Sparsame Antriebspakete für HLK-Anlagen
Der richtige Dreh
Durch intelligentes Gebäudemanagement mit energieeffizienter Antriebstechnik lässt sich der Energiehunger von HLK-Systemen verringern. Intelligente Sensoren zur Überwachung der Temperatur helfen, die Leistung der Anlagen genau auf den Bedarf abzustimmen. Durch eine Drehzahlregelung mit Frequenzumrichtern sinkt der Energieverbrauch von Lüftern, Pumpen und Kompressoren zusätzlich. Mit einer Bacnet-Schnittstelle lassen sich die Frequenzumrichter in das übergeordnete Gebäudemanagement integrieren.
HLK-Anlagen sind eine zentrale Stellschraube für mehr Energieeffizienz: Sie machen bis zu 50 Prozent des Energieverbrauchs von Gebäuden aus.
HLK-Anlagen sind eine zentrale Stellschraube für mehr Energieeffizienz: Sie machen bis zu 50 Prozent des Energieverbrauchs von Gebäuden aus.Bild: ©DigitalGenetics / stock.adobe.com

Heizung, Lüftung und Klimatisierung machen bis zu 50 Prozent des Energieverbrauchs von Gebäuden aus. Somit sind energieeffiziente HLK-Anlagen eine zentrale Stellschraube, um Energiekosten eines Gebäudes zu senken und den CO2-Fußabdruck zu verbessern. Der erste Schritt besteht darin, den tatsächlichen Bedarf an Heizung oder Klimatisierung, Wasser und Licht zu ermitteln. Dieser schwankt je nach Witterung, Tageszeit und Auslastung. Als Teil eines vernetzten Gebäudemanagementsystems liefern intelligente Sensoren Daten, um den Betrieb von HLK-Anlagen in Echtzeit an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Bewegungsmelder verraten, welche Räume in Benutzung sind, um diese gezielt mit Licht und Wärme zu versorgen. Wie viel Heizung oder Kühlung erforderlich ist, ergibt sich aus der gemessenen Innen- und Außentemperatur. Auch durch das Abschalten der Leitungswasserpumpen in Zeiten, wenn das Gebäude nicht aktiv genutzt wird, lässt sich Energie einsparen. Die Antriebs- und Steuerungslösungen von ABB helfen dabei, Energiefresser zu identifizieren und mithilfe von intelligenter Gebäudeautomation energieeffizienter zu machen.

Die rückspeisefähigen Frequenzumrichter der ACS880-Serie bieten Vorteile für den Aufzugbetrieb.
Die rückspeisefähigen Frequenzumrichter der ACS880-Serie bieten Vorteile für den Aufzugbetrieb.Bild: ABB AG

Das Herz der Effizienz

Nach der Bestandsaufnahme des aktuellen Strombedarfs ist der nächste Schritt auf dem Weg zu klimafreundlichen HLK-Systemen die Wahl möglichst effizienter Antriebstechnik. Gleichwohl hat die aktuelle Ökodesign-Verordnung die vorgeschriebene Mindest-Effizienzklasse für Motoren angehoben: Seit dem 1. Juli 2021 müssen Motoren im Leistungsbereich zwischen 750 und 1.000W mindestens die Energieeffizienzklasse IE3 erfüllen. Wer jedoch nur diese Vorgabe erfüllt, schöpft noch lange nicht sämtliche Einsparpotenziale aus. Deshalb bietet ABB den Synchronreluktanzmotor (SynRM) in der Ultra-Premium-Energieeffizienzklasse IE5 an. Seine materialsparende Bauweise macht diesen Motor kompakt und energieeffizient. Durch den Verzicht auf Magnete oder Wicklungen sind die rotorbedingten Leistungsverluste gering. Im Vergleich zu IE3-Asynchronmotoren verbraucht der SynRM bis zu 40 Prozent weniger Energie. Insbesondere Gebäudebetreibende sollten bei ihrer Investitionsentscheidung auch das Teillastverhalten von Motoren im Blick haben, da HLK-Anlagen selten mit voller Auslastung laufen. Wann immer Lüfter, Pumpen und Kompressoren unter Teillast laufen, lohnt sich der Einsatz von Frequenzumrichtern, um die Drehzahl bedarfsorientiert zu regeln. Traditionelle Maßnahmen wie Drosseln senken nicht die Drehzahl des Motors, sondern erzeugen einen Widerstand, um den Durchfluss zu senken. Dieser Vorgang verbraucht zusätzlich Energie, zumal die Motoren währenddessen mit voller Leistung laufen. Im Vergleich zu einer Drosselkappen- oder Ventilregelung reduzieren Frequenzumrichter den Energieverbrauch von HLK-Systemen um bis zu 60 Prozent. Zudem verlängern sie die Lebensdauer von Lüftern, Pumpen und Kompressoren, indem sie mechanische und elektrische Stoßbelastungen im System eliminieren. Die Investition in Frequenzumrichter zahlt sich schnell aus, wie ein Rechenbeispiel zeigt: Bei einer Pumpe mit einer Nenn-Fördermenge von 550m³, einer Nennleistung des Motors von 75kW und einer jährlichen Betriebszeit von 6.000 Stunden lassen sich die jährlichen Energiekosten mithilfe eines Frequenzumrichters um 53 Prozent senken.

Die IE5-SynRM-Motoren von ABB sorgen in Gebäuden selbst bei Teillast für ein hohes Maß an Energieeffizienz.
Die IE5-SynRM-Motoren von ABB sorgen in Gebäuden selbst bei Teillast für ein hohes Maß an Energieeffizienz.Bild: ABB AG

Condition Monitoring

Intelligentes Gebäudemanagement lebt von der Konnektivität und Kommunikationsfähigkeit der einzelnen Komponenten. Deshalb liefert ABB HLK-Antriebssysteme mit vollintegrierter oder nativer Bacnet-Kompatibilität. Die HLK-Frequenzumrichter der Serien ACH480, ACH550 und ACH580 verfügen über Bacnet MS/TP. Darüber können Klimaanlagen, Pumpen und Lüftungen mit einer SPS kommunizieren und fügen sich so in ein Gebäudeautomationssystem ein. Die serielle Verbindung zur Gebäudeleittechnik via Bacnet ermöglicht den Fernzugriff auf die Sollwerte der Frequenzumrichter. Dies erspart die Überprüfung der Sollwerte vor Ort und ermöglicht es Gebäudebetreibenden, rasch auf Anomalien zu reagieren. Die Inbetriebnahme und Abstimmung lassen sich zentral bündeln. Informationen über den Zustand der Anlagen liefert die Lösung ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang: Über die ABB Ability Cloud sind Motoren, Frequenzumrichter und die zugehörige Peripherie digital vernetzt. Damit lassen sich nicht nur Ausfälle vermeiden, Gebäudebetreibende können auch den Energieverbrauch und die Leistung in Echtzeit überwachen. Sie bekommen auf diese Weise einen Einblick in alle Prozesse der Gebäudeautomation und können Spitzen im Energieverbrauch leicht identifizieren.

Autor | Klaus Algeier, Market Manager HVAC & WWW, ABB Motion Deutschland

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