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Wärmemanagement Energieeffizient konstruieren und produzieren

Wie ein nachhaltiges Produkt aussieht, wie es entsteht und warum Nachhaltigkeit überhaupt so wichtig ist – und das schon seit dem 18. Jahrhundert, erklärt Dr. Bruno Lindl, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung bei Ventilatoren- und Motorenhersteller EBM-Papst.

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Hans Carl von Carlowitz gilt als Begründer des Prinzips der Nachhaltigkeit. Schon 1713 formulierte er den Grundsatz:„Es soll immer nur so viel Holz geschlagen werden, wie durch planmäßige Aufforstung, Säen und Pflanzen nachwachsen kann.“
Hans Carl von Carlowitz gilt als Begründer des Prinzips der Nachhaltigkeit. Schon 1713 formulierte er den Grundsatz:„Es soll immer nur so viel Holz geschlagen werden, wie durch planmäßige Aufforstung, Säen und Pflanzen nachwachsen kann.“
(Bild: Pixabay, CC0 Public Domain)

B.A.U.M-Umweltpreis 2015, Deutscher Nachhaltigkeitspreis 2013, Sonderpreis Ressourceneffizienz – woher kommt bei EBM-Papst dieses „Faible“ für Nachhaltigkeit und Klimaschutz?

2014 wurden in Europa rund 3000 Terawattstunden elektrische Energie erzeugt. Etwa 12 % davon verbrauchen Ventilatoren. Die Anzahl dieser Produkte wird in den nächsten Jahren deutlich steigen, da die Zunahme der Weltbevölkerung zu einer höheren Bevölkerungsdichte führt. Jeder Mensch will Lebensqualität, deswegen sind die Themen Lüftung, Klima, Heizung und Kältetechnik für Wohnen, Arbeiten und Nahrung so wichtig. Derzeit werden weltweit noch rund 70 % der elektrischen Energie aus fossilen Energieträgern gewonnen. Dabei geht circa die Hälfte der Primärenergie als Abwärme verloren. Die elektrische Energie liegt daher besonders im Fokus.

Zahlt sich ihr Engagement denn aus?

Fakt ist, der Primärenergieverbrauch in Deutschland ist trotz des wachsenden Bruttoinlandsproduktes in den letzten Jahren gesunken. Das heißt, die Maßnahmen, die freiwillig oder gesetzlich unterstützt, für den Klimaschutz getan werden, wirken. Als Unternehmen muss man dabei immer noch die Ökologie mit der Ökonomie unter einen Hut bringen. Bei neuen Technologien muss sichergestellt sein, dass Herstellkosten wettbewerbsfähig bleiben. Dies ist uns in vielen Branchen gelungen; mit Amortisierungszeiten zwischen einem und fünf Jahren.

Wir sprechen hier von nachhaltigen Produkten. Können Sie Nachhaltigkeit genauer definieren?

Bei uns beinhaltet die Nachhaltigkeit zwei Punkte: 1. Die Energie, die ein Gerät während seiner Betriebszeit verbraucht. 2. Der Verbrauch an Energie und Rohstoffen zur Herstellung des Gerätes. Hans Carl von Carlowitz hat schon im 18. Jahrhundert gesagt, wer den Wald abholzt, muss Bäume nachpflanzen, sonst geht irgendwann der Rohstoff aus. Fossile Energieträger sind bald ausgeschöpft. Dies gilt besonders für die edle Energieform Elektrizität: Der Energieverbrauch muss drastisch gesenkt und neue Primärenergieträger entwickelt werden.

Wie setzen Sie diese Gedanken bei der Entwicklung neuer Produkte um?

Allein über die bekannte elektronische Kommutierung in Verbindung mit Synchronmotortechnologie erhöhen wir den Wirkungsgrad konzeptbedingt um 20 % bis 30 % im Vergleich zu Asynchronmotoren. Wird die Motorleistung nun auch bedarfsgerecht abgerufen, kann noch einmal eine Wirkungsgraderhöhung um 20 % bis 30 % stattfinden. Neben der Kommutierung des Motors, erarbeitet die Elektronik auch Betriebsdaten und Kennfelder und vernetzt diese z. B. mit Gebäudeleitrechnern. Hier sprechen wir von Industrie 4.0.

