Was ist ein Radialventilator und wie funktioniert er?

Ein Radialventilator saugt Luft axial (parallel zur Motorwelle) an, beschleunigt sie durch ein rotierendes Laufrad radial nach außen und bläst sie im 90-Grad-Winkel zur Ansaugseite aus. All dies geschieht im Inneren eines spiralförmigen Gehäuses, das als Spiralgehäuse bezeichnet wird. Im Gegensatz zu einem Axialventilator, der die Luft wie ein Propeller geradeaus durchdrückt, erzeugt ein Radialventilator Druck, indem er kinetische Energie im sich erweiternden Spiralgehäuse in statischen Druck umwandelt. Damit ist er die erste Wahl, wenn Luft durch Rohrleitungen, Filter oder andere Widerstände gedrückt werden muss.

Die drei Kernkomponenten sind einfach. Die Laufrad (der einzige Teil, der tatsächlich in der Luft funktioniert) besteht aus Flügeln, die um eine zentrale Nabe angeordnet sind. Die Rollengehäuse umgibt das Laufrad und wandelt die Geschwindigkeit durch seinen sich vergrößernden Querschnitt in Druck um. Das Einlass und Auslass den Luftstrom direkt in das Laufradauge leiten und ihn in das System einspeisen.

Wenn Sie sich aus diesem Abschnitt nur eine Sache merken sollten, dann diese: Die Form der Laufradschaufeln ist die mit Abstand wichtigste Konstruktionsentscheidung bei einem Radialventilator. Sie bestimmt den Wirkungsgrad, die Druckleistung, die Geräuschentwicklung, die Lebensdauer und darüber, ob der Ventilator den zu fördernden Luftstrom bewältigen kann.

Die vier wichtigsten Typen von Radialventilatoren im Überblick

Bevor wir uns die einzelnen Typen genauer ansehen, finden Sie hier einen Überblick in Form einer Tabelle. Alle vier Typen weisen dieselbe Grundarchitektur auf (Laufrad + Spirale), doch die Geometrie der Schaufeln sorgt für vier unterschiedliche Leistungsprofile.

Die Effizienzlücke zwischen den besten und den schlechtesten Modellen beträgt fast 30 Prozentpunkte. Bei einem Motor, der 6.000 Stunden im Jahr läuft, bedeutet dies eine Differenz bei den jährlichen Stromkosten in Höhe von mehreren Tausend Dollar. Die Wahl des richtigen Modells ist daher ebenso eine finanzielle wie eine technische Entscheidung.

Vorwärtsgekrümmte Radialventilatoren

Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren sind die Arbeitspferde in der HLK-Technik für Wohn- und kleinere Gewerbegebäude. Sie sind die „Käfigläufer“-Gebläse in Heizkesseln, Gebläsekonvektoren und Kompaktklimageräten. Sie dominieren diesen Bereich aus einem Grund: Sie erzielen den höchsten Luftdurchsatz bei minimalem Platzbedarf und arbeiten dabei leise bei niedriger Drehzahl.

Klingendesign und Betriebseigenschaften

Das vorwärtsgekrümmte Laufrad verfügt über 24 bis 64 kurze, flache Schaufeln, die in Drehrichtung gekrümmt sind. Diese Geometrie ermöglicht es jeder Schaufel, bei relativ niedriger Spitzengeschwindigkeit (typischerweise 800 bis 1.200 U/min) ein kleines Luftpaket aufzunehmen und weiterzuschleudern, wodurch ein hohes Luftdurchsatzvolumen bei geringem statischen Druck erzeugt wird. Der Nachteil liegt im Wirkungsgrad: Bei einem statischen Spitzenwirkungsgrad von 60–651 TP3T wandeln vorwärtsgekrümmte Ventilatoren kaum zwei Drittel ihrer Wellenleistung in nutzbare Luftbewegung um.

Doch der Wirkungsgrad ist nicht das Wichtigste, was man über vorwärtsgekrümmte Ventilatoren wissen muss. Das Wichtigste ist die Leistungskurve.

Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren „überlasten“ sich. Ihre Bremsleistung steigt kontinuierlich vom Abschaltpunkt bis hin zum freien Durchfluss an. Wenn der Systemwiderstand unter den Auslegungswert fällt (ein Kanal löst sich, ein Filter wird entfernt, Klappen bleiben offen), dreht sich der Ventilator schneller, fördert mehr Luft und nimmt mehr Leistung auf. Der Motor (der für den Auslegungsbetriebspunkt und nicht für den Maximalbetrieb ausgelegt ist) kann überlastet werden und durchbrennen. Dies ist kein theoretischer Grenzfall. Es handelt sich um die häufigste Ausfallursache bei vorwärtsgekrümmten Ventilatoren im Betrieb.

Vorwärtsgekrümmte Laufräder erfordern immer ein Spiralgehäuse. Die Schaufeln selbst wandeln nur sehr wenig kinetische Energie in statischen Druck um. Ohne die sich erweiternde Spirale sind sie ineffiziente Paddel.

Typische Anwendungsfälle und wann man sie vermeiden sollte

Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren eignen sich hervorragend für Anwendungen mit niedrigem Druck, sauberer Luft und beengten Platzverhältnissen: Heizkessel für Privathaushalte, Kompakt-Klimageräte, Gebläsekonvektoren, Elektronik-Kühlung sowie Zu- und Abluftanlagen mit niedrigem Druck.

Rückwärtsgekrümmte und profilierte Radialventilatoren

Wenn vorwärtsgekrümmte Ventilatoren die kompakten Kleinwagen der Luftbewegung sind, dann sind rückwärtsgekrümmte Ventilatoren die Langstrecken-Diesel: größer, in der Anschaffung teurer, aber im Betrieb deutlich kostengünstiger und weitaus weniger anfällig dafür, Sie am Straßenrand liegen zu lassen.

Von rückwärts geneigt bis zum Tragflügelprofil: Ein Spektrum an Effizienz

Die Familie der rückwärtsgekrümmten Flügel umfasst drei Untertypen, von denen jeder eine weitere Stufe der aerodynamischen Verfeinerung darstellt:

Flache, rückwärts geneigte Schaufeln sind am einfachsten: flache Platten, die von der Drehrichtung weg geneigt sind, leicht herzustellen und zu reparieren sowie relativ effizient. Gebogene, rückwärts geneigte Schaufeln bieten eine aerodynamische Profilierung, die zu einer Effizienzsteigerung von 5–7 Punkten führt. Flügelprofil-Schaufeln (mit hohlen, flügelartigen Querschnitten) erreichen den höchsten Wirkungsgrad, der bei einem Radialventilator überhaupt möglich ist, und liegen bei einem Spitzen-Gesamtwirkungsgrad von über 90%; ihre dünnen Wände sind jedoch anfällig für Erosion, Korrosion oder Stöße.

Alle drei weisen den entscheidenden technischen Vorteil der Backward-Familie auf: eine Lastkurve ohne Überlastung. Die Bremsleistung erreicht ihren Höchstwert nahe dem Punkt mit dem besten Wirkungsgrad und nimmt bei höheren Durchflussmengen ab. Das bedeutet, dass der Motor niemals überlastet wird, unabhängig davon, an welcher Stelle der Lüfterkurve das System betrieben wird. Es handelt sich um eine integrierte Sicherheitsreserve, die das bei vorwärtsgekrümmten und radialen Konstruktionen bestehende Risiko eines Motorschadens ausschließt. Bill Cory schreibt in seinem Standardwerk Lüfter und Belüftung, nennt die Überlastungsfreiheit als das mit Abstand stärkste Argument für den Einsatz von rückwärtsgekrümmten Ventilatoren in Anwendungen mit variablem oder ungewissem Systemwiderstand.

