Ventilatoren voor geleide ventilatiesystemen

Deze module kijkt naar centrifugaal- en axiale ventilatoren die worden gebruikt voor kanaalventilatiesystemen en houdt rekening met geselecteerde aspecten, inclusief hun kenmerken en operationele kenmerken.

De twee gebruikelijke ventilatortypes die worden gebruikt in gebouwinstallaties voor kanaalsystemen worden in het algemeen centrifugale en axiale ventilatoren genoemd - de naam is afgeleid van de bepalende richting van de luchtstroom door de ventilator.Deze twee typen zijn zelf opgesplitst in een aantal subtypen die zijn ontwikkeld om bepaalde volumestroom-/drukkenmerken te bieden, evenals andere operationele kenmerken (waaronder grootte, geluid, trillingen, reinigbaarheid, onderhoudbaarheid en robuustheid).

Tabel 1: Amerikaanse en Europese gepubliceerde piekventilatorefficiëntiegegevens voor ventilatoren met een diameter van >600 mm

Enkele van de meest voorkomende typen ventilatoren die in HVAC worden gebruikt, staan vermeld in tabel 1, samen met indicatieve piekrendementen die zijn verzameld1 uit gegevens die zijn gepubliceerd door een reeks Amerikaanse en Europese fabrikanten.Daarnaast wint de 'plug'-ventilator (dat is eigenlijk een variant van de centrifugaalventilator) de laatste jaren aan populariteit.

Figuur 1: Generieke ventilatorkrommen.Echte fans kunnen sterk afwijken van deze vereenvoudigde curves

Karakteristieke ventilatorkrommen zijn weergegeven in figuur 1. Dit zijn overdreven, geïdealiseerde krommen en echte ventilatoren kunnen hiervan afwijken;het is echter waarschijnlijk dat ze vergelijkbare kenmerken vertonen.Dit omvat de gebieden van instabiliteit die te wijten zijn aan schommelen, waarbij de ventilator kan omslaan tussen twee mogelijke stroomsnelheden bij dezelfde druk of als gevolg van het afslaan van de ventilator (zie Kader Blokkeren van luchtstroom).Fabrikanten moeten in hun literatuur ook voorkeurs 'veilige' werkbereiken aangeven.

Centrifugale ventilatoren

Bij centrifugaalventilatoren komt de lucht de waaier langs zijn as binnen en wordt vervolgens radiaal uit de waaier afgevoerd met de centrifugale beweging.Deze ventilatoren zijn in staat om zowel hoge drukken als hoge volumestromen te genereren.De meeste traditionele centrifugaalventilatoren zijn ingesloten in een behuizing van het scroll-type (zoals in afbeelding 2) die de bewegende lucht richt en de kinetische energie efficiënt omzet in statische druk.Om meer lucht te verplaatsen, kan de ventilator worden ontworpen met een 'dubbele breedte dubbele inlaat' waaier, waardoor lucht aan beide zijden van de behuizing kan binnendringen.

Figuur 2: Centrifugaalventilator in scroll-huis, met achterover hellende waaier

Er zijn een aantal schoepenvormen die de waaier kunnen vormen, waarbij de belangrijkste typen voorwaarts gebogen en achterwaarts gebogen zijn - de vorm van het blad bepaalt de prestaties, potentiële efficiëntie en de vorm van de karakteristieke ventilatorcurve.De andere factoren die van invloed zijn op de efficiëntie van de ventilator zijn de breedte van het waaierwiel, de vrije ruimte tussen de inlaatkegel en de roterende waaier, en het gebied dat wordt gebruikt om de lucht uit de ventilator te blazen (het zogenaamde 'blaasgebied'). .

Dit type ventilator wordt traditioneel aangedreven door een motor met een riem- en poelie-opstelling.Met de verbetering van elektronische snelheidsregelingen en de toegenomen beschikbaarheid van elektronisch gecommuteerde ('EC' of borstelloze) motoren, worden directe aandrijvingen echter steeds vaker gebruikt.Dit verwijdert niet alleen de inefficiënties die inherent zijn aan een riemaandrijving (dat kan variëren van 2% tot meer dan 10%, afhankelijk van het onderhoud2), maar vermindert waarschijnlijk ook trillingen, vermindert onderhoud (minder lagers en reinigingsvereisten) en maakt de montage compacter.

