Verstehen Sie die Lüfterkomponenten in Ihrem HVAC-System

Jul 14, 2023

Es kommen neue Vorschriften zur Lüftereffizienz, also nutzen Sie die neuesten Fortschritte, um an der Spitze zu bleiben

Die richtige Auswahl der in HVAC-Geräten verwendeten Komponentenventilatoren ist nach wie vor ein vorrangiger Aspekt bei Strategien zur Steigerung der Kühleffizienz in Rechenzentren. Neuere Lüftertechnologien und bevorstehende Richtlinien zur Lüftereffizienz deuten darauf hin, dass sich die Methoden zur Lüfterauswahl weiterentwickeln werden, da die Anforderungen an Rechenzentren weiter steigen.

Das Luftstrommanagement in Rechenzentren wurde in den letzten Jahren durch die Einführung der elektronisch kommutierten (EC) Lüftertechnologie unterstützt, die eine gleiche oder bessere Luftstromleistung bei reduzierter Leistung und eine bessere Steuerung der Lüftergeschwindigkeit entsprechend der tatsächlichen Wärmelast ermöglicht.

Elektronisch kommutierte Radialgebläse und Axialventilatoren sind heute Standardkomponenten von CRAC- und CRAH-Einheiten sowie luftgekühlten Kondensatoren führender Hersteller von Präzisionskühlgeräten.

Radialgebläse und Axialventilatoren sind aufgrund ihrer Fähigkeit, große Luftmengen zu bewegen, seit einiger Zeit ein fester Bestandteil der HVAC-Branche. Bei einer Zentrifugalkonstruktion sind die um die mittlere Nabe oder Welle herum angeordneten Flügel von der Drehrichtung des Ventilators nach außen und hinten gekrümmt.

In den Schacht eintretende Luft wird durch die Trägheits- oder Zentrifugalkraft beschleunigt und um 90 Grad aus der Einlassrichtung geschleudert. Dadurch entsteht ein gleichmäßiger, starker Luftstrom, der für Reihen- und Raumkühlungsanwendungen geeignet ist. Axialventilatoren verwirbeln Luft parallel zur Welle, beispielsweise bei einer Windmühle, um große Luftmengen bei niedrigem Druck zu erzeugen. Axialventilatoren sind in großen Verflüssigungssätzen und Kältemaschinen weit verbreitet. Oft sind diese Ventilatoren und Gebläse an einem Außenrahmen montiert, um den Einbau in HVAC-Geräte zu erleichtern und Vibrationen zu minimieren.

Luftbewegungsprodukte wie Komponentenlüfter und Gebläse, die in Präzisionskühlgeräten für Rechenzentren verwendet werden, können in drei verschiedene Produktgenerationen eingeteilt werden:

EC-Technologie gibt es tatsächlich schon seit Mitte der 1980er Jahre, und Besitzer von Rechenzentren haben im Laufe der Zeit den ROI in Form von Energiekosteneinsparungen erkannt.

Weitere Vorteile sind Geräuschreduzierung und niedrigere Betriebskosten, da keine Keilriemen verschleißen und ausgetauscht werden müssen und sich keine Ablagerungen oder Staubverunreinigungen wie bei riemengetriebenen Systemen ansammeln können.

Effizienzgewinne und daraus resultierende Energieeinsparungen mit EC-Ventilatoren und -Gebläsen hängen von der richtigen Ventilatorauswahl ab. Ventilatorhersteller stellen OEMs routinemäßig Luftstrom-/Druck-/Leistungskurven ihrer verschiedenen Produkte zur Verfügung, und die von diesen Unternehmen zur Verfügung gestellte immer leistungsfähigere Ventilatorauswahlsoftware macht die Auswahl des richtigen Ventilators am erforderlichen Betriebspunkt einfacher denn je.

Nur eine Handvoll Hersteller auf der Welt bieten EC-Lüfterlösungen an. Einst ein Produkt ausschließlich deutscher Meinung, haben führende globale Anbieter von Ventilatoren und Wärmemanagement mit etablierten großen Forschungs- und Entwicklungs- und Produktionsanlagen in Taiwan und China nun die EC-Arena betreten, um kontinuierliche Innovationen zu fördern und gleichzeitig die Produktkosten auf den Markt zu senken.

