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Update:  23.06.2017

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Ventilator

Ventilatorbauart

Unter Ventilatoren versteht man Strömungsmaschinen zur Förderung von Luft oder anderen Gasen bis zu einem Druckverhältnis von p aus / p ein = 1,3. Die Ventilatoren werden hinsichtlich Ihrer Bauart, Strömungsführung, Einbauart und Betriebsart wie folgt eingeteilt:

Bauart Lieferzahl Druckzahl Anwendung
Axialventilator
Wandventilator Wandventilator 0,10 ... 0,25 0,05 ... 0,10 für Fenster- und Wandeinbau
ohne Leitrad Axialventilator ohne Leitrad 0,15 ... 0,30 0,10 ... 0,30 bei geringen Drücken
mit Leitrad Axialventilator mit Leitrad 0,30 ... 0,60 0,30 ... 0,60 bei höheren Drücken
Gegenläufer Axialventilator Gegenläufer 0,20 ... 0,80 1,00 ... 3,00 höchste Drück, Sonderfälle
Radialventilator
rückwärts gekrümmte Schaufeln Radialventilator rückwärts gekrümmte Schaufeln 0,20 ... 0,40 0,60 ... 1,00 bei hohen Drücken und Wirkungsgraden
gerade Schaufeln Radialventilator gerade Schaufeln 0,30 ... 0,60 1,00 ... 2,00 für Sonderzwecke
vorwärts gekrümmte Schaufeln Radialventilator vorwärts gekrümmte Schaufeln 0,40 ... 1,00 2,00 ... 3,00 bei geringen Drücken und Wirkungsgraden
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Volumenstromermittlung

Für die Auslegung eines Ventilators ist es erforderlich, die zu fördernde Luft- oder Gasmenge zu bestimmen.
Je nach Anwendung kann die Luftmenge wie folgt ermittelt werden:

- Volumenstromermittlung für einen Aggregateraum mit einem Stromaggregat
- Volumenstromermittlung zur Wärmeabfuhr
- Volumenstromermittlung zur Feuchtigkeitsbeseitigung in Räumen
- Volumenstromermittlung von Räumen mit Menschenansammlungen über die Luftwechselzahl
- Volumenstromermittlung über die Außenluftrate pro Person
- Volumenstromermittlung von Räumen mit Schadstoffen über die MAK Werte

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Kennzahlen von Ventilatoren

Lieferzahl

Die Lieferzahl beschreibt das Verhältnis der tatsächlichen Fördermenge zur theoretisch möglichen Fördermenge (Produkt aus Kreisfläche des Rades und Umfangsgeschwindigkeit).

Ventilator Lieferzahl Formel
φ = Lieferzahl (-) 
V = Volumenstrom (m³/s) 
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 
φ = Lieferzahl (-) 
V = Volumenstrom (m³/s) 
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 

Druckzahl

Die Druckzahl des Rades ergibt sich aus dem Verhältnis der vom Rad erzeugten Druckhöhe zum Staudruck der Umfangsgeschwindigkeit.

Ventilator Druckzahl Formel
ψ = Druckzahl (-) 
ρ = Dichte (kg/m³) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 
ψ = Druckzahl (-) 
ρ = Dichte (kg/m³) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 

Leistungsdichte

Das Produkt aus Lieferzahl und Druckzahl wird als Leistungsdichte bezeichnet.

Ventilator Leistungsdichte Formel
L = Leistungsdichte (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-)
L = Leistungsdichte (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-)
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Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis der Förderleistung zur Wellenleistung.

Ventilator Wirkungsgrad Formel
η = Wirkungsgrad (-) 
V = Volumenstrom (m³/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
P w = Wellenleistung (W)
η = Wirkungsgrad (-) 
V = Volumenstrom (m³/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
P w = Wellenleistung (W)

Leistungsziffer

Die Leistungsziffer ist ein Maß für die erforderliche Wellenleistung.

Ventilator Leistungsziffer Formel
λ = Leistungsziffer (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
η = Wirkungsgrad (-) 
λ = Leistungsziffer (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
η = Wirkungsgrad (-) 

Durchmesserkennzahl

Die Durchmesserkennzahl besagt, wievielmal der Radaußendurchmesser größer ist als der eines Vergleichsventilators mit ψ = 1 und φ = 1.

