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Physik beim Ventilator-Design - Auswirkungen auf die Akustik

18/11/2025

Ventilatoren sind komplexer als man denkt

Im Alltag nehmen wir oft nicht wahr, wie entscheidend die sogenannten Affinitätsgesetze sind, die Beziehungen zwischen Drehzahl, Luftmenge, Druck und Energieverbrauch festlegen.

Diese Gesetze besagen konkret:
1) Der Volumenstrom (also wie viel Luft bewegt wird) wächst proportional mit der Drehzahl des Ventilators.

2) Der statische Druck steigt mit dem Quadrat der Drehzahl.

3) Die benötigte Leistung nimmt sogar mit der dritten Potenz der Drehzahl zu.

Das bedeutet:

Eine Halbierung der Drehzahl bewirkt nur noch 50 % des Volumenstroms, 25 % des Drucks und etwa 12,5 % des Energieverbrauchs.

Da diese Zusammenhänge nicht linear sind, ist es wichtig, sie für eine effiziente Auslegung und Steuerung von Ventilatoren zu nutzen. Eine angepasste Drehzahl ermöglicht es, den Luftstrom flexibel einzustellen und dabei erheblich Energie zu sparen.

Einfluss der Affinitätsgesetze auf die Akustik

*Drehzahl und Schallleistung:*
Weil der Druck mit dem Quadrat und die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl zunimmt, steigt bei höherer Drehzahl auch der Geräuschpegel deutlich an. Wenn die Drehzahl reduziert wird, verringert sich somit nicht nur der Energiebedarf, sondern auch die Lautstärke erheblich.

*Akustische Optimierung durch Drehzahlregelung:*
Die gezielte Steuerung der Drehzahl erlaubt es, den Luftstrom bedarfsgenau zu regeln und zugleich die Schallemissionen niedrig zu halten – besonders wichtig in Büros oder Wohnräumen, wo leise Lüftung gefragt ist.

*Strömungsbedingte Geräuschquellen:*
Neben der Drehzahl spielen das Design des Gehäuses, die Form der Lüfterblätter und die Größe der Spalte eine große Rolle für die Aero-Akustik. Computergestützte Simulationen (CFD oder FEM-Modelle) zeigen, dass Turbulenzen im Rotorbereich und bestimmte Gehäuseelemente wichtige Quellen für Geräusche sind. Mit Hilfe der Affinitätsgesetze lassen sich Betriebsparameter so wählen, dass diese Effekte möglichst gering ausfallen.

*KI-Gestützte Steuerung:*
Moderne Steuerungssysteme setzen die Affinitätsgesetze ein, um mit intelligenten Algorithmen die Drehzahl flexibel an die aktuellen Anforderungen anzupassen. So entsteht ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Luftstrom, Energieeffizienz und leisem Betrieb.

Fazit
Dank der Affinitätsgesetze lässt sich die Drehzahl optimal regeln, wodurch sowohl der Luftstrom effizient gesteuert als auch die Geräuschentwicklung minimiert werden kann. Im modernen Ventilator-Design nutzt man diese Prinzipien, um technische Maßnahmen wie Drehzahlanpassung und Gehäuseoptimierung umzusetzen und so eine energieeffiziente und leise Lüftung zu gewährleisten.

Ventilatoren Design - Affinitätsgesetz

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Kaltgang- und Warmgang-Einhausungen

10/11/2025

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Kaltgang- und Warmgang-Einhausungen sind technische Lösungen, die in Rechenzentren zur Verbesserung der Energieeffizienz und Stabilität der Kühlung eingesetzt werden.

Nach dem gleichen Prinzip der Trennung der Luftkammern bei unseren Schalllösungen für Wärmeprumpen und Kälteanlagen, gilt es einen Luftkurzschluss, respektive Vermischung von Kalt- und Warmluft zu vermeiden um die Energieeffizienz zu steigern.

Kaltgangeinhausung:
Die Kaltgangeinhausung (Cold Aisle Containment) gewährleistet eine gezielte Trennung zwischen dem Bereich mit zugeführter, gekühlter Luft (< 18 °C) und den warmen Zonen. Dadurch wird das Eindringen von Warmluft in den Kaltgang unterbunden und ein Anstieg der Temperatur vermieden. IT-Racks entnehmen an der Vorderseite kühle Luft und geben diese nach der Erwärmung an der Rückseite wieder ab, was zu einer kontrollierten Luftführung beiträgt. Diese klare Abgrenzung reduziert die Energiekosten und verhindert Überhitzung sowie Störungen der Hardware.

Warmgangeinhausung:
Bei der Warmgangeinhausung erfolgt die Sammlung und gezielte Ableitung der warmen Abluft aus den Rack-Rückseiten innerhalb eines abgeschlossenen Gangsystems. Damit wird die Kühlleistung optimiert. Die abgeführte Warmluft kann effizient entsorgt oder auch für Wärmerückgewinnungsanlagen verwendet werden.

Die modular aufgebauten Einhausungen können flexibel an die Anforderungen moderner Rechenzentren angepasst werden.

Vorteile der Einhausungssysteme:

·      Reduktion der Energiekosten und des CO₂-Ausstoßes durch verbesserte Nutzung der Kühlressourcen
·      Höhere Betriebssicherheit für IT-Komponenten dank konsequenter Temperaturkontrolle
·      Verlängerte Lebensdauer der Hardware und einfachere Skalierbarkeit der IT-Infrastruktur
·      Individuelle Kombinierbarkeit der Module (Dach-, Tür-, Schott- und Blindplatten).

Für Rechenzentrums-Einhausungen sind insbesondere Materialien geeignet, die mechanische Stabilität, zuverlässigen Brandschutz und Pflegeleichtigkeit bieten.

Typische Materialien:
Modulare Aluminiumprofile bilden den stabilen Grundrahmen und gewährleisten Langlebigkeit sowie klar definierte Brandschutzwege. Wand- und Deckenpaneele werden häufig aus pulverbeschichtetem Aluminium oder widerstandsfähigen Kunststoffplatten wie Makrolon, Exolon und Plexiglas gefertigt, die Lichtdurchlässigkeit und Robustheit vereinen. Flexible Vorhanglösungen bestehen aus brandschutzzertifizierten Kunststoffen (PVC, Polycarbonat oder Spezialfolien) und eignen sich besonders für agile, kosteneffiziente und schnell umbaubare Einhausungen.

Weitere Eigenschaften:
Die eingesetzten Materialien sollten leicht zu reinigen sein, um die optimale Kühlleistung nicht durch Staub oder Ablagerungen zu beeinträchtigen. Alle Komponenten müssen den geltenden Brandschutzbestimmungen entsprechen, um Sicherheit im Brandfall sicherzustellen. Für spezielle Anforderungen, etwa zur Schalldämmung, kommen zusätzlich Akustikschaumstoffe oder Glasfaserplatten zum Einsatz.

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