mini|Abluftventilator
Ein Ventilator (von , ‚Kühlung zufächeln‘) ist eine fremd angetriebene Strömungsmaschine, also eine Arbeitsmaschine, die ein gasförmiges Medium fördert. Dazu hat er ein axial oder radial durchströmtes Laufrad, das meist in einem Gehäuse rotiert. Zwischen Ansaug- und Druckseite wird ein Druckverhältnis zwischen 1 und 1,3 erzielt (Kleinventilatoren bis 1,03). Strömungsmaschinen, die ein Druckverhältnis größer 1,3 erreichen, heißen Verdichter.
Ventilatoren setzen maximal 25 kJ/(kg × K) um, was bei einer angenommenen Dichte von 1,2 kg/m³ (Luft) 30.000 Pa entspricht, daher der Faktor 1,3 laut DIN 5801 und 13349.
Bauformen mini|Axialventilator mini|Wirkprinzip des Axialventilators Axialventilator Axialventilatoren sind die gebräuchlichste Bauform. Die Drehachse des Axiallaufrads verläuft parallel (axial) zum Luftstrom. Die Luft wird durch das Axiallaufrad ähnlich wie bei einem Flugzeug- oder Schiffspropeller bewegt. Axialventilatoren erreichen bei geringen Abmessungen einen hohen Durchsatz. Das erreichbare Druckverhältnis ist kleiner als bei Radialventilatoren.
Die Ausführung ohne Gehäuse ist bei Tisch- und Deckenventilatoren (Lüftern) üblich. Axialventilatoren mit Gehäuse und innen liegendem Antriebsmotor haben den Nachteil des Nabentotwassers hinter der Laufradnabe, den man jedoch durch einen geeigneten Diffusor (Innendiffusor) weitgehend vermeiden kann. Da die Luft durch die Rotation hinter dem Axiallaufrad drallbehaftet austritt, wird durch feststehende Einbauten (Nachleitrad) der statische Druck erhöht, indem der im Drall (Drehimpuls) enthaltene, dynamische Energieanteil in potentielle Energie (statischer Druck) umgesetzt wird. Um die Druckaustrittsverluste aus dem Axialventilator zu minimieren, haben größere Ventilatoren Außendiffusoren.
Diagonalventilator Eine weitere Ausführung der Strömungsmaschinen ist der so genannte Diagonalventilator, bei dem das Gehäuse und die Lüfterschaufeln konisch geformt sind (der Radius wird zur Druckseite hin größer) damit die Luft nicht axial, sondern diagonal austritt. Diagonalventilatoren haben bei gleicher Leistung und Größe einen größeren Luftdurchsatz und bauen einen höheren Druck auf, deshalb können sie zum Beispiel bei gleichem Effekt bei geringerer Drehzahl betrieben werden und sind somit leiser.
Beide Ausführungen haben ein so genanntes Nabentotwasser (auch: „Dead Spot“), das sich hinter dem in der Mitte des Geräts angeordneten Motor befindet: Dort findet kaum eine Luftbewegung statt. Deshalb wurden auch schon Axialventilatoren entwickelt, die den Motor in einem umgebenden Gehäuse enthalten und bei denen sich nur noch das Lager in der Mitte befindet. Diese Ausführung ist jedoch aufgrund der ungewöhnlichen Bauform des Motors eher selten und auch teurer als vergleichbare Axialventilatoren. Aufwändig ist auch das Auswuchten wegen der großen, außen liegenden umlaufenden Masse des Antriebs. Besonders kompakte Ventilatoren werden üblicherweise von einem Außenläufermotor direkt angetrieben.