Während die Richtlinie für energiebezogene Produkte in Europa (ErP 2015) die Einhaltung strengerer Richtlinien zur Ventilatoreffizienz für Komponentenventilatoren vorschreibt, die in gewerblichen und industriellen HVAC-Geräten verwendet werden, entzogen sich diese Produkte in den USA bisher der staatlichen Regulierung. Dieses Blatt wird sich jedoch bald ändern.

Das US-Energieministerium (DOE) geht davon aus, dass bis zu drei Prozent des US-amerikanischen Stroms Rechenzentren mit Strom versorgen und etwa die Hälfte dieser Energie für die Kühlung verwendet wird. Daher wird erwartet, dass es bis 2020 Vorschriften zur Lüftereffizienz einführt, um die Auswirkungen zu minimieren Energieverbrauch von HVAC-Systemen in Gewerbe- und Industriegebäuden.

Das Energieministerium hat bereits Fristen zur Einhaltung der Energievorschriften für ventilatorbetriebene gewerbliche Kühlgeräte, Deckenventilatoren und Ofenventilatoren für Privathaushalte veröffentlicht. Der Umgang mit Komponentenventilatoren in gewerblichen und industriellen HVAC-Geräten hat jedoch eine Reihe einzigartiger Herausforderungen mit sich gebracht.

Die vom American National Standards Institute (ANSI) in Zusammenarbeit mit der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) und der Illuminating Engineering Society (IES) im Jahr 2013 herausgegebenen Standards und Codes zur Ventilatoreffizienz versuchten, eine Effizienzklasse zuzuweisen an Fans, wobei Terminologie und Kriterien verwendet werden, die von der Air Movement and Control Association (AMCA) übernommen wurden.

Diese Methodik war jedoch nicht ohne Mängel. Da die Leistung eines Lüfters nur am Betriebspunkt mit maximaler Effizienz gemessen wird, werden die tatsächliche Leistung des Lüfters am Auslegungs- oder Betriebspunkt, der vorgeschriebene Luftstrom und der statische Druck der Anwendung nicht berücksichtigt.

Daher strebt das DOE die Einführung einer Bundesregelung an, die auf der maximalen Lüfterleistung am Betriebspunkt basiert, wobei ein neuer, von AMCA entwickelter Fan Efficiency Index (FEI) als Benchmarking-Tool für den Energievergleich von Lüftern verwendet werden könnte. Hersteller von HVAC-Geräten müssten dann innerhalb eines zweijährigen Compliance-Fensters nach Veröffentlichung der endgültigen Regel eine Vorgabe für FEI-Mindestwerte einhalten.

Auch Änderungen bei der Fankennzeichnung sind Teil der Diskussion. Dies würde es Ventilatorbenutzern ermöglichen, die beste Ventilatorlösung für ihre spezifische Anwendung leicht zu identifizieren, zu vergleichen und auszuwählen.

Zu den vorgeschlagenen Anforderungen an die Lüfterkennzeichnung gehören neben der Modellnummer und der Seriennummer auch Auslegungsdurchfluss und -druck für bekannte Auslegungspunkte, FEI-Bewertung, maximale Drehzahl und ein Link zu einer vollständigen Leistungskarte des Lüfters.

AMCA kündigte kürzlich die Veröffentlichung des ANSI/AMCA-Standards 208-18 an, der den Fan Efficiency Index (FEI) als Ersatz für das frühere Bewertungssystem für die Ventilatoreffizienz festlegt, auf das in verschiedenen Energievorschriften und -normen verwiesen wird.

Da höhere Effizienz weiterhin eine Priorität für Besitzer und Betreiber von Rechenzentren ist, ist es klar, dass die Lüftertechnologie eine wichtige Rolle in den Strategien spielen wird, die Rechenzentrumsdesigner und HVAC-Experten anwenden, um Prognosen zu erfüllen und gleichzeitig der steigenden Nachfrage nach Daten gerecht zu werden.

Andy Krug ist Produktmanager bei Delta Electronics und Will Williams ist nationaler Vertriebsleiter bei Delta Electronics