurfweite von 4 m in Luftrichtung ist bei einem solchen energieeffizienten Gerät eher gering. Mit der Luftgeschwindigkeit von etwas mehr als 1 m/s durch den Wärmetauscher wird das Modell in einem Preis/Leistungsvergleich eher die hinteren Plätze erreichen.
Der „FHVT 612 EC“ ist ein effizienter Luftkühler mit einer Luftgeschwindigkeit von etwas weniger als 2,5 m/s.

Seine Leistungsdaten lassen „nur“ eine Einstufung in die Energieeffizienzklasse B zu. Dafür erreicht das Gerät eine Wurfweite von 9 m, mit optionalem Nachleitrad sogar von 18 m.
Zwei weitere Punkte lassen sich im Gesamtsystem sammeln, in dem die Verdampferventilatoren drehzahlgeregelt werden. Größere EC-Ventilatoren sind mit einer 0-10 V-Schnittstelle zur Drehzahlregelung ausgestattet, damit können die zwei Punkte in Verbindung mit einer fortschrittlichen Regelung ohne zusätzliche Kosten gesichert werden. Kleinere EC-Motoren lassen sich durch ein einfaches Aufsteckmodul nachträglich drehzahlregeln.

Kubische Roller-Tiefkühlverdampfer können mit einer integrierten Warmsoleabtauung ausgerüstet werden. Mit dieser äußert effizienten Abtaumöglichkeit wird die maximale Punktzahl im Bereich Abtauungen erreicht. In Kombination mit „Defrost Dome“ und „Defrost Damper“ werden die zwei Punkte bei „plus Shut up/Abtauklappen“ ebenfalls gesichert.

Mit der Energieffizienzklasse für Luftkühler lassen sich verschiedene Geräte im Hinblick auf ihren Stromverbrauch miteinander vergleichen. Weitere Eigenschaften wie Entfeuchtung, Abtauung oder Wurfweite berücksichtigt die Klassifizierung nicht. Bei der Auswahl des Luftkühlers sind die genannten Faktoren gegeneinander abzuwägen. Im Vergleich zu anderen Energieklassifizierungen sind in den Klassen A und B sehr effiziente Geräte zu finden. In der Klasse A+ sind hauptsächlich Geräte, die für spezielle Anwendungen optimiert wurden.
Die Klasse A+++, wie z.B. von Kühlschränken bekannt, gibt es bei Luftkühlern nicht.
Der BAFA-Förderbogen ist eine sehr gute Übersicht, welche Punkte bei der Planung einer energieeffizienten Kälteanlage zu beachten sind. Das Erreichen einer hohen Punktezahl im System Verdampfer ist mit Produkten der Walter Roller GmbH & Co möglich. Mit Hilfe des Roller-Auswahlprogrammes werden alle entscheidenden Kriterien schnell und übersichtlich angezeigt (kostenloser Download: http://awp.walterroller.de). Eine kurze Demonstration einer Warmsoleabtauung findet sich auch in einem Youtube-Video: http://sole.walterroller.de.