Системы вентиляции, так же как и системы кондиционирования, включают группы самого разнообразного оборудования — прежде всего, это вентиляторы, вентиляторные агрегаты или вентиляционные установки. Среди дополнительного оборудования — шумоглушители, воздушные фильтры, электрические и водяные нагреватели, а также регулирующие и воздухораспределительные устройства и пр.
Рассмотрим перечисленное выше вентиляционное оборудование, а также типы соединительных воздуховодов и теплоизоляционных материалов более подробно. Вентилятор представляет собой механическое устройство, предназначенное для перемещения воздуха по воздуховодам систем кондиционирования и вентиляции, а также для осуществления прямой подачи воздуха в помещение либо отсоса из помещения, и создающее необходимый для этого перепад давлений (на входе и выходе вентилятора).
По конструкции и принципу действия вентиляторы делятся на осевые (аксиальные), радиальные (центробежные) и диаметральные (тангенциальные). В зависимости от величины полного давления, которое они создают при перемещении воздуха, вентиляторы бывают низкого давления (до 1 кПа), среднего давления (до 3 кПа) и высокого давления (до 12 кПа). По направлению вращения рабочего колеса (если смотреть со стороны всасывания) вентиляторы могут быть правого вращения (колесо вращается по часовой стрелке) и левого вращения (колесо вращается против часовой стрелки).
В зависимости от состава перемещаемой среды и условий эксплуатации вентиляторы подразделяются на: обычные — для воздуха (газов) с температурой до 80 °C; коррозионностойкие — для коррозионных сред; термостойкие — для воздуха с температурой выше 80 °C; взрывобезопасные — для взрывоопасных сред; пылевые — для запыленного воздуха (твердые примеси в количестве более 100 мг/м3).
По способу соединения крыльчатки вентилятора и электродвигателя вентиляторы могут быть: с непосредственным соединением с электродвигателем; с соединением на эластичной муфте; с клиноременной передачей; с регулирующей бесступенчатой передачей. По месту установки современные вентиляторы делят на: обычные, устанавливаемые на специальной опоре (раме, фундаменте и т.д.); канальные, устанавливаемые непосредственно в воздуховоде; крышные, размещаемые на кровле.
Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры: расход воздуха, м3/ч; полное давление, Па; частота вращения, мин–1; потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, кВт; КПД — коэффициент полезного действия вентилятора, учитывающий механические потери мощности на различные виды трения в рабочих органах вентилятора, объемные потери в результате утечек через уплотнения и аэродинамические потери в проточной части; уровень звукового давления, дБ. Различают уровни звукового давления в воздуховоде со стороны всасывания и нагнетания, а также передаваемые в окружающую среду.
Осевые вентиляторы
Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе (обечайке) колесо из консольных лопастей, закрепленных на втулке под углом к плоскости вращения (в некоторых конструкциях используются поворотные лопасти). Рабочее колесо чаще всего насаживается непосредственно на ось электродвигателя. При вращении колеса воздух захватывается лопастями и перемещается в осевом направлении.
При этом перемещение воздуха в радиальном направлении практически отсутствует. На входе в вентилятор устанавливается коллектор (спрямляющий аппарат), значительно улучшающий аэродинамические характеристики работы вентилятора. Осевые вентиляторы имеют больший КПД по сравнению с радиальными и диаметральными. Расход и передачей напор регулируются поворотом лопаток, к тому же они имеют меньшие размеры.
Такие вентиляторы, как правило, применяют для подачи значительных объемов воздуха при малых аэродинамических сопротивлениях сети.
Радиальные вентиляторы
Радиальный вентилятор представляет собой расположенное в спиральном кожухе лопаточное (рабочее) колесо, при вращении которого воздух, попадающий в каналы между его лопатками, двигается в радиальном направлении к периферии колеса и сжимается. Под действием центробежной силы он отбрасывается в спиральный кожух и далее направляется в нагнетательное отверстие.
Рабочее колесо — основной элемент радиального вентилятора, представляет собой пустотелый цилиндр, в котором по неси боковой поверхности, параллельно оси вращения, установлены на равных расстояниях лопатки. Лопатки скреплены по окружности с помощью переднего и заднего дисков, в центре которых находится ступица для насаживания рабочего колеса на вал. В зависимости от назначения вентилятора, лопатки рабочего колеса изготавливают загнутыми вперед или назад.
Количество лопаток бывает различным, в зависимости от назначения и типа вентилятора. Вентиляторы выпускаются с восемью положениями кожуха. Могут иметь правое и левое вращение. В системах вентиляции и кондиционирования применяются радиальные вентиляторы одностороннего или двустороннего всасывания; на одном валу с электродвигателем иди с клиноременной передачей; с лопатками, загнутыми назад или вперед.
