Radiallüfter Dezentrale Raumbelüftung – sensorlose Volumenstromregelung

Autor / Redakteur: Michael B. Schmitz und Thomas Dufner * / Kristin Rinortner

Lüfter, bei denen jeder Drehzahl ein eindeutiger Leistungswert zugeordnet werden kann, lassen sich als Sensor einsetzen. Das ist zum Beispiel bei Radiallüftern der Fall. Der Beitrag beschreibt die Praxis.

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Raumbelüftung: Wandeinbaugerät zur dezentralen Wohnraumbelüftung
Raumbelüftung: Wandeinbaugerät zur dezentralen Wohnraumbelüftung
(Bild: bluMartin GmbH)

Der Markt für dezentrale Raumbelüftung wächst mit den steigenden Anforderungen an Wärme- und Schallisolierung. Speziell zum Nachrüsten in bestehende Bausubstanz bieten sich derartige Komponenten an, da die Belüftungsgeräte in der Regel mit erforderlichen Renovierungsmaßnahmen eingebaut werden. Entsprechend gibt es nicht ein System, das die Anforderungen an Bauraum, Wärmeschutz und Luftmenge für jede Anwendung erfüllt.

Man findet verschiedene Lösungen. Von Systemen, die nur einen Wanddurchbruch benötigen über Geräte, die unter Fensterbänke eingebaut werden, bis hin zu elektronisch gesteuerten Wandeinbaugeräten mit Feuchtigkeitsmanagement, die selbsttätig auf die Luftqualität reagieren.

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Zur Wärmerückgewinnung werden sowohl Rekuperatoren (meistens kontinuierlich arbeitende Gegenstromwärmetauscher) als auch Regeneratoren (Wärmespeicher, die abwechselnd mit warmer und kalter Luft durchströmt werden) eingesetzt.

Im ersteren Fall benötigt man für Frisch- und Abluft je einen Lüfter, während Regeneratoren mit einem reversierend betriebenen Lüfter arbeiten. Bei Rekuperatoren werden vielfach Radiallüfter verschiedener Größen eingesetzt, während sich Axiallüfter gut für den Reversierbetrieb eignen. Das Bild links zeigt ein Gerät zur dezentralen Wohnraumbelüftung mit Wärmerückgewinnung.

Für die aktive Belüftung ist es notwendig, definierte Luftmengen im Raum auszutauschen. In der Regel können verschiedene Volumenströme gewählt werden, die unabhängig vom Gegendruck der Anlage eingehalten werden müssen. Als naheliegende Lösung bieten sich spezielle Massen- oder Volumenstromsensoren an, mit denen die Lüfterdrehzahl angepasst werden kann.

Wenn jede Drehzahl einem Leistungswert zugeordnet ist

Eine elegantere Lösung kann für Lüfter implementiert werden, deren Kennlinien im relevanten Volumenstrombereich so verlaufen, dass jeder Drehzahl eindeutig ein Leistungswert (Stromwert) zugeordnet werden kann, wie zum Beispiel den in Bild 1 gezeigten Radiallüfter mit vorwärts gekrümmten Schaufeln.

Werden solche Lüfter in passende Gehäuse eingebaut, erhält man das in Bild 3 dargestellte Kennfeld. Die gepunkteten Linien zeigen den statischen Druck über dem Volumenstrom für verschiedene konstante Drehzahlen. Die durchgezogenen Linien bilden die dazu benötigte elektrische Leistung in Form des aufgenommenen Stroms bei konstanter Spannung und bei ebendiesen Drehzahlen ab.

Bei solchen Kurvenverläufen lässt sich aus diesen Werten ein eindeutiger Zusammenhang zwischen elektrischem Strom, Luftvolumenstrom und Druckaufbau finden (Bild 3). In diesen Fällen kann der Lüfter selbst als Sensor benutzt werden.

Dazu wird das Strom-Volumen-Druck Kennfeld in der Lüfterelektronik gespeichert und der Strom bei gegebener Drehzahl mit dem Sollwert verglichen, der bei dieser Drehzahl dem Zielvolumenstrom entspricht.

Dieser Stromwert kann sich nur auf zwei Arten verändern. Entweder durch eine gewollte Einstellung durch den Benutzer oder durch eine Änderung des Gegendruckes von außen, etwa durch verschmutzte Filter oder durch Winddruck von außen.

In diesen Fällen verändert die Lüftersteuerung die Drehzahl solange, bis sich wieder eine eindeutige Kombination aus Drehzahl, Volumenstrom und elektrischem Strom einstellt. Da der Wert für den Volumenstrom vorgegeben ist, muss bei steigendem Gegendruck der Lüfter schneller drehen und damit steigen Leistungs- und Strombedarf. Ein eindeutiger Punkt kann gefunden werden. Das Gleiche gilt analog für sinkenden Gegendruck.

Die Lüftersteuerung kann also selbstständig und ohne zusätzliche Sensoren auf sich ändernde Betriebszustände reagieren. Dabei spielt es keine Rolle, ob vorgewählte Sollwerte angefahren werden sollen, oder ob auf äußere Schwankungen, wie Windlasten oder Verschmutzungen der Filter reagiert werden soll. Speziell im letzteren Fall können die Regelgrößen des Lüfters benutzt werden, Filterverschmutzungen zu erkennen und Wartungsintervalle zu optimieren.

* Dr.-Ing. Michael B. Schmitz leitet die zentrale Forschung und Entwicklung bei ebm-papst in St. Georgen.

* Dipl.-Ing. Thomas Dufner arbeitet als Softwareentwickler bei ebm-papst in St. Georgen.

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