Radial-/Zentrifugalventilator mini|Radialventilator mit Direktantrieb
Radialventilatoren werden überall dort verwendet, wo es im Vergleich zu Axialventilatoren auf größere Druckerhöhung bei gleicher Luftmenge ankommt. Die Luft wird axial (parallel zur Antriebsachse) des Radialventilators angesaugt und durch die Rotation des Radiallaufrads um 90° umgelenkt und radial ausgeblasen. Man unterscheidet Laufräder mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln (bei hohen Drücken und Wirkungsgraden), geraden Schaufeln (für Sonderzwecke wie etwa partikelbehaftete Strömungen um Anhaftungen zu reduzieren) und vorwärtsgekrümmten Schaufeln (bei geringen Drücken und Wirkungsgraden, siehe auch Abschnitt Querstromventilatoren). Es gibt einseitig und beidseitig ansaugende Radialventilatoren mit und ohne Gehäuse. Bei der Ausführung mit schneckenförmigem Gehäuse ist dieses so orientiert, dass die verbleibende Tangentialkomponente der Strömung in Richtung Auslass gerichtet ist. Die Luft wird meist an einem Flansch oder einen Rohrstutzen ausgeblasen. Um die Druckverluste durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit aus dem Radialventilator zu minimieren, muss auf geeignete Gestaltung des weiterführenden Kanals geachtet werden (gegebenenfalls mit einem Diffusor). Bei der Ausführung ohne spiralförmiges Gehäuse wird die Luft radial aus dem Radiallaufrad ausgeblasen und durch eine geeignete Gehäuseausführung wie bei Dachventilatoren ins Freie geblasen. Solche Ventilatoren oder auch diejenigen, die weitere Verdichterstufen enthalten (zum Beispiel Staubsaugergebläse), haben am Austrittsumfang oft Leitschaufeln, um die tangentiale Strömungskomponente zu nutzen.
Tangential- oder Querstromventilatoren Diese sehen auf den ersten Blick aus wie breite oder auch längliche Radialventilatoren, das Funktionsprinzip ist jedoch grundlegend anders. Sie haben nach vorn, also in Laufrichtung weisende Schaufeln. Bei den Tangentialventilatoren wird die Luft zweimal durch das Lüfterrad geführt: Sie wird großflächig etwa über die halbe Oberfläche des Lüfterrads tangential angesaugt, durch das Innere des Rads geführt und ebenfalls tangential wieder abgegeben. Einen geringen Luftanteil befördert das Rad außen mit. Die Luft tritt dann meist über einen schmalen Spalt in der Breite des Lüfterrads auf der gegenüber liegenden Seite aus. Der Antriebsmotor sitzt meist im oder am Ende des Laufrades; entsprechend kleine Motoren sind auch im Inneren des Lüfterrads unterzubringen, was auch deren Kühlung verbessert.
Tangentialventilatoren können große Luftmengen gleichmäßig über eine breite Austrittsfläche abgeben und werden in Klimageräten, Nachtspeicheröfen und Heizlüftern verwendet. Da sie schon bei geringen Drehzahlen einen ausreichenden Luftdurchsatz haben, sind die meist von Spaltpolmotoren angetriebenen Tangentialventilatoren im Betrieb sehr leise und daher gut zur Kühlung von zum Beispiel Tageslichtprojektoren geeignet. Außerdem sind sie bevorzugt in Säulen- oder Turmventilatoren zu finden. Diese Ventilatorenbauform ist nicht zum Aufbau höherer Drücke geeignet.
Technische Kennzahlen
In Abhängigkeit vom geförderten Volumenstrom verändert sich die erreichte Druckerhöhung. Um Ventilatoren untereinander vergleichen zu können, können Kennzahlen verwendet werden. Diese Kennzahlen sind Druckzahl Lieferzahl bzw. Durchflusszahl Laufzahl Spezifische Drehzahl Durchmesserzahl Wirkungsgrad spezifischer Schallleistungspegel Leistungszahl für Strömungsmaschinen Eine Einordnung der Ventilatoren kann im Cordier-Diagramm vorgenommen werden.
Unverbindliche Referenzwerte Die Tabelle enthält Werte der Ventilatoren mit der besten zur Zeit der Verabschiedung dieser Verordnung auf dem Markt verfügbaren Technik. Diese Referenzwerte können möglicherweise nicht immer in allen Anwendungen oder für das gesamte von dieser Verordnung erfasste Leistungsspektrum erreicht werden:, Anhang IV. In: Amtsblatt der Europäischen Union.
