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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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