Naar achteren gebogen centrifugale ventilatoren

Naar achteren gekromde (of 'hellende') ventilatoren worden gekenmerkt door schoepen die wegkantelen van de draairichting.Ze kunnen een efficiëntie bereiken van bijna 90% bij gebruik van aerodynamische bladen, zoals weergegeven in figuur 3, of met gewone bladen die driedimensionaal zijn gevormd, en iets minder bij gebruik van gewone gebogen bladen, en weer minder bij gebruik van eenvoudige naar achteren hellende vlakke plaatbladen.De lucht verlaat de toppen van de waaier met een relatief lage snelheid, zodat de wrijvingsverliezen binnen de behuizing laag zijn en het door de lucht gegenereerde geluid ook laag is.Ze kunnen afslaan aan de uiteinden van de bedrijfscurve.Relatief bredere waaiers zullen de grootste efficiëntie opleveren en kunnen gemakkelijk de grotere geprofileerde schoepen gebruiken.Slanke waaiers hebben weinig baat bij het gebruik van aerofoils, dus hebben de neiging platte plaatbladen te gebruiken.Achterovergebogen ventilatoren staan vooral bekend om hun vermogen om hoge drukken te produceren in combinatie met een laag geluidsniveau, en hebben een niet-overbelastende vermogenskarakteristiek. .De constructie van achterwaarts gebogen ventilatoren is waarschijnlijk robuuster en zwaarder dan de minder efficiënte voorwaarts gebogen ventilator.Door de relatief lage luchtsnelheid van de lucht over de schoepen kunnen verontreinigingen (zoals stof en vet) zich ophopen.

Figuur 3: Illustratie van centrifugale ventilatorwaaiers

Voorwaarts gebogen centrifugale ventilatoren

Voorwaarts gebogen ventilatoren kenmerken zich door een groot aantal voorwaarts gebogen schoepen.Omdat ze doorgaans een lagere druk produceren, zijn ze kleiner, lichter en goedkoper dan de equivalente aangedreven achterwaarts gebogen ventilator.Zoals weergegeven in afbeelding 3 en afbeelding 4, zal dit type ventilatorwaaier meer dan 20 bladen bevatten die zo eenvoudig kunnen zijn als gevormd uit een enkele metalen plaat.Verbeterde efficiëntie wordt verkregen in grotere maten met individueel gevormde bladen.De lucht verlaat de bladpunten met een hoge tangentiële snelheid en deze kinetische energie moet worden omgezet in statische druk in de behuizing – dit gaat ten koste van de efficiëntie.Ze worden meestal gebruikt voor lage tot gemiddelde luchtvolumes bij lage druk (normaal gesproken <1,5 kPa) en hebben een relatief laag rendement van minder dan 70%.De scroll-behuizing is bijzonder belangrijk om de beste efficiëntie te bereiken, aangezien de lucht met hoge snelheid de punt van de schoepen verlaat en wordt gebruikt om de kinetische energie effectief om te zetten in statische druk.Ze werken met lage rotatiesnelheden en daarom zijn de mechanisch gegenereerde geluidsniveaus meestal lager dan die van achterwaarts gebogen ventilatoren met hogere snelheden.De ventilator heeft een overbelastingskarakteristiek wanneer hij tegen lage systeemweerstanden werkt.

Figuur 4: Voorovergebogen centrifugaalventilator met geïntegreerde motor

Deze ventilatoren zijn niet geschikt waar de lucht bijvoorbeeld sterk verontreinigd is met stof of meegevoerde vetdruppels meevoert.

Figuur 5: Voorbeeld van een direct aangedreven plugventilator met achterwaarts gebogen schoepen

Centrifugale ventilatoren met radiale schoepen

De centrifugaalventilator met radiale schoepen heeft het voordeel dat hij verontreinigde luchtdeeltjes kan verplaatsen bij hoge drukken (in de orde van 10 kPa), maar omdat hij op hoge snelheden draait, is hij zeer luidruchtig en inefficiënt (<60%) en mag daarom niet worden gebruikt. gebruikt voor algemene HVAC.Het heeft ook last van een overbelastingsvermogenskarakteristiek - naarmate de systeemweerstand wordt verminderd (misschien door het openen van volumeregelkleppen), zal het motorvermogen toenemen en, afhankelijk van de motorgrootte, mogelijk 'overbelast' raken.

