Mit EC-Technik „hoch hinaus“

In luft- und klimatechnischen Anlagen lässt sich bei richtiger Ventilatorenauswahl beachtlich Energie einsparen. Hier auf effiziente Technik zu setzen lohnt sich, besonders da heute Umweltschutz und Nachhaltigkeit vor allem bei neuen Bauprojekten im Fokus stehen. Ein in diesem Hinblick besonders ehrgeiziges ökologisches Projekt ist der „Tower 185“, der vor kurzem in Frankfurt a. M. entstanden ist. Das Gebäude erreichte die Gold-Zertifizierung des internationalen Gütesiegels LEED (Leadership in Energy and Environmental Design). Dies ließ sich u.a. mit energiesparenden „GreenTech“-EC-Ventilatoren in den zur zentralen Gebäudeklimatisierung eingesetzten Hybridrückkühlern realisieren.

Der Bau des Tower 185 startete im August 2008 im Frankfurter Stadtteil Gallus, im so genannten Europaviertel (Bild 1). Im Dezember 2011 wurde das Projekt abgeschlossen. Der 200 m hohe Doppelturm bietet insgesamt 100 000 m² Bürofläche, wobei die Raumhöhe mit durchgehend 3 m sehr komfortabel ist. 60 000 m² hat die internationale Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Pricewaterhouse Coopers bereits vor Baubeginn angemietet, um zukünftig hier ihre Deutschlandzentrale einzurichten. Dann wird das Unternehmen sicherlich auch günstige Energiekosten schätzen lernen. Schließlich stand beim Bau des Towers ein möglichst geringer Energiebedarf im Vordergrund. Er sollte mindestens 25 % niedriger sein als bei vergleichbaren Bauten. Die erreichte LEED-Zertifizierung der hohen Kategorie Gold berücksichtigt außerdem noch zahlreiche weitere Aspekte. So werden für umweltfreundliches, ressourcenschonendes und nachhaltiges Bauen gleich eine ganze Reihe von Standards definiert. Dazu gehören beispielsweise die Belastung von Mensch, Umwelt und Grundstück durch den Bauprozess sowie durch das Gebäude selbst ebenso wie die verwendeten Baumaterialien, ihre Produktion und Wiederverwertbarkeit. Sehr wichtig ist natürlich der gebäudespezifische Energieverbrauch und ein nachhaltiges Management der Ressourcen „Strom“ und „Wasser“ sowie die Auswahl der zur Klimatisierung verwendeten Kältemittel. Die zur Gebäudeklimatisierung eingesetzten Systeme spielen in diesem Zusammenhang also eine wichtige Rolle.

Hybridkühler mit hohem
Wirkungsgrad

Insgesamt sind auf dem Dach der Towers 185 sechs Hybridrückkühler mit jeweils 1550 kW installiert (Bild 2), die aus der Produktpalette der Cabero Wärmetauscher GmbH & Co. KG, Grafrath bei München, stammen (www.cabero.de). Bei diesen Kühlsystemen sorgen spezielle Wasserleitsysteme für eine Optimierung der Lamellenbewässerung und damit zu einer hohen Rückkühlleistung. Obendrein bauen die Geräte sehr kompakt und lassen sich somit platzsparend montieren. Das glatte Design der Lamellen beugt zudem Verschmutzungen vor.

Aufgrund der für das Gebäude angestrebten Zertifizierung war es wichtig, bezogen auf die Rückkühlleistung mit möglichst wenig Leistungsaufnahme auszukommen. D.h., die Hybridrückkühler müssen sehr energiesparend arbeiten. „Dies ließ sich nur durch den Einsatz energieeffizienter EC-Ventilatoren realisieren“, erläutert Arndt Kolbe, Geschäftsführer bei Cabero. „Dabei wurden wir vom Ventilatorspezialisten ebm-papst Mulfingen (www.ebmpapst.com) sehr gut unterstützt. In jedem der Hybridrückkühler sind jetzt 16 Ventilatoren der „HyBlade“-Baureihe 910 in „GreenTech“-EC-Technologie einsetzt (Bild 3), die über ein anlagenspezifisches Bussystem angesteuert werden.“ So lässt sich zum Beispiel die Drehzahl komfortabel regeln und dem jeweiligen Bedarf anpassen.

AC- und EC-Ventilatoren im Vergleich

Da die in den Ventilatoren eingesetzten EC-Motoren mit hohen Wirkungsgraden bis zu 90 % arbeiten, verbrauchen sie bei gleicher Luftleistung deutlich weniger Energie als herkömmliche AC-Antriebe. Diese Energieeinsparpotentiale sind nicht nur im Volllastbetrieb, sondern vor allem im Teillastbetrieb gegeben. EC-Motoren verlieren im Teillastbereich weit weniger von ihrer Effizienz als Asynchronmotoren gleicher Leistung. Unterm Strich sind die energieeffizienten EC-Ventilatoren damit nicht nur ausgesprochen umweltfreundlich, sondern auch ökonomisch sinnvoll, wie die folgende Rechnung zeigt:

Wären die auf dem Tower 185 eingesetzten Hybridrückkühler mit konventionellen AC-Ventilatoren ausgestattet, läge die Leistungsaufnahme pro Kühler bei 13,8 kW (bei durchschnittlicher Teillast bei 10,98 kW), die Stromaufnahme bei 32 A. Ausgestattet mit den modernen „GreenTech“-EC-Ventilatoren erreichen die Hybridrückkühler deutlich niedrigere Verbrauchswerte. Die maximale Leistungsaufnahme liegt jetzt bei 11,2 kW (bei durchschnittlicher Teillast bei 7,8 kW); die Stromaufnahme bei nur 17,8 A. D.h., im Volllastbetrieb ergeben sich Einsparungen von 18,8 %, im Teillastbetrieb sogar von 29,4 %.

