Vrste ventilatorjev: klasifikacija, namen in princip delovanja

Ventilator je osnova vsakega umetnega prezračevalnega sistema. Naprava se široko uporablja v gospodinjstvu in je nepogrešljiva na mnogih področjih človekovega delovanja. Ko načrtujete nakup prezračevalne opreme, je treba razumeti posebnosti njene zgradbe in delovanja.

V članku, ki vam ga predstavljamo, so podrobno opisane vrste ventilatorjev, njihove konstrukcijske značilnosti, načela delovanja in namen vsake enote. Povedali vam bomo o prednostnih smereh izbire ustreznega modela. Pri nas boste izvedeli, kako izbrati napravo glede na pogoje uporabe.

Razvrstitev ventilatorjev po glavnih parametrih

Ventilatorji so mehanske naprave, namenjene premikanju, dovajanju ali odsesavanju zračnih in plinskih mas. Kroženje zraka poteka zaradi razlike tlakov med dovodnim in odvodnim kanalom prezračevalne naprave.

Ventilatorji se uporabljajo povsod. Naprave so nepogrešljive pri urejanju dovodno-odvodnega prezračevalnega kompleksa stavbe, pihanju delovnih elementov v klimatskih napravah in grelnih napravah.

Ventilatorji so zasnovani za delo s plini, katerih stopnja stiskanja ne presega 1,15. Pri tem je razlika tlakov na vhodu/izhodu omejena na 15 kPa – pri večjem tlaku se uporablja kompresor.

Splošna razvrstitev prezračevalnih naprav temelji na različnih parametrih.

Med glavnimi kriteriji razvrstitve lahko izpostavimo:

• konstrukcija in načelo delovanja naprave;
• namen in pogoji delovanja ventilatorja;
• način namestitve;
• metode povezave naprave z elektromotorjem;
• tehnične posebnosti: stopnja zaščite IP, ustvarjeni tlak, porabljena moč, hitrost vrtenja, izkoristek in raven zvočnega tlaka.

Glede na vrsto konstrukcije ločimo pet modifikacij ventilatorjev: aksialne, centrifugalne, diagonalne, diametralne in brezlopatične.

Diagonalni in diametralni agregati veljajo za različici dveh osnovnih skupin prezračevalnih naprav: aksialnih in centrifugalnih. Bistveno se od svojih sorodnikov razlikujejo novi brezlopatični izdelki.

Glede na pogoje delovanja ločimo naslednje vrste pihalnih strojev:

• naprave za splošno uporabo;
• ventilatorji posebnega namena.

V prvo skupino spadajo agregati, namenjeni delu z zračnimi in neaktivnimi plinskimi tokovi, katerih temperatura ne presega +50°C. Druga skupina vključuje posebno opremo: toplotno odporne, protieksplozijske, prašne, korozijsko odporne in za odvod dima.

Po načinu montaže ločimo:

• standardni – namestitev se izvede na podporo;
• strešni – montaža na strehi stavbe;
• kanalski – nameščeni znotraj prezračevalnega kanala;
• večconski – modeli, zasnovani za priključitev na več zračnih kanalov.

Kot pogon prezračevalne naprave se uporabljajo elektromotorji.

Možnih je več načinov povezave motorja z rotorjem:

• neposredna povezava;
• klinasti jermenski prenos;
• brezstopenjska sklopka.

Po določitvi ustrezne vrste ventilatorja se izbere model z optimalnimi tehničnimi lastnostmi.

Upošteva se površina oskrbe, mesto namestitve, dopustna raven hrupa, vlažnost prostora, potreba po zaščiti naprave pred vdorom tujkov.

Načelo delovanja različnih vrst naprav

Osnovni kriterij izbire ventilatorja sta njegova zgradba in načelo delovanja. Konstrukcijske značilnosti in tehnične nianse določajo učinkovitost naprave, raven hrupa, ekonomičnost delovanja in možnost uporabe v določenih pogojih.

Aksialni agregat – klasični ventilator

Aksialni ventilator se pogosto uporablja v gospodinjskih prezračevalnih sistemih zasebnih hiš, v odsesovalnih napah kopalnic, v kompleksnih odsesovalnih različicah, kot element hlajenja različne tehnike in elektronike, ter v aerodinamičnih tunelih in turboventilatorskih motorjih na področju letalstva.

Zgradba modelov se odlikuje po preprostosti izvedbe in majhnih dimenzijah. Glavni elementi: valjasto ohišje, kolo z lopaticami in pogonska enota. Notranji premer valja mora zagotavljati nemoteno vrtenje delovnega kolesa. Razmik med lopaticami in ohišjem je omejen na 1,5 % dolžine vrteče se lopatice.

