Klimatisierung in Kreuzfahrtschiffen

Im Sommer 2014 lief das bis dato teuerste Kreuzfahrtschiff der Welt vom Stapel: die „Quantum of the Seas“. Der Luxusliner der Reederei Royal Caribbean International ist 350 Meter lang und 41 Meter breit. 4.180 Passagiere können hier ihren Urlaub verbringen. Zum Freizeitangebot gehören unter anderem eine begehbare Glaskugel an einem Schwenkarm für den Rundumblick in 90 Metern Höhe, eine Kletterhalle, Fahrbahnen für Boxautos, zahlreiche Restaurants, eine Musicalbühne, ein Surfsimulator und vieles mehr.

„Wer auf diesem Schiff eine Kreuzfahrt macht, hat hohe Ansprüche“, sagt Taru Lähteenmäki, Leiterin Forschung und Entwicklung bei Koja, einem finnischen Anbieter für Klimaanlagen „Natürlich auch an die Klimatisierung. Wohltemperierte Luft wird in allen Innenräumen erwartet, ganz gleich, in welcher Klimazone sich das Schiff gerade befindet.“ Jede Kabine hat ein eigenes Klimasystem, über das der Passagier die Temperatur nach Wunsch einstellen kann. Zusammen mit den größeren EC-Ventilatoren in den öffentlichen Räumen sorgen insgesamt 2956 Ventilatoren für ein angenehmes Klima an Bord.

Den ersten Härtetest mussten die Ventilatoren schon vor dem Stapellauf bestehen: die Bauzeit des Schiffes im norddeutschen Papenburg. Während dieser Phase wurden die Ventilatoren über Monate hinweg in der Werft gelagert und nach und nach im noch unfertigen, offenen Schiff montiert. Die Umgebung dort ist nass, kühl, salzig und windig. Unter diesen Bedingungen kommt es leicht zu Korrosion an den Zinkoberflächen der Gebläse, dem sogenannten Weißrost. Dessen Optik und Geruch ist problematisch. Darum schützte der Hersteller EBM-Papst sämtliche Teile mit einem Speziallack, der per kathodische Tauchlackierung aufgetragen wird. Bei der Endabnahme des Schiffes wurde jedes einzelne Gebläse geprüft. Bei einem Mangel wird das Gebläse getauscht. Seit Koja die Ventilatoren mit Speziallackierung verwendet, ist das kein einziges Mal vorgekommen. Der Speziallack trägt auch während der Kreuzfahrten zu einer höheren Lebensdauer der Ventilatoren bei. Er schützt sie gegen salzhaltige und oft auch tropisch warme Seeluft oder vor anderen Umwelteinflüssen.

Als die Reederei Royal Caribbean International die „Quantum of the Seas“ in Auftrag gab, hieß eine ihrer Vorgaben: 20 Prozent weniger Verbrauch als das Vorgängerschiff. Das betraf auch die Klimaanlage. „Der geringe Energieverbrauch der EC-Ventilatoren war für uns eine wichtige Anforderung. Das Schiff hat Tausende Ventilatoren, aber nur ein paar Kälte-Kompressoren. Will man bei der Klimatisierung sparen, hat man mit den Ventilatoren also einen riesigen Hebel in der Hand“, erklärt Lähteenmäki. Die Installation der EC-Ventilatoren allein reichte aus, um das Energiesparziel zu erreichen. Darüber hinaus arbeiten die Ventilatoren geräuscharm und erfüllen damit auch die Ansprüche der Passagiere an Ruhe.

Viele Räume des Schiffs liegen im Inneren oder haben Fenster, die sich nicht öffnen lassen. Der Luftaustausch findet in den meisten Teilen des Schiffes ausschließlich über die Lüftungsanlage statt. Hier trifft eine hohe Anzahl an Luftwechsel auf wenig verfügbaren Bauraum. Denn eine der größten Herausforderungen bei der Schiffsklimatisierung ist der geringe Platz. Lähteenmäki von Koja: „Auf einem Kreuzfahrtschiff zählt jeder Kubikzentimeter, der den Passagieren oder dem Personal zur Verfügung steht. Die Lüftungstechnik muss daher so wenig Platz wie möglich einnehmen.“ Unter anderem darum entschied sich das Unternehmen für die EC-Radialgebläse mit vorwärts gekrümmten Schaufeln in den Kabinen. Für den öffentlichen Bereich wählte es die rückwärts gekrümmten EC-Radialventilatoren der RadiPac-Baureihe.

Wenn fast 3000 EC-Ventilatoren im Parallelbetrieb an einem Generator und an einem Netz hängen, kann es zu den sogenannten Oberwellen kommen: EC-Ventilatoren nehmen den Strom pulsförmig auf. Bei sinusförmiger Wechselspannungsversorgung treten daher phasenverschobene und nicht sinusförmige Eingangsströme auf. Diese setzen sich aus höher frequentierten Anteilen zusammen, die das Stromversorgungsnetz stören und im schlimmsten Falle sogar andere Geräte im selben Netz negativ beeinflussen können. In Drehstromnetzen kommt es vor, dass sich die Oberwellen nicht gegenseitig aufheben, sondern teilweise sogar addieren. Das führt zu hohen Strombelastungen und zu Verlusten aufgrund von Blindleistung.

Darum hat EBM-Papst einen aktiven Oberwellenfilter direkt an die Elektronik der Gebläse angebaut: die Aktive PFC (Power Factor Correction). Das zusätzliche, elektronische Bauteil ist der eigentlichen Steuerelektronik vorgeschaltet und sorgt dafür, dass der aufgenommene Strom der sinusförmigen Netzspannung entspricht. Es wandelt also den pulsförmigen Aufnahmestrom der EC-Motoren in einen sinusförmigen Strom, um dann im zweiten Schritt den Eingangsstrom der Eingangsspannung nachzuführen.

Beide Maßnahmen reduzieren die störenden Oberschwingungsanteile im Eingangsstrom. Ebenso wird der Spitzenwert des Eingangsstromes minimiert und es kann in vielen Anwendungsfällen ein kleinerer Leistungsquerschnitt für die Versorgungsleistungen der Ventilatoren gewählt werden. Die eingebaute Aktive PFC sorgt für einen Leistungsfaktor von nahe eins und erfüllt damit die Anforderungen der Norm EN61000-3-2, ohne dass zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden müssen.

Die Aktive PFC-Technologie erlaubt es auf diese Weise, den Bordgenerator von vorneherein kleiner auszulegen, weil von einer geringeren Spitzenleistung ausgegangen werden kann. Auch die Zuleitungskabel des Ventilators müssen nur noch halb so dick sein wie ohne das System. Dadurch wird die Anlage kompakter.

Das Belüftungskonzept der „Quantum of the Seas“ hat auch andere große Reedereien überzeugt. TUI bestellte für seine beiden neuen Kreuzfahrtschiffe „Mein Schiff 5“, das am 16. Juli 2016 in See sticht, und „Mein Schiff 6“ bei Koja die gleiche Anlage mit EC-Ventilatoren. Für Taru Lähteenmäki gehört die nahe Zukunft der Schiffsklimatisierung den EC-Ventilatoren. do