Waaiers vir gekanaliseerde ventilasiestelsels
Hierdie module kyk na sentrifugale en aksiale waaiers wat vir kanaalventilasiestelsels gebruik word en oorweeg geselekteerde aspekte, insluitend hul eienskappe en operasionele eienskappe.
Die twee algemene waaiertipes wat in geboudienste vir kanaalstelsels gebruik word, word generies sentrifugale en aksiale waaiers genoem – die naam is afgelei van die bepalende rigting van lugvloei deur die waaier. Hierdie twee tipes word self verdeel in 'n aantal subtipes wat ontwikkel is om spesifieke volumevloei-/drukkenmerke te bied, sowel as ander operasionele eienskappe (insluitend grootte, geraas, vibrasie, skoonmaakbaarheid, onderhoudbaarheid en robuustheid).
Tabel 1: Gepubliseerde piekwaaierdoeltreffendheidsdata in die VSA en Europa vir waaiers >600 mm in deursnee
Van die meer algemene tipes waaiers wat in HVAC gebruik word, word in Tabel 1 gelys, tesame met aanduidende piekdoeltreffendhede wat versamel is1 uit data wat deur 'n reeks Amerikaanse en Europese vervaardigers gepubliseer is. Benewens hierdie, het die 'prop'-waaier (wat eintlik 'n variant van die sentrifugale waaier is) die afgelope paar jaar toenemend gewild geword.
Figuur 1: Generiese waaierkrommes. Werklike waaiers kan baie verskil van hierdie vereenvoudigde krommes.
Kenmerkende waaierkrommes word in Figuur 1 getoon. Hierdie is oordrewe, geïdealiseerde krommes, en werklike waaiers kan heel moontlik hiervan verskil; hulle sal egter waarskynlik soortgelyke eienskappe vertoon. Dit sluit die areas van onstabiliteit in wat as gevolg van jag is, waar die waaier tussen twee moontlike vloeisnelhede teen dieselfde druk of as gevolg van die waaier se afstilstand kan wissel (sien Afstilstand van lugvloeiboks). Vervaardigers moet ook voorkeur-'veilige' werksreekse in hul literatuur identifiseer.
Sentrifugale waaiers
Met sentrifugale waaiers gaan die lug die waaier langs sy as binne, en word dit dan radiaal uit die waaier met die sentrifugale beweging afgevoer. Hierdie waaiers is in staat om beide hoë druk en hoë volumevloeitempo's te genereer. Die meerderheid tradisionele sentrifugale waaiers word in 'n roltipe behuising (soos in Figuur 2) ingesluit wat die bewegende lug rig en die kinetiese energie doeltreffend na statiese druk omskakel. Om meer lug te beweeg, kan die waaier ontwerp word met 'n 'dubbelwydte dubbelinlaat'-waaier, wat lug aan beide kante van die omhulsel toelaat om binne te gaan.
Figuur 2: Sentrifugale waaier in rolomhulsel, met 'n agtertoe gekantelde waaier
Daar is 'n aantal vorms van lemme wat die waaier kan uitmaak, met die hooftipes vorentoe geboë en agtertoe geboë – die vorm van die lem sal die werkverrigting, potensiële doeltreffendheid en die vorm van die kenmerkende waaierkromme bepaal. Die ander faktore wat die waaier se doeltreffendheid sal beïnvloed, is die breedte van die waaierwiel, die spelingsruimte tussen die inlaatkeël en die roterende waaier, en die area wat gebruik word om die lug uit die waaier te laat ontsnap (die sogenaamde 'ontploffingsarea').
Hierdie tipe waaier is tradisioneel aangedryf deur 'n motor met 'n band-en-katrol-reëling. Met die verbetering in elektroniese spoedbeheer en die toenemende beskikbaarheid van elektronies gekommuteerde ('EC' of borsellose) motors, word direkte aandrywings egter al hoe meer gereeld gebruik. Dit verwyder nie net die ondoeltreffendhede wat inherent is aan 'n bandaandrywing nie (wat enigiets van 2% tot meer as 10% kan wees, afhangende van onderhoud2), maar sal waarskynlik ook vibrasie verminder, onderhoud verminder (minder laers en skoonmaakvereistes) en die samestelling meer kompak maak.
Agtertoe geboë sentrifugale waaiers
Agtertoe geboë (of 'skuins') waaiers word gekenmerk deur lemme wat weg van die rotasierigting kantel. Hulle kan doeltreffendheid van tot 90% bereik wanneer vlerkprofiellemme gebruik word, soos getoon in Figuur 3, of met gewone lemme wat in drie dimensies gevorm is, en effens minder wanneer gewone geboë lemme gebruik word, en weer minder wanneer eenvoudige platplaat agtertoe geskuins lemme gebruik word. Die lug verlaat die punte van die waaier teen relatief lae snelheid, dus is die wrywingsverliese binne die omhulsel laag en luggegenereerde geraas is ook laag. Hulle kan by die uiterstes van die bedryfskurwe stilstaan. Relatief wyer waaiers sal die grootste doeltreffendheid bied en kan geredelik die meer substansiële vlerkprofiellemme gebruik. Slanke waaiers sal min voordeel toon uit die gebruik van vlerkprofiele, so hulle is geneig om platplaatlemme te gebruik. Agtertoe geboë waaiers word veral bekend vir hul vermoë om hoë druk gekombineer met lae geraas te produseer, en het 'n nie-oorlaaiende kragkarakteristiek – dit beteken dat soos die weerstand in 'n stelsel verminder en die vloeitempo toeneem, die krag wat deur die elektriese motor getrek word, sal verminder. Die konstruksie van agtertoe geboë waaiers is waarskynlik meer robuust en taamlik swaarder as die minder doeltreffende voortoe geboë waaier. Die relatief stadige lugsnelheid van die lug oor die lemme kan die ophoping van kontaminante (soos stof en vet) toelaat.
Figuur 3: Illustrasie van sentrifugale waaierwaaiers
Voorwaarts geboë sentrifugale waaiers
Voorwaarts geboë waaiers word gekenmerk deur 'n groot aantal voorwaarts geboë lemme. Aangesien hulle tipies laer druk produseer, is hulle kleiner, ligter en goedkoper as die ekwivalente aangedrewe agterwaarts geboë waaier. Soos getoon in Figuur 3 en Figuur 4, sal hierdie tipe waaierwaaier meer as 20 lemme insluit wat so eenvoudig as om uit 'n enkele metaalplaat gevorm te word, kan wees. Verbeterde doeltreffendheid word verkry in groter groottes met individueel gevormde lemme. Die lug verlaat die lempunte met 'n hoë tangensiële snelheid, en hierdie kinetiese energie moet omgeskakel word na statiese druk in die omhulsel – dit verminder die doeltreffendheid. Hulle word tipies gebruik vir lae tot medium lugvolumes teen lae druk (normaalweg <1.5 kPa), en het 'n relatief lae doeltreffendheid van onder 70%. Die rolomhulsel is veral belangrik om die beste doeltreffendheid te behaal, aangesien die lug die punt van die lemme teen hoë snelheid verlaat en gebruik word om die kinetiese energie effektief in statiese druk om te skakel. Hulle loop teen lae rotasiesnelhede en daarom is meganies gegenereerde geraasvlakke geneig om minder te wees as hoërspoed agterwaarts geboë waaiers. Die waaier het 'n oorbelastingskrag-eienskap wanneer dit teen lae stelselweerstande werk.
Figuur 4: Voorwaarts geboë sentrifugale waaier met geïntegreerde motor
Hierdie waaiers is nie geskik waar die lug byvoorbeeld erg besoedel is met stof of meegesleurde vetdruppels bevat nie.
Figuur 5: Voorbeeld van 'n direk aangedrewe propwaaier met agtertoe geboë lemme
Radiale lem sentrifugale waaiers
Die radiaalblad-sentrifugale waaier het die voordeel dat dit besoedelde lugdeeltjies kan beweeg teen hoë druk (in die orde van 10 kPa), maar as dit teen hoë snelhede loop, is dit baie raserig en ondoeltreffend (<60%) en moet dus nie vir algemene HVAC-doeleindes gebruik word nie. Dit ly ook aan 'n oorbelastingskrag-eienskap – soos die stelselweerstand verminder word (miskien deur volumebeheerdempers wat oopmaak), sal die motorkrag styg en, afhangende van die motorgrootte, moontlik 'oorlaai'.
