Axialventilator oder Radialventilator? Welcher wird in Lüftungsanlagen eingesetzt?

Ein Axialventilator bewegt die Luft in Richtung der Propellerwelle, d. h. auf einer geraden Linie vom Eintritt zum Austritt. Seine Schaufeln ähneln einem Flugzeugpropeller; beim Drehen schieben sie die Luft vor sich her und erzeugen einen hohen Volumenstrom bei niedrigem statischem Druck. Ein Tischventilator, ein PC-Lüfter und ein Wand-Abluftventilator gehören zu dieser Familie. Der typische Betriebsbereich liegt bei hohem Volumenstrom und einem statischen Druck von 0–250 Pa.

Die auffälligste Eigenschaft des Axialventilators ist, dass er bei gleicher Gehäusegröße einen sehr hohen Luftvolumenstrom liefern kann. Ein Wandventilator in axialer Bauart mit 400 mm Durchmesser kann bei freiem Ausblasen, also bei null Druck, z. B. 4.000–6.000 m³/h Volumenstrom liefern. Dieser Volumenstrom liegt weit über dem Volumenstrom eines Radialventilators gleicher elektrischer Leistung bei freiem Ausblasen. Wird dem Ventilator dagegen ein Widerstand von 100 Pa vorgeschaltet, sinkt der Volumenstrom rasch; genau dieser Abfall ist die charakteristische Schwäche des Axialventilators.

Bei direkt angetriebenen Axialventilatoren, d. h. bei Typen mit festem Schaufelwinkel, liegt der Wirkungsgrad bei ca. 60–70 %. Bei industriellen Typen mit verstellbarem Schaufelwinkel steigt dieser Wert höher. Der Motor sitzt meist im Luftstrom in der Nabe; deshalb ist das Ventilatorgehäuse kurz und kompakt und kann direkt an den Kanal angeflanscht werden. Für diese Typen können Sie sich auf unserer Seite innerhalb unserer Produktgruppe Lüftung (Details: Lüftung) informieren.

Auch das Geräuschverhalten des Axialventilators hängt vom Typ ab. Ein langsam drehender Axialventilator mit großem Durchmesser ist deutlich leiser als ein schnell drehender Ventilator mit kleinem Durchmesser bei gleichem Volumenstrom, denn die Schallleistung steigt mit einer hohen Potenz der Schaufelspitzengeschwindigkeit. Kleine Wandventilatoren für die Wohnungsabluft erreichen in 1 m Entfernung 35–45 dB(A), große industrielle Axialventilatoren 65–80 dB(A).

Ein Radialventilator schleudert die Luft senkrecht zur Laufradachse, also von der Mitte nach außen, und ist dasselbe Gerät wie ein Zentrifugalventilator; beide Namen bezeichnen dasselbe. Die Luft tritt axial in die Mitte des Laufrads ein, wird zwischen den Schaufeln um 90 Grad umgelenkt, an den Umfang geschleudert und verlässt den Ventilator über das Spiralgehäuse. Diese Geometrie eignet sich, um einen niedrigen Volumenstrom bei hohem statischem Druck zu erzeugen; der typische Betriebsbereich liegt bei 200–2.500 Pa.

Die Leistung des Radialventilators stammt aus der Fliehkraft. Beim Drehen des Laufrads wird die Luft zwischen den Schaufeln nach außen geschleudert, und der dahinter entstehende Unterdruck saugt neue Luft nach. Dieses fortlaufende Schleudern verleiht der Luft hohen Druck. Deshalb ist der Radialventilator der einzige praktikable Ventilatortyp, der die Luft trotz langer Kanäle, dichter Filter und mehrgeschossiger Schächte ans Ziel bringt. Für Kanalprodukte können Sie sich die Gruppe (Details: Lüftung) und die Seite im externen Katalog (Details: Kanalventilatoren) ansehen.

Radialventilatoren werden nach der Schaufelrichtung in drei Gruppen unterteilt, und diese Unterscheidung ist für die Auswahl entscheidend. Ventilatoren mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln, sogenannte Trommelläufer, liefern bei gleicher Drehzahl den höchsten Volumenstrom, haben aber nur einen Wirkungsgrad von 55–65 % und sind für staubhaltige Luft nicht geeignet. Ventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln sind mit einem Wirkungsgrad von 75–85 % die effizienteste Gruppe und werden bei mittlerem bis hohem Druck bevorzugt. Radialventilatoren mit geraden Schaufeln eignen sich dagegen für den Transport von staub- und spänehaltiger Luft; ihr Wirkungsgrad liegt bei 60–70 %.

Auch die Motorposition ist ein Unterscheidungsmerkmal. Bei direkt gekuppelten Radialventilatoren sitzt das Laufrad auf der Motorwelle; bei riemengetriebenen Typen befindet sich der Motor außerhalb des Gehäuses, und die Drehzahl wird über das Riemenscheibenverhältnis eingestellt. Da riemengetriebene Typen eine Drehzahländerung erlauben, sind sie in großen Anlagen verbreitet, deren Volumenstrom im Projekt eine Feinabstimmung erfordert. Direkt gekuppelte Typen sind dagegen wartungsfrei und bei Kanal-Kastenventilatoren Standard.

