Episode 44: CFD in der Ablufttechnik – Warum bunte Pfeile oft nichts mit der Realität zu tun haben

00:00:00: Willkommen zur Luftpost von Sven Rentschler. In diesem Podcast geht es um gesunde Luft,

00:00:06: moderne Lüftungstechnik und intelligente Lösungen für Industrie, Gewerbe und Küchen.

00:00:11: Diese Folge ist Teil unserer KI unterstützten Wissensreihe. Dafür bündeln wir Inhalte aus

00:00:18: zahlreichen Blogartikeln, Videos und Projekten von REVEN und bereiten sie strukturiert und

00:00:24: verständlich für euch auf. In den nächsten Minuten führt euch eine ruhige Erzählerstimme

00:00:30: durch dieses Thema und fasst unser gesammeltes Wissen kompakt zusammen. Viel Spaß bei dieser

00:00:36: Luftpost Episode. CFD in der Abluftechnik. Warum bunte Pfeile noch lange keine Wahrheit sind.

00:00:50: Einleitung. Warum dieses Thema so wichtig ist. Willkommen zu einer neuen Episode rund um

00:00:58: Lüftungstechnik, Luftreinhaltung und die Frage, was in der Praxis wirklich passiert und was oft

00:01:04: nur auf dem Papier gut aussieht. In dieser Folge sprechen wir über ein Thema, das in der Abluftechnik

00:01:10: immer wichtiger wird, gleichzeitig aber auch für erstaunlich viele Missverständnisse sorgt,

00:01:16: nämlich das Thema CFD, also Computational Fluid Dynamics oder auf Deutsch die numerische

00:01:23: Strömungssimulation. Und wir schauen uns dabei nicht nur an, was CFD eigentlich ist,

00:01:29: sondern vor allem, wo in der Praxis Dinge zu stark vereinfacht dargestellt werden,

00:01:34: wo falsche Annahmen entstehen und warum genau das später zu echten Problemen führen kann. Denn

00:01:41: eines lässt sich gleich zu Beginn festhalten. Nicht alles, was technisch aussieht, hat auch

00:01:46: wirklich etwas mit der physikalischen Realität zu tun. Was bedeutet CFD überhaupt? CFD steht

00:01:56: für Computational Fluid Dynamics, also numerische Strömungsmechanik, und beschreibt im Kern die

00:02:02: Möglichkeit, mithilfe von Computern physikalischen Modellen und mathematischen Verfahren zu berechnen,

00:02:08: wie sich Gase oder Flüssigkeiten tatsächlich verhalten. Und genau hier liegt der entscheidende

00:02:14: Unterschied zu vielen Darstellungen, die man im Alltag sieht. Denn bei CFD wird nicht angenommen,

00:02:19: wie sich Luft bewegen könnte, sondern es wird berechnet, wie sie sich unter definierten

00:02:24: Randbedingungen wirklich verhält. Was bedeutet, dass wir es hier nicht mit einer grafischen

00:02:29: Interpretation zu tun haben, sondern mit einer physikalisch fundierten Analyse,

00:02:34: die auf realen Gesetzmäßigkeiten basiert? Das zentrale Problem – die Illusion der

00:02:41: einfachen Darstellung. Wenn man sich heute technische Präsentationen, Planungsunterlagen

00:02:47: oder auch Marketingmaterialien anschaut, dann begegnet man sehr häufig Darstellungen von

00:02:52: Luftströmungen, die auf den ersten Blick sehr überzeugend wirken, weil sie klar strukturiert

00:02:57: sind, mit Pfeilen arbeiten und scheinbar eindeutige Strömungsrichtungen zeigen. Und

00:03:03: genau hier liegt das Problem. Denn in vielen Fällen handelt es sich dabei nicht um echte

00:03:08: Strömungsanalysen, sondern um vereinfachte oder sogar frei angenommene Darstellungen,

00:03:13: die zwar erklären sollen, wie etwas funktioniert, aber nicht unbedingt zeigen, wie es tatsächlich

