Wie man den Ventilatordruck bestimmt: Methoden zur Messung und Berechnung des Drucks in der Lüftungsanlage

Wenn Sie dem Komfort in Ihrem Zuhause genügend Aufmerksamkeit schenken, werden Sie wohl zustimmen, dass die Luftqualität an erster Stelle stehen sollte. Frische Luft ist gut für die Gesundheit und das Denken. In einen gut riechenden Raum kann man ohne Scham Gäste einladen. Jeden Raum zehnmal am Tag zu lüften ist keine leichte Aufgabe, oder?

Vieles hängt von der Wahl des Ventilators und vor allem von seinem Druck ab. Aber bevor Sie den Ventilatordruck bestimmen, müssen Sie sich mit einigen physikalischen Parametern vertraut machen. Lesen Sie darüber in unserem Artikel.

Dank unseres Materials lernen Sie die Formeln kennen und erfahren die Druckarten in einem Lüftungssystem. Wir haben für Sie Informationen zum Gesamtdruck des Ventilators und zwei Methoden, mit denen er gemessen werden kann, bereitgestellt. Am Ende können Sie alle Parameter selbst messen.

Druck im Lüftungssystem

Damit die Lüftung effektiv ist, muss der Ventilatordruck richtig gewählt werden. Es gibt zwei Möglichkeiten, den Druck selbst zu messen. Die erste Methode ist die direkte, bei der der Druck an verschiedenen Stellen gemessen wird. Die zweite Möglichkeit besteht darin, zwei von drei Druckarten zu berechnen und daraus den unbekannten Wert zu ermitteln.

Der Druck (auch Förderdruck) kann statisch, dynamisch (Geschwindigkeitsdruck) und gesamt sein. Nach dem letztgenannten Wert werden drei Kategorien von Ventilatoren unterschieden.

Zur ersten Kategorie zählen Geräte mit einem Druck < 1 kPa, zur zweiten 1–3 kPa und mehr, zur dritten mehr als 3–12 kPa und höher. In Wohngebäuden werden Geräte der ersten und zweiten Kategorie verwendet.

Aerodynamische Kennlinie von Axialventilatoren im Diagramm: Pv — Gesamtdruck, N — Leistung, Q — Luftdurchsatz, ƞ — Wirkungsgrad, u — Geschwindigkeit, n — Drehzahl

In der technischen Dokumentation eines Ventilators werden in der Regel aerodynamische Kenngrößen angegeben, einschließlich Gesamt- und statischem Druck bei einer bestimmten Leistung. In der Praxis stimmen die „Werks“- und die tatsächlichen Parameter oft nicht überein, was auf die konstruktiven Besonderheiten von Lüftungssystemen zurückzuführen ist.

Es gibt internationale und nationale Normen, die auf die Erhöhung der Messgenauigkeit unter Laborbedingungen abzielen.

In Russland werden normalerweise die Methoden A und C angewendet, bei denen der Luftdruck nach dem Ventilator indirekt anhand der eingestellten Leistung bestimmt wird. In verschiedenen Methoden wird die Nabe des Laufrads in die Austrittsfläche einbezogen oder nicht.

Formeln zur Berechnung des Ventilatordrucks

Der Druck stellt das Verhältnis der einwirkenden Kräfte zu der Fläche dar, auf die sie gerichtet sind. Bei einem Lüftungskanal handelt es sich um Luft und Querschnitt.

Der Strömungsverlauf im Kanal ist ungleichmäßig und verläuft nicht im rechten Winkel zum Querschnitt. Der genaue Druck kann nicht mit einer einzigen Messung ermittelt werden; es muss der Mittelwert über mehrere Punkte ermittelt werden. Dies ist sowohl für den Einlass als auch für den Auslass des Lüftungsgeräts erforderlich.

Axialventilatoren werden einzeln und in Luftkanälen eingesetzt; sie arbeiten dort effizient, wo große Luftmassen bei relativ niedrigem Druck bewegt werden müssen.

