Ventilatorer til kanalventilationsanlæg

Dette modul ser på centrifugal- og aksialventilatorer, der bruges til kanalventilationssystemer og overvejer udvalgte aspekter, herunder deres egenskaber og driftsegenskaber.

De to almindelige ventilatortyper, der bruges i bygningstjenester til kanalsystemer, omtales generelt som centrifugal- og aksialventilatorer - navnet, der stammer fra den definerende retning af luftstrømmen gennem ventilatoren.Disse to typer er i sig selv opdelt i en række undertyper, der er udviklet til at give særlige volumenstrømnings-/trykkarakteristika, såvel som andre driftsegenskaber (herunder størrelse, støj, vibrationer, rengøringsevne, vedligeholdelsesevne og robusthed).

Tabel 1: US og europæiske offentliggjorte maksimale ventilatoreffektivitetsdata for ventilatorer >600 mm i diameter

Nogle af de hyppigst forekommende blæsertyper, der anvendes i HVAC, er anført i tabel 1 sammen med vejledende topeffektiviteter, der er blevet indsamlet1 fra data offentliggjort af en række amerikanske og europæiske producenter.Ud over disse har 'plug'-ventilatoren (det er faktisk en variant af centrifugalventilatoren) oplevet stigende popularitet i de senere år.

Figur 1: Generiske ventilatorkurver.Rigtige fans kan adskille sig meget fra disse forenklede kurver

Karakteristiske blæserkurver er vist i figur 1. Det er overdrevne, idealiserede kurver, og rigtige blæsere kan godt adskille sig fra disse;dog vil de sandsynligvis udvise lignende egenskaber.Dette omfatter de områder med ustabilitet, der skyldes jagt, hvor ventilatoren kan vende mellem to mulige strømningshastigheder ved samme tryk eller som følge af, at ventilatoren går i stå (se Standsning af luftstrømsboks).Producenter bør også identificere foretrukne 'sikre' arbejdsområder i deres litteratur.

Centrifugalventilatorer

Med centrifugalventilatorer kommer luften ind i pumpehjulet langs dens akse, hvorefter den udledes radialt fra pumpehjulet med centrifugalbevægelsen.Disse blæsere er i stand til at generere både høje tryk og høje volumenstrømningshastigheder.Størstedelen af traditionelle centrifugalventilatorer er indesluttet i et rullehus (som i figur 2), der virker til at dirigere den bevægelige luft og effektivt konvertere den kinetiske energi til statisk tryk.For at flytte mere luft kan ventilatoren designes med et 'dobbeltbredde dobbelt indløb' pumpehjul, der tillader luft at komme ind på begge sider af huset.

Figur 2: Centrifugalventilator i rullehus med et bagudskrånende pumpehjul

Der er en række former for blade, der kan udgøre løbehjulet, hvor hovedtyperne er fremadbuede og bagudbuede – vingens form vil bestemme dens ydeevne, potentielle effektivitet og formen på den karakteristiske blæserkurve.De andre faktorer, der vil påvirke blæserens effektivitet, er bredden af løbehjulshjulet, frirummet mellem indløbskonusen og det roterende løbehjul, og det område, der bruges til at udlede luften fra blæseren (det såkaldte 'blæseområde') .

Denne type ventilator er traditionelt blevet drevet af en motor med et rem- og remskivearrangement.Men med forbedringen af elektronisk hastighedskontrol og den øgede tilgængelighed af elektronisk kommuterede ('EC' eller børsteløse) motorer, bliver direkte drev mere og mere brugt.Dette fjerner ikke kun ineffektiviteten i et remtræk (det kan være alt fra 2 % til mere end 10 %, afhængigt af vedligeholdelse2), men vil sandsynligvis også mindske vibrationer, reducere vedligeholdelse (færre lejer og rengøringskrav) og gøre samlingen mere kompakt.