Propwaaiers
In plaas daarvan om in 'n rolomhulsel gemonteer te word, kan hierdie doelontwerpte sentrifugale waaiers direk in die omhulsel van die lugbehandelingseenheid (of inderdaad in enige kanaal of plenum) gebruik word, en hul aanvanklike koste sal waarskynlik laer wees as gehuisveste sentrifugale waaiers. Bekend as 'plenum'-, 'prop'- of eenvoudig 'nie-gehuisveste' sentrifugale waaiers, kan hierdie 'n paar ruimtevoordele bied, maar teen die prys van verlore bedryfsdoeltreffendheid (met die beste doeltreffendheid soortgelyk aan dié vir gehuisveste voorwaarts geboë sentrifugale waaiers). Die waaiers sal lug deur die inlaatkeël intrek (op dieselfde manier as 'n gehuisveste waaier), maar dan die lug radiaal om die hele 360° buitenste omtrek van die waaier uitlaat. Hulle kan 'n groot buigsaamheid van uitlaatverbindings (vanaf die plenum) bied, wat beteken dat daar minder behoefte aan aangrensende draaie of skerp oorgange in die kanaalwerk kan wees wat self tot die stelseldrukval (en dus bykomende waaierkrag) sal bydra. Algehele stelseldoeltreffendheid kan verbeter word deur klokmondingange na die kanale wat die plenum verlaat, te gebruik. Een van die voordele van die propwaaier is die verbeterde akoestiese werkverrigting, hoofsaaklik as gevolg van die klankabsorpsie binne die plenum en die gebrek aan 'direkte sig'-paaie vanaf die waaier na die mond van die kanaalwerk. Die doeltreffendheid sal baie afhang van die waaier se ligging binne die plenum en die verhouding van die waaier tot sy uitlaat – die plenum word gebruik om die kinetiese energie in die lug om te skakel en sodoende die statiese druk te verhoog. Aansienlik verskillende werkverrigting en verskillende werkingstabiliteite sal afhang van die waaiertipe – gemengde vloei-waaiers (wat 'n kombinasie van radiale en aksiale vloei bied) is gebruik om vloeiprobleme te oorkom wat voortspruit uit die sterk radiale lugvloeipatroon wat geskep word met behulp van eenvoudige sentrifugale waaiers3.
Vir kleiner eenhede word hul kompakte ontwerp dikwels aangevul deur die gebruik van maklik beheerbare EG-motors.
Aksiale waaiers
In aksiale vloeiwaaiers beweeg die lug deur die waaier in lyn met die rotasie-as (soos getoon in die eenvoudige buis-aksiale waaier van Figuur 6) – die druk word geproduseer deur aërodinamiese hefkrag (soortgelyk aan 'n vliegtuigvlerk). Hierdie kan relatief kompak, lae koste en liggewig wees, veral geskik om lug teen relatief lae druk te beweeg, en word dus gereeld in uittrekselstelsels gebruik waar die drukvalle laer is as toevoerstelsels – die toevoer sluit gewoonlik die drukval van al die lugversorgingskomponente in die lugbehandelingseenheid in. Wanneer die lug 'n eenvoudige aksiale waaier verlaat, sal dit dwarrel as gevolg van die rotasie wat op die lug uitgeoefen word terwyl dit deur die waaier beweeg – die werkverrigting van die waaier kan aansienlik verbeter word deur stroomafwaartse geleidingsvleuels om die dwarrel te herstel, soos in die aksiale waaier met vleuels wat in Figuur 7 getoon word. Die doeltreffendheid van 'n aksiale waaier word beïnvloed deur die vorm van die lem, die afstand tussen die punt van die lem en die omliggende omhulsel, en die dwarrelherstel. Die helling van die lem kan verander word om die waaier se uitset doeltreffend te varieer. Deur die rotasie van aksiale waaiers om te keer, kan die lugvloei ook omgekeer word – alhoewel die waaier ontwerp sal word om in die hoofrigting te werk.
Figuur 6: 'n Buis-aksiale vloeiwaaier
Die kenmerkende kurwe vir aksiale waaiers het 'n stilstandgebied wat hulle ongeskik kan maak vir stelsels met 'n wyd uiteenlopende reeks bedryfstoestande, alhoewel hulle die voordeel van 'n nie-oorbelastende kragkarakteristiek het.
Figuur 7: 'n Vane-aksiale vloeiwaaier
Vane-aksiale waaiers kan net so doeltreffend wees as agtertoe geboë sentrifugale waaiers, en kan hoë vloei teen redelike druk (gewoonlik rondom 2 kPa) produseer, hoewel hulle waarskynlik meer geraas sal veroorsaak.
Die gemengde vloeiwaaier is 'n ontwikkeling van die aksiale waaier en, soos getoon in Figuur 8, het dit 'n koniese waaier waar lug radiaal deur die uitbreidende kanale getrek word en dan aksiaal deur die reguitmaak-geleierskoepe gelei word. Die gekombineerde aksie kan druk produseer wat baie hoër is as wat moontlik is met ander aksiale vloeiwaaiers. Doeltreffendheid en geraasvlakke kan soortgelyk wees aan dié van 'n agtertoe gekurfde sentrifugale waaier.
Figuur 8: Gemengde vloei inlynwaaier
Die installasie van die waaier
Die pogings om 'n effektiewe waaieroplossing te bied, kan ernstig ondermyn word deur die verhouding tussen die waaier en die plaaslike lugkanaalpaaie.
Plasingstyd: 7 Januarie 2022