Luft-Volumenstrom bestimmen und regeln [Seite 1 von 2]

Eine Anpassung des Luft-Volumenstroms eines Ventilators an den tatsächlichen Bedarf ermöglicht in der Praxis erhebliche Energieeinsparungen und Geräuschreduktionen. Zunächst betrifft dies den Ventilator selbst; in vielen Anwendungen wirkt sich dies zudem positiv auf den Energiebedarf anderer Anlagenkomponenten wie Erhitzer, Kühler oder Befeuchter aus. Für eine energiesparende und leise Lüftung sollte der Volumenstrom der in der Luft-, Kälte- und Klimatechnik eingesetzten Ventilatoren deshalb möglichst genau und effizient auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar sein. Je nach Ventilatortyp und Anwendungsbereich kommen dafür unterschiedliche Methoden in Frage.

Die Regelung des Volumenstroms auf einen vorgegebenen Sollwert bietet in vielen Anwendungen die Möglichkeit den Energieverbrauch und die Geräuschemissionen wesentlich zu reduzieren (Bild 1). Darüber hinaus sind oft anwendungsspezifische und regulatorische Vorgaben einzuhalten, z. B. bei der Belüftung von Wohngebäuden.

Vorgaben bei Wohngebäuden

Für Abluftventilatoren in fensterlosen Bädern und Toiletten gilt beispielsweise die DIN 18017-3 [1]. Nach dieser darf sich der Abluftvolumenstrom bei einer Druckdifferenz von +/- 40 Pa Abluftvolumenstrom lotrecht und über Dach) bzw. +/- 60 Pa (Abluftvolumenstrom nicht lotrecht) um maximal 15 % ändern. Bei Einzellüftungsanlagen mit gemeinsamer Abluftleitung ist eine Verringerung des Abluftvolumenstroms des untersten Geräts bei Betrieb aller Geräte um höchstens 10 % erlaubt. Damit soll sichergestellt werden, dass sich der Abluftvolumenstrom bei äußeren Windlasten, die auf die Gebäudehülle wirken, möglichst wenig ändert.

Ähnliche Vorgaben gibt es für die dezentrale Lüftung einzelner Räume oder für zentrale Wohnungslüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung (WRG). Bei dezentralen Systemen greift die DIN EN 13141-8 [2]. Hier sind die Geräte abhängig von der sich einstellenden Änderung des Volumenstroms bei einer Druckdifferenz von +/- 20 Pa in drei Güteklassen unterteilt (Bild 2). Bei zentralen Lüftungssystemen muss der Abluft -Volumenstrom gemäß der DIBT-Zulassung (Deutsches Institut für Bautechnik) stets höher sein als der Zuluft -Volumenstrom; der Abluftüberschuss darf aber maximal 10 % betragen. Zufriedenstellende Werte lassen sich hier nur erreichen, wenn der Volumenstrom der eingesetzten Ventilatoren in der Anwendung genau bestimmt und über eine Anpassung der Drehzahl bedarfsgerecht geregelt werden kann.

Methoden im Vergleich

Grundsätzlich gibt es verschiedenste physikalische Messverfahren, um einen Volumen- oder Massendurchfluss zu bestimmen; allerdings sind nicht alle für Gase und somit für Ventilatoren geeignet. Magnetisch-induktive Messverfahren oder solche, die auf der Corioliskraft basieren, scheiden beispielsweise aus, da sie entweder nur bei elektrisch leitfähigen Medien funktionieren bzw. die entstehenden Kräfte bei Gasen viel zu klein sind. Massendurchfluss-Messverfahren mit thermischen Sensoren eignen sich zwar prinzipiell für Ventilatoren, allerdings nur unter Laborbedingungen, da die dünnen Messdrähte sehr empfindlich sind.

Andere Messverfahren sind hochgenau und robust, aber relativ teuer in der Umsetzung und deshalb eher für Prüfstände geeignet. Bei einem Ultraschall-Durchflussmesser erfassen zwei versetzt angeordnete Detektoren die zur mittleren Fließgeschwindigkeit proportionale Laufzeitdifferenz zweier Ultraschallwellen (Bild 3 links). Alternativ können Strömungsgeschwindigkeiten mit einem Flügelrad-Anemometer oder nach dem Vortex-Prinzip mit einem Wirbelgenerator erfasst werden (Bild 3 rechts). Bei einem Vortex-Generator wird die zur Strömungsgeschwindigkeit proportionale Ablösefrequenz der Wirbel detektiert. Beim Anemometer verhalten sich Drehzahl und Volumenstrom proportional.