Psst! Warum flüsterleise Ventilatoren wichtig sind

Wie können leise Ventilatoren die Umweltqualität in Innenräumen verbessern, die Gesundheit der Menschen schützen und die globalen CO2-Emissionen verringern? Hier ist ein Bericht der neuesten Ventilatorenforschung.

Heutzutage verbringen die meisten Menschen den Großteil ihrer Zeit in Innenräumen. Die Umweltqualität in Innenräumen (IEQ) gewinnt daher immer mehr an Bedeutung. Wenn wir über IEQ nachdenken, denken wir normalerweise an Temperatur, CO2-Gehalt und Luftfeuchtigkeit. Es ist jedoch erwiesen, dass die Schallqualität ein wichtiger Faktor für ein angenehmes Raumklima ist. Lärm kann die Gesundheit direkt schädigen, indem er Hörverlust und Tinnitus verursacht, aber auch indirekt durch Schlafstörungen und Stress. All dies wirkt sich auf die Leistungsfähigkeit und das Wohlbefinden aus. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass sich Lärm nachteilig auf das Lesen und Schreiben auswirkt und dass die kognitive Entwicklung von Kindern durch chronische Lärmbelastung beeinträchtigt wird.

Wie können wir ein Geräusch beschreiben?

Die heutigen Anforderungen regeln den Lärmpegel im Gebäude, ein normaler Wert ist 30 dB(A). Aber wie klingen 30 dB(A)? Die Klangeigenschaften hängen mit den Tonfrequenzen zusammen, d. h. man kann Tongeräusche mit niedriger Frequenz, mit hoher Frequenz oder nur Breitbandgeräusche haben, die die Anforderung von 30 dB(A) erfüllen. Dieses Thema wurde in einem Projekt des schwedischen Forschungsinstituts RISE untersucht. Es wurden verschiedene Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) eingerichtet und gemessen, wobei jede Anlage die 30 dB(A)-Anforderung erfüllen musste.

Hier können Sie sich 3 verschiedene Anlagen mit unterschiedlichen Geräuscheigenschaften anhören:

Sie alle erfüllen die 30 dB(A)-Anforderung, klingen aber recht unterschiedlich. Vielleicht ist es an der Zeit, die Anforderungen zu ändern und auch die Klangeigenschaften zu berücksichtigen.

Die Gesundheit von Millionen von Menschen wird durch lärmbedingte Krankheiten beeinträchtigt. Lebensstilbedingte Krankheiten hängen normalerweise mit Stress, ungesunder Ernährung und einem nicht aktiven Lebensstil zusammen. Eine WHO-Studie hat jedoch gezeigt, dass eine langfristige Lärmbelastung die autonomen und hormonellen Systeme im menschlichen Körper beeinträchtigen kann, was zu Symptomen wie Herzstillstand, Bluthochdruck, Hörverlust und psychischen Störungen führt.

Minimierung des Geräuschpegels von Ventilatoren

Die Struktur moderner Gebäude ist sehr gut in der Lage, den Außenlärm durch Verkehr usw. zu reduzieren, und in den letzten Jahren wurden erhebliche Verbesserungen erzielt, aber der Innenlärm von HLK-Systemen ist schwieriger zu isolieren. Lüftungsventilatoren sind hier die vorherrschende Lärmquelle, und oft werden Schalldämpfer installiert, um den Lärm zu reduzieren, aber der zusätzliche Druckabfall erhöht den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen. Das Geräusch ist in der Regel tonal und ändert sich mit der Ventilatordrehzahl. Bei Systemen mit variablem Luftvolumen (VAV) ändert sich die Ventilatordrehzahl kontinuierlich, um dem Bedarf gerecht zu werden; das bedeutet, dass sich das tonale Geräusch kontinuierlich über einen breiten Frequenzbereich ändert. Schalldämpfer sind gut geeignet, um Breitbandgeräusche zu absorbieren, aber nicht so gut bei tonalen Geräuschen. Es ist möglich, einen Schalldämpfer für eine bestimmte Tonfrequenz zu entwerfen, aber nicht für einen breiten Bereich von Tönen.

Um eine Lösung für diese Probleme zu finden, hat Swegon mit der Chalmers University of Technology zusammengearbeitet und meine industrielle Doktorarbeit mit dem Titel "eine numerische Methode zur Vorhersage und Minimierung von Ventilatorgeräuschen" gesponsert. Diese Studie zielt darauf ab, die für die Geräuschentwicklung von Radialventilatoren verantwortlichen Quellen zu identifizieren und zu verringern.

Die Quellen sind nun identifiziert und die Ergebnisse wurden in einer der renommiertesten Fachzeitschriften auf diesem Gebiet veröffentlicht: Physics of Fluids. Der Artikel wurde von den Herausgebern sogar als "Editors pick" ausgewählt. Sie können den Artikel hier finden.

Was lernen wir aus dieser Studie?

Natürlich muss zwischen dem rotierenden Laufrad und dem festen Einlasskanal ein kleiner Spalt vorhanden sein. Aufgrund des dort herrschenden Druckunterschieds wird die Luft durch diesen Spalt gedrückt. Wenn die durch den Spalt strömende Luft auf die Hauptströmung im Laufrad des Ventilators trifft, entsteht eine Turbulenz (grünes Rechteck, Abbildung A). Diese Turbulenz (in Abbildung B blau eingefärbt) entwickelt sich zusammen mit der Lüfterhaube, wird stromabwärts gefegt und schneidet sich mit der Vorderkante der Lüfterschaufel (orangefarbenes Rechteck in Abbildung B). Diese Wechselwirkung führt zu einer ungleichmäßigen und instationären Oberflächendruckverteilung zwischen den Schaufeln. Die Oberfläche in diesen Bereichen schwankt in einem weiten Amplitudenbereich, was zu tonalen Geräuschen führt. Dies bedeutet, dass die Quelle des Lüftergeräuschs identifiziert wurde (roter Bereich in Abbildung C).