00:03:19: funktioniert, wodurch sich in der Praxis Bilder festsetzen, die mit der Realität oft nur wenig

00:03:25: zu tun haben. Warum unser Gehirn uns hier täuscht

00:03:29: Ein interessanter Aspekt ist dabei, dass unser Gehirn genau solche Darstellungen liebt, weil

00:03:36: es darauf trainiert ist, Muster schnell zu erkennen und komplexe Zusammenhänge zu vereinfachen,

00:03:42: was dazu führt, dass wir eine Darstellung mit logisch angeordneten Pfeilen automatisch

00:03:48: als plausibel und richtig akzeptieren, obwohl die physikalische Realität deutlich komplexer

00:03:54: ist. Denn Luftströmungen sind dreidimensional, oft turbulent und stark von Randbedingungen

00:04:00: abhängig, sodass einfache Pfeildarstellungen zwar verständlich sind, aber in den meisten

00:04:06: Fällen nicht ausreichen, um die tatsächlichen Strömungsverhältnisse korrekt abzubilden.

00:04:11: Wie echte Strömungssimulation wirklich funktioniert

00:04:16: Wenn wir uns anschauen, wie eine echte Strömungssimulation aufgebaut ist, dann wird schnell klar, warum

00:04:22: der Unterschied so groß ist. Denn eine CFD-Analyse beginnt nicht mit einer Grafik, sondern mit

00:04:28: einer aufwendigen Modellierung, bei der nicht das Bauteil selbst im Fokus steht, sondern

00:04:33: der Raum, in dem sich die Luft bewegt, was bedeutet, dass alle Strömungsräume detailliert

00:04:39: erfasst werden müssen, also genau die Bereiche, in denen sich die Luft tatsächlich aufhält

00:04:44: und bewegt. Und erst auf dieser Basis wird ein Rechennetz aufgebaut, das aus teilweise

00:04:50: Hunderttausenden oder sogar Millionen von kleinen Volumenelementen besteht, über die

00:04:55: dann berechnet wird, wie sich die Luft bewegt, mit welcher Geschwindigkeit sie strömt, wo

00:05:01: sie beschleunigt wird, wo sie abreißt und wo Turbulenzen entstehen, sodass man hier

00:05:06: nicht von einem Bild sprechen kann, sondern von einer hochkomplexen physikalischen Berechnung.

00:05:11: Typische Fehler in der Praxis In der Praxis lassen sich immer wieder drei

00:05:18: typische Fehler beobachten, die im Umgang mit CFD und Strömungsdarstellungen auftreten,

00:05:23: wobei der erste darin besteht, dass CFD grundsätzlich in Frage gestellt wird, oft mit dem Argument,

00:05:30: dass es in der Abluftechnik keinen echten Mehrwert bringe, was jedoch in den meisten

00:05:34: Fällen weniger mit der Methode selbst zu tun hat, sondern vielmehr damit, dass der

00:05:38: Aufwand gescheut wird, der für eine saubere und belastbare Simulation notwendig ist. Während

00:05:44: der zweite Fehler darin liegt, dass vereinfachte Darstellungen, beispielsweise mit Pfeilen

00:05:49: oder auch Wärmebildern, als echte Strömungsanalysen dargestellt werden, obwohl sie lediglich Teilaspekte

00:05:55: zeigen oder sogar nur visuelle Annahmen darstellen. Und der dritte, besonders kritische Fehler

00:06:01: besteht darin, dass zwar die Luftströmung betrachtet wird, aber nicht das Verhalten

00:06:06: der luftgetragenen Partikel, obwohl genau diese in vielen Anwendungen die entscheidende

00:06:12: Rolle spielen. Warum Aerosole der entscheidende Faktor sind

00:06:18: Gerade in der Abluftechnik geht es in vielen Fällen nicht nur darum, Luft zu bewegen,

00:06:22: sondern darum, luftgetragene Partikel, also Aerosole, vom Luftstrom zu trennen und genau

00:06:28: hier zeigt sich, dass Luftströmung und Partikelbewegung nicht identisch sind. Denn wenn sich Partikel