Wichtige industrielle Anwendungen

Rückwärtsgekrümmte Ventilatoren und Ventilatoren mit Tragflügelprofil kommen vor allem in Anwendungsbereichen zum Einsatz, in denen Wirkungsgrad, Zuverlässigkeit und Geräuscharmut unverzichtbar sind:

• Große gewerbliche HLK-Anlagen und Lüftungszentralen (AHUs): Die Überlastschutzkurve schützt vor dem variablen Widerstand von VAV-Systemen, wenn sich die Anschlusskästen im Laufe des Tages öffnen und schließen.
• Kühlung von Rechenzentren: Profilventilatoren liefern die hohen Luftmengen und Drücke, die für die Hot-Aisle-/Cold-Aisle-Einhausung erforderlich sind, und das bei minimalem Energieverlust. Dies ist von Bedeutung, da die Kühlung 30–40% des gesamten Energieverbrauchs eines Rechenzentrums ausmachen kann.
• Reinräume und Labore: Die gleichmäßige, stabile Luftströmung des Airfoil sowie die Fähigkeit, den Druckabfall durch HEPA-/ULPA-Filter auszugleichen.
• Verbrennungsluft mit Zwangsbelüftung: Rückwärtsgekrümmte Ventilatoren sorgen für die erforderliche Druckstabilität bei der Brennerluftzufuhr.
• Kühlung in industriellen Prozessen: Breite Kanalsysteme mit mittleren bis hohen Anforderungen an den statischen Druck.

Ein bemerkenswerter Trend: Die ASHRAE-Norm 90.1-2019 schreibt nun für die meisten gewerblichen und industriellen Ventilatoren einen Fan Energy Index (FEI) von ≥ 1,0 vor (gemäß AMCA-Norm 208). Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren mit einem Wirkungsgrad von 60–65% haben Schwierigkeiten, an den meisten Betriebspunkten einen FEI von ≥ 1,0 zu erreichen. Diese regulatorische Änderung beschleunigt den laufenden Übergang der HLK-Branche von vorwärtsgekrümmten zu rückwärtsgekrümmten Ventilatoren in neuen Anlagen. Planer sollten dies bei langfristigen Beschaffungsentscheidungen berücksichtigen.

Wann rückwärts gekrümmte Ventilatoren die falsche Wahl sind

Trotz ihres Effizienzvorteils haben rückwärtsgekrümmte Ventilatoren deutliche Grenzen:

1. Staubige oder klebrige Luftströme. Obwohl rückwärtsgekrümmte Schaufeln weniger anfällig für Verstopfungen sind als vorwärtsgekrümmte, sammelt sich durch ihre konkave Form im Laufe der Zeit dennoch Partikel auf der nicht arbeitenden Seite an. Die Zentrifugalkraft schleudert die Partikel nach außen; bei einer rückwärtsgekrümmten Schaufel bedeutet „nach außen“ in Richtung der konkaven Oberfläche der Schaufel. Die Erfahrungen eines Zementwerks sind aufschlussreich: Bei einer nachgerüsteten Staubabsauganlage mit rückwärtsgekrümmten Ventilatoren kam es innerhalb von sechs Monaten zu drei Lagerausfällen aufgrund fortschreitender Staubansammlung und Unwucht. Das Problem konnte erst durch den Wechsel zu Ventilatoren mit Radialschaufeln behoben werden.
2. Korrosive oder abrasive Umgebungen. Insbesondere Laufradschaufeln weisen dünne Wände auf (typischerweise 2–4 mm bei mittelgroßen Laufrädern), die einer Erosion durch in der Luft befindliche Abrasiva nicht standhalten können. Selbst herkömmliche rückwärtsgekrümmte Schaufeln weisen im abrasiven Betrieb Lochfraß auf und werden dünner.
3. Platzmangel. Bei gleichem Luftdurchsatz und gleichem Druck weisen rückwärtsgekrümmte Ventilatoren einen größeren Durchmesser und eine schwerere Bauweise auf als ihre vorwärtsgekrümmten Pendants. In kompakten Anlagen kommt ihr Einsatz daher manchmal unabhängig vom Wirkungsgrad nicht in Frage.

