De twee meest voorkomende ventilatortypes die in gebouwinstallaties voor kanaalsystemen worden gebruikt, worden over het algemeen aangeduid als centrifugaalventilatoren en axiale ventilatoren – de naam is afgeleid van de richting waarin de lucht door de ventilator stroomt. Deze twee typen zijn zelf weer onderverdeeld in een aantal subtypes die zijn ontwikkeld om specifieke volumestroom-/drukkarakteristieken te bieden, evenals andere operationele eigenschappen (waaronder grootte, geluid, trillingen, reinigbaarheid, onderhoudsgemak en robuustheid).

---

Tabel 1: Gepubliceerde gegevens over het piekrendement van ventilatoren met een diameter van >600 mm in de VS en Europa

---

Enkele van de meest voorkomende typen ventilatoren die in HVAC-systemen 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 is de 'plugventilator' (die eigenlijk een variant is van de centrifugaalventilator) de laatste jaren steeds populairder geworden.

---

Figuur 1: Generieke ventilatorcurves. Echte ventilatoren kunnen sterk afwijken van deze vereenvoudigde curves.

---

Karakteristieke ventilatorcurves worden weergegeven in figuur 1. Dit zijn overdreven, geïdealiseerde curves, en echte ventilatoren kunnen hiervan afwijken; ze zullen echter waarschijnlijk vergelijkbare eigenschappen vertonen. Dit omvat de instabiliteitsgebieden die worden veroorzaakt door pendelen, waarbij de ventilator kan schakelen tussen twee mogelijke debieten bij dezelfde druk, of als gevolg van het stilvallen van de ventilator (zie kader 'Stilvallen van de luchtstroom'). Fabrikanten dienen ook de gewenste 'veilige' werkingsbereiken in hun documentatie te vermelden.

Centrifugaalventilatoren

Bij centrifugaalventilatoren stroomt de lucht langs de as van de waaier naar binnen en wordt vervolgens door de centrifugale beweging radiaal uit de waaier afgevoerd. Deze ventilatoren kunnen zowel hoge drukken als hoge volumestromen genereren. De meeste traditionele centrifugaalventilatoren zijn ondergebracht in een spiraalvormige behuizing (zoals in figuur 2) die de bewegende lucht geleidt en de kinetische energie efficiënt omzet in statische druk. Om meer lucht te verplaatsen, kan de ventilator worden ontworpen met een waaier met dubbele breedte en dubbele inlaat, waardoor lucht aan beide zijden van de behuizing kan binnenkomen.

---

Figuur 2: Centrifugaalventilator in spiraalvormig huis, met een naar achteren gekantelde waaier.

---

Er zijn verschillende vormen schoepen waaruit de waaier kan bestaan, waarbij de belangrijkste typen voorwaarts gebogen en achterwaarts gebogen schoepen zijn. De vorm van de schoep bepaalt de prestaties, het potentiële rendement en de vorm van de karakteristieke ventilatorcurve. Andere factoren die het rendement van de ventilator beïnvloeden, zijn de breedte van het waaierwiel, de speling tussen de inlaatconus en de roterende waaier, en het oppervlak dat wordt gebruikt om de lucht uit de ventilator te persen (het zogenaamde 'blaasoppervlak').

Dit type ventilator werd traditioneel aangedreven door een motor met een riem- en poelie-aandrijving. Door de verbetering van elektronische snelheidsregelingen en de toenemende beschikbaarheid van elektronisch gecommuteerde ('EC' of borstelloze) motoren, worden directe aandrijvingen echter steeds vaker gebruikt. Dit elimineert niet alleen de inefficiënties die inherent zijn aan een riemaandrijving (die kunnen variëren van 2% tot meer dan 10%, afhankelijk van het onderhoud²), maar vermindert waarschijnlijk ook trillingen, verlaagt het onderhoud (minder lagers en minder reinigingsbehoeften) en maakt de constructie compacter.

