Der statische Druck ist ein Maß für den Druck, den der Ventilator im Kanalsystem erzeugen kann. Das ist der Druck, der erforderlich ist, um Luft durch das System zu bewegen. Der Gesamtdruck umfasst sowohl den statischen Druck als auch den dynamischen Druck, der durch die Luftbewegung erzeugt wird. Da der dynamische Druck nicht direkt mit der Leistung des Ventilatorsystems zusammenhängt, kann der Gesamtdruck bei der Auslegung irreführend sein.
Bei Axialventilatoren beispielsweise ist der dynamische Druck in der Regel höher als bei Radialventilatoren. Legt man das System auf der Grundlage des Gesamtdrucks aus, könnte man zu dem Schluss kommen, dass Axialventilatoren eine höhere Leistung haben als Radialventilatoren. Das ist aber nicht der Fall, wenn die Ventilatoren an ein Kanalsystem angeschlossen sind. Bei einer Auslegung auf der Grundlage des statischen Drucks ist der Radialventilator in diesem Fall in der Regel die beste Wahl.
Der statische Druck bezieht sich auch direkter auf den spezifischen Energieverbrauch. Daher ist er ebenfalls der richtige Auswahlparameter, wenn es um optimale Energieeinsparungen durch den richtigen Ventilator geht. Denn auch hier erscheint der Axialventilator, gemessen am Gesamtdruck, dem Radialventilator in Bezug auf den Wirkungsgrad überlegen. Der Radialventilator verbraucht aber weniger elektrische Leistung, um das gleiche oder sogar bessere Ergebnis zu erreichen. Um zu beurteilen, wie viel Energie tatsächlich verbraucht wird, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, ist daher immer der statische Wirkungsgrad zu verwenden.
Beim Gesamtdruck lauert Ungenauigkeit
Die Messung des statischen Drucks ist zudem ein relativ einfacher und unkomplizierter Prozess, der mit einer Vielzahl von Instrumenten durchgeführt werden kann. Der Gesamtdruck hingegen ist schwieriger zu messen, da hier der Durchfluss gemessen wird. In einem Ventilator oder einem Kanalsystem ist es aufwendig, einen Messpunkt zu finden, der nicht unter anderem durch lokale Geschwindigkeitsunterschiede und Turbulenzen beeinflusst wird und so zu Messungenauigkeiten führt.
Es erfordert oft viel Erfahrung, um Messungen, die den dynamischen Druck enthalten, richtig zu interpretieren. In einem Messlabor, in dem die Daten des Ventilators ermittelt werden, ist die Situation anders, aber es kommt schließlich darauf an, wie energieeffizient der Ventilator dort arbeitet, wo er tatsächlich eingesetzt wird. Der statische Druck hilft hier, diesen Zusammenhang leichter und einfacher zu beurteilen.
Viele Ventilatorenhersteller geben die Leistung ihrer Produkte in Form des statischen Drucks an, was den Vergleich verschiedener Modelle und die Auswahl des geeigneten Ventilators für ein bestimmtes System und eine bestimmte Anwendung erleichtert. Einige Hersteller verwenden zur Bewerbung ihrer Produkte den Gesamtdruck, um vermeintlich bessere Werte zeigen zu können. Wenn beispielsweise ein Axialventilator mit einem Wirkungsgrad von über 90 Prozent im Vergleich zu einem Radialventilator mit 60 Prozent angepriesen wird, kann dieser Unterschied auf unterschiedlichen Grundlagen beruhen.
In diesem Fall ist der Wirkungsgrad des Axialventilators nur der Wirkungsgrad des Ventilatorlaufrads auf der Grundlage des Gesamtdrucks – im Vergleich zu einem kompletten Radialventilator, einschließlich Motor und Steuerung, auf der Grundlage des statischen Drucks. Es werden auch Vergleiche zwischen zwei kompletten Ventilatorsystemen angestellt, wobei das axiale auf dem Gesamtdruck und das radiale auf dem statischen Druck basiert. Hier wird das axiale System mit einem 20 Prozent höheren Wirkungsgrad angegeben. Der Unterschied zwischen den Wirkungsgraden der beiden Ventilatoren ist also nicht objektiv begründet, sondern eher eine Marketingmethode.
Einige Hersteller verwenden zur Bewerbung ihrer Produkte den Gesamtdruck, um vermeintlich bessere Werte zeigen zu können.
Axialventilatoren können in Bezug auf den Wirkungsgrad auf dem gleichen Niveau arbeiten wie Radialventilatoren. Es zeigt sich jedoch, dass Labordaten für Axialventilatoren in der Praxis oft nur schwer reproduzierbar sind, da sie empfindlicher auf Störungen im Einbauraum reagieren als Radialventilatoren. Dadurch können beispielsweise bei der Umrüstung bestehender Lüftungsanlagen auf neue energiesparende Axialventilatoren Effizienzverluste entstehen. Hier sind Radialventilatoren unempfindlicher und können die im Labor ermittelten Daten auch im realen Betrieb besser reproduzieren.