Radialventilatoren

Radialventilatoren sind die Kraftpakete. Man entscheidet sich nicht aus freien Stücken für sie, sondern weil nichts anderes den Einsatzbedingungen standhalten würde. Ihre geraden, paddelartigen Flügel, die senkrecht von der Nabe ausgehen, machen sie mechanisch gesehen zur einfachsten und widerstandsfähigsten Bauart unter den Radialventilatoren.

Radiallaufräder gibt es in drei Ausführungen. Radial mit Schutzhülle Die Laufräder verfügen über eine Rückplatte und einen äußeren Randring, der beide Seiten des Laufflügels umschließt; sie sind die robustesten und effizientesten Modelle der Radialventilator-Familie und werden für schmutzige Luft unter hohem Druck eingesetzt. Offene Rückplatte Die Scheiben verfügen lediglich über eine Rückplatte, sodass die Schneidflächen auf der Einlassseite für Anwendungen zum Abtragen von Material freiliegen. Offene Schaufelräder Sie haben weder eine Rückplatte noch einen Rand (nur Flügel an einer Nabe) und werden für die härtesten Anwendungen im Materialtransport eingesetzt, bei denen sich früher oder später überall, wo es möglich ist, Schmutz ansammelt.

Ihr charakteristisches Merkmal ist die selbstreinigende Geometrie. Gerade Schaufeln weisen keine konkave Oberfläche auf, an der sich Schmutz ansammeln könnte. In Kombination mit großen Laufspalten zwischen Laufrad und Gehäuse können Radialventilatoren Feststoffe in der Luft (Holzspäne, Metallschrott, faseriges Material) durchlassen, die jedes Laufrad mit gekrümmten Schaufeln innerhalb weniger Stunden zerstören würden. Sie vertragen zudem höhere Temperaturen (bis zu 150 °C und darüber hinaus mit geeigneten Werkstoffen) und können für den Einsatz in korrosiven und abrasiven Umgebungen hartbeschichtet, beschichtet oder ausgekleidet werden.

Der Preis für diese Robustheit ist ein geringer Wirkungsgrad (60–70% statisch) und eine hohe Geräuschentwicklung. Radialventilatoren sind laut. Die Frequenzen im Bereich der Schaufeldurchläufe sind ausgeprägt, und die Geometrie der geraden Schaufeln erzeugt mehr Turbulenzen als aerodynamisch profilierte Alternativen. In Aufenthaltsräumen sind in der Regel Schalldämpfer oder Schallschutzgehäuse erforderlich, was zusätzliche Kosten und Platzbedarf mit sich bringt.

Radialventilatoren sind die Standardwahl (oftmals die einzige Wahl) für:

• Staubabscheide- und Filteranlagen: Der Schmutzluftventilator in jeder industriellen Entstaubungsanlage.
• Pneumatische Förderung: Transport von Holzhackschnitzeln, Kunststoffgranulat, Getreide oder Metallschrott durch Rohrleitungen.
• Belüftung im Bergbau: Schleifstaub, hohe Luftfeuchtigkeit und Betrieb rund um die Uhr.
• Hochtemperatur-Abgase: Verbrennungsgase, Ofenabgase, Ofenrückführung.
• Petrochemische und gefährliche Umgebungen: Funkenbeständige Bauweise (gemäß AMCA-Norm 99 Typ A/B/C).

Eine Falle, auf die man achten sollte: Radialventilatoren weisen – ebenso wie vorwärtsgekrümmte Ventilatoren – eine Überlastleistungskurve auf. Im Gegensatz zu vorwärtsgekrümmten Ventilatoren liegt die höchste Leistungsaufnahme des Radialventilators jedoch beim Abschalten. Bei der Dimensionierung des Motors muss daher nicht nur der Betriebspunkt, sondern auch der Anlaufstrom berücksichtigt werden.

