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Anwendungsgebiete von lufttechnischen Anlagen.
Entwurf und Betrieb der Radial-, Axial- und Querstromventilatoren.
Berechnung und Konstruktion.
Ventilator
Seitenübersicht:- Ventilatorbauart
- Volumenstromermittlung
- Kennzahlen von Ventilatoren
- Leistungsbedarf eines Ventilators
- Umrechnung der Leistungsdaten auf andere Drehzahl
- Umrechnung der Leistungsdaten auf anderen Ventilatordurchmesser
- Umrechnung der Leistungsdaten bei Änderung der Luftdichte und Lufttemperatur
- Anlagenkennlinie - Ventilatorkennlinie - Betriebspunkt
- Schallleistung von Ventilatoren
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 |
|
0,10 ... 0,25 | 0,05 ... 0,10 | für Fenster- und Wandeinbau |
| ohne Leitrad |
|
0,15 ... 0,30 | 0,10 ... 0,30 | bei geringen Drücken |
| mit Leitrad |
|
0,30 ... 0,60 | 0,30 ... 0,60 | bei höheren Drücken |
| Gegenläufer |
|
0,20 ... 0,80 | 1,00 ... 3,00 | höchste Drück, Sonderfälle |
| Radialventilator | ||||
| rückwärts gekrümmte Schaufeln |
|
0,20 ... 0,40 | 0,60 ... 1,00 | bei hohen Drücken und Wirkungsgraden |
| gerade Schaufeln |
|
0,30 ... 0,60 | 1,00 ... 2,00 | für Sonderzwecke |
| vorwärts gekrümmte Schaufeln |
|
0,40 ... 1,00 | 2,00 ... 3,00 | bei geringen Drücken und Wirkungsgraden |
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
Kennzahlen von Ventilatoren
Lieferzahl
Die Lieferzahl beschreibt das Verhältnis der tatsächlichen Fördermenge zur theoretisch möglichen Fördermenge (Produkt aus Kreisfläche des Rades und Umfangsgeschwindigkeit).
V = Volumenstrom (m³/s)
D = Laufradaußendurchmesser (m)
n = Drehzahl (1/min)
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.
ρ = Dichte (kg/m³)
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
D = Laufradaußendurchmesser (m)
n = Drehzahl (1/min)
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.
φ = Lieferzahl (-)
ψ = Druckzahl (-)
φ = Lieferzahl (-)
ψ = Druckzahl (-)
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis der Förderleistung zur Wellenleistung.
V = Volumenstrom (m³/s)
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
P w = Wellenleistung (W)
V = Volumenstrom (m³/s)
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
P w = Wellenleistung (W)
Leistungsziffer
Die Leistungsziffer ist ein Maß für die erforderliche Wellenleistung.
φ = Lieferzahl (-)
ψ = Druckzahl (-)
η = Wirkungsgrad (-)
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.
ψ = Druckzahl (-)
φ = Lieferzahl (-)
ψ = Druckzahl (-)
φ = Lieferzahl (-)
Leistungsbedarf
Leistungsbedarf des Ventilators
V = Volumenstrom (m³/s)
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
η = Wirkungsgrad des Ventilators (-)
V = Volumenstrom (m³/s)
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
η = Wirkungsgrad des Ventilators (-)
Leistungsbedarf des Antriebmotors
P W = Leistung der Ventilatorwelle (kW)
η G = Wirkungsgrad Kraftübertragungskomponente (-)
η M = Wirkungsgrad des Antriebmotors (-)
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
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.
V 2 = Volumenstrom Betriebspunkt 2 (m³/s)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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.
Δp 2 = Druckerhöhung Betriebspunkt 2 (Pa)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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.
P w2 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 2 (kW)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
P w2 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 2 (kW)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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.
V 2 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D2 (m³/s)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
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.
Δp 2 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D2 (Pa)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
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.
P w2 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D2 (kw)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
P w2 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D2 (kw)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
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
p a = Luftdruck (Pa) - Normzustand 101300 Pa
R i = Gaskonstante (J/(kg*K) - für Luft 287 J/kg*K
t = Bezugstemperatur (°C)
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
Δp 2 = Druckerhöhung bei Dichte 2 (kg/m³)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Dichte 2 (kg/m³)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
Leistungsbedarf bei Änderung der Luftdichte
P w2 = Leistungsbedarf bei Dichte 2 (kW)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
P w2 = Leistungsbedarf bei Dichte 2 (kW)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/m³)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/m³)
Druckerhöhungsänderung bei Änderung der Lufttemperatur
Δp 2 = Druckerhöhung bei Temperatur 2 (Pa)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C)
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
P w2 = Leistungsbedarf bei Temperatur 2 (kW)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C)
P w2 = Leistungsbedarf bei Temperatur 2 (kW)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C)
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.
Δ p = Druckverlust (bar)
V = Durchflussmenge (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.
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.
V = Volumenstrom (m³/s)
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
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 |
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 |
Berechnung des Gesamtschallpegels mit A-Bewertung
Einfluss der Ventilatordrehzahl auf den Geräuschpegel
Änderung des Schallpegels bei Änderung der Ventilatordrehzahl.
n = neue Drehzahl (1/min)
n 0 = Nenndrehzahl (1/min)
n = neue Drehzahl (1/min)
n 0 = Nenndrehzahl (1/min)
Drehfrequenz eines Ventilators (Hauptstörfrequenz)
Z = Schaufelanzahl des Ventilators (-)
n = Drehzahl (1/min)
Z = Schaufelanzahl des Ventilators (-)
n = Drehzahl (1/min)