Der statische Druck ist das geeignetere Maß
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Gesamtdruck zwar ein wichtiges Maß für die Strömungsdynamik ist, der statische Druck jedoch das geeignetere Maß für die Analyse und den Vergleich von Ventilatorsystemen darstellt. Er ist für die Leistung des Ventilatorsystems in der realen Betriebssituation relevanter, einfacher zu messen und wird von den Herstellern häufig als Maß für die Ventilatorleistung verwendet.
Ich stimme der Aussage nicht zu, dass der statische Druck sinnvoller ist. Das mag beim Vergleich von Axial- mit Radialventilatoren zutreffend sein, aber sonst nicht. Wenn zum Beispiel ein Radialventilator in einem Kanal verbaut ist, ist der dynamische Druck am Ventilatorauslass kein Verlustwert. In diesem Fall ist es sinnvoller, mit dem Gesamtdruck zu arbeiten. Wird hier der statische Druck als Grundlage genommen, führt das zu einem überdimensionierten Ventilator. Ist der Radialventilator nicht verbaut, d. h. ist der Auslass offen, eignet sich der statische Druck besser. Mit anderen Worten: Die Entscheidung, ob Gesamt- oder statischer Druck, hängt von den Randbedingungen ab, unter denen der Ventilator laufen soll.
Vielen Dank für Ihren Kommentar, hier die Antwort unseres Autors Torben:
Wie viel dynamischer Druck sich in einem Kanalsystem zurückgewinnen lässt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem der Auslegung des Kanalsystems, den Strömungsbedingungen und ob Geräte oder Komponenten im System vorhanden sind.
Unter idealen Umständen, wenn das Kanalsystem gut ausgelegt ist und die Kanäle glatt und stromlinienförmig sind, lässt sich ein signifikanter Anteil des dynamischen Drucks zurückgewinnen. Das lässt sich erreichen, indem Faktoren wie Kanalgröße und -form und die Kanalführung sorgfältig betrachtet werden, und durch den Einsatz von Geräten wie Diffusoren oder Expansionskammern. Sind strömungstechnisch möglichst wenige Engstellen vorhanden, werden scharfe Knicke oder plötzliche Richtungswechsel vermieden und kommen geeignete Mechanismen zur Strömungsführung zum Einsatz, lassen sich die Verluste beim dynamischen Druck verringern.
Es ist jedoch der Hinweis wichtig, dass es in keinem Kanalsystem gelingt, dynamischen Druck zu 100 % zurückzugewinnen. Es wird immer ein gewisses Maß an Druckverlust aufgrund von Faktoren wie Reibungsverlusten entlang der Kanalwände, Verwirbelung und der Umwandlung von dynamischem Druck in andere Formen von Energie (z. B. Wärme) geben. Die tatsächliche Höhe des dynamischen Drucks, der sich in einem bestimmten Kanalsystem zurückgewinnen lässt, hängt von den vorstehend genannten Faktoren und der konkreten Anwendung ab.
Für eine maximale Rückgewinnung dynamischen Drucks werden in Technik und Entwicklung häufig numerische Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, CFD) eingesetzt oder experimentelle Tests durchgeführt, um die Konfiguration des Kanalsystems zu optimieren. Auf diesem Weg lassen sich Bereiche mit hohen Druckverlusten erkennen, was die Umsetzung von Verbesserungen im Design für einen optimierten Gesamtwirkungsgrad ermöglicht.
Es ist herausfordernd, den Prozentsatz zu bestimmen, zu dem dynamischer Druck in einem Kanalsystem durchschnittlich rückgewinnbar ist, denn dies hängt von zahlreichen Faktoren ab, die system- und anwendungsspezifisch sind. Der Wirkungsgrad bei der Rückgewinnung kann sehr unterschiedlich sein, je nach Auslegung, den Betriebsbedingungen und dem Bestimmungszweck des Kanalsystems.
In der Praxis kann der Prozentsatz dieser Rückgewinnung des dynamischen Drucks einige wenige Prozent bis hin zu mehr als 90 % betragen. Wichtig ist jedoch der Hinweis, dass extrem hohe Wirkungsgrade bei der Rückgewinnung selten sind. In der Regel wird ein Wirkungsgrad von ca. 10-20 % oder weniger für Kanalsysteme ohne spezielle Komponenten oder Geräte als typisch erachtet.
