Was ist der Unterschied zwischen vorwärts- und rückwärtsgebogenen Ventilatoren?

Der Schaufelwinkel verrät den größten Teil der Geschichte

Vorwärts- und rückwärtsgekrümmte Lüfter sind beide Fliehkraftmaschinen. Die Luft tritt in die Eintrittsöffnung ein und verlässt sie radial. Der Unterschied beginnt an der Schaufelspitze. Vorwärtsgekrümmte Schaufeln neigen sich in Richtung der Drehbewegung. Rückwärtsgekrümmte Schaufeln neigen sich entgegen der Drehrichtung. Diese einzige geometrische Entscheidung beeinflusst Druck, Durchfluss, Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung sowie das Verhalten des Laufrads gegenüber Staub. Vorwärtsgekrümmte Laufräder weisen üblicherweise viele flache Schaufeln auf und laufen bei gegebenem Durchfluss mit niedrigerer Drehzahl. Rückwärtsgekrümmte Laufräder besitzen weniger, aber tiefere Schaufeln und können schneller drehen, ohne an Stabilität zu verlieren.

Wie vorwärtsgekrümmte Laufräder viel Luft in einem kompakten Gehäuse bewegen

Ein vorwärtsgekrümmtes Laufrad, oft als Schneckenrad bezeichnet, besitzt viele Schaufeln um einen kleinen Durchmesser. Es kann große Luftmengen bei niedrigem statischem Druck fördern. Daher kommt es häufig in Fan-Coils, kleinen Luftbehandlungsgeräten und kompakten Lüftungskästen zum Einsatz. Die Schaufelkanäle sind schmal, sodass sich Staub und Fett ansammeln können. Sobald das Rad verschmutzt ist, verschiebt sich die Auswuchtung und die Vibration nimmt zu. Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu rückwärtsgekrümmten Ausführungen bescheiden, insbesondere bei höherem Druck. Die Kennlinie ist steil, sodass bereits kleine Druckänderungen große Durchflussänderungen bewirken.

Warum rückwärtsgekrümmte Ventilatoren in druckbelasteten Kanalsystemen überlegen sind

Rückwärts gekrümmte Schaufeln bewältigen statischen Druck besser. Sie sind bis zu einem gewissen Grad selbstreinigend, da Partikel eher von der Schaufeloberfläche abgleiten, statt daran haften zu bleiben. Weniger Schaufeln bedeuten breitere Durchgänge und eine geringere Verstopfungsneigung. Die Effizienzspitze ist höher und breiter, was wichtig ist, wenn Filter verstopfen oder Drosselklappen sich bewegen. Diese Laufräder können mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten laufen, sodass ein kleinerer Durchmesser die Aufgabe eines größeren vorwärts gekrümmten Rades übernehmen kann. Der Kompromiss besteht in höheren Kosten und größerer Empfindlichkeit gegenüber Strömung außerhalb des Auslegungspunktes. Bei sehr niedrigem Druck kann ein vorwärts gekrümmtes Rad die kostengünstigere Wahl sein.

Geräusch und Vibration verhalten sich bei jedem Radtyp unterschiedlich

Geräusch ist nicht nur eine Zahl. Es hat einen Charakter. Vorwärtsgekrümmte Räder erzeugen oft ein breites, hochfrequentes Geräusch, weil viele Schaufeln die Abschirmkante passieren. Rückwärtsgekrümmte Räder neigen zu einem tieferen Ton und einem glatteren Spektrum. Dieser Unterschied ist entscheidend in Krankenhäusern, Büros und der Wohnraumlüftung. Auch die Vibration unterscheidet sich. Ein vorwärtsgekrümmtes Rad mit vielen Schaufeln kann schnell aus dem Gleichgewicht geraten, wenn sich Staub ungleichmäßig ablagert. Ein rückwärtsgekrümmtes Rad ist toleranter, kann aber dennoch unter Resonanz leiden, falls die Befestigung oder das Kanalsystem fehlerhaft ist. Die AMCA-Norm 210 und die ISO 5801 legen Laborverfahren für Luftstrom- und Druckmessungen fest; Vergleiche sollten daher stets unter identischen Bedingungen erfolgen. Ein Ventilator, der auf der Freiluft-Kennlinie gut abschneidet, kann sich bei 600 Pa völlig anders verhalten.

Eine Modernisierung der Lüftungsanlage in einem Krankenhaus, die die Drucklücke offenbarte

Während einer Sanierung einer Krankenhaus-Isolierstation in Jiangsu im Jahr 2022 wurden bestehende Luftbehandlungsgeräte mit radialen Ventilatoren mit vorwärtsgebogenen Schaufeln eingesetzt. Der Entwurf erforderte nach den Verbesserungen im Bereich der Infektionskontrolle mehr Filterstufen und längere Kanalstrecken. Nach dem Einbau der neuen HEPA-Filter stieg der statische Druck an. Die vorwärtsgebogenen Laufräder bewegten sich in den steileren Teil ihrer Kennlinie und verloren an Luftstrom. Der Austausch gegen radialer EC-Steckventilatoren mit rückwärtsgebogenen Schaufeln stellte den geplanten Luftstrom bei dem höheren Druck wieder her. Die rückwärtsgebogenen Laufräder bewältigten zudem Staub besser im Vorfilterbereich. Eine Einschränkung zeigte sich: Die rückwärtsgebogenen Ventilatoren benötigten eine andere Motormontage und ein größeres Gehäuse, sodass der Schrank angepasst werden musste. Die Erkenntnis ist einfach: Die Wahl zwischen vorwärts- und rückwärtsgebogenen Laufrädern hängt nicht davon ab, dass die eine Variante generell überall besser ist. Vielmehr geht es darum, das Laufrad an die Systemkennlinie anzupassen.

Das Laufrad an den Betriebspunkt anpassen – nicht an eine Überschrift aus dem Katalog

Die Auswahl beginnt mit der Systemkurve. Ein vorwaerts gekruemmter Ventilator kann eine gute Wahl fuer niedrigen Druck, hohen Volumenstrom und beengten Raum sein. Ein rueckwaerts gekruemmter Ventilator ist oft die bessere Wahl bei Filtern, Waermetauschern, langen Kanalen und variablen Luftmengen. EC-Motoren fuegen eine weitere Ebene hinzu, da die Drehzahl gesteuert werden kann, um den Volumenstrom konstant zu halten, waehrend sich die Filter zusetzen. Diese Steuerung funktioniert nur, wenn das Laufrad ausreichend Druckreserve bietet. Kaeufer sollten nach einer echten Ventilatorkurve und nicht nach einem einzelnen Punkt fragen. Fanova beschaeftigt sich seit 2003 mit der Entwicklung und Fertigung von EC-Ventilatoren und verfuegt ueber Kompetenzen in den Bereichen radialer, axialer und spiralförmiger Ventilatoren. Der Unterschied zwischen vorwaerts und rueckwaerts gekruemmten Ventilatoren ist auf einer Zeichnung leicht erkennbar. Die Folgen zeigen sich im Luftstrom, im Geraeuschpegel und bei der Wartung nach Inbetriebnahme des Systems.