Achterwaarts gebogen centrifugaalventilatoren

Ventilatoren met achterwaarts gebogen (of 'gekantelde') bladen worden gekenmerkt door bladen die van de draairichting af hellen. Ze kunnen rendementen van bijna 90% bereiken met behulp van aerodynamische bladen, zoals weergegeven in figuur 3, of met vlakke, driedimensionaal gevormde bladen. Het rendement is iets lager bij gebruik van vlakke, gebogen bladen en nog lager bij gebruik van eenvoudige, achterwaarts gekantelde bladen. De lucht verlaat de uiteinden van de waaier met een relatief lage snelheid, waardoor de wrijvingsverliezen in de behuizing laag zijn en het door de lucht gegenereerde geluid ook gering is. Ze kunnen aan de uiteinden van de werkingscurve stilvallen. Relatief bredere waaiers leveren het hoogste rendement op en kunnen gemakkelijk gebruikmaken van de robuustere aerodynamische bladen. Slanke waaiers hebben weinig baat bij het gebruik van aerodynamische bladen en gebruiken daarom meestal vlakke bladen. Ventilatoren met achterwaarts gebogen bladen 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 luchtstroom toeneemt, het vermogen dat de elektromotor verbruikt, afneemt. De constructie van achterwaarts gebogen ventilatoren is waarschijnlijk robuuster en een stuk zwaarder dan die van de minder efficiënte voorwaarts gebogen ventilatoren. De relatief lage luchtsnelheid langs de bladen kan leiden tot de ophoping van verontreinigingen (zoals stof en vet).

---

Afbeelding 3: Illustratie van waaierbladen van een centrifugaalventilator

---

Voorwaarts gebogen centrifugaalventilatoren

Ventilatoren met voorwaarts gebogen schoepen worden gekenmerkt door een groot aantal voorwaarts gebogen schoepen. Omdat ze doorgaans lagere drukken produceren, zijn ze kleiner, lichter en goedkoper dan een ventilator met achterwaarts gebogen schoepen van een vergelijkbaar vermogen. Zoals weergegeven in figuur 3 en figuur 4, bevat dit type ventilatorwaaier meer dan 20 schoepen, die zo eenvoudig kunnen zijn als gevormd uit één enkele metalen plaat. Verbeterde rendementen worden behaald bij grotere ventilatoren met individueel gevormde schoepen. De lucht verlaat de schoepuiteinden met een hoge tangentiële snelheid en deze kinetische energie moet worden omgezet in statische druk in de behuizing – dit gaat ten koste van het rendement. Ze worden doorgaans gebruikt voor lage tot middelhoge luchtvolumes bij lage druk (normaal gesproken <1,5 kPa) en hebben een relatief laag rendement van minder dan 70%. De spiraalvormige behuizing is met name belangrijk voor het behalen van het beste rendement, omdat de lucht de schoepuiteinden met hoge snelheid verlaat en wordt gebruikt om de kinetische energie effectief om te zetten in statische druk. Ze draaien met lage rotatiesnelheden en daardoor is het mechanisch gegenereerde geluidsniveau doorgaans lager dan bij ventilatoren met achterwaarts gebogen schoepen die sneller draaien. De ventilator heeft een overbelastingskarakteristiek bij gebruik tegen lage systeemweerstanden.

---

Afbeelding 4: Voorwaarts gebogen centrifugaalventilator met geïntegreerde motor

---

Deze ventilatoren zijn niet geschikt voor situaties waarin de lucht bijvoorbeeld sterk vervuild is met stof of vetdruppels bevat.

---

Afbeelding 5: Voorbeeld van een direct aangedreven stekkerventilator met achterwaarts gebogen bladen.

---

Radiaalbladige centrifugaalventilatoren

De centrifugaalventilator met radiale bladen heeft als voordeel dat hij vervuilde luchtdeeltjes kan verplaatsen, zelfs bij hoge drukken (in de orde van 10 kPa). Bij hoge snelheden is hij echter erg lawaaiig en inefficiënt (<60%), waardoor hij niet geschikt is voor algemene HVAC-toepassingen. Bovendien heeft hij een overbelastingskarakteristiek: naarmate de systeemweerstand afneemt (bijvoorbeeld door het openen van volumeregelingskleppen), neemt het motorvermogen toe en kan de motor, afhankelijk van de grootte, overbelast raken.