Der grundlegende Unterschied zwischen Axialventilator und Radialventilator ist die gegenläufige Beziehung zwischen dem gelieferten Luftvolumenstrom und dem statischen Druck, den sie überwinden können. Der Axialventilator liefert einen hohen Volumenstrom bei niedrigem Druck, der Radialventilator einen niedrigen Volumenstrom bei hohem Druck. Deshalb werden beide nicht anhand des Volumenstroms verglichen, sondern anhand des Widerstands, den die Anlage ihnen entgegensetzt, also des statischen Drucks. Die folgende Liste stellt die messbaren Unterschiede beider Typen nebeneinander.

• Luftrichtung – Axial: gerade Strömung entlang der Wellenachse; Radial: Strömung, die von der Mitte zum Umfang um 90 Grad umgelenkt und geschleudert wird
• Bereich des statischen Drucks – Axial: ca. 0–250 Pa; Radial: ca. 200–2.500 Pa und bei Sonderbauarten höher
• Volumenstromcharakter – Axial: bei gleicher Leistung hoher Volumenstrom in m³/h; Radial: bei gleicher Leistung geringerer Volumenstrom, aber hoher Druck
• Wirkungsgrad – Axial, direkt angetrieben: ca. 60–70 %; Radial mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln: ca. 75–85 %
• Geräuschcharakter – Axial: niederfrequentes Geräusch, steigt mit der Spitzengeschwindigkeit; Radial: breitbandig, im Spiralgehäuse besser beherrschbar
• Gehäuse und Montage – Axial: kurz, direkt an den Kanal angeflanscht, kompakt; Radial: Spiralgehäuse, voluminöser, auf Federdämpfern gelagert
• Reaktion auf Widerstandsänderung – Axial: bei kleinem Widerstandsanstieg sinkt der Volumenstrom rasch; Radial: hält den Volumenstrom auch bei steigendem Widerstand weitgehend
• Typische Verwendung – Axial: Wandabluft, kurzer Kanal, Verflüssigerkühlung; Radial: langer Kanal, Anlagen mit Filter, mehrgeschossiger Schacht

Diesen Unterschied kann man sich an einem einzigen Bild klarmachen. Der Axialventilator gleicht dem Wind, der durch eine offene Tür hereinweht; es ist viel Luft da, aber sobald ihr ein Hindernis im Weg steht, kommt sie leicht zum Erliegen. Der Radialventilator dagegen ist wie ein Blasebalg; er drückt die Luft mit Kraft und bläst sie sogar aus dem Ende eines engen Rohrs. Einen Ventilator für ein Lüftungsprojekt auszuwählen heißt im Grunde, zu entscheiden, welches dieser beiden Verhalten die Anlage benötigt.

Die Ventilatorkennlinie ist die Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom eines Ventilators bei einer bestimmten Drehzahl und dem von ihm erzeugten statischen Druck zeigt. Auf der waagerechten Achse steht der Volumenstrom in m³/h, auf der senkrechten Achse der statische Druck in Pa. Jeder Ventilator arbeitet in einem Punkt dieser Kennlinie; dieser Punkt liegt dort, wo sich die Kennlinie des Ventilators und die Widerstandskennlinie der Anlage schneiden. Die Wahl des Ventilatortyps bedeutet im Grunde, die richtige Kennlinie auszuwählen.

Die Kennlinie des Axialventilators ist steil und enthält meist eine Einsattelung. Bei freiem Ausblasen ist der Volumenstrom hoch, mit steigendem Druck fällt er rasch ab, und in der Mitte der Kennlinie liegt ein welliger, instabiler Bereich. Ein Axialventilator in diesem Bereich erzeugt Geräusche, und sein Wirkungsgrad sinkt; deshalb wird ein Axialventilator niemals in diesem mittleren Bereich seiner Kennlinie betrieben. Die Kennlinie des Radialventilators ist dagegen flacher und gleichmäßiger; bei steigendem Druck nimmt der Volumenstrom sanft ab, und es gibt keinen instabilen Bereich.

Die Anlagenkennlinie ist der zweite Teil. Der Widerstand eines Kanalsystems steigt mit dem Quadrat des Volumenstroms; das heißt, eine Verdopplung des Volumenstroms vervierfacht den Druckverlust. Diese Kennlinie beginnt bei null Volumenstrom bei null und steigt parabelförmig nach oben. Der Schnittpunkt der Ventilatorkennlinie mit dieser Parabel ist der tatsächliche Betriebspunkt der Anlage, und dieser Punkt bestimmt den tatsächlichen Volumenstrom, den der Ventilator vor Ort liefert; nicht der Volumenstrom bei freiem Ausblasen aus dem Katalog.

Die Logik des Betriebspunkts lenkt die Auswahl unmittelbar. Ist der Anlagenwiderstand niedrig, d. h. die Parabel flach, liegt der Schnittpunkt mit der steilen Kennlinie des Axialventilators bei hohem Volumenstrom und im effizienten Bereich. Ist der Anlagenwiderstand hoch, wird die Parabel steiler und schneidet die Kennlinie des Axialventilators nur noch im instabilen Einsattelungsbereich; dann ist der Axialventilator nicht geeignet, und man wechselt zum Radialventilator mit flacher Kennlinie. Bei der Auswahl von Pumpen und Ventilatoren ist die Logik des Kennlinienlesens ähnlich; das Gegenstück auf der Pumpenseite finden Sie in unserem Ratgeber (Details: Wie erfolgt die Pumpenauswahl? Ratgeber zur Berechnung von Volumenstrom und Förderhöhe).