Bagudbuede centrifugalventilatorer

Bagudbøjede (eller 'skrå') blæsere er kendetegnet ved blade, der vipper væk fra rotationsretningen.De kan nå effektiviteter på op mod 90 %, når du bruger aerofoil-vinger, som vist i figur 3, eller med almindelige vinger formet i tre dimensioner, og lidt mindre, når du bruger almindelige buede vinger, og mindre igen, når du bruger simple flad plade bagudskrånende vinger.Luften forlader spidserne af pumpehjulet med relativt lav hastighed, så friktionstabene i huset er lave, og luftgenereret støj er også lav.De kan gå i stå i yderpunkterne af driftskurven.Relativt bredere pumpehjul vil give den største effektivitet og kan let anvende de mere omfattende aerofoil-profilerede vinger.Slanke pumpehjul vil kun vise ringe fordele ved at bruge aerofoils, så de er tilbøjelige til at bruge flade pladeblade.Bagudbøjede ventilatorer er særligt kendte for deres evne til at producere høje tryk kombineret med lavt støjniveau og har en ikke-overbelastningseffektkarakteristik – dette betyder, at når modstanden reduceres i et system, og flowhastigheden øges, vil den effekt, som trækkes af den elektriske motor reduceres. .Konstruktionen af bagudbuede ventilatorer vil sandsynligvis være mere robuste og temmelig tungere end den mindre effektive fremadbuede ventilator.Den relativt langsomme lufthastighed på tværs af bladene kan tillade ophobning af forurenende stoffer (såsom støv og fedt).

Figur 3: Illustration af centrifugalventilatorhjul

Fremadbuede centrifugalventilatorer

Fremadbuede ventilatorer er kendetegnet ved et stort antal fremadbuede vinger.Da de typisk producerer lavere tryk, er de mindre, lettere og billigere end den tilsvarende drevne bagudbuede ventilator.Som vist i figur 3 og figur 4, vil denne type ventilatorhjul omfatte 20-plus blade, der kan være så enkle som at være dannet af en enkelt metalplade.Forbedret effektivitet opnås i større størrelser med individuelt formede blade.Luften forlader vingespidserne med en høj tangentiel hastighed, og denne kinetiske energi skal omdannes til statisk tryk i huset – det forringer effektiviteten.De bruges typisk til lave til mellemstore luftmængder ved lavt tryk (normalt <1,5kPa), og har en relativt lav virkningsgrad på under 70%.Scroll-huset er særligt vigtigt for at opnå den bedste effektivitet, da luften forlader spidsen af bladene med høj hastighed og bruges til effektivt at omdanne den kinetiske energi til statisk tryk.De kører ved lave omdrejningshastigheder, og derfor har mekanisk genererede støjniveauer en tendens til at være mindre end bagudbuede ventilatorer med højere hastighed.Ventilatoren har en overbelastningskarakteristik, når den arbejder mod lave systemmodstande.

Figur 4: Fremadbuet centrifugalventilator med integreret motor

Disse ventilatorer er ikke egnede, hvor luften for eksempel er stærkt forurenet med støv eller bærer medførte fedtdråber.

Figur 5: Eksempel på direkte drevet propventilator med bagudbuede skovle

Radialbladede centrifugalventilatorer

Den radialbladede centrifugalventilator har den fordel, at den er i stand til at flytte forurenede luftpartikler og ved høje tryk (i størrelsesordenen 10 kPa), men kører ved høje hastigheder er den meget støjende og ineffektiv (<60 %) og bør derfor ikke være bruges til generelle HVAC.Den lider også af en overbelastningseffektkarakteristik – da systemmodstanden reduceres (måske ved at volumenkontrolspjældene åbner), vil motoreffekten stige og, afhængigt af motorstørrelsen, muligvis "overbelaste".

