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 veelgebruikte ventilatortypen die worden gebruikt in gebouwinstallaties voor kanaalsystemen worden in het algemeen centrifugaal- 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 specifieke volumestroom-/drukkarakteristieken te bieden, evenals andere operationele kenmerken (waaronder grootte, geluid, trillingen, reinigbaarheid, onderhoudbaarheid en robuustheid).
Tabel 1: Amerikaanse en Europese gepubliceerde gegevens over piekventilatorefficiëntie voor ventilatoren met een diameter >600 mm
Enkele van de vaker voorkomende typen ventilatoren die in HVAC worden gebruikt, staan vermeld in Tabel 1, samen met indicatieve piekefficiënties die zijn verzameld1 uit gegevens die zijn gepubliceerd door een reeks Amerikaanse en Europese fabrikanten. Daarnaast is de 'plug'-ventilator (die eigenlijk een variant is van de centrifugaalventilator) de afgelopen jaren steeds populairder geworden.
Figuur 1: Algemene ventilatorcurven. Echte fans kunnen sterk afwijken van deze vereenvoudigde curven
Karakteristieke ventilatorcurven worden weergegeven in figuur 1. Dit zijn overdreven, geïdealiseerde curven, en echte ventilatoren kunnen hiervan afwijken; het is echter waarschijnlijk dat ze vergelijkbare kenmerken vertonen. Dit omvat de gebieden van instabiliteit die het gevolg zijn van jagen, waarbij de ventilator kan schakelen tussen twee mogelijke stroomsnelheden bij dezelfde druk of als gevolg van het afslaan van de ventilator (zie Afslaan van de luchtstroomkast). Fabrikanten moeten in hun literatuur ook de 'veilige' werkbereiken die de voorkeur hebben, identificeren.
Centrifugale ventilatoren
Bij centrifugaalventilatoren komt de lucht langs zijn as de waaier binnen en wordt vervolgens met de centrifugale beweging radiaal uit de waaier afgevoerd. Deze ventilatoren zijn in staat zowel hoge drukken als hoge volumestromen te genereren. Het merendeel van de traditionele centrifugaalventilatoren is ingesloten in een behuizing van het scroll-type (zoals in figuur 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-behuizing, met een naar achteren hellende waaier
Er zijn een aantal vormen van bladen waaruit de waaier kan bestaan, waarbij de belangrijkste typen voorwaarts gebogen en achterwaarts gebogen zijn. De vorm van het blad bepaalt de prestaties, de potentiële efficiëntie en de vorm van de karakteristieke ventilatorcurve. De andere factoren die de efficiëntie van de ventilator beïnvloeden 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 af te voeren (het zogenaamde 'ontploffingsgebied'). .
Dit type ventilator wordt traditioneel aangedreven door een motor met een riem- en katrolopstelling. Met de verbetering van de elektronische snelheidsregeling en de toegenomen beschikbaarheid van elektronisch gecommuteerde ('EC' of borstelloze) motoren, worden directe aandrijvingen echter steeds vaker gebruikt. Dit neemt niet alleen de inefficiënties weg die inherent zijn aan een riemaandrijving (die kan variëren van 2% tot meer dan 10%, afhankelijk van het onderhoud2), maar zal waarschijnlijk ook de trillingen verminderen, het onderhoud verminderen (minder lagers en schoonmaakvereisten) en de montage eenvoudiger maken. compacter.
Achterwaarts gebogen centrifugaalventilatoren
Achterwaarts gebogen (of ‘hellende’) ventilatoren worden gekenmerkt door bladen die wegkantelen van de draairichting. Ze kunnen een efficiëntie bereiken van bijna 90% bij gebruik van aërodynamische bladen, zoals weergegeven in figuur 3, of met gewone bladen die in drie dimensies zijn gevormd, en iets minder bij gebruik van gewone gebogen bladen, en weer minder bij gebruik van eenvoudige, naar achteren hellende bladen met vlakke platen. De lucht verlaat de uiteinden van de waaier met relatief lage snelheid, waardoor de wrijvingsverliezen in de behuizing laag zijn en het door lucht gegenereerde geluid ook laag is. Ze kunnen vastlopen aan de uiteinden van de bedrijfscurve. Relatief bredere waaiers zullen de grootste efficiëntie opleveren, en kunnen gemakkelijk gebruik maken van de substantiëlere vleugelvormige geprofileerde bladen. Slanke waaiers zullen weinig voordeel opleveren bij het gebruik van vleugelprofielen, dus gebruik meestal vlakke plaatbladen. Achterwaarts gebogen ventilatoren staan vooral bekend om hun vermogen om hoge drukken te produceren in combinatie met een laag geluidsniveau, en hebben een niet-overbelastende vermogenskarakteristiek. Dit betekent dat naarmate de weerstand in een systeem afneemt en de stroomsnelheid toeneemt, het door de elektromotor opgenomen vermogen zal afnemen. . De constructie van achterwaarts gebogen ventilatoren is waarschijnlijk robuuster en zwaarder dan de minder efficiënte voorwaarts gebogen ventilator. De relatief langzame luchtsnelheid van de lucht langs de bladen kan de ophoping van verontreinigingen (zoals stof en vet) mogelijk maken.
Figuur 3: Illustratie van waaiers van centrifugaalventilatoren
Voorwaarts gebogen centrifugaalventilatoren
Voorwaarts gebogen ventilatoren kenmerken zich door een groot aantal voorwaarts gebogen bladen. Omdat ze doorgaans een lagere druk produceren, zijn ze kleiner, lichter en goedkoper dan de gelijkwaardig aangedreven, achterwaarts gebogen ventilator. Zoals weergegeven in Figuur 3 en Figuur 4 zal dit type ventilatorwaaier meer dan twintig bladen bevatten, wat zo eenvoudig kan zijn als gevormd worden uit één 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 doet afbreuk aan de efficiëntie. Ze worden doorgaans gebruikt voor lage tot gemiddelde luchtvolumes bij lage druk (normaal <1,5 kPa) en hebben een relatief laag rendement van minder dan 70%. De scrollbehuizing is bijzonder belangrijk om de beste efficiëntie te bereiken, omdat de lucht met hoge snelheid de punt van de bladen verlaat en wordt gebruikt om de kinetische energie effectief om te zetten in statische druk. Ze draaien op lage toerentallen en daarom zijn de mechanisch gegenereerde geluidsniveaus doorgaans lager dan bij achterwaarts gebogen ventilatoren met hogere snelheden. De ventilator heeft een overbelastende vermogenskarakteristiek bij werking tegen lage systeemweerstanden.
Figuur 4: Voorwaarts gebogen centrifugaalventilator met geïntegreerde motor
Deze ventilatoren zijn niet geschikt als de lucht bijvoorbeeld sterk verontreinigd is met stof of vetdruppels meevoert.
Figuur 5: Voorbeeld van een direct aangedreven plugventilator met achterwaarts gebogen schoepen
Centrifugaalventilatoren met radiale bladen
De centrifugaalventilator met radiale schoepen heeft het voordeel dat hij verontreinigde luchtdeeltjes kan verplaatsen bij hoge druk (in de orde van 10 kPa), maar omdat hij op hoge snelheid draait, is hij zeer luidruchtig en inefficiënt (<60%) en mag hij daarom niet worden gebruikt. gebruikt voor algemene HVAC. Het heeft ook te kampen met een overbelastende vermogenskarakteristiek: naarmate de systeemweerstand wordt verminderd (misschien doordat de dempers van de volumeregeling opengaan), zal het motorvermogen stijgen en, afhankelijk van de motorgrootte, mogelijk 'overbelasten'.