Der statische Druck ist der Druck, den der Ventilator erzeugt, um die Luft gegen den Widerstand von Kanal und Bauteilen zu schieben, und wird in Pascal, also in der Einheit Pa, gemessen. Der vom Ventilator gelieferte Gesamtdruck ist die Summe aus statischem Druck und dem aus der Luftgeschwindigkeit stammenden dynamischen Druck. Bei der Lüftungsauswahl ist der statische Druck entscheidend, denn der Widerstand von Kanal, Bögen, Filter und Lüftungsgitter tritt dem Ventilator als statischer Druck entgegen.

Einige Referenzwerte helfen, ein Gefühl für die Größenordnung des statischen Drucks zu bekommen. Bei einer kurzen, geraden Wandabluft liegt der Gesamtwiderstand in der Größenordnung von 20–50 Pa. In einem Wohnungs-Kanalsystem mittlerer Länge mit einigen Bögen steigt er auf 80–150 Pa. In einer langen gewerblichen Anlage mit Filter und Wärmerückgewinnung sind 250–600 Pa zu beobachten. In industriellen Staubabsaug- und Anlagen mit hochwertigen Filtern werden 1.000 Pa und mehr erreicht. Diese Staffelung zeigt unmittelbar, wo die Schwelle für den Ventilatortyp verläuft.

Die praktische Entscheidungsschwelle liegt bei ca. 150–200 Pa. Liegt der berechnete gesamte statische Druck der Anlage unter ca. 150 Pa, ist der Axialventilator sowohl ausreichend als auch wirtschaftlicher. Der Bereich von 150–250 Pa ist der Übergangsbereich; hier werden ein Axialventilator für höheren Druck oder ein radialer Kastenventilator gemeinsam betrachtet. Oberhalb von 250 Pa wird der Radialventilator zwingend, denn der Axialventilator liefert bei diesem Druck entweder nur einen sehr kleinen Volumenstrom oder fällt in den instabilen Bereich.

Den statischen Druck falsch einzuschätzen ist der teuerste Fehler bei der Ventilatorauswahl. Ein Axialventilator, der in eine Anlage mit zu niedrig berechnetem Widerstand eingebaut wird, liefert vor Ort deutlich weniger als den erwarteten Volumenstrom, und der Raum wird nicht belüftet. Deshalb wird der statische Druck am Schreibtisch ehrlich berechnet; dabei wird auch berücksichtigt, dass der Widerstand mit zunehmender Verschmutzung des Filters steigt. Der Widerstand eines verschmutzten Filters kann bis auf etwa das Doppelte des sauberen Filters ansteigen, und der Ventilator muss den Volumenstrom auch in diesem letzten Zustand noch erbringen.

Der Gesamtdruckverlust der Anlage ist die Summe aller Widerstände in Pa, die die Luft auf dem Weg vom Ventilator bis zum Lüftungsgitter überwindet. Er besteht aus vier Positionen: Reibung im geraden Kanal, Verluste durch Bögen und Formänderungen, Widerstand von Filter und Wärmerückgewinnung sowie der Widerstand von Lüftungsgitter und Lamellengitter. Die Summe ergibt sich durch Addition dieser vier Positionen, und der Ventilator wird so gewählt, dass er einen statischen Druck besitzt, der diesen Wert abdeckt.

Die Reibung im geraden Kanal ist die erste Position. Bei einem Kanal aus verzinktem Blech lautet die Auslegungsregel etwa 0,8–1,0 Pa Druckverlust pro Meter; dieser Wert gilt, wenn die Luftgeschwindigkeit im Bereich von 3–5 m/s gehalten wird. Ein gerader Kanal von 30 Metern ergibt z. B. etwa 30 Meter mal 1,0 gleich 30 Pa Verlust. Eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit vergrößert den Verlust rasch, denn der Reibungsverlust ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit.

Die Verluste durch Bögen und Formänderungen sind die zweite Position und werden meist über die äquivalente gerade Kanallänge berechnet. Ein scharfer 90-Grad-Bogen erzeugt einen Verlust, der etwa 3–5 Metern geradem Kanal entspricht; ein Bogen mit weichem Radius kommt auf 1–2 Meter. In einer Anlage mit fünf 90-Grad-Bögen kann diese Position allein 15–25 Pa hinzufügen. Deshalb senkt eine geringere Zahl von Bögen in der Kanalführung unmittelbar die Ventilatorleistung.