Stik fans

I stedet for at blive monteret i et rullehus, kan disse specialdesignede centrifugalhjul bruges direkte i luftbehandlingsenhedens hus (eller faktisk i en hvilken som helst kanal eller plenum), og deres startomkostninger vil sandsynligvis være lavere end indeholdt centrifugalventilatorer.Kendt som 'plenum', 'plug' eller blot 'uhusede' centrifugalventilatorer, kan disse give nogle pladsfordele, men til prisen for tabt driftseffektivitet (med den bedste virkningsgrad svarer til den for anbragte fremadbuede centrifugalventilatorer).Ventilatorerne trækker luft ind gennem indløbskonusen (på samme måde som en ventilator), men udleder derefter luften radialt rundt om hele 360° ydre omkreds af pumpehjulet.De kan give en stor fleksibilitet af udgangsforbindelser (fra plenum), hvilket betyder, at der kan være mindre behov for tilstødende bøjninger eller skarpe overgange i kanalsystemet, som i sig selv ville øge systemets trykfald (og dermed ekstra blæsereffekt).Samlet systemeffektivitet kan forbedres ved at bruge klokkemundindgange til kanalerne, der forlader plenum.En af fordelene ved stikventilatoren er dens forbedrede akustiske ydeevne, hovedsagelig som følge af lydabsorptionen i plenumet og manglen på 'direkte udsynsveje' fra pumpehjulet ind i mundingen af kanalsystemet.Effektiviteten vil være meget afhængig af ventilatorens placering i plenumet og forholdet mellem ventilatoren og dens udløb – plenumet bruges til at omdanne den kinetiske energi i luften og dermed øge det statiske tryk.Væsentligt forskellig ydeevne og forskellige driftsstabiliteter vil afhænge af pumpehjulstypen – blandede strømningshjul (som giver en kombination af radial og aksial strømning) er blevet brugt til at overvinde strømningsproblemer som følge af det stærke radiale luftstrømsmønster skabt ved hjælp af simple centrifugalhjul3.

For mindre enheder suppleres deres kompakte design ofte gennem brugen af let kontrollerbare EC-motorer.

Aksiale blæsere

I aksialstrømsventilatorer passerer luften gennem blæseren på linje med rotationsaksen (som vist i den simple aksialventilator med rør i figur 6) - trykket frembringes ved aerodynamisk løft (svarende til en flyvinge).Disse kan være forholdsvis kompakte, lave omkostninger og lette, især velegnede til at flytte luft mod relativt lave tryk, så de bruges ofte i udsugningssystemer, hvor trykfaldene er lavere end forsyningssystemer - forsyningen inkluderer normalt trykfaldet for alle airconditionanlæggene komponenter i luftbehandlingsaggregatet.Når luften forlader en simpel aksial blæser, vil den hvirvle på grund af den rotation, der påføres luften, når den passerer gennem løbehjulet - blæserens ydeevne kan forbedres væsentligt af nedstrøms styreskovle for at genvinde hvirvelen, som i skovlen aksial blæser vist i figur 7. Effektiviteten af en aksial blæser påvirkes af bladets form, afstanden mellem spidsen af bladet og det omgivende kabinet og hvirvelgenvindingen.Bladets stigning kan ændres for effektivt at variere ventilatorens ydelse.Ved at vende rotationen af aksialventilatorer kan luftstrømmen også vendes – selvom ventilatoren vil være designet til at arbejde i hovedretningen.

Figur 6: En rørventilator med aksial flow

Karakteristikkurven for aksialventilatorer har et stallområde, der kan gøre dem uegnede til systemer med vidt forskellige driftsforhold, selvom de har fordelen af en ikke-overbelastende effektkarakteristik.

Figur 7: En aksial blæser med skovl

Vingeaksialventilatorer kan være lige så effektive som bagudbuede centrifugalventilatorer og er i stand til at producere høje flows ved rimelige tryk (typisk omkring 2kPa), selvom de sandsynligvis vil skabe mere støj.

Blandingsventilatoren er en videreudvikling af aksialventilatoren og har, som vist i figur 8, et konisk formet pumpehjul, hvor luft trækkes radialt gennem de ekspanderende kanaler og derefter føres aksialt gennem de rette ledeskovle.Den kombinerede virkning kan frembringe et langt højere tryk, end det er muligt med andre aksialventilatorer.Effektiviteter og støjniveauer kan svare til dem for en bagudgående centrifugalventilator.

Figur 8: Blandet flow inline ventilator

Installation af ventilator

Bestræbelserne på at levere en effektiv ventilatorløsning kan blive alvorligt undermineret af forholdet mellem ventilatoren og de lokale kanalkanaler for luften.

Indlægstid: Jan-07-2022