Drei Konfigurationen für Radiallaufräder

• Umhülltes Radial: Trägerplatte + Außenring, der beide Seiten der Schaufel umschließt. Der stärkste und effizienteste Radialtyp (ideal für verschmutzte Luft unter hohem Druck).
• Offene Rückwand: Nur Rückwand, die Schaufeloberflächen sind auf der Ansaugseite freiliegend. Fremdkörper fallen während des Betriebs ungehindert ab (ideal für Anwendungen, bei denen Material abfällt).
• Offenes Schaufelrad: Nur Klingen, ohne Rückplatte und ohne Felge. Höchste Verschmutzungstoleranz für härteste Einsätze (ideal für den Einsatz unter extremen Materialumschlagbedingungen).

So wählen Sie den richtigen Typ eines Radialventilators aus

Sie wissen nun, wo die jeweiligen Typen ihre Stärken haben und wo ihre Schwächen liegen. Die Herausforderung besteht darin, dieses Wissen auf Ihre konkrete Anwendung anzuwenden. Dieses dreistufige Auswahlverfahren funktioniert wie ein Trichter: In jedem Schritt werden Optionen aussortiert, bis Sie die richtige Wahl oder zumindest eine Auswahlliste für die weitere Analyse erhalten.

Betrachten Sie es als eine Diagnose mit drei Fragen. Beantworten Sie jede Frage ehrlich und der Reihe nach, dann ergibt sich der Lüftertyp weitgehend von selbst.

Schritt 1: Luftqualität – Der entscheidende Faktor

Die Luftqualität ist der einzige Faktor, der alle anderen Auswahlkriterien außer Kraft setzen kann. Wer hier einen Fehler macht, dem nützen weder Effizienzoptimierungen noch Kosteneinsparungen etwas. Der Ventilator wird ausfallen – möglicherweise schon bald und unter Umständen mit gefährlichen Folgen.

Der Entscheidungsbaum:

• Saubere Luft (Klimaanlagen in Büros, Rechenzentren, Labore, Reinräume, gefilterte Zuluft): Alle vier Varianten sind technisch realisierbar. Fahren Sie mit Schritt 2 fort.
• Leicht verschmutzte Luft (unter 50 mg/m³ Partikel, trocken, nicht abrasiv, nicht korrosiv): Vorwärtsgekrümmte Laufräder kommen nicht in Frage. Rückwärtsgekrümmte Laufräder könnten bei einem regelmäßigen Reinigungsplan funktionieren. Radialgekrümmte Laufräder sind die sichere Wahl. Fahren Sie unter Berücksichtigung dieser Einschränkung mit Schritt 2 fort.
• Stark verschmutzte Luft (staubig, scheuernd, korrosiv, klebrig, hochtemperaturbehaftet oder nass): Hör hier auf. Du brauchst einen Radialventilator. Die einzige noch offene Frage ist, welcher Radial-Subtyp (umhüllt, mit offener Rückplatte oder offenes Schaufelrad) gewählt werden soll – je nachdem, wie viel festes Material der Luftstrom mitführt und ob das Risiko einer Ablagerung von Fremdkörpern die offenste Konfiguration rechtfertigt.

Das ist keine rein theoretische Unterscheidung. In einem dokumentierten Fall ersetzte ein Zementwerk einen ausgefallenen Staubabsaugventilator durch ein Gerät mit rückwärts gekrümmten Schaufeln, musste jedoch innerhalb von sechs Monaten drei Lagerwechsel vornehmen, da sich an den konkaven Flächen der Schaufeln zunehmend Staub ansammelte. Durch den Wechsel zu einem Radialventilator konnte das Problem vollständig beseitigt werden, und das Gerät lief über zwei Jahre lang ununterbrochen ohne außerplanmäßige Ausfälle.