Für höhere Wirkungsgrade setzen Experten zur Rückgewinnung verschiedene Techniken und Komponenten wie Diffusoren, Expansionskammern oder Strömungsregler ein. Diese Elemente tragen dazu bei, Druckverluste möglichst gering zu halten, den Luftstrom zu optimieren und das Potenzial einer Druckrückgewinnung auszubauen. Allerdings hängt der tatsächliche Prozentsatz der Rückgewinnung weiterhin von der spezifischen Auslegung und den Kompromissen ab, die bei der Entwicklung eines Systems gemacht wurden.
Es sei erwähnt, dass der Begriff „Rückgewinnung“ häufig auch in anderem Kontext verwendet wird, etwa im Bereich der Wärme- oder Energierückgewinnung. Dort liegt der Fokus darauf, Abwärme oder Energie einzufangen und zu nutzen, und nicht speziell auf dynamischem Druck. Somit kann der Prozentsatz der Rückgewinnung je nach dem Ziel und der Bauart des Systems, das betrachtet wird, signifikant schwanken. Dynamischen Druck zurückzugewinnen, bedeutet, dass dieser in statischen Druck umgewandelt wird, oder umgekehrt. Eine solche Umwandlung geht immer mit Verlusten einher.
Zusammenfassend ist der statische Druck immer noch der ausschlaggebendste Parameter beim Vergleich von Ventilatoren. Zum Beispiel lässt sich sagen, dass ein Axialventilator einen um 20 % höheren Wirkungsgrad als der Radialventilator hat, da der dynamische Druck diesen zusätzlichen Teil beisteuert. Wenn diese 20 % nun mit einem Wirkungsgrad von 10 % zurückgewonnen werden, beträgt der zusätzliche Wirkungsgrad des Axialventilators bei Betrachtung des statischen Drucks inklusive des zurückgewonnenen dynamischen Drucks nur 2 %.
Da der Radialventilator ebenfalls eine dynamische Komponente aufweist, wenn auch eine kleinere als der Axialventilator, ist auch in diesem System eine Rückgewinnung möglich, daher ist dann auch der Wirkungsgrad des Radialventilators einschließlich des zurückgewonnenen dynamischen Drucks höher. Wenn wir im echten Leben den dynamischen Druck mitberücksichtigen, bringen wir eine Komponente in die Bewertung des Wirkungsgrads ein, die zwischen Systemen volatil ist und vermieden werden sollte.
Ein Beispiel: Sie können unseren Axialventilator mit oder ohne AxiTop verwenden: Der AxiTop macht genau, was ich beschrieben habe – dynamisch wird zu statisch, der Wirkungsgrad erhöht sich –, und es wird deutlich, dass es eines hohen technischen Aufwands und vieler Komponenten bedarf, um hier etwas zu erreichen. Dieser Aufwand wird im Markt nicht oft betrieben.
Viele Grüße, Torben
Soweit ich weiß, sollte der Gesamtdruck des Ventilators immer die korrekte Grundlage für die Auswahl und den Vergleich von Ventilatoren sein. Wenn die tatsächliche Installation nicht ideal ist, werden sowohl der statische Druck als auch der Gesamtdruck aufgrund von Installationsverlusten reduziert, so dass direkte Vergleiche mit den angegebenen Drücken zweifelhaft sind.
Der vor Ort (und im Labor) gemessene statische Druckanstieg wird durch die Strömungsgeschwindigkeit auf der Eintritts- und Austrittsseite auf der Grundlage des Bernoulli-Prinzips beeinflusst. Wenn die Eintritts- und Austrittsflächen nicht gleich groß sind, sollte der Unterschied der jeweiligen dynamischen Drücke beim Vergleich des gemessenen Drucks mit dem angegebenen Gesamt- oder statischen Ventilatordruck berücksichtigt werden.
Problematisch ist, dass die Hersteller von Ventilatoren oft nicht klar angeben, wie die von ihnen angegebenen statischen Drücke oder Gesamtdrücke der Ventilatoren definiert sind und welche Installationsart für die einzelnen Ventilatoren gilt (kanalisiert oder nicht). Außerdem kommt es immer wieder zu Verwechslungen zwischen dem gemessenen statischen Druckanstieg und dem „statischen Druck des Ventilators“, der in der ISO 5801 als „Differenz zwischen dem *statischen* Druck am Ventilatorauslass und dem *gesamten* Druck am Ventilatoreinlass“ definiert ist, der nicht direkt gemessen werden kann.
In jedem Fall ist es entscheidend, dass der angegebene Gesamtdruck der tatsächliche Druck ist, der in der gegebenen Anlage erreicht wird, und nicht (fälschlicherweise) als Summe des gemessenen statischen Druckanstiegs + des berechneten dynamischen Drucks am Ventilatorausgang definiert ist.
Mit freundlichen Grüßen, Petteri