Vom Prüfstand zur Anwendung

Für jede Einbausituation der passende Ventilator

Ventilatoren sind komplexe Strömungsmaschinen, die teilweise auf strömungstechnische Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Einbausituation. Oft ist deshalb der Ventilator in der Anwendung nicht so leise wie erhofft oder weniger effizient als die Angaben im Datenblatt versprechen. Denn die Ventilatordaten werden im Prüfstand unter standardisierten strömungstechnischen Laborbedingungen ermittelt. Die Realität in der individuellen Anwendung kann hier nicht abgebildet werden, sondern muss durch Messungen in der Kundeneinheit dargestellt werden – oder vorab gemeinsam für den Anwendungsfall mit dem Hersteller simuliert werden.

Moderne Radial- und Axialventilatoren arbeiten heute sehr effizient und leise. Eingebaut in einer Anwendung wird sich ihr Verhalten jedoch verändern, wenn die Zuström- oder Abströmbedingungen gestört sind (Bild 1). In einem klimatechnischen Gerät sind Ventilatoren schließlich Mittel zum Zweck. Beeinträchtigungen sind deshalb meist der Funktion geschuldet. Klappen und Filter können den Luftstrom verändern und auch der Abstand zu Wänden und Wärmetauschern sowie der Einsatz von Schutzgittern wirken sich aus. Typische Auswahlprogramme (Bild 2) können diese Auswirkungen nur begrenzt berücksichtigen, da sie die unter Laborbedingungen ermittelten Werte zugrunde legen (Bild 3). Diese müssen schließlich auf reproduzierbaren Messungen bei (ungestörten) Standardbedingungen beruhen. In der Anwendung gibt es aber – bedingt durch die Einbauverhältnisse im jeweiligen Gerät – mehr oder weniger ausgeprägte Verwirbelungen. Diese Turbulenzen führen zu einer unter realen Bedingungen nur schwer kalkulierbaren Geräuschentwicklung. Einmal im Gerät eingebaut, stimmen die dokumentierten Werte häufig nicht mit der Realität überein. Bild 4 zeigt, wie sich Energieverbrauch und Geräusch je nach saugseitiger Einbausituation verändern – je nachdem wie stark das Gehäuse die Durchströmung behindert, also ob axial von vorne angesaugt wird, radial von allen Seiten oder einseitig. Im schlechtesten Fall steigen dadurch die Leistungsaufnahme und der Geräuschpegel bei gleichem Betriebspunkt signifikant an.

Um die Sicherheit zu gewährleisten, müssen Axialventilatoren in der Regel mit Schutzgittern ausgerüstet werden. Dabei ist es wichtig, die Geometrie des Schutzgitters auf die Strömungsführung anzupassen, um möglichst wenige Verluste und Geräusche zu erzeugen. Heute schlagen akustische Einzeleffekte von Schutzgittern deutlich stärker zu Buche als noch vor einigen Jahren. Moderne Ventilatoren arbeiten für sich allein betrachtet so leise, dass die vom Schutzgitter verursachten Effekte stärker hörbar sind. Es ist also nicht sinnvoll, sich bei Leistungsaufnahme und Geräusch-emission nur auf Katalogwerte zu verlassen. Auswahlprogramme sollten daher so aufgebaut sein, dass sie möglichst viele Parameter abfragen, die sich an der Einbausituation orientieren.

Die Einbausituation bei der Entwicklung berücksichtigen

Da Wechselwirkungen zwischen Ventilator und Anwendung immer auftreten können, hat es sich ebm-papst zur Aufgabe gemacht, die spätere Einbausituation – soweit irgendwie möglich – bereits bei der Entwicklung eines Ventilators zu berücksichtigen. Dabei fließt über Jahrzehnte gesammeltes Applikations-Know-how ein, und die unterschiedlichen an der Entwicklung beteiligten Disziplinen arbeiten eng zusammen, angefangen bei leistungsfähigen Simulationstools und Prüfständen bis hin zum psychoakustischen Prüflabor. Letzteres gewinnt zunehmend an Bedeutung. Denn heute kann z.B. eine im Freien aufgestellte Luft-/Wasser-Wärmepumpe, auch wenn sie vielleicht der Lärmschutznorm TA entspricht, die Nachbarschaft mit störenden Geräuschen verärgern. Um auf der sicheren Seite zu sein, sollten Ventilatoren zusätzlich zur gängigen Bewertung des Schallpegels auch nach psychoakustischen Kriterien optimiert werden.

Wird die spätere Einbausituation bereits bei der Entwicklung berücksichtigt, verbessert das die Resultate enorm, wie sich am Beispiel der „RadiPac“-Ventilatoren (Bild 5) zeigt. Hier hat ebm-papst nicht nur Laufrad, Motor und die Ansteuerelektronik im Hinblick auf Energieeffizienz und Geräuschemission optimiert, sondern auch die reale Einbausituation in RLT-Geräten mit einbezogen. Das breite Wirkungsgradoptimum bei Radialventilatoren führt dazu, dass die Ventilatoren in praktisch jedem Betriebspunkt mit möglichst geringer Leistungsaufnahme arbeiten und es zudem in puncto Lautstärke keine unliebsamen Überraschungen gibt.

FlowGrid verbessert das Geräuschverhalten

Für jeden Hersteller eines RLT-Geräts gibt es einen „Worst Case“: Im eingebauten Zustand ist der gewählte Ventilator zu laut oder nicht effizient genug, im schlimmsten Fall kann sich die Markteinführung dadurch deutlich verzögern. Gerade in solchen Fällen kann es sich lohnen, beim Spezialisten nachzufragen. Mit passiven Bauteilen wie dem Vorleitgitter „FlowGrid“ (Bild 6) beispielsweise, das sich für Axial- und Radialventilatoren eignet, können unliebsame Effekte im eingebauten Zustand auch noch nachträglich gemindert werden. Werden die eingesetzten Ventilatoren damit nachgerüstet, reduziert das die geräuscherzeugenden Verwirbelungen in der Zuströmung drastisch, ohne die Luft- und Aufnahmeleistung zu vermindern (Bild 7). In lärmsensiblen Anwendungen wie z.B. Wärmepumpen, Wohnungslüftungsgeräten und Luftreinigern für Klassenzimmer können hier gute Ergebnisse erzielt werden.

Entwicklung

unter realen Bedingungen

Wer von Anfang an auf der sicheren Seite sein will, sollte den Ventilatorenhersteller bereits in einer frühen Entwicklungsphase des eigenen Geräts mit einbeziehen. Bei großen wie kleinen Ventilatoren kann es sich gleichermaßen lohnen, die Strömungssituation genau zu analysieren, zu bewerten und geeignete Optimierungsmaßnahmen zu finden. Als kompetenter Partner setzen die Ventilatoren- und Motorenspezialisten von ebm-papst hier immer wieder Maßstäbe, wenn es bei luftführenden Geräten darum geht, Probleme bereits im Vorfeld zu verhindern oder auch noch vor der Produkteinführung das Beste hinsichtlich Geräusch und Effizienz zu erreichen.

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