Ventilatortyp Messkategorie(A–D) Effizienzkategorie(statischer oder totaler Wirkungsgrad) Effizienzgrad(N) Axialventilator A, CB, D statischtotal 6575 Radialventilator mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln undRadialventilator mit Radialschaufeln A, CB, D statischtotal 6265 Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln ohne Gehäuse A, C statisch 70 Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln mit Gehäuse A, CB, D statischtotal 7275 Diagonalventilator A, CB, D statischtotal 6165 Querstromventilator B, D total 32
Begriffsbestimmung: „Messkategorie“ bezeichnet eine Prüfung, Messung oder Betriebsanordnung, die die Einlass- und Auslassbedingungen des geprüften Ventilators festlegt (Einbausituationen gemäß ISO 5801) In: rlt-geraete.de, abgerufen am 14. Januar 2015 (PDF; 2,9 MB). „Messkategorie A“ bezeichnet eine Anordnung, bei der Messungen am Ventilator mit freien Einlass- und Auslassbedingungen vorgenommen werden „Messkategorie B“ bezeichnet eine Anordnung, bei der Messungen am Ventilator mit freiem Einlass und mit einer am Auslass montierten Rohrleitung vorgenommen werden „Messkategorie C“ bezeichnet eine Anordnung, bei der Messungen am Ventilator mit einer am Einlass montierten Rohrleitung und mit freien Auslassbedingungen vorgenommen werden „Messkategorie D“ bezeichnet eine Anordnung, bei der Messungen am Ventilator mit einer am Einlass und einer am Auslass montierten Rohrleitung vorgenommen werden „Effizienzkategorie“ bezeichnet die zur Ermittlung der Energieeffizienz – d. h. des statischen Wirkungsgrads oder des totalen Wirkungsgrads – des Ventilators herangezogene Ausgangsenergieform des Ventilatorgases, wobei a) der „statische Ventilatordruck“ (psf) zur Ermittlung der Ventilatorgasleistung in der Effizienzgleichung für den statischen Wirkungsgrad des Ventilators herangezogen wurde und b) der „totale Druck des Ventilators“ (pf) zur Ermittlung der Ventilatorgasleistung in der Effizienzgleichung für den totalen Wirkungsgrad des Ventilators herangezogen wurde „Effizienzgrad“ bezeichnet einen Parameter in der Berechnung der Zielenergieeffizienz eines Ventilators mit einer bestimmten elektrischen Eingangsleistung am Energieeffizienzoptimum (in der Berechnung der Energieeffizienz des Ventilators als Parameter „N“ dargestellt) „Zielenergieeffizienz“ηZiel ist die Mindestenergieeffizienz, die ein Ventilator erreichen muss, um den Anforderungen zu entsprechen; sie beruht auf seiner elektrischen Eingangsleistung am Energieeffizienzoptimum, wobei ηZiel der Ausgangswert aus der entsprechenden Gleichung in Anhang II Abschnitt 3 ist, unter Verwendung der betreffenden ganzen Zahl N des Effizienzgrads (Anhang I Abschnitt 2, Tabellen 1 und 2) und der in kW ausgedrückten elektrischen Eingangsleistung Pe(d)des Ventilators an seinem Energieeffizienzoptimum in der betreffenden Energieeffizienzformel „Gesamteffizienz“ bezeichnet je nach zutreffendem Fall entweder den „statischen Wirkungsgrad“ oder den „totalen Wirkungsgrad“
Anforderungen der ErP-Ökodesign-Richtlinie Das Entscheidungskriterium für die Energieeffizienz von Ventilatoren ist der Systemwirkungsgrad, der sich aus den Wirkungsgraden des Ventilators, des Motors und der Steuerungselektronik zusammensetzt.Anforderungen der ErP-(Ökodesign)-Richtlinie an Ventilatoren. In: cci-dialog.de, abgerufen am 3. Januar 2014.
Die Anforderungen wurden per 1. Januar 2015 in einer zweiten Stufe nochmals angehoben (siehe Tabelle). Ventilatorkategorie Messkategorie(A–D) Ventilator-druck Leistungsbereich> 0,125 kWWirkungsgrade Leistungsbereich> 10 kWWirkungsgrade Leistungsbereich> 500 kWWirkungsgrade Axialventilator A, CB, D statischtotal 2846 4058 4361 Radialventilator mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln undRadialventilator mit Radialschaufeln A, CB, D statischtotal 3237 4449 4752 Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln ohne Gehäuse A, C statisch 42 62 66 Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln mit Gehäuse A, CB, D statischtotal 4144 6164 6568 Diagonalventilator A, CB, D statischtotal 3042 5062 5466 Querstromventilator B, D total 16 21 21
Der Systemwirkungsgrad Der Systemwirkungsgrad der Ventilatoreinheit setzt sich aus den Wirkungsgraden des Ventilators (), des Motors (), des Antriebs () und der Regelung () wie folgt zusammen: (PDF; 5,5 MB) opus.ba-glauchau.de, abgerufen am 9. Januar 2015.