Die Umwelt schonen und Betriebskosten sparen

Abgesehen davon, dass sich durch den Einsatz der EC-Technik die strengen Kriterien der LEED-Zertifizierung erreichen lassen, rechnet sich die Lösung auch für den Betreiber, selbst wenn man den bei Projektstart noch verhältnismäßig niedrigen Strompreis von 0,12 € pro kWh berücksichtigt. Schließlich sind die Hybridrückkühler 365 Tage im Jahr in Betrieb, 3000 Stunden davon im Volllast- und 5760 Stunden im Teillastbereich. In konkreten Zahlen heißt das: Konventionelle AC-Technik würde mit jährlichen Energiekosten von 75 344,00 € zu Buche schlagen. Bei den mit EC-Ventilatoren ausgestatteten Hybridrückkühlern dagegen liegen die Kosten mit 56 540 € deutlich niedriger. Der Betreiber zahlt also 18 804 € im Jahr weniger für die Klimatisierung. „Nach rund 2,5 Jahren hat sich damit die Investition in die moderne EC-Technik bezahlt gemacht. Der Betreiber spart dann jedes Jahr bei den Betriebskosten eine ansehnliche Summe und die Umwelt wird durch den niedrigeren Energieverbrauch langfristig entlastet“, so Arndt Kolbe weiter.

Geringe Geräuschemission und
umweltfreundliche Herstellung

Darüber hinaus haben die in den Hybridrückkühlern eingesetzten Axialventilatoren in EC-Technologie noch weitere Vorteile: So sind sie in punkto Geräuschemission ebenfalls die bessere Wahl, da sie keinerlei Motorgeräusche verursachen (Bild 4). Bei extern geregelt betriebenen Asynchronmotoren hingegen treten vor allem im Teillastbereich Resonanzgeräusche auf, die sich in einem typischen Motorbrummen unangenehm bemerkbar machen können. Und Lärmbelästigung ist ebenfalls eine Art Umweltverschmutzung, die sich mit den hohen ökologischen Ansprüchen des ehrgeizigen Bauprojekts kaum vertragen würde. Zur geringen Geräuschemission trägt aber auch die Konstruktion der „HyBlade“-Ventilatoren bei. Ihre Flügel bestehen aus einem Aluminium-Inlet, das mit einem glasfaserverstärkten Kunststoff umspritzt ist (Bild 5). Der Schaufeltyp vereinigt somit die mechanische Stabilität des Aluminiums mit der Gestaltungsfreiheit des Kunststoffs. Mit der neuen Werkstoffkombination wurden Schaufelgeometrien möglich, die den aerodynamischen Wirkungsgrad des Ventilators verbessern, der Geräuschoptimierung dienen und das Gewicht reduzieren. „Auch dies ist bei den Hybridrückkühlern von Vorteil. Der Transport vereinfacht sich und bei der Dachmontage spielt auch das Gesamtgewicht der Hybridrückkühler eine wichtige Rolle“, ergänzt Arndt Kolbe.

Selbst bei der eigenen Herstellung sparen die Ventilatoren Energie. Eine unabhängige Studie hat ergeben, dass diese Werkstoffkombination bereits im Herstellungsprozess deutliche Vorteile in der Umweltbilanz gegenüber den bisherigen Aluminiumkon­struktionen bietet. Was diese Energieeinsparung konkret für die Umwelt bedeutet, zeigt eine weitere Beispielrechnung: Für die Produktion von 100 000 Ventilatoren mit „HyBlade“-Ausstattung (je fünf Schaufeln pro Ventilator) beträgt die Energieeinsparung gegenüber mit Aluminiumschaufeln ausgestatteten Ventilatoren ca. 9000 MWh. Ein Zweipersonenhaushalt verbraucht im Jahr im Durchschnitt etwa 2800 kWh. Das heißt, die Einsparung entspricht in etwa dem Stromverbrauch von gut 3000 Haushalten oder anders ausgedrückt: Durch die „HyBlade“-Technik wird der Stromverbrauch einer kleineren Stadt eingespart. Damit erweist sich die Konstruktion nicht nur im Betrieb, sondern auch in der Herstellung als die ökologisch bessere Alternative. Für die LEED-Zertifizierung leisten die Ventilatoren in „GreenTech“-EC-Technologie aus Mulfingen damit einen wichtigen Beitrag.