Filter und Lüftungsgitter sind die letzten Positionen. Ein Grobfilter G4 erzeugt im sauberen Zustand 40–60 Pa Widerstand, mit zunehmender Verschmutzung bis zu 120–150 Pa; ein Feinfilter F7 liegt darüber. Ein Wärmerückgewinnungs-Wärmeübertrager fügt 100–250 Pa hinzu. Lüftungsgitter und Lamellengitter liegen typischerweise zwischen 15 und 40 Pa. Konkretes Beispiel: 30 Pa Kanal plus 20 Pa Bogen plus 120 Pa verschmutzter Filter plus 30 Pa Lüftungsgitter gleich 200 Pa insgesamt. Diese Anlage benötigt 200 Pa statischen Druck und liegt an der Grenze zum Radialventilator.

Bei Anlagen mit Wärmerückgewinnung steigt der Gesamtdruckverlust rasch an; deshalb werden diese Anlagen fast immer mit Radialventilator ausgeführt. Zu Funktionsweise und Druckverlust von Wärmerückgewinnungsanlagen finden Sie Hinweise in unserem Ratgeber (Details: HRV-Systeme (Wärmerückgewinnung)), zu allgemeinen Begriffen der Lüftung in unserem Beitrag (Details: Was ist HVAC?).

Der Lüftungsvolumenstrom wird berechnet, indem das Raumvolumen mit der Luftwechselzahl pro Stunde multipliziert wird. Die Beziehung ist einfach: Q gleich V mal n. Dabei ist Q der Volumenstrom in m³/h, V das Raumvolumen in m³ und n die Luftwechselzahl pro Stunde. Das Volumen ist das Produkt aus Breite, Länge und Höhe des Raums. Ohne diesen Volumenstrom kann kein Ventilator ausgewählt werden, denn der Ventilator muss zuerst den Volumenstrom und dann den Druck erfüllen, bei dem er diesen Volumenstrom liefert.

Die Luftwechselzahl ist je nach Raumnutzung in Normen festgelegt. Zugrunde gelegt werden für Wohnbereiche 0,5–1 Luftwechsel pro Stunde, für die Küche 15–30, für das Bad 6–10 und für einen Besprechungsraum etwa 30 m³/h pro Person. In stark genutzten gewerblichen Küchen steigt der Wert je nach Abluft über die Dunstabzugshaube deutlich an. Diese Beiwerte sind nach der im Raum entstehenden Feuchte-, Geruchs- und Schadstofflast festgelegt.

Rechnen wir ein Beispiel. Soll in einem Besprechungsraum mit einem Volumen von 5 Meter mal 4 Meter mal 2,6 Meter gleich 52 m³ ein 6-facher Luftwechsel pro Stunde erreicht werden, ist ein Volumenstrom von Q gleich 52 mal 6 gleich 312 m³/h erforderlich. Wird derselbe Raum von 10 Personen genutzt, ergibt die Regel von 30 m³/h pro Person 300 m³/h; beide Verfahren bestätigen einander, und als Auslegungsvolumenstrom werden ca. 320 m³/h gewählt.

Das zweite Beispiel ist die Badabluft. In einem Bad mit einem Volumen von 2 Meter mal 1,5 Meter mal 2,6 Meter gleich 7,8 m³ ergibt sich bei einem 8-fachen Luftwechsel pro Stunde Q gleich 7,8 mal 8 gleich 62 m³/h. Dieser niedrige Volumenstrom und der kurze Kanal sind ein typischer Fall für einen axialen Wandventilator. Zur Wahl des Volumenstroms eines Badlüfters (Details: Wie viel m³/h braucht ein Badlüfter? Ventilatorberechnung nach Badgröße) und zur Auswahlmethode für Ventilatoren (Details: Wie wählt man einen Badlüfter aus? Ratgeber für leise und leistungsstarke Abluftventilatoren) finden Sie Hinweise in unseren Ratgebern.

Volumenstrom und statischer Druck müssen gemeinsam betrachtet werden. Wenn der oben genannte Besprechungsraum 320 m³/h bei kurzem Kanal, z. B. gegen 60 Pa Widerstand, benötigt, genügt ein Axialventilator. Wird derselbe Volumenstrom in einer Anlage mit Filter, Wärmerückgewinnung und 300 Pa Widerstand gefordert, wechselt man zum Radialventilator. Wie man sieht, ist der Volumenstrom gleich, der Ventilatortyp aber verschieden; die Entscheidung bestimmt stets der statische Druck.

Kanallänge und Gesamtwiderstand sind das einzige bestimmende Paar für die Wahl des Ventilatortyps, denn mit zunehmender Kanallänge steigen der Reibungsverlust und der erforderliche statische Druck. Bei kurzer, gerader Führung bleibt der Axialventilator ausreichend, bei langer Führung mit Bögen übersteigt der erforderliche Druck den Bereich des Axialventilators, und der Radialventilator wird zwingend. Deshalb kann die Ventilatorauswahl nicht unabhängig von der Kanalplanung erfolgen.

Der Einfluss der Kanallänge ist linear, aber allein nicht entscheidend. Ein gerader Kanal von 5 Metern ergibt etwa 5 Pa Verlust, ein Kanal von 40 Metern steigt auf 40 Pa. Der eigentliche Zuwachs kommt von Bögen, Querschnittsverengungen und Bauteilen. Mehr als die Hälfte des Gesamtwiderstands einer Anlage besteht oft aus Einzelverlusten wie Bögen, Filter und Lüftungsgitter; deshalb ist es irreführend, nur auf die Meterzahl zu schauen.