Der Gesamtdruck des Ventilators wird nach der Formel Pges = Pges (Aus.) – Pges (Ein.) bestimmt, wobei:

• Pges (Aus.) — Gesamtdruck am Auslass des Geräts;
• Pges (Ein.) — Gesamtdruck am Einlass des Geräts.

Für den statischen Druck des Ventilators unterscheidet sich die Formel geringfügig.

Sie wird als Pst = Pst (Aus.) – Pges (Ein.) geschrieben, wobei:

• Pst (Aus.) — statischer Druck am Auslass des Geräts;
• Pges (Ein.) — Gesamtdruck am Einlass des Geräts.

Der statische Druck gibt nicht die benötigte Energiemenge für die Übertragung an das System an, sondern dient als zusätzlicher Parameter, an dem der Gesamtdruck abgelesen werden kann. Der letztgenannte Wert ist das wichtigste Kriterium bei der Auswahl des Ventilators, sowohl für den Haushalt als auch für die Industrie. Eine Verringerung des Gesamtdrucks zeigt einen Energieverlust im System an.

Der statische Druck im Lüftungskanal selbst ergibt sich aus der Differenz des statischen Drucks am Einlass und Auslass der Lüftung: Pst = Pst 0 – Pst 1. Dies ist ein sekundärer Parameter.

Die Planer geben die Parameter mit oder ohne geringfügige Verstopfung an: Das Bild zeigt die Abweichung des statischen Drucks desselben Ventilators in verschiedenen Lüftungsnetzen.

Die richtige Auswahl des Lüftungsgeräts umfasst folgende Nuancen:

• Berechnung des Luftdurchsatzes im System (m³/s);
• Auswahl des Geräts auf der Grundlage dieser Berechnung;
• Bestimmung der Austrittsgeschwindigkeit anhand des ausgewählten Ventilators (m/s);
• Berechnung des Pges des Geräts;
• Messung des statischen und dynamischen Drucks zum Vergleich mit dem Gesamtdruck.

Zur Berechnung des Ortes für die Druckmessung orientiert man sich am hydraulischen Durchmesser des Luftkanals. Dieser wird mit der Formel D = 4F / U bestimmt. F ist die Querschnittsfläche des Rohrs und U ist sein Umfang. Der Abstand zur Bestimmung des Messpunkts am Einlass und Auslass wird in Vielfachen von D gemessen.

Wie berechnet man den Druck in der Lüftung?

Der Gesamtdruck am Einlass wird im Querschnitt des Lüftungskanals gemessen, der sich in einem Abstand von zwei hydraulischen Durchmessern des Luftkanals (2D) befindet. Vor der Messstelle sollte sich idealerweise ein gerades Kanalstück mit einer Länge von 4D und einer ungestörten Strömung befinden.

In der Praxis sind die oben beschriebenen Bedingungen selten anzutreffen. In diesem Fall wird vor der gewünschten Stelle eine Honigwabe installiert, die den Luftstrom begradigt.

Anschließend wird in das Lüftungssystem eine Gesamtdrucksonde eingeführt: nacheinander an mehrere Stellen im Querschnitt – mindestens an drei. Aus den ermittelten Werten wird der Durchschnitt berechnet. Bei Ventilatoren mit freiem Einlass entspricht der Gesamtdruck am Einlass dem Umgebungsdruck, der Überdruck ist in diesem Fall gleich null.

Schema eines Gesamtdruckaufnehmers: 1 – Aufnahmerohr, 2 – Druckwandler, 3 – Staubremskammer, 4 – Halter, 5 – Ringkanal, 6 – Vorderkante, 7 – Eintrittsgitter, 8 – Normalisierer, 9 – Ausgangssignalregistriergerät, α – Winkel an den Spitzen, h – Tiefe der Vertiefungen

Wenn ein starker Luftstrom gemessen wird, sollte aus dem Druck die Geschwindigkeit bestimmt und dann mit der Querschnittsgröße verglichen werden. Je höher die Geschwindigkeit pro Flächeneinheit und je größer die Fläche selbst, desto leistungsfähiger ist der Ventilator.

