HEPA-Filter und passende Lüfter

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HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Montag, 15. März 2021 18:37

Hallo,

wenn wir uns eine Filterbank bauen, schauen wir uns ja immer zuerst die Anleitung von Thomas Ederer an.
https://www.orchideenvermehrung.at/lfh/index.htm
Ich möchte hier gern mal ein paar Zusammenhänge besprechen, die meiner Ansicht nach dort zu kurz kommen oder unverständlich sind.

Deswegen soll es hier ausschließlich um Filter, Vorfilter und passende Lüfter gehen. Besprecht andere Details bitte woanders.

Die sonst übliche, aufwändige Berechnung der am Anfang nötigen Leistung des Lüfters findet ihr am Ende dieses Beitrags, wenn es euch interessiert. Viel wichtiger ist es, die auf Dauer nötige Lüfterleistung zu ermitteln, die auch noch bei fast verstopften Filtern ausreicht. Dazu ist nur die Berechnung des gewünschten Volumenstroms nötig. Zusammen mit zwei Werten aus den Datenblättern der Filter ergibt sich alles weitere.

Ich benutze die üblichen Abkürzungen.
mm = Millimeter
cm = Zentimeter
m = Meter
m2 = Quadratmeter
m3 = Kubikmeter
s = Sekunde
h = Stunde
Pa = Pascal (Maßeinheit für Luftdruck)


Der Volumenstrom wird einerseits durch die Geschwindigkeit bestimmt, die der sterile Luftstrom haben soll. Das sind normalerweise 50cm/s, bzw. 0,5m/s. Wichtig ist aber auch die Größe, bzw. die Fläche des Filters. Ein größerer Filter muss schließlich mehr Luft mit 50cm/s bewegen. Wir nutzen folgende Formel:

Volumenstrom [m3/h] = Filterbreite [m] * Filterhöhe [m] * 0,5 m/s * 3600

Die Multiplikation mit 3600 bringt uns von einer Sekunde zu einer Stunde.

Beispiel für einen Filter der Größe 610mm x 305mm:
0,61m * 0,305m * 0,5m/s * 3600 = 334,89m3/h


Werte für gängige Filtergrößen:
305mm x 305mm: 167,45 m3/h
610mm x 305mm: 334,89 m3/h
610mm x 610mm: 669,78 m3/h
762mm x 610mm: 836,68 m3/h
1220mm x 610mm: 1339,56 m3/h


Diesen Wert nenne ich ab jetzt Zielvolumenstrom.

Sowohl der HEPA- als auch der Vorfilter werden bei Benutzung mit der Zeit immer weiter verschmutzen. Dadurch steigen die Druckdifferenzen (bzw. der nötige Druck, damit genügend Luft durchkommt) der Filter so lange an, bis sie einen von den Herstellern als Enddruckdifferenz bezeichneten Maximalwert erreichen und einer oder beide Filter ausgetauscht werden müssen. Für unseren HEPA-Hauptfilter wären das 600 Pa und für den Feinstaub-Vorfilter 400 Pa. Im ungünstigsten Fall, wenn beide Filter gleichzeitig am Ende sind, macht das insgesamt 1000 Pa.

Wir suchen also einen Lüfter, der bei einem Gegendruck von 1000 Pa noch in der Lage ist, unseren Zielvolumenstrom zu liefern.

Den passenden Lüfter erkennen:
Bei so viel Druck und Gegendruck kommen nur Radiallüfter in Frage.
Wir schauen uns nun nach solchen um, bei denen es im Datenblatt oder der Beschreibung ein Diagramm mit einer Kennlinie gibt. In diesem Diagramm suchen wir auf der unteren waagerechten Achse nach unserem Zielvolumenstrom und können senkrecht darüber ablesen, welchen Druck der Lüfter dabei liefern kann. Liegt der ungefähr bei der Summe der Maximalwerte für beide Filter oder darüber, also >= 1000 Pa, haben wir einen perfekten Kandidaten gefunden.

Beispiel für einen Filter der Größe 762mm x 610mm:
Wir berechnen den Zielvolumenstrom oder schauen oben in der Tabelle nach und erhalten ca. 840 m3/h.
Im Diagramm mit der Kennlinie des Lüfters schätzen wir ab, wo 840 m3/h auf der unteren waagerechten Achse liegt und denken uns eine senkrechte Linie nach oben, die ich hier rot markiert habe. Sobald diese Linie auf die Kennlinie trifft, denken wir uns eine waagerechte Linie nach links, hier blau, um auf der senkrechten Achse den Druck abzulesen.
s-l1600.jpg


Den Lüfter passend einstellen:
Um den Lüfter anfangs bremsen und mit der Zeit wieder beschleunigen zu können, benötigen wir zusätzlich einen Drehzahlregler, der zum Motor des Lüftes passt. Praktischerweise werden Lüfter und Drehzahlregler oft zusammen angeboten. Ist nun alles zusammengebaut, lassen wir den Lüfter erstmal sehr langsam starten und beschleunigen ihn, bis Luft aus dem Filter strömt. Nun könnte man die Geschwindigkeit des Luftstroms mit einem Thermo-Anemometer messen, doch so etwas ist teuer und geht auch einfacher mit einem Zollstock und einem kleinen Stück Watte. Wenn wir den Zollstock bis auf 60 cm aufklappen, in Richtung des Luftstroms hinlegen, mit der Null direkt am Filter und die Watte etwas auseinanderzupfen, können wir den Wattebausch direkt am Filter loslassen und sehen, wie weit er in einer Sekunde fliegt. Zur einfachen Zeitmessung können wir mit einem Smartphone im Internet nach einem Online-Metronom suchen. Dort geben wir bei "BPM" 60 ein und starten. Voila, es knackt einmal pro Sekunde. Nun lassen wir die Watte los, wenn es knackt und schauen, wie weit sie bis zum nächsten Knacken kommt. Wenn wir das ein paarmal wiederholen, können wir die Geschwindigkeit des Luftstroms einschätzen und den Lüfter nachregeln, bis wir bei 50 cm pro Sekunde angekommen sind.


Sparmaßnahmen:
Falls der perfekte Lüfter teuer oder schwer zu finden ist, reichen womöglich auch bis zu 40% weniger Leistung. Zum Einen wird es wohl nicht oft vorkommen, dass beide Filter gleichzeitig komplett verstopft sind. Zum Anderen müssen die 50 cm/s sicher nicht unbedingt bis zur letzten Sekunde erreicht werden. Selbst bei 40cm/s und wahrscheinlich auch bei 30 cm/s kann man noch gut vor dem HEPA arbeiten. Dann würde nämlich auch ein Lüfter in Frage kommen, der bei unserem Zielvolumenstrom mindestens 60% der addierten Enddruckdifferenzen leistet. Im Beispielfall mit einer Filtergröße von 610mm x 305mm müsste er bei 335 m3/h mindestens 600 Pa Druck erzeugen können.


LG, Carsten



Hier noch Links zu den Daten der Filter von Luftfilterbau:
Produktreihe 1:
http://www.luftfilterbau.de/cms/upload/ ... oSF-AL.pdf

Produktreihe 2:
https://www.luftfilterbau.de/cms/upload ... ro%20S.pdf

Vorfilter:
https://www.luftfilterbau.de/cms/upload ... tten-M.pdf


_________________________________________________________________________________


Die am Anfang nötige Leistung des Lüfters:
Im folgenden möchte ich zeigen, wie man die minimal nötige Leistung des Lüfters für frisch verbaute neue Filter herausbekommt. Die Berechnung des Volumenstroms hatten wir ja schon weiter oben.

Der HEPA-Filter ist ja die Hauptsache, deswegen fange ich damit an.
Hat man das passende Modell und die beste Größe für sich gefunden, sind für die Berechnung der Lüfterleistung zwei Dinge wichtig. Das ist einmal das Volumen des sterilen Luftstroms, der später aus dem Filter kommen soll und dann der Widerstand, den der Filter dem Lüfter entgegensetzt.
So, nun heißt es, wachsam zu sein! Damit dieses Luftvolumen pro Stunde durch den Filter strömt, muss der Lüfter einen gewissen Druck aufbauen. Wieviel genau, hängt von dem jeweiligen Filtermodell, seiner Größe und seinem Alter ab.
In der Lüftungstechnik wird hierzu gern als Beispiel eine Druckdifferenz (Pressure Drop) angegeben, die zwischen den beiden Seiten des Filters herrschen muss, damit der sogenannte Nennvolumenstrom (Nominal Airflow) fließt. Dieser ist leider nicht identisch mit dem Zielvolumenstrom, den wir später haben wollen.