Es gibt eine praktische Zuordnungsregel. Beträgt die Kanallänge weniger als 10 Meter, ohne Bögen oder mit ein bis zwei Bögen und ohne Filter, ist der Axialventilator fast immer die richtige Wahl. Bei einer Kanallänge von 10–20 Metern mit einigen Bögen und Grobfilter liegt man im Übergangsbereich, und es muss gerechnet werden. Bei einer Kanallänge von mehr als 20 Metern, mit vielen Bögen, Feinfilter oder Anschluss an einen mehrgeschossigen Schacht wird der Radialventilator gewählt.

Der gemeinsame Abluftschacht mehrgeschossiger Gebäude ist das deutlichste Beispiel für diesen Unterschied. Eine Anlage, die die Badabluft eines achtgeschossigen Gebäudes in einem einzigen senkrechten Schacht zusammenführt, benötigt wegen der Schachthöhe und des Zusammenführungswiderstands der Stränge aus jedem Geschoss einen Druck in der Größenordnung von 300–500 Pa. Diese Anlage wird niemals mit einem Axialventilator ausgeführt; eingesetzt wird ein auf dem Dach angeordneter Radial-Dachventilator oder ein radialer Kanal-Kastenventilator. Zu den Optionen für Kanalventilatoren finden Sie die Katalogseite (Details: Kanalventilatoren).

Bei einem Einsatz vor Ort in einem mehrgeschossigen Mehrfamilienhaus in Kadıköy blies der Badlüfter jedes Geschosses einzeln durch die Wand ab, und die Luft der unteren Geschosse wurde in die oberen zurückgedrückt. Die Lösung bestand darin, alle Stränge an einen einzigen senkrechten Schacht anzuschließen und auf dem Dach einen Radial-Dachventilator mit 350 Pa statischem Druck zu installieren; durch diese Änderung verschwand die Rückströmung vollständig, und der Abluftvolumenstrom jeder Wohnung pendelte sich im Bereich von 60–80 m³/h ein.

Der Axialventilator wird in Anwendungen mit kurzen Wegen eingesetzt, die niedrigen statischen Druck und hohen Volumenstrom erfordern. Überall dort, wo die Luft nicht durch einen langen Kanal oder dichten Filter muss, sondern direkt ins Freie geführt oder über kurze Strecken transportiert wird, ist der Axialventilator die erste Wahl, denn er leistet dieselbe Arbeit mit kleinerem Gehäuse, geringerer Leistung und niedrigeren Kosten. Die folgende Liste führt typische Einsatzbereiche auf.

• Wand-Abluftventilator – Abluft von Bad, WC, Lager und kleiner Küche; kurzer Weg, 20–80 Pa Widerstand, 60–500 m³/h Volumenstrom
• Axialer Dachventilator – allgemeine Lüftung von Garagen und Lagern; hoher Volumenstrom, geringer Druckbedarf
• Verflüssiger und Kühlung – Außengeräte von Wärmepumpen und Klimaanlagen, Kühlturmkühlung; Wärmeabfuhr mit großem Luftvolumenstrom
• Umluft- und Deckenventilator – Luftumwälzung im Raum, Aufbrechen der Temperaturschichtung; kein Kanal, Druck ca. null
• Zuluft mit kurzem Kanal – gerader Kanal unter 10 Metern, ein bis zwei Bögen, Außenluftzufuhr ohne Filter
• Industrielle Abluft unter Vordächern – Wärme- und Rauchabfuhr in halboffenen Produktionsbereichen, Typ mit großem Durchmesser und niedriger Drehzahl

Der Vorteil des Axialventilators in diesen Bereichen ist wirtschaftlicher Natur. Ein Axialventilator, der denselben Volumenstrom von 3.000 m³/h bei niedrigem Druck liefert, nimmt etwa 0,25–0,4 kW auf, während ein Radialventilator, der denselben Volumenstrom bei hohem Druck erzwingt, 0,75 kW und mehr aufnimmt. Einen Axialventilator am richtigen Ort einzusetzen macht sowohl bei der Anfangsinvestition als auch beim jährlichen Energieverbrauch einen deutlichen Unterschied. Auch die Ventilatoren der Außengeräte von Wärmepumpen sind axiale Bauart; in unserem Beitrag (Details: Was ist eine Wärmepumpe? Lohnt sich der Kauf einer Wärmepumpe 2026? Stromverbrauch und tatsächliche Kosten) sind wir auf die Funktionsweise eingegangen.

Bei der Auswahl eines Axialventilators sind Ausblasrichtung und Montage entscheidend. Bei Wandventilatoren verhindert die Rückschlagklappe, dass bei stehendem Ventilator Luft und Kälte von außen nach innen eindringen. Bei axialen Dachventilatoren sind dagegen Klappe und Haube gegen eindringenden Regen und Schnee Standard. Ein in falscher Richtung eingebauter Ventilator fördert zwar den Volumenstrom, versorgt den Raum aber nicht; deshalb werden Pfeilrichtung und Lage der Klappe bei der Montage unbedingt kontrolliert.