Der Gesamtdruck am Auslass ist ein komplexes Konzept. Der austretende Strom hat eine inhomogene Struktur, die auch von der Betriebsart und dem Gerätetyp abhängt. Die Luft am Auslass weist Zonen mit Rückwärtsbewegung auf, was die Berechnung von Druck und Geschwindigkeit erschwert.

Eine Gesetzmäßigkeit für den Zeitpunkt des Auftretens einer solchen Bewegung lässt sich nicht ermitteln. Die Inhomogenität der Strömung erreicht 7–10 D, der Wert kann jedoch durch Gleichrichtergitter verringert werden.

Das Prandtl-Rohr ist eine verbesserte Version des Pitot-Rohrs: Die Aufnehmer werden in zwei Ausführungen hergestellt – für Geschwindigkeiten unter und über 5 m/s

Manchmal befindet sich am Auslass des Lüftungsgeräts ein Drehkrümmer oder ein ablösender Diffusor. In diesem Fall ist die Strömung noch inhomogener.

Der Druck wird dann nach folgender Methode gemessen:

1. Hinter dem Ventilator wird der erste Querschnitt ausgewählt und mit einer Sonde abgetastet. An mehreren Punkten werden der mittlere Gesamtdruck und die Fördermenge gemessen. Letztere wird dann mit der Fördermenge am Einlass verglichen.
2. Danach wird ein zusätzlicher Querschnitt ausgewählt – am nächsten geraden Abschnitt nach dem Austritt aus dem Lüftungsgerät. Vom Beginn dieses Abschnitts werden 4–6 D abgemessen; ist die Abschnittslänge kürzer, wird der Querschnitt am entferntesten Punkt gewählt. Dann wird eine Sonde verwendet, um die Fördermenge und den mittleren Gesamtdruck zu bestimmen.

Vom mittleren Gesamtdruck im zusätzlichen Querschnitt werden die berechneten Verluste auf dem Abschnitt nach dem Ventilator abgezogen. Man erhält den Gesamtdruck am Auslass.

Anschließend werden die Fördermenge am Einlass sowie die am ersten und am zusätzlichen Querschnitt am Auslass verglichen. Als korrekt gelten der Eingangswert und einer der Ausgangswerte – der mit dem näheren Wert.

Es kann sein, dass ein gerades Stück der benötigten Länge nicht vorhanden ist. Dann wählt man einen Querschnitt, der den Messabschnitt im Verhältnis 3 zu 1 teilt. Der größere dieser Teile sollte näher am Ventilator liegen. Messungen dürfen nicht in Blenden, Schiebern, Abzweigungen und anderen Verbindungen mit Luftstörungen durchgeführt werden.

Druckunterschiede können mit Manometern, Zugmessern nach GOST 2405-88 und Differenzdruckmessern nach GOST 18140-84 mit einer Genauigkeitsklasse von 0,5—1,0 erfasst werden.

Bei Dachventilatoren wird Pp nur am Einlass gemessen, während am Auslass der statische Druck bestimmt wird. Der Geschwindigkeitsstrom nach dem Lüftungsgerät geht fast vollständig verloren.

Wir empfehlen außerdem, unseren Artikel über die Auswahl von Lüftungsrohren zu lesen.

Besonderheiten der Druckberechnung

Die Messung des Drucks in der Luft wird durch ihre sich schnell ändernden Parameter erschwert. Manometer sollten elektronisch mit einer Funktion zur Mittelung der Ergebnisse pro Zeiteinheit gekauft werden. Wenn der Druck stark schwankt (pulsiert), sind Dämpfer nützlich, die die Schwankungen glätten.