Z namenom zmanjšanja hidravličnih izgub in izboljšanja aerodinamičnih lastnosti se konstrukcija dopolni s kolektorjem, difuzorjem in obtekačem na obeh straneh delovnega kolesa.

Načelo delovanja: vrteče se lopatice zajemajo zrak in ga potiskajo vzdolž osi rotorja. Premikanje zračnih tokov v radialni smeri skoraj ni prisotno. Zmogljivost opreme se uravnava z zasukom lopatic.

Značilnosti aksialnih modelov:

• ne zahtevajo veliko prostora za namestitev;
• varčna poraba električne energije;
• nizka raven hrupa;
• enostavnost uporabe in popravil;
• nizka cena.

Prednosti delovanja in uporabe aksialnih ventilatorjev so povzročile njihovo široko priljubljenost v gospodinjstvu. Množično se uporabljajo ohišni modeli za hlajenje električnih naprav in prenosni aksialni agregati z rešetko.

Za okrepitev izmenjave zraka se v stenske odprtine in druge nosilne konstrukcije vgrajujejo aksialni ventilatorji s stensko ploščo. Naprave lahko delujejo v dveh načinih: sesanje in potiskanje zraka.

Centrifugalni model – trdnost in visoka moč

Centrifugalni (radialni) ventilatorji so zelo učinkoviti – enote lahko ustvarjajo visoke tlake in delujejo v zahtevnih pogojih. Zgradba opreme vključuje naslednje elemente.

Ohišje. Ohišje-difuzor je izdelan iz pločevine s kovičenjem ali varjenjem. Votlo ohišje ima spiralasto obliko polža, v konstrukciji sta predvidena sesalna in tlačna priključka. Za zagotavljanje togosti se ohišje ojača z rebri ali prečnimi trakovi.

Zgoraj se 'polž' zapre z dodatnim okrovom ali obloži z zvočno izolacijskimi ploščami. To je potrebno za zmanjšanje hrupa med delovanjem prezračevalne naprave.

Delovno kolo. Lopatični rotor je sestavljen iz dveh diskov, lopatic in pesti.

Zgradba kolesa določa pogoje uporabe ventilatorja:

• brez diskov – transport tokov s trdnimi delci;
• enodiščni – premikanje zračnih medijev z majhno vsebnostjo trdnih frakcij;
• dvodiščni – kroženje čistih zračnih mas v različnih območjih tlaka;
• tridiščni – zagotavljanje dvostranskega sesanja.

Pritrditev kolesa na gred poteka preko pesti. Na diske in pesti so pritrjene lopatice.

Lopatice. Delovne značilnosti in učinkovitost enote kot celote so v veliki meri odvisne od oblike lopatic:

• aerodinamično krilo – zagotavlja tihost, dober kazalnik zmogljivosti, odpornost naprave na visoke temperature;
• ukrivljene nazaj – preprečujejo nabiranje prahu v notranjosti ventilatorja, primerne za uporabo v okolju z visokim uporom;
• ukrivljene naprej – ventilatorji s »sprednjimi« rebri so namenjeni delu z velikim volumnom zraka in visokim tlakom, odlikujejo jih odpornost proti eroziji;
• radialne – naprave kompaktnih dimenzij s srednjo učinkovitostjo, vodila rotorja so obdelane z zaščitnim sredstvom proti eroziji.

Pri kolesih z »zadnjimi« lopaticami razlika med statičnim in polnim tlakom ni velika, zato je njihov izkoristek visok. Učinkovitost delovanja dosega 80%.

Naprej ukrivljene lopatice ustvarjajo visoko hitrost zračnega toka na izhodu. Agregat ohranja 60% učinkovitosti. Prednost »sprednjih« lopatic je doseganje želenih parametrov pri manjših dimenzijah ventilatorja.

Pri centrifugalnih napravah zrak vstopa v aksialni smeri, iztisne pa se v radialni smeri. Zračne mase se pod vplivom centrifugalnih sil premikajo v cilindričnem ohišju.

Celoten proces lahko razdelimo na več stopenj:

1. Pri vrtenju kolesa zrak med prostorom lopatic hiti proti robu rotorja.
2. Posledično se v središču kolesa tvori območje z nizkim tlakom. To vodi do sesanja zračnih mas od zunaj.
3. V središču komore zračni tokovi spremenijo smer iz aksialne v radialno, vstopajo v predele med lopaticami.
4. Zaradi hitrega vrtenja se zračne mase usmerijo k notranji steni ohišja.
5. Kinetična energija se delno pretvori v energijo stiskanja in hitrost zraka se zmanjša – znotraj »polža« se nabere voluminozen zračni tok in nastane nadpritisk.
6. Plinska masa se usmeri k izhodni cevi, vstopi v cevovod, nato pa v delovno območje.