Der Radialventilator wird in langen, gefilterten und mehrgeschossigen Anlagen eingesetzt, die hohen statischen Druck erfordern. Überall dort, wo der Luft ein erheblicher Widerstand entgegensteht, ist der Radialventilator zwingend, denn der Axialventilator kann den Volumenstrom bei diesem Druck nicht fördern. Zentrale Lüftung, Wärmerückgewinnung, industrielle Staubabsaugung und die Abluftschächte hoher Gebäude sind das natürliche Einsatzgebiet des Radialventilators. Die folgende Liste führt typische Anwendungen auf.

• Zentrales Kanalsystem – Komfortlüftung mit langen Kanälen und vielen Lüftungsgittern; 200–500 Pa Widerstand, ausgewogene Volumenstromverteilung
• System mit Wärmerückgewinnung – doppelter Radialventilator im HRV-Gerät; 300–600 Pa Bedarf wegen des Widerstands des Wärmeübertragers
• Mehrgeschossiger Abluftschacht – Bad- und Küchenstränge in Mehrfamilienhäusern und Hotels; Radial-Dachventilator auf dem Dach, 300–500 Pa
• Dunstabzugshaube einer gewerblichen Küche – Widerstand von Fettfilter und langem Kanal; Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten oder geraden Schaufeln
• Industrielle Staub- und Späneabsaugung – hoher Widerstand und abrasive Luft; Radialventilator mit geraden Schaufeln, über 1.000 Pa
• Entrauchungsanlage – speziell zertifizierter Radialventilator, der im Brandfall hohen Temperaturen und Drücken standhält

Bei der Auswahl des Radialventilators bestimmt der Schaufeltyp unmittelbar den Wirkungsgrad und die Verträglichkeit staubhaltiger Luft. In Komfortanlagen mit sauberer Luft liefert der Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln mit einem Wirkungsgrad von 75–85 % den niedrigsten Energieverbrauch. Bei fett- und staubhaltiger Abluft gewerblicher Küchen wird der Typ mit geraden Schaufeln gewählt, da seine Schaufeln gereinigt werden können und unempfindlich gegen Verstopfung sind. Der Typ mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln wird dagegen in kleinen Kastenventilatoren und dort eingesetzt, wo ein niedriges Geräusch wichtig ist.

Radiale Kastenventilatoren sind die praktische Ausführung des Radialventilators in der Kanalanwendung. Ein in einem schallgedämmten Kasten untergebrachter Ventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln liefert sowohl hohen Druck als auch einen niedrigen Schallpegel. Diese Typen werden im Deckenzwischenraum abgehängt montiert und sind in der zentralen Abluft von Wohn- und Gewerberäumen verbreitet. Marken wie Soler & Palau und Ventas, die Pomeka Mekanik im Programm führt, decken diese Familie der Kastenventilatoren ab.

Die Rauchabführung ist ein besonderer Zweig des Radialventilators. Ventilatoren, die im Brandfall heißen Rauch abführen, sind Sondertypen, die so zertifiziert sind, dass sie hohen Temperaturen für eine bestimmte Zeit standhalten, und werden nicht anstelle von Komfortventilatoren eingesetzt. Diese Anlagen werden nach dem Brandszenario dimensioniert; zum allgemeinen Vorgehen im Brandschutz finden Sie Hinweise auf unseren Seiten (Details: Wie funktioniert eine Sprinkleranlage? Wie hängt sie mit der Feuerlöschpumpe zusammen?) und (Details: Brandschutz).

Axial- und Radialventilator werden bei Schall und Energie nach dem Punkt verglichen, in dem sie arbeiten; es wäre falsch, zu behaupten, ein Typ sei für sich genommen immer leiser oder immer effizienter als der andere. Entscheidend ist, ob der Ventilator im effizienten Bereich seiner eigenen Kennlinie arbeitet. Ein Ventilator, der im richtigen Bereich arbeitet, ist leise und verbraucht wenig; ein Ventilator im falschen Bereich erzeugt Geräusche und nimmt unnötig Leistung auf.

• Schallpegel – Axial: bei niedrigem Druck 35–55 dB(A), bei hoher Drehzahl 65–80 dB(A); Radial-Kasten: im gedämmten Gehäuse 45–60 dB(A)
• Geräuschcharakter – Axial: niederfrequentes, weit tragendes Brummen; Radial: breitbandiges, im Spiralgehäuse teilweise gedämpftes Geräusch
• Wirkungsgradbereich – Axial: ca. 60–70 %; Radial mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln: ca. 75–85 %
• Leistung für dieselbe Aufgabe – niedriger Druck 60 Pa, 3.000 m³/h: Axial ca. 0,3 kW; Radial im selben Punkt unnötig groß und ineffizient
• Leistung für dieselbe Aufgabe – hoher Druck 400 Pa, 3.000 m³/h: Radial ca. 0,9 kW; Axial kann in diesem Punkt den Volumenstrom nicht liefern
• Drehzahlregelung – Axial: Volumenstrom per EC-Motor leicht einstellbar; Radial: per EC-Motor oder Frequenzumrichter in weitem Bereich einstellbar
• Jahresverbrauch – Ein Ventilator des richtigen Typs kann gegenüber dem falschen Typ 30–50 % weniger kWh/Jahr verbrauchen

Die Berechnung des Energieverbrauchs erfolgt über Ventilatorleistung und Betriebsstunden. Ein Axial-Abluftventilator mit 0,3 kW Leistungsaufnahme, der täglich 12 Stunden, also 4.380 Stunden im Jahr läuft, verbraucht 0,3 mal 4.380 gleich 1.314 kWh/Jahr. Dieselbe Aufgabe irrtümlich mit einem großen Radialventilator von 0,55 kW zu erfüllen, steigert den Jahresverbrauch auf 2.409 kWh; der Unterschied beträgt etwa 1.095 kWh pro Jahr. Die richtige Typwahl bringt bei den Kostenpositionen über die gesamte Lebensdauer die größte Einsparung.

