Auslegung von Ventilatoren
für die Lüftungstechnik

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).

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.

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.

L = Leistungsdichte (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-)

L = Leistungsdichte (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-)

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis der Förderleistung zur Wellenleistung.

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.

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.

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

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

Leistungsbedarf

Leistungsbedarf des Ventilators

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

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

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

Mittlerer Wirkungsgrad von E-Motoren:

Umrechnung der Leistungsdaten für polumschaltbare Motoren

Umrechnung der Leistungsdaten auf andere Drehzahl

Änderung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Ventilatordrehzahl

Der Volumenstrom ändert sich proportional mit der Drehzahl.

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.

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.

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)

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 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.

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.

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)

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

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

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)

Leistungsbedarf bei Änderung der Luftdichte

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

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

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) 

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.

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.

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.

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.

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

Einfluss der Ventilatordrehzahl auf den Geräuschpegel

Änderung des Schallpegels bei Änderung der Ventilatordrehzahl.

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)

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

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