Sie sollten sich folgende Gesetzmäßigkeiten merken:

• Der Gesamtdruck ist die Summe aus statischem und dynamischem Druck.
• Der Gesamtdruck des Ventilators muss den Druckverlusten im Lüftungsnetz entsprechen.

Die Messung des statischen Drucks am Auslass ist problemlos möglich. Dazu wird ein Schlauch für die statische Druckhöhe verwendet: Ein Ende wird in das Differenzdruckmanometer eingeführt, das andere wird auf den Querschnitt am Ventilatorauslass gerichtet. Aus der statischen Druckhöhe wird die Strömungsgeschwindigkeit am Auslass des Lüftungsgeräts berechnet.

Der dynamische Druck wird ebenfalls mit einem Differenzdruckmessgerät gemessen. An seine Anschlüsse werden Pitot-Prandtl-Rohre angeschlossen. An einen Anschluss wird das Rohr für den Gesamtdruck angeschlossen, an den anderen das für den statischen Druck. Das erhaltene Ergebnis entspricht dem dynamischen Druck.

Um den Druckverlust im Luftkanal zu ermitteln, können Sie die Strömungsdynamik überwachen: Sobald die Luftgeschwindigkeit zunimmt, steigt der Widerstand des Lüftungsnetzes. Der Druck geht aufgrund dieses Widerstands verloren.

Anemometer und Thermoanemometer messen die Strömungsgeschwindigkeit im Luftkanal bei Werten von bis zu 5 m/s oder mehr. Das Anemometer ist nach GOST 6376-74 auszuwählen.

Wenn die Ventilatorgeschwindigkeit steigt, fällt der statische Druck, während der dynamische Druck proportional zum Quadrat der Zunahme des Luftdurchsatzes steigt. Der Gesamtdruck bleibt unverändert.

Bei einem richtig ausgewählten Gerät ändert sich der dynamische Druck direkt proportional zum Quadrat des Durchflusses, während der statische Druck umgekehrt proportional ist. In diesem Fall steigen die verwendete Luftmenge und die Motorlast, falls überhaupt, nur unwesentlich.

Einige Anforderungen an den Elektromotor:

• geringes Anlaufmoment — weil die Leistungsaufnahme sich entsprechend der Änderung der Drehzahl ändert, die dem Würfel zugeführt wird;
• großer Vorrat;
• Betrieb mit maximaler Leistung für mehr Wirtschaftlichkeit.

Die Leistung des Ventilators hängt von der Gesamtförderhöhe sowie vom Wirkungsgrad und vom Luftdurchsatz ab. Die letzten beiden Parameter korrelieren mit dem Durchlassvermögen des Lüftungssystems.

In der Planungsphase müssen Prioritäten gesetzt werden. Berücksichtigen Sie die Kosten, den Nutzvolumenverlust der Räume und den Geräuschpegel.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Übersicht über die physikalischen Kenngrößen, die für Messungen benötigt werden:

Die Rolle des Drucks im Lüftungsnetz:

Ein Ventilator ist eine einfache Konstruktion in Form eines Rades mit Schaufeln. Gleichzeitig ist er der Hauptbestandteil des Lüftungssystems. Das mechanische Gerät beeinflusst den Druck im Luftkanal und bestimmt die Effizienz der Belüftung.

Wenn Sie den Druck des Ventilators berechnen möchten, machen Sie sich mit Größen wie Geschwindigkeit, Luftdurchsatz und Leistung vertraut. Sie werden das Wesen der Messungen besser verstehen. Den Hauptparameter, die Gesamtförderhöhe, messen Sie nach den von uns beschriebenen Schemata.

Wenn Sie Fragen haben – stellen Sie sie im Formular unter dem Artikel. Schreiben Sie Kommentare und tauschen Sie wertvolles Wissen mit anderen Lesern aus. Vielleicht haben Sie Erfahrung in der Planung von Lüftungssystemen – diese könnte in einer bestimmten Situation nützlich sein.