Ventilator Durchmesserkennzahl Formel
δ = Durchmesserkennzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
δ = Durchmesserkennzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
φ = Lieferzahl (-) 


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Leistungsbedarf

Leistungsbedarf des Ventilators

Ventilatorleistung Formel
P W = Leistungsbedarf der Ventilatorwelle (kW)
V = Volumenstrom (m³/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
η = Wirkungsgrad des Ventilators (-) 
P W = Leistungsbedarf der Ventilatorwelle (kW)
V = Volumenstrom (m³/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
η = Wirkungsgrad des Ventilators (-) 

Leistungsbedarf des Antriebmotors

Ventilator Motorleistung Formel
P M = Leistungsbedarf des Antriebmotors (kW)
P W = Leistung der Ventilatorwelle (kW)
η G = Wirkungsgrad Kraftübertragungskomponente (-)
η M = Wirkungsgrad des Antriebmotors (-)
P M = Leistungsbedarf des Antriebmotors (kW)
P W = Leistung der Ventilatorwelle (kW)
η G = Wirkungsgrad Kraftübertragungskomponente (-)
η M = Wirkungsgrad des Antriebmotors (-)

Wirkungsgrad von Kraftübertragungskomponenten:
- Starre Kupplung     1,00
- Keilriemen Einzelriemen    0,93 ... 0,95
- Keilriemen Mehrfachriemen    0,90 ... 0,93
- Schmalkeilriemen    0,94
- Schmalkeilriemen zweirillig    0,95
- Keilrippenriemen    0,97
- Flachriemen    0,96 ... 0,99
- Zahnriemen    0,98 ... 0,99

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Mittlerer Wirkungsgrad von E-Motoren:

Motor­leistung (kW) Wirkungs­grad (-) Motor­leistung (kW) Wirkungs­grad (-)
1,1 0,762 15,0 0,894
1,5 0,785 18,5 0,900
2,2 0,810 22,0 0,905
3,0 0,826 30,0 0,914
4,0 0,842 37,0 0,920
5,5 0,857 45,0 0,925
7,5 0,870 55,0 0,925
11,0 0,884 78,0 0,936

Umrechnung der Leistungsdaten für polumschaltbare Motoren

Polzahl Volumenstrom Druck Leistung
2 / 4
4 / 8
6 / 12
V1 / V2 = 1 / 2 p1 / p2 = 1 / 4 P1 / P2 = 1 / 8
4 / 6
8 / 12
V1 / V2 = 1 / 1,5 p1 / p2 = 1 / 2,25 P1 / P2 = 1 / 3,375
6 / 8 V1 / V2 = 1 / 1,33 p1 / p2 = 1 / 1,778 P1 / P2 = 1 / 2,37


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Umrechnung der Leistungsdaten auf andere Drehzahl

Änderung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Ventilatordrehzahl

Der Volumenstrom ändert sich proportional mit der Drehzahl.

Ventilatordaten Volumenumrechnung Formel
V 1 = Volumenstrom Betriebspunkt 1 (m³/s)
V 2 = Volumenstrom Betriebspunkt 2 (m³/s)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
V 1 = Volumenstrom Betriebspunkt 1 (m³/s)
V 2 = Volumenstrom Betriebspunkt 2 (m³/s)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)

Änderung der Druckerhöhung in Abhängigkeit der Ventilatordrehzahl

Die Druckerhöhung ändert sich mit dem Quadrat der Drehzahl.

Ventilatordaten Druckerhöhung Formel
Δp 1 = Druckerhöhung Betriebspunkt 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung Betriebspunkt 2 (Pa)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
Δp 1 = Druckerhöhung Betriebspunkt 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung Betriebspunkt 2 (Pa)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)

Änderung des Leistungsbedarfs in Abhängigkeit der Ventilatordrehzahl

Der Leistungsbedarf ändert sich mit der dritten Potenz der Drehzahl.

