Wentylatory do systemów wentylacji kanałowej
Moduł ten dotyczy wentylatorów odśrodkowych i osiowych stosowanych w kanałowych systemach wentylacyjnych i uwzględnia wybrane aspekty, w tym ich charakterystykę i atrybuty operacyjne.
Dwa popularne typy wentylatorów stosowane w instalacjach budowlanych do systemów kanałowych są ogólnie określane jako wentylatory odśrodkowe i osiowe – nazwa wywodzi się od określenia kierunku przepływu powietrza przez wentylator.Te dwa typy są podzielone na kilka podtypów, które zostały opracowane w celu zapewnienia określonych charakterystyk przepływu objętościowego/ciśnienia, a także innych atrybutów operacyjnych (w tym rozmiaru, hałasu, wibracji, łatwości czyszczenia, konserwacji i solidności).
Tabela 1: Dane dotyczące szczytowej wydajności wentylatorów opublikowane w USA i Europie dla wentylatorów o średnicy >600 mm
W Tabeli 1 wymieniono niektóre z częściej spotykanych typów wentylatorów stosowanych w instalacjach HVAC, wraz z orientacyjnymi szczytowymi sprawnościami, które zostały zebrane1 z danych opublikowanych przez szereg amerykańskich i europejskich producentów.Oprócz tego wentylator „plug” (czyli w rzeczywistości wariant wentylatora odśrodkowego) cieszy się w ostatnich latach rosnącą popularnością.
Rysunek 1: Ogólne krzywe wentylatora.Prawdziwi fani mogą znacznie różnić się od tych uproszczonych krzywych
Charakterystyczne krzywe wentylatorów pokazano na rysunku 1. Są to przesadzone, wyidealizowane krzywe, a prawdziwi fani mogą się od nich różnić;jednak prawdopodobnie będą wykazywać podobne cechy.Obejmuje to obszary niestabilności spowodowane polowaniem, w których wentylator może przełączać się między dwoma możliwymi natężeniami przepływu przy tym samym ciśnieniu lub w wyniku utknięcia wentylatora (patrz Utknięcie skrzynki przepływu powietrza).Producenci powinni również określić w swojej literaturze preferowane „bezpieczne” zakresy robocze.
Wentylatory odśrodkowe
W przypadku wentylatorów odśrodkowych powietrze napływa do wirnika wzdłuż jego osi, a następnie jest wyrzucane promieniowo z wirnika ruchem odśrodkowym.Wentylatory te są w stanie generować zarówno wysokie ciśnienie, jak i duże natężenia przepływu.Większość tradycyjnych wentylatorów odśrodkowych jest zamknięta w obudowie typu scroll (jak na rysunku 2), która ukierunkowuje poruszające się powietrze i wydajnie przekształca energię kinetyczną w ciśnienie statyczne.Aby zapewnić przepływ większej ilości powietrza, wentylator może być wyposażony w wirnik z podwójnym wlotem o podwójnej szerokości, umożliwiający dopływ powietrza z obu stron obudowy.
Rysunek 2: Wentylator odśrodkowy w obudowie spiralnej z wirnikiem pochylonym do tyłu
Istnieje wiele kształtów łopatek, które mogą tworzyć wirnik, przy czym główne typy to wygięte do przodu i wygięte do tyłu – kształt łopaty określi jej osiągi, potencjalną sprawność i kształt charakterystycznej krzywej wentylatora.Kolejnymi czynnikami, które będą miały wpływ na sprawność wentylatora są: szerokość koła wirnika, prześwit pomiędzy stożkiem wlotowym a obracającym się wirnikiem oraz obszar wykorzystywany do wydmuchu powietrza z wentylatora (tzw. „obszar nadmuchu”). .
Ten typ wentylatora był tradycyjnie napędzany silnikiem z układem paska i koła pasowego.Jednak wraz z poprawą elektronicznej kontroli prędkości i zwiększoną dostępnością silników komutowanych elektronicznie (EC lub bezszczotkowych), napędy bezpośrednie są coraz częściej stosowane.To nie tylko eliminuje nieefektywność charakterystyczną dla napędu pasowego (która może wynosić od 2% do ponad 10%, w zależności od konserwacji2), ale również prawdopodobnie zmniejsza wibracje, ogranicza konserwację (mniej łożysk i wymagań dotyczących czyszczenia) i sprawia, że zespół bardziej kompaktowy.
Wentylatory odśrodkowe wygięte do tyłu
Wentylatory wygięte do tyłu (lub „nachylone”) charakteryzują się łopatkami, które odchylają się od kierunku obrotów.Mogą osiągnąć sprawność dochodzącą do 90% przy zastosowaniu łopat płatowych, jak pokazano na rysunku 3, lub przy użyciu płaskich łopat ukształtowanych w trzech wymiarach, i nieco mniej przy użyciu prostych zakrzywionych łopat i znowu mniej przy użyciu prostych płaskich łopat pochylonych do tyłu.Powietrze opuszcza końcówki wirnika ze stosunkowo małą prędkością, więc straty tarcia w obudowie są niskie, a hałas generowany przez powietrze jest niski.Mogą utknąć na krańcach krzywej roboczej.Stosunkowo szersze wirniki zapewnią największą wydajność i mogą z łatwością wykorzystywać bardziej masywne łopaty o profilu aerodynamicznym.Wąskie wirniki przyniosą niewielkie korzyści z używania płatów, więc zwykle używaj płaskich łopatek.Wentylatory z łopatkami wygiętymi do tyłu są szczególnie cenione ze względu na swoją zdolność do wytwarzania wysokich ciśnień w połączeniu z niskim poziomem hałasu i mają charakterystykę mocy, która nie przeciąża – oznacza to, że wraz ze spadkiem rezystancji w systemie i zwiększeniem natężenia przepływu, moc pobierana przez silnik elektryczny zmniejszy się .Konstrukcja wentylatorów wygiętych do tyłu jest prawdopodobnie bardziej wytrzymała i raczej cięższa niż mniej wydajne wentylatory wygięte do przodu.Względnie niska prędkość powietrza przepływającego przez ostrza może umożliwić gromadzenie się zanieczyszczeń (takich jak kurz i tłuszcz).
Rysunek 3: Ilustracja wirników wentylatorów odśrodkowych
Wentylatory odśrodkowe wygięte do przodu
Wentylatory wygięte do przodu charakteryzują się dużą liczbą łopatek wygiętych do przodu.Ponieważ zwykle wytwarzają niższe ciśnienie, są mniejsze, lżejsze i tańsze niż równoważne wentylatory z wygiętym do tyłu wentylatorem.Jak pokazano na rysunkach 3 i 4, ten typ wirnika wentylatora będzie zawierał ponad 20 łopatek, które mogą być tak proste, jak uformowane z pojedynczej blachy.Lepszą wydajność uzyskuje się w większych rozmiarach z indywidualnie uformowanymi ostrzami.Powietrze opuszcza końcówki łopat z dużą prędkością styczną, a ta energia kinetyczna musi zostać przekształcona w ciśnienie statyczne w obudowie – obniża to wydajność.Są one zwykle używane do małych i średnich objętości powietrza przy niskim ciśnieniu (zwykle <1,5 kPa) i mają stosunkowo niską wydajność poniżej 70%.Obudowa spirali jest szczególnie ważna dla osiągnięcia najlepszej wydajności, ponieważ powietrze opuszcza końcówki łopatek z dużą prędkością i jest wykorzystywane do efektywnego przekształcania energii kinetycznej w ciśnienie statyczne.Pracują z niskimi prędkościami obrotowymi, a zatem poziom hałasu generowanego mechanicznie jest zwykle niższy niż w przypadku wentylatorów o większej prędkości z wygięciem wstecznym.Wentylator ma przeciążającą charakterystykę mocy przy pracy przy niskich oporach układu.
Rysunek 4: Wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do przodu ze zintegrowanym silnikiem
Wentylatory te nie nadają się na przykład tam, gdzie powietrze jest silnie zanieczyszczone kurzem lub zawiera unoszące się w powietrzu kropelki tłuszczu.
Rysunek 5: Przykład wentylatora z napędem bezpośrednim i łopatkami wygiętymi do tyłu
Wentylatory odśrodkowe z łopatkami promieniowymi
Wentylator odśrodkowy z łopatkami promieniowymi ma tę zaletę, że jest w stanie przemieszczać zanieczyszczone cząstki powietrza i przy wysokim ciśnieniu (rzędu 10 kPa), ale pracując z dużymi prędkościami, jest bardzo głośny i nieefektywny (<60%) i dlatego nie powinien być używany do ogólnego zastosowania HVAC.Ma również przeciążoną charakterystykę mocy – gdy rezystancja systemu jest zmniejszana (być może przez otwarcie przepustnic regulacji głośności), moc silnika wzrośnie i, w zależności od wielkości silnika, może ewentualnie „przeciążyć”.
Podłącz wentylatory
Zamiast montować je w obudowie spiralnej, te specjalnie zaprojektowane wirniki odśrodkowe mogą być stosowane bezpośrednio w obudowie centrali klimatyzacyjnej (lub w każdym kanale lub komorze wyrównawczej), a ich początkowy koszt prawdopodobnie będzie niższy niż umieszczone wentylatory odśrodkowe.Znane jako „komorowe”, „wtykowe” lub po prostu „bez obudowy” wentylatory odśrodkowe, mogą one zapewnić pewne korzyści przestrzenne, ale za cenę utraconej wydajności operacyjnej (przy czym najlepsze wydajności są podobne do wentylatorów odśrodkowych z zakrzywioną do przodu obudową).Wentylatory zasysają powietrze przez stożek wlotowy (w taki sam sposób jak wentylatory w obudowie), a następnie wyrzucają powietrze promieniście wokół całego zewnętrznego obwodu wirnika o 360°.Mogą zapewnić dużą elastyczność połączeń wylotowych (z komory), co oznacza, że może być mniej konieczności stosowania sąsiednich zagięć lub ostrych przejść w przewodach, które same w sobie zwiększyłyby spadek ciśnienia w systemie (a tym samym dodatkową moc wentylatora).Ogólną wydajność systemu można poprawić, stosując wloty kielichowe do kanałów wychodzących z komory.Jedną z zalet wentylatora typu plug fan jest jego lepsza wydajność akustyczna, wynikająca w dużej mierze z pochłaniania dźwięku w komorze oraz braku „bezpośredniej widoczności” ścieżek od wirnika do ujścia kanału.Wydajność będzie bardzo zależna od umiejscowienia wentylatora w komorze i stosunku wentylatora do jego wylotu - komora jest używana do przekształcania energii kinetycznej w powietrzu, a tym samym zwiększania ciśnienia statycznego.Zasadniczo różne osiągi i różne stabilności działania będą zależeć od typu wirnika – wirniki o przepływie mieszanym (zapewniające połączenie przepływu promieniowego i osiowego) zostały zastosowane w celu przezwyciężenia problemów z przepływem wynikających z silnego promieniowego przepływu powietrza utworzonego za pomocą prostych wirników odśrodkowych3.
W przypadku mniejszych jednostek ich kompaktowa konstrukcja jest często uzupełniana przez zastosowanie łatwo sterowalnych silników EC.
Wentylatory osiowe
W wentylatorach osiowych powietrze przepływa przez wentylator zgodnie z osią obrotu (jak pokazano na prostym wentylatorze osiowym rurowym na rysunku 6) – ciśnienie jest wytwarzane przez siłę nośną aerodynamiczną (podobnie jak skrzydło samolotu).Mogą być stosunkowo kompaktowe, niedrogie i lekkie, szczególnie przystosowane do przemieszczania powietrza przy stosunkowo niskim ciśnieniu, dlatego są często stosowane w systemach wywiewnych, w których spadki ciśnienia są niższe niż w systemach zasilania – zasilanie zwykle obejmuje spadek ciśnienia wszystkich urządzeń klimatyzacyjnych elementy centrali wentylacyjnej.Kiedy powietrze opuszcza prosty wentylator osiowy, będzie wirować z powodu rotacji powietrza, gdy przechodzi ono przez wirnik - wydajność wentylatora można znacznie poprawić, stosując umieszczone za nim łopatki kierujące, aby odzyskać wir, jak w przypadku łopatki wentylator osiowy pokazany na rysunku 7. Na wydajność wentylatora osiowego ma wpływ kształt łopaty, odległość między czubkiem łopatki a otaczającą ją obudową oraz odzyskiwanie wiru.Skok łopatek można zmieniać, aby skutecznie zmieniać moc wyjściową wentylatora.Odwracając kierunek obrotów wentylatorów osiowych, można również odwrócić przepływ powietrza – chociaż wentylator będzie zaprojektowany do pracy w głównym kierunku.
Rysunek 6: Wentylator osiowy z przepływem rurowym
Charakterystyka wentylatorów osiowych ma obszar utknięcia, który może sprawić, że nie będą one odpowiednie do systemów o bardzo zróżnicowanym zakresie warunków pracy, chociaż mają one tę zaletę, że charakterystyka mocy nie powoduje przeciążeń.
Rysunek 7: Łopatkowy wentylator osiowy
Osiowe wentylatory łopatkowe mogą być równie wydajne jak wentylatory odśrodkowe z łopatkami wygiętymi do tyłu i są w stanie wytwarzać wysokie przepływy przy rozsądnych ciśnieniach (zwykle około 2 kPa), chociaż prawdopodobnie będą generować więcej hałasu.
Wentylator o przepływie mieszanym jest rozwinięciem wentylatora osiowego i, jak pokazano na rysunku 8, ma stożkowy wirnik, w którym powietrze jest zasysane promieniowo przez rozszerzające się kanały, a następnie przepuszczane osiowo przez prostujące łopatki kierujące.Połączone działanie może wytworzyć ciśnienie znacznie wyższe niż jest to możliwe w przypadku innych wentylatorów osiowych.Wydajność i poziom hałasu mogą być podobne do wentylatora odśrodkowego o krzywej wstecznej.
Rysunek 8: Wentylator liniowy o przepływie mieszanym
Instalacja wentylatora
Wysiłki mające na celu zapewnienie skutecznego rozwiązania wentylatora mogą zostać poważnie zniweczone przez związek między wentylatorem a lokalnymi kanałami wentylacyjnymi.
Czas postu: 07-07-2022