Применение радиальных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, дает экономию электроэнергии примерно на 20 %. Другое важное достоинство вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, заключается в том, что они относительно легко переносят перегрузки по расходу воздуха. Радиальные вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед, обеспечивают одни и те же расходные и напорные характеристики, что и вентиляторы с лопатками, загнутыми назад, при меньшем диаметре колеса и более низкой частоте вращения. То есть, они могут достичь требуемого результата, занимая меньше места и создавая меньший шум.
Диаметральные вентиляторы
Диаметральный вентилятор состоит из рабочего колеса барабанного типа с загнутыми вперед лопатками и корпуса, имеющего патрубок на входе и диффузор на выходе. Действие диаметральных вентиляторов основано на двукратном поперечном прохождении потока воздуха через рабочее колесо. Диаметральные вентиляторы характеризуются более высокими аэродинамическими параметрами, по сравнению с другими типами вентиляторов, в частности, они создают плоский равномерный поток воздуха большой ширины; удобством компоновки, позволяющей осуществлять поворот потока в широких пределах; компактностью установки, позволяющей существенно сократить объем, занимаемый вентиляционной установкой.
КПД таких вентиляторов может достигать 0,7. Благодаря этим качествам диаметральные вентиляторы нашли самое широкое применение в различных агрегатированных установках вентиляции и кондиционирования воздуха: фанкойлах, внутренних блоках сплит-систем, воздушных завесах и т.д.
Область применения и подбор
Вентиляторы могут поставляться как самостоятельно, так и в составе вентиляторного агрегата или вентиляторной секции. В этом случае вентилятор встраивается вместе с электродвигателем в специальный корпус. Кроме того, они могут использоваться в составе агрегатированных приточных установок, в кондиционерах, в воздушных завесах, в воздухоочистителях, фанкойлах, сплит-системах, шкафных кондиционерах и других вентиляционных установках.
Как уже отмечалось выше, в системах вентиляции и кондиционирования применяются осевые, радиальные и диаметральные вентиляторы. Диаметральные вентиляторы, как правило, поставляются в составе оборудования (кондиционеров, фанкойлов и пр.) и характеризуются не только конкретным расположением (компоновкой), но и жесткой привязкой к определенной модели этого оборудования. В вентиляционных сетях диаметральные вентиляторы используются крайне редко.
Осевые и радиальные вентиляторы могут использоваться как в определенных моделях оборудования (вентиляционных агрегатах, конденсаторных установках и пр.). так и в составе систем вентиляции и кондиционирования. В последнем случае конкретные модели вентиляторов подбираются расчетом. При установке вентилятора в вентиляционную сеть рекомендуется предусматривать прямые участки стабилизации воздушного потока с обеих сторон от вентилятора, для уменьшения аэродинамических потерь, связанных с турбулизацией потока.
Минимальные длины стабилизирующих участков составляют 1,5D колеса вентилятора на всасывании и 3D колеса вентилятора на нагнетании. У всех вентиляторов генерация шума увеличивается с возрастанием окружной скорости вращения колеса, в связи с этим при одном и том же числе оборотов больший шум исходит от вентиляторов больших размеров.
Кроме того, шум у одного и того же вентилятора больше при уменьшении его КПД. Уменьшение шума вентиляторных установок может быть достигнуто непосредственно в самой установке и предотвращением его распространения в окружающее пространство. Снижение шума самого вентилятора возможно при уменьшении скорости вращения рабочего колеса, повышении КПД вентилятора, улучшении аэродинамических характеристик подводящих и отводящих воздуховодов.
Для уменьшения шума в сети воздуховодов устанавливают шумоглушители, возможна облицовка корпусов вентиляторов звукоизоляционными материалами, установка вентилятора в специальном звукоизолирующем кожухе. Подбираются вентиляторы по индивидуальным характеристикам (каталогам фирм-производителей). Характеристики приводятся в пределах допустимых частот вращения рабочих колес вентилятора из условий обеспечения их прочности, поэтому превышать частоту вращения вентилятора нельзя.
Кроме того, при выборе частоты вращения рабочего колеса исходят из ограничений создаваемого вентилятором шума. Типоразмер (номер) вентилятора определяют из каталога таким образом, чтобы заданным значениям подачи L и полного давления р соответствовал максимальный КПД вентилятора (но не ниже 0,9 максимального). При выборе типоразмера вентилятора и режима его работы следует учитывать тип соединения крыльчатки вентилятора с электродвигателем и способ регулирования числа оборотов.
Подбор осуществляется в следующем порядке по заданным значениям подачи L и давления р на графике (характеристике) находят точку пересечения координат L–р (рабочую точку). Если эта точка располагается между рабочими характеристиками, то ее переносят по вертикали на ту из них, которой соответствует больший КПД вентилятора. После этого пересчитывают вентиляционную сеть на новое давление вентилятора.