In Datenblättern sieht man auch oft die Angabe "Anfangsdruckdifferenz". Damit ist die Druckdifferenz beim Nennvolumenstrom gemeint, solange der Filter noch neu und sauber ist. Die "Enddruckdifferenz" gibt an, bei welchem Gegendruck der Filter verstopft und nicht mehr brauchbar ist.
Jetzt müssen wir beim Hersteller des Filters ein Diagramm finden, in dem die Druckdifferenz des Filters bei verschiedenen Volumenströmen ablesbar ist. Dort suchen wir auf der waagerechten Achse entweder nach unserem späteren Volumenstrom, nach 0,5m/s oder nach dem Prozentwert, den wir mittels
Zielvolumenstrom / Nennvolumenstrom * 100
erhalten.
Die Höhe der Kurve über dieser Stelle verrät uns nun die Druckdifferenz, die der Lüfter überwinden muss, damit wir unsere 50cm/s bekommen. Diesen Wert merken wir uns.

Beispielfilter: HS-Mikro SF 610mm x 305 mm
Im Datenblatt für die HS-Mikro SF Filter finden wir eine Anfangsdruckdifferenz von 260 Pa bei einem Nennvolumenstrom von 540 m3/h. Weiter unten befindet sich ein Diagramm. Dort schauen wir uns die oberste Kurve an.
Unser Prozentwert ist 335 m3/h / 540 m3/h * 100 = 62%.
Über 62% beträgt der Wert ungefähr 140 Pa.



Nun zum Vorfilter. Sein Zweck ist einzig und allein, den teuren HEPA-Filter vor frühzeitiger Verschmutzung zu bewahren und zuerst zu sterben bzw. zu verschmutzen. Daher sollte er ein richtiger Feinstaubfilter sein, aber eben ein günstiger, wie der Typ M5, den man dann in kürzeren Abständen ersetzt als den Hauptfilter. So ein Feinstaubfilter ist zum Teil sehr dicht gewebt, damit auch kleinste Partikel hängen bleiben. Daher ist hier natürlich zusätzlicher Druck nötig und auch dessen Wert kann man ermitteln.
Wie eben beim HEPA bekommt man vom Hersteller Werte für eine Anfangsdruckdifferenz und einen dazugehörigen Nennvolumenstrom geliefert. Hierbei wurde von einem ganzen Quadratmeter Filterfläche ausgegangen.

Beispiel: M5-Feinstaubfilter HS-E/360: 60 Pa bei 2520 m3/(h*m2)
Da im Datenblatt die Nennströmung zusätzlich mit 0,7 m/s angegeben ist und im darunter befindlichen Diagramm sogar noch eine Skala für die Strömung unter der X-Achse ist, müssen wir gar nichts rechnen, sondern nur noch ablesen, auf welcher Höhe sich die unterste blaue Linie über 0,5 m/s befindet.
Das Ergebnis ist dann die Anfangsdruckdifferenz bei unserem Zielvolumenstrom und beträgt 43 Pa.
Diesen Wert merken wir uns ebenfalls und addieren ihn zur Druckdifferenz, die wir beim HEPA-Filter herausbekommen hatten.

Die Summe aus beiden ist der Druck, den der Lüfter aufwenden muss, um den Zielvolumenstrom durch Vorfilter und Hauptfilter zu blasen, mit anderen Worten das Minimum an Lüfterleistung, welches wir benötigen.

140 Pa + 43 Pa = 183 Pa

Anfangs... das gilt also nur solange, wie Vor- und Hauptfilter neu und sauber sind.

