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Die Formel für die ener­ge­ti­sche Effi­zienz

Wer die ener­ge­ti­sche Effi­zienz η verschie­dener Venti­la­toren verglei­chen will, sollte den gesamten Venti­lator, also das Venti­la­tor­system betrachten, und nicht nur seine einzelnen Teile.


Jeder, der sich ein Venti­la­tor­system anschaffen möchte, stellt sich zwei Fragen: 1. Welcher Venti­lator bewäl­tigt meine Aufgabe? 2. Welcher Venti­lator bewäl­tigt meine Aufgabe am effi­zi­en­testen? Um die letzte Frage geht es hier, um die Frage nach dem besten Wirkungs­grad η.

Uwe Sigloch, Director of Product Manage­ment bei ebm-papst in Mulfingen (Foto | ebm-papst)

Ein Venti­la­tor­system besteht im Wesent­li­chen aus den drei Haupt­kom­po­nenten Motor, Steu­er­elek­tronik und Laufrad. Die Effi­zienz jeder Kompo­nente kann über den jewei­ligen Einzel­wir­kungs­grad beschrieben werden. Er wird von den Herstel­lern dieser Einzel­kom­po­nenten meist im Betriebs­op­timum ange­geben, also ηmax. Wird der Venti­lator aus den genannten Einzel­kom­po­nenten zusam­men­ge­stellt, werden meist die Einzel­wir­kungs­grade multi­pli­ziert und doku­men­tiert. Dabei kann es sich aber nur um einen theo­re­ti­schen Gesamt­wir­kungs­grad handeln, der sich im späteren Betrieb nicht errei­chen lässt. Warum ist das so?

Der Wirkungs­grad beschreibt das Verhältnis von Aufwand zu Nutzen. Im Falle des Venti­la­tors ist der Nutzen, dass er eine Luft­menge gegen einen Wider­stand (Druck) beför­dert, also die Luft­leis­tung in Watt. Diese errechnet sich aus dem Volu­men­strom in Kubik­me­tern pro Sekunde, multi­pli­ziert mit dem Druck in Pascal. Der Aufwand ist die elek­tri­sche Leis­tungs­auf­nahme, eben­falls in Watt ange­geben. Das Ergebnis ist immer <1, denn Energie geht stets ­verloren.

Nun hat man also eine Angabe für den Wirkungs­grad, zum Beispiel η = 0,8. Scheinbar bekommt man hier einen objek­tiven Wert, anhand dessen man die Wirkungs­grade verschie­dener Venti­la­tor­sys­teme verglei­chen kann. Leider ist das nicht immer der Fall.

Denn entschei­dend ist, wie η zustande kam. Die Frage­stel­lung muss dann lauten: Wurde der Wirkungs­grad des Venti­la­tor­sys­tems berechnet oder gemessen? Es gibt den theo­re­ti­schen Wirkungs­grad im Optimum und den Wirkungs­grad im realen Betrieb. Der opti­male η ist immer höher (also besser) als der gemes­sene — zum Teil um 20 Prozent­punkte! Darum geben viele Hersteller lieber den opti­malen η an.

Venti­la­tor­system als komplette Einheit vermessen

Dieser bewährt sich aber in der Anwen­dung nicht. Denn man kann nicht davon ausgehen, dass im gewünschten Betriebs­punkt alle drei Kompo­nenten in ihrem Effi­zi­enz­op­timum laufen — oft sind die Abwei­chungen beträcht­lich. Ein Venti­la­tor­system hat in jedem Betriebs­zu­stand einen eigenen Gesamt­wir­kungs­grad, der sich nur sehr schwer aus den Einzel­wir­kungs­graden der Kompo­nenten errechnen lässt. Besser ist es, das Venti­la­tor­system als komplette Einheit zu vermessen.

Bei der Angabe des Einzel­wir­kungs­grads des Lauf­rads gibt es noch die zusätz­liche Beson­der­heit, dass hier oft mit totaler Druck­erhö­hung gerechnet wird — das ist die Summe aus stati­schem und dyna­mi­schem Druck. In einem luft­tech­ni­schen Gerät nutzbar ist jedoch ledig­lich der stati­sche Druck. Auf diese Weise wird ηmaxLaufrad oft unzu­lässig schön­ge­rechnet.

Bei ebm-papst verfolgen wir den soge­nannten Wire­2Air-Ansatz. Wir geben ausschließ­lich echte, gemes­sene Wirkungs­grade an. Ohnehin empfehlen wir, dem Wirkungs­grad eine gerin­gere Bedeu­tung beizu­messen. In der Praxis ist es viel aussa­ge­kräf­tiger, den Vergleich über die zu erwar­tende Leis­tungs­auf­nahme für eine defi­nierte Luft­för­der­auf­gabe zu führen. 

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