Ventilatoren mit EC-Motor senken den Verbrauch bei beiden Typen. Der elektronisch kommutierte Motor behält auch bei niedriger Last einen hohen Wirkungsgrad und stellt den Volumenstrom stufenlos über die Drehzahl ein; so liefert der Ventilator nur den erforderlichen Volumenstrom. Dasselbe Prinzip gilt auch bei Pumpen; zum allgemeinen Vorgehen bei der Energieeffizienz finden Sie Hinweise in unserem Ratgeber (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen). Dass der Ventilator dauerhaft mit maximaler Drehzahl läuft, ist sowohl hinsichtlich Schall als auch Verbrauch die teuerste Betriebsweise.

Ein Axialventilator arbeitet in der Praxis bis etwa 250 Pa effizient; oberhalb dieses Werts ist der Radialventilator zwingend. Ein Standard-Axialventilator für die Wohnungs-Wandabluft liefert bis 100–150 Pa einen angemessenen Volumenstrom, industrielle Axialtypen für höheren Druck können 250–300 Pa erreichen. Je näher man dieser oberen Grenze kommt, desto mehr sinkt jedoch der Wirkungsgrad des Axialventilators und desto instabiler wird seine Kennlinie; deshalb liegt die praktische Auslegungsgrenze tiefer.

Der Entscheidungsbereich teilt sich in drei Abschnitte. Unterhalb von etwa 150 Pa ist der Axialventilator sowohl ausreichend als auch wirtschaftlich und wird ohne Zögern gewählt. Der Bereich von 150–250 Pa ist der Übergangsbereich; ein Axialventilator für höheren Druck und ein radialer Kastenventilator werden nebeneinander betrachtet, und die Entscheidung fällt nach der Priorität von Volumenstrom, Schall und Budget. Oberhalb von 250 Pa fällt der Axialventilator aus, und der Radialventilator ist die einzige Option.

Der physikalische Grund hinter diesen Grenzen ist die Steilheit der Kennlinie. Da die Kennlinie des Axialventilators steil ist, fällt der Volumenstrom mit steigendem Druck rasch, und der Ventilator verlässt den effizienten Bereich. Da die Kennlinie des Radialventilators flach ist, fällt der Volumenstrom bei demselben Druckanstieg viel weniger, und der Ventilator bleibt effizient. Deshalb wendet sich jede Anlage, die hohen Druck verlangt, physikalisch bedingt dem Radialventilator zu; nicht aufgrund von Marken- oder Budgetpräferenz.

Für die endgültige Entscheidung genügt eine einzige Frage: Wie viel Pa beträgt der berechnete gesamte statische Druck der Anlage? Liegt diese Zahl unter 150 Pa, ist es der Axialventilator, liegt sie über 250 Pa, der Radialventilator, und dazwischen werden die Betriebspunkte beider Typen auf der Kennlinie verglichen. Diese eine Zahl führt die Ventilatorauswahl auf eine klare ingenieurtechnische Entscheidung zurück und lässt keinen Raum für Schätzungen.

Die Auswahl des Ventilatortyps ist ein vierstufiges Vorgehen, bei dem Volumenstrom und statischer Druck nacheinander berechnet und das Ergebnis dem Entscheidungsbereich zugeordnet wird. Zuerst wird der erforderliche Volumenstrom ermittelt, dann der gesamte Druckverlust der Anlage berechnet, anschließend werden diese beiden Werte als Betriebspunkt mit der Ventilatorkennlinie abgeglichen, und schließlich bestimmt die Steilheit der Kennlinie den Ventilatortyp. Wird diese Reihenfolge eingehalten, beruht die Auswahl nicht auf Schätzung, sondern auf zwei Zahlen.

Der erste Schritt ist der Volumenstrom. Das Raumvolumen wird mit der angestrebten Luftwechselzahl multipliziert, und man erhält den Auslegungsvolumenstrom in m³/h. Gehen wir ein Beispiel durch: Ein Bürogeschoss mit 250 m² Grundfläche und 3 Metern Höhe hat ein Volumen von 750 m³. Wird für das Büro ein 4-facher Luftwechsel pro Stunde angestrebt, ergibt sich ein Volumenstrom von 750 mal 4 gleich 3.000 m³/h. Dieser Volumenstrom ist die erste Konstante der Ventilatorauswahl und ändert sich in den folgenden Schritten nicht.