Sluit ventilatoren aan
In plaats van te worden gemonteerd in een spiraalbehuizing, kunnen deze speciaal ontworpen centrifugaalwaaiers rechtstreeks in de behuizing van de luchtbehandelingsunit worden gebruikt (of in elk kanaal of plenum), en de initiële kosten zullen waarschijnlijk lager zijn dan die van gehuisvest centrifugaalventilatoren. Deze staan bekend als 'plenum', 'plug' of eenvoudigweg 'unhoused' centrifugaalventilatoren en kunnen enkele ruimtevoordelen bieden, maar tegen de prijs van verloren bedrijfsefficiëntie (waarbij de beste efficiëntie vergelijkbaar is met die voor gehuisveste voorwaarts gebogen centrifugaalventilatoren). De ventilatoren zuigen lucht aan via de inlaatconus (op dezelfde manier als een ventilator in een huis), maar voeren de lucht vervolgens radiaal af over de hele buitenomtrek van de waaier, over een afstand van 360°. Ze kunnen een grote flexibiliteit bieden bij de uitlaataansluitingen (vanaf het plenum), wat betekent dat er mogelijk minder behoefte is aan aangrenzende bochten of scherpe overgangen in het kanaalwerk, die op zichzelf zouden bijdragen aan de drukval in het systeem (en dus aan extra ventilatorvermogen). De algehele systeemefficiëntie kan worden verbeterd door gebruik te maken van klokingangen naar de kanalen die het plenum verlaten. Een van de voordelen van de plugventilator zijn de verbeterde akoestische prestaties, grotendeels als gevolg van de geluidsabsorptie in het plenum en het ontbreken van 'direct zicht'-paden van de waaier naar de monding van het kanaalwerk. Het rendement zal sterk afhankelijk zijn van de locatie van de ventilator in het plenum en de relatie tussen de ventilator en de uitlaat ervan. 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 bedrijfsstabiliteiten zullen afhangen van het type waaier. Er zijn waaiers met gemengde stroming (die een combinatie van radiale en axiale stroming bieden) gebruikt om stromingsproblemen te overwinnen die het gevolg zijn van het sterke radiale luchtstroompatroon dat gecreëerd wordt 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 stroomt de lucht door de ventilator in lijn met de rotatieas (zoals weergegeven in de eenvoudige axiale buisventilator van figuur 6) – de druk wordt geproduceerd door aerodynamische lift (vergelijkbaar met een vliegtuigvleugel). Deze kunnen relatief compact, goedkoop en licht van gewicht zijn en bijzonder geschikt zijn voor het verplaatsen van lucht tegen relatief lage druk. Ze worden daarom vaak gebruikt in afvoersystemen waar de drukval lager is dan bij toevoersystemen; de toevoer omvat normaal gesproken de drukval van alle airconditioningsystemen. componenten in de luchtbehandelingsunit. Wanneer de lucht een eenvoudige axiale ventilator verlaat, zal deze wervelen als gevolg van de rotatie die wordt uitgeoefend op de lucht terwijl deze door de waaier stroomt. De prestaties van de ventilator kunnen aanzienlijk worden verbeterd door stroomafwaartse leischoepen om de werveling te herstellen, zoals bij de schoep. axiale ventilator getoond 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 wervelherstel. De toonhoogte van het blad kan worden gewijzigd om het vermogen 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 axiale ventilatoren heeft een blokkeergebied waardoor ze ongeschikt kunnen zijn voor systemen met een breed scala aan bedrijfsomstandigheden, hoewel ze het voordeel hebben van een niet-overbelastende vermogenskarakteristiek.
Figuur 7: Een axiale ventilator met schoepen
Axiale schoepenventilatoren kunnen net zo efficiënt zijn als achterwaarts gebogen centrifugaalventilatoren en kunnen hoge stromen produceren bij redelijke drukken (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 waarbij lucht radiaal door de expanderende kanalen wordt gezogen en vervolgens axiaal door de richtleischoepen wordt geleid. De gecombineerde actie kan een veel hogere druk produceren dan mogelijk is met andere axiale ventilatoren. De efficiëntie en het geluidsniveau kunnen vergelijkbaar zijn met die van een centrifugaalventilator met achterwaartse curve.
Figuur 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 plaatselijke luchtkanalen.
Posttijd: 07-jan-2022