Ein weiterer Fokus liegt auf der Erhöhung der Wirkungsgrade bei Radial-, Axial- und Diagonallaufrädern. In der vorgehend beschriebenen Motortechnologie wandeln wir elektrische Energie zu rund 90 % in Rotationsenergie, die Luftleistung selbst wird durch den aerodynamischen Wirkungsgrad des Laufrads erzeugt. In den vergangenen Jahren konnten wir den aerodynamischen Wirkungsgrad von z. T. 30 % auf rund 60 % steigern. Mit neuen aerodynamischen Konzepten halten wir noch deutliche Wirkungsgradsteigerungen für möglich.

Ganz konkret – wie unterscheidet sich ein nachhaltiges von einem „herkömmlichen“ Produkt?

Ein nachhaltiges Produkt ist ressourcenschonend in der Herstellung und energieeffizient im Betrieb. Durch Erhöhung von mechanischer und aerodynamischer Leistungsdichte wird der Werkstoffeinsatz reduziert. Durch Erhöhung der funktionalen Wirkungsgrade wird die Effizienz erhöht. EBM-Papst ist nach DIN 14001 zertifiziert und muss daher den CO2-Footprint darstellen. Über verwendete Werkstoffe und deren Mengen, über Bearbeitungsprozesse und über den elektrischen Energieverbrauch über die gesamte Lebensdauer, kann das CO2-Equivalent errechnet werden. Nachhaltigkeit ist sozusagen messbar.

Auch die Herstellung der Produkte trägt wesentlich zum Klimaschutz bei. Wie sieht denn ihre Produktion aus – ist auch die nachhaltig gestaltet?

Wir betrachten hier drei Punkte: zunächst das Betriebsgebäude. Unsere Neubauten sind auf dem neuesten Stand der Technik. Das Werk in Hollenbach beispielsweise ist ein Plusenergiegebäude. Den Bestand energetisch zu optimieren gestaltet sich schwieriger. Dafür haben wir das Projekt Energiescouts ins Leben gerufen, bei dem Mitarbeiter von EBM-Papst im Unternehmen unterwegs sind und zu verbessernde Lecks und Auffälligkeiten aufspüren.

Zum Zweiten optimieren wir in der Produktion mit dem Lean-Production-Ansatz: Leerlaufzeiten an Maschinen werden reduziert, Teiletourismus minimiert, Produktionsabläufe und Logistik optimiert.

In der Entwicklung und Konstruktion betrachten wir jede einzelne Komponente: Welche Frunktionen soll sie erfüllen und welche Eigenschaften sind dazu notwendig. Dies führt zu definierten technischen Anforderungen. Die Werkstoffauswahl erfolgt unter ökologischen Gesichtspunkten.

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Das Energiescouts-Projekt bei EBM-Papst

Im November 2010 startete EBM-Papst das Energiescouts-Projekt. Auszubildende suchen eigenverantwortlich nach Möglichkeiten im Unternehmen noch mehr Energie einzusparen. Dabei erleben sie hautnah, dass bereits mit kleinen Mitteln, wie einer neuen Abdichtung, Energie gespart und somit die Umwelt geschont werden kann. Mit Hilfe von insgesamt 40 Energiescouts konnten bei EBM-Papst mittlerweile rund 1.000.000 Euro Energiekosten eingespart werden. Mittlerweile bildet auch die IHK deutschlandweit 1000 Auszubildende unterschiedlicher Unternehmen zu Energiescouts aus.

Unterstützt EBM-Papst Konstrukteure noch auf andere Art, nachhaltig zu konstruieren?

Als Service bieten wir an, die Luftströmung kompletter Kundengeräte zu simulieren. Ist der Ventilator an sich energieeffizient, aber ungünstig in eine Anlage eingebaut, ist die Luftströmung nicht optimal und das Gesamtsystem wird energetisch ineffizient. Auf Wunsch des Kunden sind wir auch in der Lage, ein Endgerät aeroakustisch und aerodynamisch zu vermessen und so die Simulationsergebnisse zu bestätigen.

Vielen Dank für das Gespräch.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht