Вентилатори за каналске вентилационе системе
Овај модул се бави центрифугалним и аксијалним вентилаторима који се користе за каналске вентилационе системе и разматра одабране аспекте, укључујући њихове карактеристике и оперативне атрибуте.
Два уобичајена типа вентилатора који се користе у зградама за каналске системе генерички се називају центрифугални и аксијални вентилатори – назив потиче од дефинишућег правца протока ваздуха кроз вентилатор. Ова два типа су сама по себи подељена у неколико подтипова који су развијени да би обезбедили одређене карактеристике запреминског протока/притиска, као и друге оперативне атрибуте (укључујући величину, буку, вибрације, могућност чишћења, одржавање и робусност).
Табела 1: Објављени подаци о максималној ефикасности вентилатора у САД и Европи за вентилаторе пречника >600 мм
Неки од чешћих типова вентилатора који се користе у HVAC системима наведени су у Табели 1, заједно са индикативним вршним ефикасностима које су прикупљене1 из података које је објавио низ америчких и европских произвођача. Поред њих, „утикач“ вентилатор (који је заправо варијанта центрифугалног вентилатора) је последњих година доживео све већу популарност.
Слика 1: Генеричке криве вентилатора. Прави вентилатори могу се значајно разликовати од ових поједностављених кривих
Карактеристичне криве вентилатора приказане су на слици 1. То су преувеличане, идеализоване криве, и стварни вентилатори се могу разликовати од њих; међутим, вероватно је да показују сличне атрибуте. Ово укључује подручја нестабилности која су услед љуљања, где вентилатор може да прелази између две могуће брзине протока при истом притиску или као последица застоја вентилатора (видети Застој кутије за проток ваздуха). Произвођачи би такође требало да идентификују пожељне „безбедне“ радне опсеге у својој литератури.
Центрифугални вентилатори
Код центрифугалних вентилатора, ваздух улази у импелер дуж његове осе, а затим се радијално испушта из импелера центрифугалним кретањем. Ови вентилатори су способни да генеришу и високе притиске и велике протоке. Већина традиционалних центрифугалних вентилатора је затворена у кућиште спиралног типа (као на слици 2) које усмерава покретни ваздух и ефикасно претвара кинетичку енергију у статички притисак. Да би се померала већа количина ваздуха, вентилатор може бити пројектован са импелером „двоструке ширине са двоструким улазом“, што омогућава улазак ваздуха са обе стране кућишта.
Слика 2: Центрифугални вентилатор у спиралном кућишту, са уназад нагнутим радним колом
Постоји више облика лопатица које могу чинити импелер, а главни типови су закривљене напред и закривљене уназад – облик лопатице ће одредити њене перформансе, потенцијалну ефикасност и облик карактеристичне криве вентилатора. Остали фактори који ће утицати на ефикасност вентилатора су ширина ротора импелера, простор између улазног конуса и ротирајућег импелера и површина која се користи за испуштање ваздуха из вентилатора (тзв. „подручје струјања“).
Овај тип вентилатора је традиционално покретао мотор са каишем и ременицом. Међутим, са побољшањем електронских контрола брзине и повећаном доступношћу електронски комутираних („EC“ или безчеткичних) мотора, директни погони се све чешће користе. Ово не само да уклања неефикасности својствене каишевом погону (које могу бити од 2% до више од 10%, у зависности од одржавања2), већ је вероватно и да ће смањити вибрације, смањити одржавање (мање лежајева и потреба за чишћењем) и учинити склоп компактнијим.
Центрифугални вентилатори са уназад закривљеним крилима
Вентилатори са уназад закривљеним (или „косим“) лопатицама карактеришу се лопатицама које се нагињу од смера ротације. Могу достићи ефикасност од око 90% када се користе аеродинамични лопатице, као што је приказано на слици 3, или са обичним лопатицама обликованим у три димензије, а нешто мање када се користе обичне закривљене лопатице, а још мање када се користе једноставне равне лопатице са уназад нагнутим лопатицама. Ваздух напушта врхове импелера релативно малом брзином, тако да су губици трења унутар кућишта мали, а бука коју генерише ваздух је такође ниска. Могу се зауставити на крајњим тачкама радне криве. Релативно шири импелери ће обезбедити највећу ефикасност и могу лако да користе веће аеродинамично профилисане лопатице. Танки импелери ће показати малу корист од коришћења аеродинамичких лопатица, па имају тенденцију да користе равне лопатице. Вентилатори са уназад закривљеним лопатицама су посебно познати по својој способности да производе високе притиске у комбинацији са ниском буком и имају карактеристику снаге која не преоптерећује – то значи да како се отпор у систему смањује, а проток повећава, снага коју вуче електромотор ће се смањивати. Конструкција вентилатора са закривљеним лопатицама уназад вероватно ће бити робуснија и прилично тежа од мање ефикасног вентилатора са закривљеним лопатицама унапред. Релативно спора брзина ваздуха преко лопатица може омогућити накупљање загађивача (као што су прашина и масноћа).
Слика 3: Илустрација ротора центрифугалног вентилатора
Центрифугални вентилатори са закривљеним крилима унапред
Вентилатори са унапред закривљеним лопатицама карактерише велики број унапред закривљених лопатица. Пошто обично производе ниже притиске, мањи су, лакши и јефтинији од еквивалентних вентилатора са уназад закривљеним лопатицама. Као што је приказано на сликама 3 и 4, овај тип импелера вентилатора ће укључивати преко 20 лопатица које могу бити једноставне као да су формиране од једног металног лима. Побољшана ефикасност се постиже код већих величина са појединачно обликованим лопатицама. Ваздух напушта врхове лопатица великом тангенцијалном брзином, а ова кинетичка енергија мора се претворити у статички притисак у кућишту – то умањује ефикасност. Обично се користе за мале до средње количине ваздуха при ниском притиску (обично <1,5 kPa) и имају релативно ниску ефикасност испод 70%. Спирално кућиште је посебно важно за постизање најбоље ефикасности, јер ваздух напушта врх лопатица великом брзином и користи се за ефикасно претварање кинетичке енергије у статички притисак. Раде на малим брзинама ротације и стога су нивои механички генерисане буке обично мањи него код вентилатора са уназад закривљеним лопатицама веће брзине. Вентилатор има карактеристику преоптерећења када ради са ниским отпором система.
Слика 4: Центрифугални вентилатор са унапред закривљеним крилима и интегрисаним мотором
Ови вентилатори нису погодни тамо где је, на пример, ваздух јако загађен прашином или носи капљице масти.
Слика 5: Пример директно погоњеног вентилатора са уназад закривљеним лопатицама
Центрифугални вентилатори са радијалним лопатицама
Центрифугални вентилатор са радијалним лопатицама има предност што може да помера честице контаминираног ваздуха и под високим притиском (реда величине 10 kPa), али, радећи на великим брзинама, веома је бучан и неефикасан (<60%) и стога се не би требало користити за опште HVAC системе. Такође пати од карактеристике преоптерећења – како се отпор система смањује (можда отварањем заклопки за контролу запремине), снага мотора ће се повећавати и, у зависности од величине мотора, може доћи до „преоптерећења“.