Ventilatordaten Leistungsbedarf Formel
P w1 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 2 (kW)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
P w1 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 2 (kW)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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Umrechnung der Leistungsdaten auf einen anderen Ventilatorraddurchmesser

Änderung des Volumenstroms in Abhängigkeit des Ventilatordurchmessers

Der Volumenstrom ändert sich mit der dritten Potenz mit dem Ventilatordurchmesser.

Ventilatordaten Ventilatordurchmesser Formel
V 1 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D1 (m³/s)
V 2 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D2 (m³/s)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
V 1 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D1 (m³/s)
V 2 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D2 (m³/s)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)

Änderung der Druckerhöhung in Abhängigkeit des Ventilatordurchmessers

Die Druckerhöhung ändert sich mit der zweiten Potenz mit dem Ventilatordurchmesser.

Ventilatordaten Druckerhöhung Formel
Δp 1 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D2 (Pa)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
Δp 1 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D2 (Pa)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)

Änderung des Leistungsbedarfs in Abhängigkeit des Ventilatordurchmessers

Der Leistungsbedarf ändert sich mit der fünften Potenz mit dem Ventilatordurchmesser.

Ventilatordaten Leistungsbedarf Formel
P w1 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D1 (kw)
P w2 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D2 (kw)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
P w1 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D1 (kw)
P w2 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D2 (kw)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
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Umrechnung der Ventilatordaten bei Änderung der Luftdichte und Lufttemperatur

Die Luftleistungsdaten in einem Katalog gelten meistens für die Dichte p = 1,2 kg/m³ entsprechend der Lufttemperatur von 20°Cund einem Barometerstand von 101300 Pa (Normzustand).Bei anderer Luftdichte ändert sich der vom Ventilator erzeugte Druck pt und die Leistungsaufnahme an der Welle Lw proportional mit der Dichte. Der Volumenstrom bleibt dagegen konstant.

Luftdichte in Abhängigkeit der Temperatur

Ventilatordaten Luftdichteänderung Formel
ρ = Luftdichte (kg/m³) 
p a = Luftdruck (Pa) - Normzustand 101300 Pa
R i = Gaskonstante (J/(kg*K) - für Luft 287 J/kg*K
t = Bezugstemperatur (°C)
ρ = Luftdichte (kg/m³) 
p a = Luftdruck (Pa) - Normzustand 101300 Pa
R i = Gaskonstante (J/(kg*K) - für Luft 287 J/kg*K
t = Bezugstemperatur (°C)

Weitere Links:
Formel - Luftdruck in Abhängigkeit der Höhe
Berechnungsprogramm - Luftdruck in Abhängigkeit der Höhe



Druckerhöhungsänderung bei Änderung der Luftdichte

Luftdichte Höhenformel
Δp 1 = Druckerhöhung bei Dichte 1 (kg/m³)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Dichte 2 (kg/m³)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
Δp 1 = Druckerhöhung bei Dichte 1 (kg/m³)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Dichte 2 (kg/m³)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
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Leistungsbedarf bei Änderung der Luftdichte

Ventilatordaten Leistungsbedarf Formel
P w1 = Leistungsbedarf bei Dichte 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Dichte 2 (kW)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
P w1 = Leistungsbedarf bei Dichte 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Dichte 2 (kW)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)

Druckerhöhungsänderung bei Änderung der Lufttemperatur

Ventilatordaten Lufttemperaturänderung Formel
Δp 1 = Druckerhöhung bei Temperatur 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Temperatur 2 (Pa)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
Δp 1 = Druckerhöhung bei Temperatur 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Temperatur 2 (Pa)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 

Leistungsbedarf bei Änderung der Lufttemperatur

Ventilatordaten Lufttemperaturänderung Formel
P w1 = Leistungsbedarf bei Temperatur 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Temperatur 2 (kW)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
P w1 = Leistungsbedarf bei Temperatur 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Temperatur 2 (kW)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
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Anlagenkennlinie - Ventilatorkennlinie - Betriebspunkt

Anlagenkennlinie

Die Anlagenkennlinie ist die Kurve, die den Zusammenhang zwischen der Förderhöhe der Anlage und dem Förderstrom wiedergibt. Das Verhältnis Druckverlust zu Volumenstrom im Quadrat wird auch Anlagenwiderstandskonstante bezeichnet.