Für Ingenieure, die ihren Ventilatortyp bereits ermittelt haben, aber eine zweite Meinung zu ihrer Auswahl einholen möchten oder klären müssen, ob ihre spezifischen Betriebsbedingungen in den Bereich „leichte“ oder „starke“ Verschmutzung fallen, können Hersteller mit technischen Support-Teams für verschiedene Ventilatorkategorien anwendungsspezifische Beratung anbieten. ACDCECFAN bietet beispielsweise Kataloge für Radialventilatoren mit Wechselstrom- und Gleichstromantrieb sowie für EC-Axialventilatoren an, und der Service zur Projektanpassung umfasst eine Anforderungsanalyse sowie Unterstützung bei der Ventilatorauswahl für unklare Grenzfälle (Den Zentrifugalventilator-Katalog von ACDCECFAN durchblättern).

Schritt 2: Abstimmung der Druck- und Luftstromanforderungen

Angesichts der geltenden Luftqualitätsauflagen stellt sich nun die Frage: Wie viel Luft muss bewegt werden, und wie groß ist der Widerstand dabei?

Die Druck-Luftstrom-Landschaft lässt sich eindeutig den Ventilatortypen zuordnen:

Durch die Anpassung an die Systemkurve lassen sich diese Bereiche in eine präzise Auswahl umsetzen. Jedes Kanalsystem verfügt über eine Widerstandskurve: Der Druckabfall steigt in etwa quadratisch mit dem Luftstrom an. Jeder Ventilator verfügt über eine Leistungskurve: Die Druckleistung nimmt mit steigendem Luftdurchsatz ab. Der Schnittpunkt dieser beiden Kurven ist Ihr Betriebspunkt. Ein richtig ausgewählter Ventilator arbeitet an diesem Schnittpunkt innerhalb von ±10% seines besten Wirkungsgradpunkts (BEP). Ein Betrieb zu weit links (nahe dem Abschaltpunkt) verursacht Druckstöße und Vibrationen. Ein Betrieb zu weit rechts (nahe dem freien Durchfluss) verschwendet Energie und birgt bei überlastbaren Typen ein Risiko für den Motor.

Hier kommt die Fan-Gesetze zu unverzichtbaren technischen Hilfsmitteln geworden. Sie beschreiben, wie sich die Leistung eines Ventilators in Abhängigkeit von der Drehzahl (N) ändert:

• Luftdurchsatz (Q) ∝ N: Verdopplung der Geschwindigkeit, Verdopplung des Luftdurchsatzes
• Statischer Druck (P) ∝ N²: Verdoppelt man die Geschwindigkeit, vervierfacht sich der Druck
• Leistung (W) ∝ N³: Verdoppelt man die Geschwindigkeit, verachtfacht sich die Leistung

Der kubische Zusammenhang zwischen Drehzahl und Leistung erklärt, warum bereits eine geringe Drehzahlanpassung einen erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch hat. Eine Drehzahlreduzierung um 10% liefert etwa 90% des Luftstroms, verbraucht dabei jedoch nur 73% der Leistung. Das entspricht einer Energieeinsparung von 27% bei einer Leistungsreduzierung um 10%. Aus diesem Grund gehören Frequenzumrichter an rückwärtsgekrümmten Ventilatoren zu den Energieinvestitionen mit dem höchsten ROI in der industriellen Klimatechnik.

Schritt 3: Lärm, Platz und Budgetbeschränkungen

Zu diesem Zeitpunkt verfügen Sie über eine Auswahlliste technisch realisierbarer Lüftertypen. Die endgültige Entscheidung hängt in der Regel von praktischen Einschränkungen ab:

Lärm: Pro geleisteter Arbeitseinheit sind Flügelradventilatoren die leisesten Zentrifugalventilatoren. Ihre aerodynamischen Flügelprofile minimieren Turbulenzen und das Flügelgeräusch. Hinter ihnen folgen Ventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Flügeln. Ventilatoren mit vorwärtsgekrümmten Flügeln sind bei niedrigen Drehzahlen leise, werden jedoch laut, wenn sie auf höhere Drücke gebracht werden. Radialventilatoren sind stets am lautesten; planen Sie Schalldämpfer oder Schallschutzgehäuse ein, wenn sie in oder in der Nähe von Aufenthaltsräumen installiert werden sollen.