00:06:34: exakt so verhalten würden wie die Luft, dann würde es keine Abscheidung geben, da die

00:06:39: Luft selbst ja durch das System hindurchströmt, was bedeutet, dass es zwangsläufig Bereiche

00:06:44: geben muss, in denen sich die Partikel von der Luftströmung lösen und genau diese Bereiche

00:06:49: lassen sich mit modernen CFD-Systemen analysieren, in dem nicht nur die Strömung der Luft, sondern

00:06:55: auch die Bewegung von Partikeln unterschiedlicher Größe simuliert wird, wodurch oft völlig

00:07:00: neue Erkenntnisse entstehen, die man ohne diese zusätzliche Betrachtung nicht gewinnen

00:07:04: könnte. Praxisbeispiele, wenn Annahmen nicht stimmen

00:07:09: Ein besonders spannender Punkt und gleichzeitig einer der lehrreichsten ist die Frage, was

00:07:16: passiert, wenn man vermeintlich logische Annahmen tatsächlich überprüft und mit realen Daten

00:07:21: und Simulationen abgleicht. Denn genau an dieser Stelle zeigt sich sehr häufig, wie

00:07:26: groß der Unterschied zwischen Theorie und Praxis wirklich ist und wie schnell man sich

00:07:31: täuschen kann, wenn man sich nur auf vereinfachte Modelle oder intuitive Vorstellungen verlässt.

00:07:36: Ein sehr gutes und greifbares Beispiel dafür ist ein Entwicklungsprojekt aus unserer eigenen

00:07:42: Praxis, bei dem die REVEN GmbH gemeinsam mit dem CFD-Kompetenzzentrum der SCHAKO Group an

00:07:49: der Optimierung von sogenannten DQA- und EcoJet-Quelluftauslässen gearbeitet hat,

00:07:55: also an Komponenten, die in Großküchen und in der Lebensmittelproduktion eingesetzt

00:08:00: werden, um frische Zuluft möglichst kontrolliert und störungsfrei in den Raum einzubringen.

00:08:05: Die Ausgangssituation war zunächst einmal scheinbar klar und auch durchaus typisch für

00:08:10: viele Anwendungen in der Lüftungstechnik. Denn man geht davon aus, dass ein Quellluftauslass

00:08:16: die Luft gleichmäßig, ruhig und möglichst ohne Störungen in den Raum einbringt. Idealerweise

00:08:23: so, dass die Zuluft kaum wahrnehmbar ist und gleichzeitig die vorhandenen Abluft- und

00:08:28: Thermikströmungen nicht negativ beeinflusst werden, was auf dem Papier oft sehr einfach

00:08:34: aussieht und sich auch mit wenigen Pfeilen schnell darstellen lässt. In der Realität

00:08:39: zeigt sich jedoch sehr schnell, dass genau diese scheinbar einfache Aufgabe hochkomplex

00:08:45: ist, denn bereits kleine Veränderungen in der Geometrie eines Auslasses oder in seiner

00:08:50: Position im Raum können dazu führen, dass sich Strömungen völlig anders verhalten

00:08:55: als ursprünglich angenommen, wodurch beispielsweise unerwünschte Querströmungen entstehen können,

00:09:01: die wiederum die Erfassung von aufsteigenden Dämpfen oder Aerosolen erheblich verschlechtern.

00:09:06: Um genau diese Effekte besser zu verstehen und gezielt zu optimieren, wurde im Rahmen

00:09:12: dieses Projekts auf eine Kombination aus modernsten Analyse- und Testverfahren zurückgegriffen,

00:09:18: wobei die CFD-Strömungssimulation eine zentrale Rolle gespielt hat, weil sie es ermöglicht

00:09:23: hat, das Strömungsverhalten im Detail zu analysieren und sichtbar zu machen. Gleichzeitig

00:09:29: aber auch klar wurde, dass Simulation allein nicht ausreicht, sondern immer in Verbindung

00:09:34: mit realen Tests betrachtet werden muss. Deshalb wurden die Ergebnisse aus den CFD-Analysen