Plug ventilatoren

In plaats van te worden gemonteerd in een scroll-behuizing, kunnen deze speciaal ontworpen centrifugaalwaaiers direct worden gebruikt in de behuizing van de luchtbehandelingsunit (of zelfs in elk kanaal of plenum), en hun initiële kosten zullen waarschijnlijk lager zijn dan gehuisvest centrifugale ventilatoren.Bekend als 'plenum', 'plug' of simpelweg 'niet-gehuisvest' centrifugaalventilatoren, kunnen deze enige ruimtevoordelen opleveren, maar gaan ten koste van verloren bedrijfsefficiëntie (waarbij de beste efficiëntie vergelijkbaar is met die van gehuisvest voorwaarts gebogen centrifugaalventilatoren).De ventilatoren zuigen lucht aan via de inlaatconus (op dezelfde manier als een ventilator in een behuizing), maar blazen de lucht vervolgens radiaal uit over de gehele 360° buitenomtrek van de waaier.Ze kunnen zorgen voor een grote flexibiliteit van uitlaataansluitingen (vanuit het plenum), wat betekent dat er mogelijk minder behoefte is aan aangrenzende bochten of scherpe overgangen in het leidingwerk die zelf zouden bijdragen aan de systeemdrukval (en dus aan extra ventilatorvermogen).De algehele efficiëntie van het systeem kan worden verbeterd door gebruik te maken van klokvormige ingangen naar de kanalen die het plenum verlaten.Een van de voordelen van de plugventilator is de verbeterde akoestische prestatie, grotendeels als gevolg van de geluidsabsorptie in het plenum en het ontbreken van 'directe zicht'-paden van de waaier naar de monding van het leidingwerk.De efficiëntie zal sterk afhangen van de locatie van de ventilator in het plenum en de relatie van de ventilator tot zijn uitlaat - het plenum wordt gebruikt om de kinetische energie in de lucht om te zetten en zo de statische druk te verhogen.Aanzienlijk verschillende prestaties en verschillende werkingsstabiliteiten zullen afhangen van het waaiertype - waaiers met gemengde stroming (die een combinatie van radiale en axiale stroming bieden) zijn gebruikt om stromingsproblemen op te lossen die het gevolg zijn van het sterke radiale luchtstroompatroon dat wordt gecreëerd met behulp van eenvoudige centrifugale waaiers3.

Voor kleinere units wordt hun compacte ontwerp vaak aangevuld door het gebruik van gemakkelijk regelbare EC-motoren.

Axiale ventilatoren

Bij ventilatoren met axiale stroming gaat de lucht door de ventilator in lijn met de rotatieas (zoals weergegeven in de axiale ventilator met eenvoudige buis van figuur 6) - de druk wordt geproduceerd door aerodynamische lift (vergelijkbaar met een vliegtuigvleugel).Deze kunnen relatief compact, goedkoop en licht van gewicht zijn, met name geschikt voor het verplaatsen van lucht tegen relatief lage drukken, dus worden ze vaak gebruikt in extractiesystemen waar de drukval lager is dan bij toevoersystemen - de toevoer omvat normaal gesproken de drukval van alle airconditioning componenten in de luchtbehandelingskast.Wanneer de lucht een eenvoudige axiale ventilator verlaat, zal deze gaan wervelen als gevolg van de rotatie die op de lucht wordt uitgeoefend terwijl deze door de waaier gaat. axiale ventilator weergegeven in figuur 7. De efficiëntie van een axiale ventilator wordt beïnvloed door de vorm van het blad, de afstand tussen de punt van het blad en de omringende behuizing en het herstel van de werveling.De toonhoogte van het blad kan worden gewijzigd om de uitvoer van de ventilator efficiënt te variëren.Door de rotatie van axiale ventilatoren om te keren, kan de luchtstroom ook worden omgekeerd - hoewel de ventilator zal worden ontworpen om in de hoofdrichting te werken.

Figuur 6: een buisventilator met axiale stroming

De karakteristieke curve voor axiaalventilatoren heeft een blokkeringsgebied waardoor ze ongeschikt kunnen zijn voor systemen met zeer uiteenlopende bedrijfsomstandigheden, hoewel ze het voordeel hebben van een niet-overbelastende vermogenskarakteristiek.

Afbeelding 7: een axiale ventilator met schoepen

Axiaalventilatoren met schoepen kunnen net zo efficiënt zijn als centrifugaalventilatoren met achterovergebogen schoepen en kunnen een hoog debiet produceren bij een redelijke druk (doorgaans rond de 2 kPa), hoewel ze waarschijnlijk meer geluid veroorzaken.

De ventilator met gemengde stroming is een ontwikkeling van de axiale ventilator en heeft, zoals weergegeven in figuur 8, een conisch gevormde waaier waar lucht radiaal door de expanderende kanalen wordt gezogen en vervolgens axiaal door de rechtmakende leischoepen gaat.De gecombineerde actie kan een veel hogere druk produceren dan mogelijk is met andere axiaalventilatoren.Efficiënties en geluidsniveaus kunnen vergelijkbaar zijn met die van een centrifugaalventilator met achterwaartse curve.

Afbeelding 8: Inline-ventilator met gemengde stroom

De installatie van de ventilator

De inspanningen om een effectieve ventilatoroplossing te bieden, kunnen ernstig worden ondermijnd door de relatie tussen de ventilator en de lokale kanalen voor de lucht.

Posttijd: 07-jan-2022