Eine Nuance: Der A-bewertete Schalldruck (dB(A)) ist die Standardgröße, allerdings werden tieffrequente Geräusche dabei unterbewertet. Töne im Bereich der Blattdurchgangsfrequenz von Radial- und vorwärtsgekrümmten Ventilatoren können subjektiv als störend empfunden werden, selbst wenn die dB(A)-Werte akzeptabel erscheinen. Die AMCA-Veröffentlichung 303 enthält die Prüfverfahren für die Geräuschbewertung von Ventilatoren.

Raum: Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren punkten durch ihre Kompaktheit: Ihre breiten, flachen Laufräder bieten das beste Verhältnis von Luftdurchsatz zu Volumen. Rückwärtsgekrümmte Ventilatoren benötigen für eine bestimmte Leistung den größten Platzbedarf. Radialventilatoren liegen dazwischen, erfordern jedoch zusätzlichen Freiraum für Schalldämpfer, Filter und Zugangsmöglichkeiten.

Budget: Die Tücke liegt hier im Vergleich der Anschaffungskosten. Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren haben die niedrigsten Anschaffungskosten, aber den höchsten Energieverbrauch – in der Regel 25% mehr als ein vergleichbarer rückwärtsgekrümmter Ventilator. Bei einem 15-kW-Motor, der 6.000 Stunden pro Jahr läuft, und einem Strompreis von $0,10/kWh beläuft sich dieser Unterschied über einen Zeitraum von 10 Jahren auf etwa $38.000 an zusätzlichen Stromkosten. Das übersteigt den Preisunterschied zwischen den Ventilatoren bei weitem. Die entscheidende Frage lautet also nicht: „Welcher Ventilator ist in der Anschaffung günstiger?“, sondern: „Welcher Ventilator ist im Betrieb kostengünstiger?“

Energieeffizienz, Vorschriften und Gesamtbetriebskosten

Die meisten Vergleichsleitfäden für Radialventilatoren enden mit dem Auswahlrahmen. Es gibt jedoch noch einen weiteren Aspekt, der bei jeder zukunftsorientierten Beschaffungsentscheidung berücksichtigt werden sollte: die regulatorischen und wirtschaftlichen Faktoren, die neu definieren, welche Ventilatortypen langfristig rentable Investitionen sind.

Die bedeutendste regulatorische Änderung, die sich auf die Auswahl von Radialventilatoren auswirkt, ist die ASHRAE-Norm 90.1-2019, die die alte Kennzahl „Fan Efficiency Grade“ (FEG) durch den „Fan Energy Index“ (FEI) ersetzt hat, der gemäß der AMCA-Norm 208 berechnet wird. Der FEI ist eine „Wire-to-Air“-Kennzahl: Er vergleicht die tatsächliche elektrische Leistungsaufnahme eines Ventilators mit der eines Referenzventilators am gleichen Betriebspunkt. Ein FEI von 1,00 bedeutet, dass der Ventilator genau die Leistung des Referenzventilators erbringt; ein FEI über 1,00 bedeutet, dass er effizienter ist.

ASHRAE 90.1-2019, Abschnitt 6.5.3.1.3, schreibt für die meisten Ventilatoren mit konstanter Drehzahl und einer Nennleistung von mehr als 1 hp (0,75 kW laut Typenschild) einen FEI-Wert von ≥ 1,00 vor. Diese Anforderung ist nicht rein theoretischer Natur. Sie ist in den Rechtsordnungen, die die Version 2019 oder spätere Versionen des Modell-Energiecodes übernommen haben, gesetzlich vorgeschrieben.