00:09:41: zusätzlich im Strömungslabor des SCHAKO Group CFD-Kompetenzzentrum in Spanien überprüft,

00:09:47: unter anderem mithilfe von Nebelversuchen in Luftkanälen, bei denen sichtbar gemacht

00:09:52: werden konnte, wie sich die Luft tatsächlich im Raum verhält, wodurch sich sehr anschaulich

00:09:57: nachvollziehen ließ, ob die simulierten Strömungen auch in der Realität auftreten oder ob es

00:10:04: Abweichungen gibt, die in der Simulation noch nicht ausreichend berücksichtigt wurden.

00:10:09: Darüber hinaus wurden auch akustische Untersuchungen in Schallräumen durchgeführt, um sicherzustellen,

00:10:14: dass die Optimierungen nicht nur strömungstechnisch funktionieren, sondern auch unter dem Aspekt

00:10:19: der Geräuschentwicklung den Anforderungen in sensiblen Umgebungen wie Großküchen oder

00:10:25: Lebensmittelproduktionen gerecht werden, was zeigt, dass solche Entwicklungsprojekte immer

00:10:30: mehrere Dimensionen gleichzeitig berücksichtigen müssen.

00:10:33: Ein besonders wichtiger Aspekt, der im Rahmen dieses Projekts deutlich geworden ist, ist

00:10:38: die enorme Bedeutung der richtigen Platzierung dieser Quellluftauslässe im Raum. Denn es

00:10:44: reicht nicht aus, ein Bauteil isoliert zu optimieren, sondern man muss immer das Gesamtsystem

00:10:49: betrachten, also die Wechselwirkungen zwischen Zuluft, Abluft, thermischen Auftriebsströmungen

00:10:56: und den realen Gegebenheiten im Raum. Denn nur wenn die Auslässe außerhalb kritischer

00:11:01: Einflussbereiche, beispielsweise der Thermik von Koch- oder Produktionsanlagen, positioniert

00:11:06: werden, kann verhindert werden, dass die Zuluft die Abluftströmung stört oder sogar negativ

00:11:12: beeinflusst. Das Ergebnis dieses intensiven Entwicklungsprozesses war letztlich eine Lösung,

00:11:18: bei der die frische Zuluft so in den Raum eingebracht wird, dass sie für die Personen

00:11:23: im Raum kaum wahrnehmbar ist. Gleichzeitig aber eine sehr stabile und kontrollierte Strömung

00:11:29: entsteht, die weder stört noch die Funktion der Abluftsysteme beeinträchtigt, wodurch

00:11:34: sich nicht nur die Arbeitsbedingungen für die Mitarbeiter deutlich verbessern, sondern

00:11:39: auch die Qualität und Hygiene in der Lebensmittelproduktion positiv beeinflusst werden.

00:11:44: Und genau dieses Beispiel zeigt sehr eindrucksvoll, warum es so wichtig ist, Annahmen nicht einfach

00:11:50: stehen zu lassen, sondern sie systematisch zu überprüfen, zu hinterfragen und mithilfe

00:11:55: von CFD und realen Tests weiterzuentwickeln. Denn viele der Erkenntnisse, die in diesem

00:12:00: Projekt gewonnen wurden, wären ohne diese Kombination aus Simulation und praktischer

00:12:04: Validierung nicht möglich gewesen. Und genau darin liegt der eigentliche Mehrwert moderner

00:12:10: Strömungssimulationen. Modelle sind hilfreich, aber nicht die Realität.