Hier jetzt - wie in vielen Tutorials - den Wert für den Vorfilter nicht zu berechnen und zu sagen, es reicht, ich nehme einen Lüfter, der ein bisschen stärker ist und regele ihn anfangs herunter, finde ich zu hastig. Da ist die Gefahr groß, dass "ein bisschen stärker" viel zu klein ausfällt und der mühsam gebauten Filterbank viel zu schnell die Puste ausgeht. Wenn man aber an diesem Punkt ein wenig weiter denkt, findet man schnell heraus, wie stark der ideale Lüfter sein müsste.
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von mariapilz » Montag, 15. März 2021 19:04

oh! wau!
ziemlich ordnungsliebender Mensch du. Gut,wenn es wenigstens einer ist.
Mycelio hat geschrieben: Montag, 15. März 2021 18:37 Ist das nachvollziehbar und fehlerfrei?
puh! eher nicht...Und weiß nicht.

Du gibst dir echt viel Mühe! Danke dafür. Die größte Hilfe für mich wäre, wenn du sagen würdest: "zu Filter xy - Größe sowiso - von Firma.... braucht diesen Lüfter.

Für die (3) gängigsten Größen. ... Wäre vielleicht viel Werbung. ..na ja.
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Montag, 15. März 2021 21:26

mariapilz hat geschrieben: Montag, 15. März 2021 19:04 oh! wau!
ziemlich ordnungsliebender Mensch du. Gut,wenn es wenigstens einer ist.
Oh danke, auch für das Feedback! Wenn du wüsstest... Hier fällt mir Ordnung irgendwie leichter. :lol:

mariapilz hat geschrieben: Montag, 15. März 2021 19:04 Die größte Hilfe für mich wäre, wenn du sagen würdest: "zu Filter xy - Größe sowiso - von Firma.... braucht diesen Lüfter.
Schade, leider bin ich kein Lexikon für Lüfter, Anbieter und Preise. Es fehlt einfach noch eine Suchmaschine für Lüfter.

Momentan sieht es für mich mehr und mehr so aus, als wäre allein die Größe bzw. Fläche des Filters ausschlaggebend. Und dann ist nur noch eine einzige Berechnung nötig:

Volumenstrom [m3/h] = Filterbreite [m] * Filterhöhe [m] * 0,5 m/s * 3600

Wobei man das ja nur einmal ausrechnen und in eine Tabelle schreiben kann.
Später können dann alle in der Tabelle nachschauen und wissen bei soundsovielen Kubikmetern pro Stunde muss der Lüfter soundsoviel Druck erzeugen.

Nenn mir doch spaßeshalber mal einen Filter, bzw. eine Filtergröße, die dich interessiert.
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von mariapilz » Montag, 15. März 2021 21:46

vor langer Zeit habe ich mir bei dem hier ein Lesezeichen gesetzt:

https://luftfilter.kaufen/epages/ncs254 ... 0-M078E080
Mycelio hat geschrieben: Montag, 15. März 2021 21:26 Nenn mir doch spaßeshalber mal einen Filter, bzw. eine Filtergröße, die dich interessiert.
viel Spaß
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von mariapilz » Montag, 15. März 2021 23:11

und wenn du gerade dabei bist ....

https://luftfilter.kaufen/epages/ncs254 ... 0-M078E585

die Größe würde mich auch interessieren 🙈
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Montag, 15. März 2021 23:22

OK, die Größe war ja schon in der Tabelle.
Der Lüfter muss dann in seiner Kennlinie bei 670 Kubikmetern pro Stunde mindestens 600, besser mindestens 700 Pascal Druck erzeugen können.
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Montag, 15. März 2021 23:52

Da muss es schon ne Nummer größer sein.
Ein Lüfter wie der hier sollte passen:
https://www.ebay.de/itm/TURBO-Zentrifug ... 4360504189
Auf dem ersten Bild mit den Kurven ist es die Kennlinie POBRA 180-70(2).
Bei 670 m3/h macht er über 1100 Pa.
Drehzahlregler ist dabei und auch ein Adapter für einen Flex-Schlauch. Damit kannst du das Teil in eine schallgedämmte Kiste hängen, einen Schlauch zur Druckkammer legen und hast deine Ruhe.
Einfach so ist der bestimmt sehr laut.
LG
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Montag, 15. März 2021 23:54

mariapilz hat geschrieben: Montag, 15. März 2021 23:11 und wenn du gerade dabei bist ....