Was bedeutet das für Ihre Entscheidung bezüglich des Ventilatortyps? Vorwärtsgekrümmte Ventilatoren mit einem statischen Spitzenwirkungsgrad von 60–65% liegen an den meisten realen Betriebspunkten unter dem FEI-Wert von 1,00. Wenn Sie heute in einem Neubauprojekt einen vorwärtsgekrümmten Ventilator spezifizieren, entscheiden Sie sich möglicherweise für eine veraltete Lösung. Der Ventilator ist in Rechtsgebieten, die dem Code-Zyklus 2019 folgen, möglicherweise nicht mehr zulassungsfähig. Rückwärtsgekrümmte Ventilatoren und Profilventilatoren mit einem Wirkungsgrad von 80–90% überschreiten den FEI-Grenzwert deutlich.

In Europa gibt es einen parallelen Regulierungsansatz: Die EU-Verordnung 327/2011 (die ErP-Richtlinie, Los 11) legt Mindestanforderungen an die Effizienz von Ventilatoren im Leistungsbereich von 125 W bis 500 kW fest, wobei ein Zielwert für den Mindestwirkungsgradindex (MEI) zugrunde gelegt wird. Auch wenn diese Anforderungen in einigen Kategorien weniger streng sind als die des FEI, gehen sie doch in die gleiche Richtung: Der Mindestwirkungsgrad von Ventilatoren steigt, und Modelle mit geringem Wirkungsgrad werden durch die Regulierung vom Markt verdrängt.

Die Betrachtung der Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer untermauert die Regulierung. Betrachten wir einen Radialventilator mit einem 15-kW-Motor, der jährlich 6.000 Stunden in Betrieb ist, bei einem Industriestromtarif von $0,10/kWh:

Über eine Betriebsdauer von 10 Jahren übersteigt die Differenz bei den Stromkosten zwischen dem effizientesten und dem am wenigsten effizienten Typ den Kaufpreis des Ventilators selbst um eine Größenordnung. Die Wahl des Ventilatortyps ist aus wirtschaftlicher Sicht in erster Linie eine Frage des Energieverbrauchs.

Mit Blick auf die Zukunft beginnen elektronisch kommutierte (EC) Permanentmagnetmotoren, die Effizienzlandschaft bei Zentrifugalventilatoren neu zu gestalten. EC-Motoren erzielen einen um 5–15 Prozentpunkte höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Wechselstrom-Induktionsmotoren, insbesondere im Teillastbetrieb. In Kombination mit rückwärtsgekrümmten oder profilierten Laufrädern lassen sich auf Systemebene Wirkungsgrade von über 80% erreichen. EC-Radialventilatoren sind derzeit vor allem im Leistungsbereich unter 5 kW verbreitet, doch die Technologie wird zunehmend auch in höheren Leistungsbereichen eingesetzt. Bei Anwendungen mit stark schwankenden Lastzyklen kann die Kombination aus dem Wirkungsgrad des EC-Motors und der Aerodynamik von rückwärtsgekrümmten Laufrädern zu Amortisationszeiten von unter zwei Jahren führen.

Literaturverzeichnis

• American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). „ANSI/ASHRAE/IES-Norm 90.1-2019 – Energiestandard für Gebäude mit Ausnahme von Flachbauten für Wohnzwecke.“ Abschnitt 6.5.3.1.3.
• Air Movement and Control Association (AMCA) International. „ANSI/AMCA-Norm 208-18 – Berechnung des Ventilator-Energieindexes.“
• Cory, W.T.W. (Bill). Lüfter und Belüftung: Ein praktischer Leitfaden. Elsevier Science, 2005. ISBN: 978-0-08-044626-4.
• ICC Building Safety Journal. „Vorschriften zur Ventilatoreffizienz in Muster-Energiecodes und -Normen.“
• Air Movement and Control Association (AMCA). „AMCA-Publikation 303 – Anwendung von Schallleistungspegel-Angaben für Ventilatoren.“
• Europäische Kommission. „Verordnung (EU) Nr. 327/2011 der Kommission – Ökodesign-Anforderungen an Ventilatoren, die von Motoren mit einer elektrischen Eingangsleistung zwischen 125 W und 500 kW angetrieben werden.“
• ACDCECFAN. „Zentrifugalventilator-Produkte.“