Ventilatordaten Anagenkennlinie Formel
X = Anlagenwiderstandskonstante (bar/(m³/h)) 
Δ p = Druckverlust (bar) 
V = Durchflussmenge (m³/h) 
X = Anlagenwiderstandskonstante (bar/(m³/h)) 
Δ p = Druckverlust (bar) 
V = Durchflussmenge (m³/h) 


Ventilatorkennlinie

Die Bauart und geometrischen Abmessungen eines Ventilators bestimmen die Charakteristik der Ventilatorkennlinie. Die Ventilatorkennlinie wird durch Messungen ermittelt die den Herstellerunterlagen zu entnehmen sind.

Betriebspunkt

Der Betriebspunkt eines Ventilators stellt sich dort ein, wo der Druckverlust des Ventilators und der Anlage gleich groß sind, also dort, wo sich die Ventilatorkennlinie und die Anlagenkennlinie schneiden.

Ventilatordaten Anagenkennlinie Diagramm
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Schallwerte von Ventilatoren

Abschätzung der Gesamtschallleistung von Ventilatoren

Der nach dieser Formel ermittelte Gesamtschallleistungspegel dient nur für eine Abschätzung. Dieser Wert tritt auch nur ein, wenn der Ventilator im optimalen Betriebspunkt betrieben wird d. h. bei maximalem Wirkungsgrad. Die genauen Werte sind aus den Technischen Datenblättern der Hersteller zu entnehmen.

Ventilatordaten Schallwerte Formel
L w = Gesamtschallleistungspegel (dB) ± 4 dB
V = Volumenstrom (m³/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
L w = Gesamtschallleistungspegel (dB) ± 4 dB
V = Volumenstrom (m³/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)

Ermittlung des Oktavleistungspegels

Zur Ermittlung des frequenzbezogenen Oktavleistungspegels sind die folgenden Werte bei den einzelnen Frequenzwerten vom Gesamtleistungspegel abzuziehen.

Venti­lator­typ Pegel­differenz (dB) bei Oktav­frequenz (Hz)
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Typ 1 2 7 12 17 22 27 32 37
Typ 2 9 8 7 12 17 22 26 31
Typ 3 9 8 7 7 8 10 14 18
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Typ 1 = Radial Ventilator Trommelläufer mit vorwärts gekrümmter Beschaufelung
Typ 2 = Radial Hochleistungsventilator mit rückwärts gekrümmter Beschaufelung
Typ 3 = Axial Ventilator

Beispiel: Axialventilator V=10 m³/s - pt=2000 Pa
Gesamtschallleistungspegel Lw = 37+10*log(10)+20*log (2000)= 113 dB

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Gesamt­schall­leistung Lw (dB) 113 113 113 113 113 113 113 113
Spez. Schall­leistung Typ 3 (dB) 9 8 7 7 8 10 14 18
Oktav Leistungs­pegel (dB) 104 105 106 106 105 103 99 95
Weitere Links:
Berechnung des Gesamtschallpegels mit A-Bewertung

Einfluss der Ventilatordrehzahl auf den Geräuschpegel

Änderung des Schallpegels bei Änderung der Ventilatordrehzahl.

Ventilatordaten Schalländerung Formel
ΔL = Schallpegeländerung (dB)  
n = neue Drehzahl (1/min) 
n 0 = Nenndrehzahl (1/min)
ΔL = Schallpegeländerung (dB)  
n = neue Drehzahl (1/min) 
n 0 = Nenndrehzahl (1/min)

Drehfrequenz eines Ventilators (Hauptstörfrequenz)

Ventilatordaten Drehfrequenz Formel
f D = Drehfrequenz (Hz) 
Z = Schaufelanzahl des Ventilators (-) 
n = Drehzahl (1/min) 
f D = Drehfrequenz (Hz) 
Z = Schaufelanzahl des Ventilators (-) 
n = Drehzahl (1/min) 


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