Mit dem zunehmenden Einsatz von Wärmepumpen rückt auch der Turboverdichter, als zentraler Bestandteil der Wärmepumpe, vermehrt in den Fokus. Dabei fallen die besonderen technischen Anforderungen der Verdichter auf: die Regelung hoher Drehzahlen ist ebenso gefragt wie zum Beispiel der Motorschutz. KEB Automation hat mit den COMBIVERT F6 High-Speed Drives eine Lösung geschaffen, die für den Antrieb innerhalb moderner Wärmepumpen optimiert ist und zur Effizienzsteigerung des Systems beitragen.
Mehr als zwei Drittel des Energieverbrauchs entfallen in der Industrie auf die Erzeugung von Prozesswärme – also jene thermische Energie, die benötigt wird, um beispielsweise Materialien zu schmelzen, zu trocknen oder zu erhitzen. Damit ist die Bereitstellung von Wärme für Produktions-, Umwandlungs- und Verarbeitungsprozesse der mit Abstand größte industrielle Energieverbraucher. Gleichzeitig bieten sich durch den Einsatz innovativer Technologien große Einsparmöglichkeiten und Chancen zur Dekarbonisierung von Prozesswärme.
Moderne Wärmepumpen liefern eine attraktive Option, Abwärme in klimaneutrale Energie umzuwandeln. Erzeugte Temperaturen im Bereich von 100 bis 200 Grad Celsius sind dabei keine Seltenheit. Effiziente Permanentmagnetmotoren bilden bei diesem Prozess das Herz der Wärmepumpen. Sie arbeiten mit hohen Drehzahlen und ermöglichen eine hohe Effizienz, die sich gerade in Anwendungen mit geringem Temperaturhub zeigt.
Warum Drives in Wärmepumpen?
Die hohen Drehzahlen bedeuten auch: nicht jeder Drive Controller ist für die Umsetzung der Antriebsaufgaben ausgelegt. Für genau solche Anwendungsfälle hat KEB daher die COMBIVERT F6 High-Speed Drives entwickelt. „Die High-Speed Drives regeln alle Motorenarten mit hohen Geschwindigkeiten von bis 120.000 Umdrehungen pro Minute geberlos oder mit Geber. Damit sind die Voraussetzungen für den zuverlässigen Betrieb von Verdichtern in Wärmepumpen gegeben“, sagt Thomas Tottleben, Vertriebsingenieur bei KEB Automation. Leistungen bis zu 450 kW, Motorströme von 800 A und Ausgangsfrequenzen bis zu 2.000 Hz für maximale Präzision sind möglich. Das Ziel ist, ein hohes Drehmoment über die ganze Drehzahlbandbreite jederzeit bereitstellen zu können. In Kombination mit der in den Drives integrierten Drehzahlüberwachung und der passenden Sinusfiltertechnologie werden Motorschutz und eine optimale Systemperformance sichergestellt. „Wir sehen die Drive Controller als festen Teil eines Gesamtsystems aus Antrieb, Lagerregelung und Sensorik. Das bedeutet auch, dass der Frequenzumrichter bei Lastsprüngen oder Fehlern sofort reagiert“, sagt Tottleben.
Nicht nur die hohen Drehzahlen von Turboverdichtern in Wärmepumpen machen die passende Umrichtertechnologie erforderlich, sondern auch die Möglichkeit der stufenlosen Drehzahlregelung spielt eine wichtige Rolle. Durch die bedarfsgerechte Lastregelung kann die Wärmepumpe entsprechend mehr oder weniger Kältemittel verdichten. Das Ergebnis: ein höherer Wirkungsgrad im Teillastbetrieb und eine deutliche Reduktion des Stromverbrauchs.
Sanftanlauf schont Komponenten
Auch führt der Einsatz von High-Speed Drives in Wärmepumpen zu einem geringeren Wartungsaufwand durch den Sanftanlauf. „Mit unseren Antriebslösungen kontrollieren wir den Start des Motors und können dadurch die elektrischen und mechanischen Belastungen minimieren. Dafür erhöhen die COMBIVERT F6 High-Speed Drives Schritt für Schritt die Spannung, was zu einem gleichmäßigen und schonenden Hochfahren des Motors führt“, sagt Tottleben. Mechanische Stöße und Lastspitzen können auf diesem Wege vermieden werden. Das schont Motorwicklungen und mechanische Komponenten und führt in Summe zu einer höheren Lebensdauer des Turboverdichter sowie der Wärmepumpe – und reduziert auch an dieser Stelle die Betriebskosten, da weniger Energie für den Anlauf genutzt wird.