Укључите вентилаторе
Уместо да буду монтирани у спирално кућиште, ови наменски дизајнирани центрифугални импелери могу се користити директно у кућишту јединице за обраду ваздуха (или, заправо, у било ком каналу или пленуму), а њихова почетна цена ће вероватно бити нижа од центрифугалних вентилатора са кућиштем. Познати као „пленумски“, „чепни“ или једноставно „некућишни“ центрифугални вентилатори, ови вентилатори могу пружити неке предности у погледу простора, али по цену губитка радне ефикасности (при чему је најбоља ефикасност слична оној код центрифугалних вентилатора са закривљеним крилима унапред са кућиштем). Вентилатори ће усисавати ваздух кроз улазни конус (на исти начин као и вентилатор са кућиштем), али ће затим испуштати ваздух радијално око целог спољашњег обима импелера од 360°. Они могу пружити велику флексибилност излазних прикључака (из пленума), што значи да може бити мање потребе за суседним кривинама или оштрим прелазима у каналима који би сами по себи допринели паду притиска система (и, самим тим, додатној снази вентилатора). Укупна ефикасност система може се побољшати коришћењем улаза у облику звона на каналима који излазе из пленума. Једна од предности вентилатора са утикачем су његове побољшане акустичне перформансе, које су углавном резултат апсорпције звука унутар пленума и недостатка „директних видних“ путања од импелера до отвора канала. Ефикасност ће у великој мери зависити од положаја вентилатора унутар пленума и односа вентилатора према његовом излазу – пленум се користи за претварање кинетичке енергије у ваздуху и тиме повећање статичког притиска. Значајно различите перформансе и различита стабилност рада зависиће од типа импелера – импелери са мешовитим протоком (који пружају комбинацију радијалног и аксијалног протока) коришћени су за превазилажење проблема са протоком који настају услед јаког радијалног обрасца протока ваздуха створеног коришћењем једноставних центрифугалних импелера3.
Код мањих јединица, њихов компактни дизајн се често допуњује употребом лако управљивих ЕС мотора.
Аксијални вентилатори
Код аксијалних вентилатора, ваздух пролази кроз вентилатор у линији са осом ротације (као што је приказано на једноставном аксијалном вентилатору са цеви на слици 6) – притисак се производи аеродинамичким узгоном (слично крилу авиона). Ови вентилатори могу бити релативно компактни, јефтини и лагани, посебно погодни за кретање ваздуха под релативно ниским притисцима, па се често користе у системима за извлачење ваздуха где су падови притиска нижи него у системима за довод – довод обично укључује пад притиска свих компоненти климатизације у јединици за управљање ваздухом. Када ваздух напусти једноставан аксијални вентилатор, он ће се вртложити због ротације која се преноси на ваздух док пролази кроз импелер – перформансе вентилатора могу се значајно побољшати низводним усмеравајућим лопатицама за поновно повлачење вртлога, као код аксијалног вентилатора са лопатицама приказаног на слици 7. На ефикасност аксијалног вентилатора утиче облик лопатице, растојање између врха лопатице и околног кућишта и поновно повлачење вртлога. Нагиб лопатице може се мењати како би се ефикасно мењао излаз вентилатора. Обртањем ротације аксијалних вентилатора, проток ваздуха се такође може обрнути - иако ће вентилатор бити дизајниран да ради у главном смеру.
Слика 6: Цевасти аксијални вентилатор
Карактеристична крива аксијалних вентилатора има подручје застоја које их може учинити неприкладним за системе са широким распоном радних услова, иако имају предност карактеристике снаге без преоптерећења.
Слика 7: Аксијални вентилатор са лопатицама
Аксијални вентилатори са крилцима могу бити једнако ефикасни као и центрифугални вентилатори са уназад закривљеним крилима и способни су да производе високе протоке при разумним притисцима (обично око 2 kPa), иако је вероватно да ће стварати више буке.
Вентилатор са мешовитим протоком је развој аксијалног вентилатора и, као што је приказано на слици 8, има конусни облик импелера где се ваздух радијално усисава кроз ширеће канале, а затим аксијално пропушта кроз исправљајуће вођице. Комбиновано дејство може произвести притисак далеко већи него што је то могуће код других аксијалних вентилатора. Ефикасност и ниво буке могу бити слични онима код центрифугалног вентилатора са обрнутом кривом.
Слика 8: Линијални вентилатор са мешовитим протоком
Инсталација вентилатора
Напори да се обезбеди ефикасно решење за вентилатор могу бити озбиљно поткопани односом између вентилатора и локалних канала за ваздух.
Време објаве: 07.01.2022.