Der zweite Schritt ist der statische Druck. Die Kanalführung desselben Büros bestehe aus 35 Metern geradem Kanal, sechs 90-Grad-Bögen, einem Feinfilter F7 und sechs Lüftungsgittern. Der gerade Kanal ergibt 35 Meter mal 1,0 gleich 35 Pa, die sechs Bögen ergeben etwa 30 Pa, der verschmutzte Filter F7 200 Pa, die Lüftungsgitter zusammen 35 Pa. Insgesamt ergibt sich 35 plus 30 plus 200 plus 35 gleich 300 Pa. Dieser Wert liegt über der Schwelle von 250 Pa.

Der dritte und der vierte Schritt treffen die Entscheidung. Der Betriebspunkt liegt bei 3.000 m³/h Volumenstrom und 300 Pa statischem Druck. Dieser Punkt fällt in den effizienten Bereich des Radialventilators; der Axialventilator kann bei diesem Druck entweder den Volumenstrom nicht liefern oder fällt in den instabilen Einsattelungsbereich. Ergebnis: Für dieses Büro wird ein radialer Kastenventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln gewählt. Bliebe der Volumenstrom gleich, wäre der Kanal aber kürzer und würde der Filter entfallen, sänke der statische Druck auf 70 Pa, und derselbe Volumenstrom würde diesmal mit einem Axialventilator bereitgestellt.

Die Reihenfolge der Schritte ist wichtig, weil jeder Schritt den nächsten einschränkt. Den Volumenstrom vor dem statischen Druck festzulegen sichert den Lüftungsbedarf der Anlage unabhängig von der Diskussion um den Ventilatortyp. Den statischen Druck nach dem Zustand des verschmutzten Filters anzusetzen sorgt dafür, dass der Ventilator den Volumenstrom während seiner gesamten Lebensdauer erbringt. Den Betriebspunkt auf der Kennlinie einzutragen verhindert von vornherein den Fehler, dem Volumenstrom bei freiem Ausblasen aus dem Katalog zu vertrauen. Zur allgemeinen Auslegungslogik der Lüftung finden Sie Hinweise in unserem Beitrag (Details: Was ist HVAC?).

Ventilatormontage und Schalldämmung sind die zweite Ebene, die die tatsächliche Leistung eines richtig gewählten Ventilators vor Ort bestimmt. Selbst ein Ventilator des richtigen Typs erzeugt bei falscher Montage Geräusche, überträgt Schwingungen auf das Bauwerk und liefert nicht den erwarteten Volumenstrom. Deshalb werden nach der Entscheidung für den Ventilatortyp Einbaulage, Schwingungsdämmung, flexible Verbindung und Schalldämpfer jeweils einzeln geplant. Die Montage ist ein untrennbarer Teil der Auswahl.

Die Schwingungsdämmung ist die erste Position. Sowohl Axial- als auch Radialventilator erzeugen im Betrieb Schwingungen; diese Schwingungen gelangen über Gehäuse, Kanal und Aufhängung in den Beton des Gebäudes und sind in entfernten Räumen als Brummen zu hören. Die Lösung besteht darin, den Ventilator auf Feder- oder Gummidämpfer zu setzen und an Ein- und Austritt eine flexible Kanalverbindung anzubringen. Die flexible Verbindung trennt die Schwingungen des Ventilators von der Kanalleitung und unterbindet die Körperschallübertragung deutlich.

Der Schalldämpfer ist die zweite Position und besonders bei Anlagen neben Aufenthaltsbereichen erforderlich. Ein in den Kanal eingesetzter Schalldämpfer mindert den vom Ventilator kommenden Schall über eine absorbierende Oberfläche und bewirkt typischerweise eine Minderung um 10–20 dB(A). Radiale Kastenventilatoren mit gedämmtem Gehäuse unterdrücken den Schall an der Quelle und benötigen deshalb oft weniger zusätzlichen Schalldämpfer; blanke Axialventilatoren verlangen in der Nähe von Aufenthaltsbereichen dagegen fast immer einen Schalldämpfer.

Einbaulage und Klappe sind die dritte Position. Bei axialen Wandventilatoren zeigt die Pfeilrichtung die Ausblasrichtung an; ein verkehrt herum eingebauter Ventilator fördert zwar den Volumenstrom, versorgt den Raum aber nicht oder führt keine Luft ab. Die Rückschlagklappe verhindert, dass bei stehendem Ventilator Außenluft, Kälte und Geruch zurück eindringen. Bei Dachventilatoren verhindern Regenhaube und Klappe, dass Wasser in den Kanal gelangt. Diese Details bestimmen, ob der Ventilator ebenso gut arbeitet, wie er ausgewählt wurde.

Zugang und Wartung sind die letzte Position. Damit Ventilator, Filter und Motor gewartet werden können, muss die Einbaustelle zugänglich sein; vor einem im Deckenzwischenraum abgehängten Kastenventilator wird eine Revisionsklappe vorgesehen. Ein ungewarteter Ventilator verliert durch verschmutzte Schaufeln und zugesetzte Filter sowohl Volumenstrom als auch Ruhe. Die in unserem Ratgeber (Details: Pumpenwartung) beschriebene Wartungslogik lässt sich auch auf Ventilatoren übertragen; dort finden Sie die allgemeinen Grundsätze zur regelmäßigen Wartung.