https://luftfilter.kaufen/epages/ncs254 ... 0-M078E585

die Größe würde mich auch interessieren 🙈
Mal sehen...
Bei dem muss man bei ca. 840 m3/h nachschauen.
... und der selbe Lüfter sollte auch hier passen.
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von mariapilz » Dienstag, 16. März 2021 01:01

Na das ist eine Antwort! Jetzt kenne ich mich aus. Danke.

Jetzt hadere ich noch mit ein paar Sachen. Es ist nicht der Aufbau. (...Beim Thema bleiben ..Maria) Es ist der Nutzen den er mir bringen soll. Ich habe eine gute Methode ohne hepa zu impfen. Aber das ist eine andere Geschichte.

Danke jedenfalls Carsten
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Dienstag, 16. März 2021 02:05

Gern geschehen und immer mit der Ruhe Maria.
Bzgl. der Filter-Lüfter-Berechnungen verstehe ich ja gerade erst den Sinn. Da solltest du auf keinen Fall sofort loslegen! Bei dem Lüfter müsstest du wahrscheinlich aufpassen, dass du ihn immer stark drosselst. Voll aufgedreht ist er nämlich fast so stark wie der von Martin auf höchster Stufe, bloß 15% fehlen da noch. Dafür du kannst ihn stufenlos regeln und er ist nicht ganz so laut.
Und zumindest hast du jetzt alle Infos beisammen, so dass du bei Bedarf anfangen kannst.
LG
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycomane » Dienstag, 16. März 2021 21:37

Sehr schöner Thread Carsten! :!: :D
Habe es mir noch nicht ganz gründlich durchgelesen, aber du hast auf jeden Fall alles ausführlich recherchiert!
Werde mir deine Berechnungen zu Herzen nehmen, wenn ich meine nächste (mobile) Box baue. :idea:
Vielen Dank für deine Mühe!!
Von deinen Überlegungen werden sicherlich viele profitieren!!!

Beizeiten werde ich mich noch für Fragen an dich wenden, falls das ok ist.

LG, Fabian
Fruchtbar ist die Hyphe noch ... aus der da einst die Spore kroch ...
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Mittwoch, 17. März 2021 01:34

Danke Fabian.
Ich war am Ende meiner Recherchen selbst überrascht, dass man eigentlich nur den Volumenstrom passend zur Filtergröße berechnen muss und dass es Richtwerte für die Druckdifferenz an verstopften Filtern gibt.
Mycomane hat geschrieben: Dienstag, 16. März 2021 21:37 Von deinen Überlegungen werden sicherlich viele profitieren!!!
Das hoffe ich doch.
Mycomane hat geschrieben: Dienstag, 16. März 2021 21:37 Beizeiten werde ich mich noch für Fragen an dich wenden, falls das ok ist.
Gern, wobei der Plan eigentlich der war, dass sich alle zuerst hier informieren, nicht dass mich alle fragen. :wink:
In ein paar Tagen werde ich sowieso nochmal schauen, ob ich den Text oben hier und da vereinfachen kann. Die Beschreibung einer simplen Testmethode für die Geschwindigkeit der ausströmenden Reinluft wäre auch schön.
Nebenbei wüsste ich gern, wie ich erkenne, dass mein Vorfilter ausgetauscht werden muss.
...und wie ich dann meine Druckkammer wieder auf bekomme. :lol:
LG
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von mariapilz » Mittwoch, 17. März 2021 07:54

Mycelio hat geschrieben: Montag, 15. März 2021 23:52 Da muss es schon ne Nummer größer sein.
Ein Lüfter wie der hier sollte passen:
https://www.ebay.de/itm/TURBO-Zentrifug ... 4360504189
Auf dem ersten Bild mit den Kurven ist es die Kennlinie POBRA 180-70(2).
Bei 670 m3/h macht er über 1100 Pa.
Drehzahlregler ist dabei und auch ein Adapter für einen Flex-Schlauch. Damit kannst du das Teil in eine schallgedämmte Kiste hängen, einen Schlauch zur Druckkammer legen und hast deine Ruhe.
Einfach so ist der bestimmt sehr laut.
LG
der link wird irgendwann weg sein daher habe ich das herauskopiert:

TURBO Zentrifugal Radialgebläse Radialventilator Radiallüfter 1950m³/h 230V

denn das sucht man ja. Wenn ich das jetzt geschnallt habe, muss ich aber künftig doch auf die "Pa" achten. Denn nicht jeder Lüfter der einen Durchsatz von 1950 m3 hat, schafft auch den Druck.

Also nach ca. 2000 m3 Luftdurchsatz suchen, dann das Datenblatt mit der *kurve anschauen. Bei 1950 m3 sollte dann bei der Kurve ein bestimmter "Druckwert" stehen. Welcher nochmal?😨


Merke: das hier beschriebene bezieht sich auf den Filter:
HS-Mikro SF-AL, Gr.:762x610x78 mm, EN 1822 Kl. H14
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von Mycelio » Mittwoch, 17. März 2021 21:06

Vergiss mal kurz die 1950 m3/h. Die sind der Maximalwert, den dieser Lüfter nur dann schafft, wenn überhaupt kein Gegendruck zu überwinden ist.

Genau, du suchst einen bestimmten Druckwert, aber an einer bestimmten Stelle.
Diese Stelle entspricht dem Volumenstrom, der später aus deinem Filter kommen soll. Für uns hängt er ausschließlich von der Filtergröße ab, also von der Fläche der Außenseite. Schau einfach nochmal in den ersten Beitrag in die kleine Tabelle. Da findest du bei 762mm x 610mm den Wert 840 m3/h.
Die 840 m3/h sind sozusagen der Ort, an dem du den Druck suchst.
Jetzt schaust du ins Datenblatt und suchst im Diagramm mit der Kennlinie unten auf der waagerechten Achse, wo sich die 840 m3/h ungefähr befinden. Dann gehst du von dort senkrecht nach oben, bis du die Kurve triffst. Auf genau dieser Höhe kannst du dann links an der senkrechten Achse den Wert für den Druck ablesen, also ca. 1075 Pa. Oben gibt es jetzt auch ein Bild dazu.

Nach meinen bisherigen Erkenntnissen ist alles über 1000 Pa perfekt.
D.h. selbst wenn Filter und Vorfilter so verstaubt sind, dass sie dringend ausgetauscht werden müssen, kann der Lüfter immer noch genügend Luft durchblasen.

PS:
Die genaue Typbezeichnung des Lüfters ist POBRA 180-70(2). Inzwischen tauchen auch neue Angebote auf, bei denen zusätzlich zum Drehzahlregler und Schlauchanschluss auch noch 5m Flexschlauch dabei sind.
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Re: HEPA-Filter und passende Lüfter

Beitrag von fabi » Samstag, 20. März 2021 20:13

Mycelio hat geschrieben: Mittwoch, 17. März 2021 01:34 Die Beschreibung einer simplen Testmethode für die Geschwindigkeit der ausströmenden Reinluft wäre auch schön.
Die Geschwindigkeit ist gar nicht so das wichtigste.
Im Prinzip ist ja das Ziel eine laminare Strömung zu bekommen. Wenn sie turbulent ist, mischt sich wieder ungefilterte Luft in den Strom.

Ich hätte einen Tipp wie man recht einfach testen kann ob die Strömung laminar oder turbulent ist.
Man nimmt einen Faden oder Streifen dünnes Papier oder ähnliches, befestigt es an einem Stock, Draht oder sonstwas und hält es in den Luftstrom. Wenn der Faden flattert ist die Strömung turbulent, wenn er ruhig gleitet ist sie laminar.
Ich muss aber zugeben, dass ich das bisher selber noch nicht getestet hab.
Ich kenn das nur vom segeln, da sind an den Segeln an manchen Stellen stellen so Fäden an denen man erkennen kann wie die Strömung ist..
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