00:12:16: An dieser Stelle ist es wichtig zu betonen, dass Modelle grundsätzlich sinnvoll sind,

00:12:22: weil sie helfen, komplexe Zusammenhänge verständlich darzustellen und erste Abschätzungen

00:12:27: zu ermöglichen. Gleichzeitig darf man jedoch nicht den Fehler machen, diese Modelle mit

00:12:32: der Realität gleichzusetzen, da jedes Modell eine Vereinfachung darstellt und nur innerhalb

00:12:38: bestimmter Grenzen gültig ist, sodass es immer notwendig ist, diese Grenzen zu kennen

00:12:43: und zu berücksichtigen. Bedeutung für Planer und Betreiber

00:12:48: Für Planer, Ingenieure und Betreiber bedeutet das letztlich, dass technische Darstellungen

00:12:54: kritisch hinterfragt werden sollten, insbesondere dann, wenn sie sehr einfach oder zu eindeutig

00:13:00: erscheinen. Denn entscheidend ist nicht, ob eine Darstellung plausibel wirkt, sondern

00:13:06: ob sie auf belastbaren Daten und fundierten Analysen basiert. Was bedeutet, dass man sich

00:13:12: immer fragen sollte, ob tatsächlich eine CFD-Simulation durchgeführt wurde, ob auch

00:13:17: Partikel betrachtet wurden und ob die Ergebnisse überprüft und validiert wurden.

00:13:22: Fazit – Realität statt Eindruck Am Ende lässt sich das Thema auf einen zentralen

00:13:30: Punkt reduzieren. Nämlich den Unterschied zwischen Eindruck und Realität. Denn während

00:13:36: viele Darstellungen darauf abzielen, einen verständlichen Eindruck zu vermitteln, geht

00:13:41: es bei CFD darum, die physikalische Realität möglichst genau abzubilden. Und genau deshalb

00:13:47: ist CFD ein so wertvolles Werkzeug, weil es hilft, Annahmen zu überprüfen, Fehler zu

00:13:53: erkennen und Systeme gezielt zu verbessern, sodass am Ende nicht das schönste Bild zählt,

00:13:59: sondern das tatsächliche Verhalten der Luft und der darin enthaltenen Partikel.

00:14:04: Wenn Ihnen diese Episode gefallen hat und Sie sich intensiver mit den Themen Lüftungstechnik,

00:14:09: Luftreinhaltung und insbesondere mit CFD in der Ablufttechnik beschäftigen möchten,

00:14:14: dann lohnt sich auf jeden Fall auch ein Blick auf unsere weiteren Inhalte. Denn auf unserer

00:14:19: Website finden Sie in der Rubrik Block eine Vielzahl an Fachartikeln, in denen wir genau

00:14:24: solche Themen noch einmal ausführlicher beleuchten, mit zusätzlichen Beispielen, Hintergründen

00:14:29: und technischen Details, die in einem Podcast oft nur angerissen werden können.

00:14:34: Gerade zu den Themen Strömungssimulation, reale Luftströmung, Aerosolverhalten und

00:14:40: typischen Missverständnissen in der Lüftungstechnik haben wir dort bereits viele Beiträge veröffentlicht,

00:14:46: die Ihnen helfen können, die Zusammenhänge noch besser zu verstehen und die Inhalte aus

00:14:50: dieser Episode weiter zu vertiefen. Alle relevanten Links dazu haben wir Ihnen auch in den Shownotes

00:14:56: zu dieser Podcast-Episode zusammengestellt, also in der Textbeschreibung zu diesem Podcast,

00:15:02: so dass Sie direkt und ohne Umwege zu den passenden Artikeln gelangen und sich dort

00:15:07: weiter informieren können. Wenn Sie darüber hinaus regelmäßig über

00:15:11: neue Inhalte, Entwicklungen und Praxisbeispiele informiert werden möchten, dann empfehlen

00:15:16: wir Ihnen auch unseren Newsletter, den Sie ebenfalls über unsere Website abonnieren können.

00:15:21: Das war die Luftpost-Podcast-Episode. Die Inhalte dieser Folge wurden in einer KI-gestützten

00:15:29: Wissensform zusammengefasst und basieren auf unseren Erfahrungen, Projekten und Veröffentlichungen

00:15:35: rund um Lüftungstechnik und Luftreinhaltung bei REVEN. Wenn Euch diese Episode gefallen hat,

00:15:42: freuen wir uns über eine positive Bewertung und ein Abonnement des Luftpost-Podcasts.

00:15:48: Bis bald und bis zur nächsten Luftpost von Sven Rentschler.