Stekkerventilatoren

In plaats van in een spiraalvormige behuizing te worden gemonteerd, kunnen deze speciaal ontworpen centrifugaalwaaiers direct in de behuizing van de luchtbehandelingsunit (of in elk kanaal of plenum) worden gebruikt, en de aanschafkosten zijn waarschijnlijk lager dan die van centrifugaalventilatoren met een behuizing. Deze ventilatoren, ook wel 'plenum'-, 'plug'- of simpelweg 'niet-behuizings'-centrifugaalventilatoren genoemd, bieden ruimtebesparing, maar dit gaat ten koste van een lager rendement (de beste rendementen zijn vergelijkbaar met die van centrifugaalventilatoren met een voorwaarts gebogen behuizing). De ventilatoren zuigen lucht aan via de inlaatconus (net als een ventilator met behuizing) en voeren deze vervolgens radiaal af over de gehele 360° buitenomtrek van de waaier. Ze bieden een grote flexibiliteit in de uitlaatverbindingen (vanuit het plenum), waardoor er mogelijk minder bochten of scherpe overgangen in het kanaal nodig zijn die de drukval in het systeem (en dus het extra ventilatorvermogen) zouden verhogen. De algehele systeemefficiëntie kan worden verbeterd door gebruik te maken van trechtervormige inlaatopeningen in de kanalen die het plenum verlaten. Een van de voordelen van de plugventilator is de verbeterde akoestische prestatie, die grotendeels te danken is aan de geluidsabsorptie in het plenum en het ontbreken van 'directe zicht'-paden van de waaier naar de opening van het kanaal. De efficiëntie is sterk afhankelijk van de locatie van de ventilator in het plenum en de relatie tussen de ventilator en de uitlaat – het plenum wordt gebruikt om de kinetische energie in de lucht om te zetten en zo de statische druk te verhogen. De prestaties en de stabiliteit van de werking zullen aanzienlijk verschillen, afhankelijk van het type waaier – waaiers met gemengde stroming (die een combinatie van radiale en axiale stroming leveren) zijn gebruikt om stromingsproblemen te verhelpen die ontstaan ​​door het sterke radiale luchtstroompatroon dat wordt gecreëerd met eenvoudige centrifugaalwaaiers³.

Bij kleinere units wordt het compacte ontwerp vaak aangevuld door het gebruik van eenvoudig aan te sturen EC-motoren.

Axiale ventilatoren

Bij axiale ventilatoren stroomt de lucht door de ventilator in lijn met de rotatieas (zoals weergegeven in de eenvoudige buisventilator in figuur 6) – de drukverhoging wordt gegenereerd door aerodynamische lift (vergelijkbaar met een vliegtuigvleugel). Deze ventilatoren zijn relatief compact, goedkoop en licht van gewicht, en bijzonder geschikt voor het verplaatsen van lucht tegen relatief lage drukken. Daarom worden ze vaak gebruikt in afzuigsystemen waar de drukval lager is dan in toevoersystemen – de toevoer omvat normaal gesproken de drukval van alle airconditioningcomponenten in de luchtbehandelingsunit. Wanneer de lucht een eenvoudige axiale ventilator verlaat, zal deze wervelen als gevolg van de rotatie die de lucht krijgt tijdens de passage door de waaier. De prestaties van de ventilator kunnen aanzienlijk worden verbeterd door stroomafwaartse geleideschoepen om de werveling te herstellen, zoals in de schoepenventilator in figuur 7. De efficiëntie van een axiale ventilator wordt beïnvloed door de vorm van de schoepen, de afstand tussen de schoepuiteinden en de behuizing, en het herstel van de werveling. De spoed van de schoepen kan worden aangepast om het vermogen van de ventilator efficiënt te variëren. Door de draairichting van axiale ventilatoren om te keren, kan ook de luchtstroom worden omgekeerd – hoewel de ventilator dan wel ontworpen is om in de hoofdrichting te werken.

---

Afbeelding 6: Een buisvormige axiale ventilator

---

De karakteristieke curve voor axiale ventilatoren heeft een overtrekgebied, waardoor ze ongeschikt kunnen zijn voor systemen met zeer uiteenlopende bedrijfsomstandigheden, hoewel ze wel het voordeel hebben van een vermogenskarakteristiek die niet overbelast raakt.

---

Afbeelding 7: Een axiale ventilator met schoepen

---

Axiale ventilatoren met schoepen kunnen net zo efficiënt zijn als centrifugaalventilatoren met achterwaarts gebogen schoepen en zijn in staat om hoge luchtdebieten te produceren bij redelijke drukken (doorgaans rond de 2 kPa), hoewel ze waarschijnlijk meer lawaai maken.

De gemengdestroomventilator is een doorontwikkeling van de axiale ventilator en heeft, zoals weergegeven in figuur 8, een conisch gevormde waaier waarbij lucht radiaal door de verwijdingskanalen wordt aangezogen en vervolgens axiaal door de richtingsgeleideschoepen wordt geleid. De gecombineerde werking kan een veel hogere druk genereren dan mogelijk is met andere axiale ventilatoren. Het rendement en het geluidsniveau kunnen vergelijkbaar zijn met die van een centrifugaalventilator met achterwaartse kromming.

---

Afbeelding 8: Inline ventilator met gemengde stroming

---

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 luchtkanalen.

---

Geplaatst op: 7 januari 2022