Centrifugalni agregati se uporabljajo v dovodno-odvodnih sistemih velikih prostorov, garažah, trgovskih centrih in stavbah, kjer je potrebno neprekinjeno močno prezračevanje.

Radialne naprave se uporabljajo v nevarnih proizvodnjah za hitro odstranjevanje onesnaženega zraka. Na primer v lesno- ali kovinsko-obdelovalnih delavnicah, v delavnicah za odsesavanje dima in škodljivih hlapov.

Diagonalni – kombinacija aksialnega in radialnega ventilatorja

Diagonalni model – sinteza dveh tipov ventilatorjev: aksialnega in centrifugalnega. Rotor naprave ima posebno obliko – zgradba delovnega kolesa spominja na napravo bobna v radialnem ventilatorju. Lopatice rotorja so nameščene vzporedno z osjo vrtenja.

Kombinirani ventilatorji imajo cilindrično ohišje in navzven bolj spominjajo na aksialne modele. Vendar je njihov princip delovanja drugačen zaradi konstrukcijskih posebnosti rotorja. Zrak se najprej premika vzdolž osi, nato pa spremeni smer za 45°.

Zaradi centrifugalnega potiska se hitrost zračnega toka poveča, s tem pa se poveča tudi učinkovitost prezračevalne naprave. Raven izkoristka diagonalnih modelov dosega 80 %.

Glavna prednost ventilatorja mešanega tipa je doseganje kompromisnih vrednosti med hrupnimi značilnostmi, zmogljivostjo in dimenzijami naprave.

Najpogosteje se centrifugalno-aksialne enote uporabljajo kot kanalski ventilatorji v majhnih in srednjih prezračevalnih sistemih z dolgimi zračnimi kanali. Uporabljajo se kot izpušne naprave in dovodne naprave v tlačnih dovodnih sistemih.

Tangencialna namestitev – enakomernost zračnega toka

Tangencialni (diametralni) ventilator je sestavljen iz podolgovatega ohišja, opremljenega z difuzorjem in priključkom, ter delovnega kolesa bobnastega tipa z nagnjenimi lopaticami. Zrak se dvakrat premakne pravokotno na os vrtenja valja.

Ohišje diametralnega modela spominja na ohišje radialnega ventilatorja. Razlika je v tem, da je pri tangencialni enoti zračni kanal nameščen vzdolž stranske plošče.

Značilnosti diametralnih naprav:

• visoke aerodinamične lastnosti;
• sposobnost dovajanja enakomernega toka;
• možnost obračanja ventilatorja za izbiro smeri zračnega toka;
• neslišnost delovanja;
• visok izkoristek – do 60–70 %.

Področje uporabe: ustvarjanje zračnih zaves, fan coil enot in uporaba v split sistemih.

Brezlopatični ventilator – inovativna tehnologija

Gospodinjski brezlopatični ventilatorji so se pred kratkim pojavili na domačem trgu prezračevalnih sistemov. Njihovo načelo delovanja se bistveno razlikuje od zgoraj obravnavanih modifikacij.

Delovanje inovativne naprave temelji na težnji medija po izenačitvi ravnovesja med tlakom zunaj in znotraj naprave ter na tehnologiji 'zračnega množitelja'.

Sestavni deli naprave:

• okvir okrogle ali ovalne oblike, namenjen vleku in izpustu zračnih mas;
• podstavek za pritrditev okvirja;
• mini turbina, vgrajena v podstavek ventilatorja;
• motor.

Inovativni ventilator deluje po naslednjem načelu:

1. Po vklopu motorja se aktivira turbina.
2. Med vrtenjem turbina vleče zrak skozi perforacije v ohišju podstavka.
3. Pod vplivom turbulence se zrak pospeši 15-krat in izstopa skozi izhodne reže, nameščene po obodu okvirja.

Zračni tokovi obkrožijo površino obroča in se usmerijo v želeno smer.

Zaradi aerodinamičnih lastnosti prezračevalne naprave se v nastali zračni tok vleče zrak s strani in za obročastim okvirjem.

V primerjavi s tradicionalnimi modeli imajo brezlistni ventilatorji vrsto prednosti:

• gladka regulacija intenzivnosti zračnega toka;
• udobnost in absolutna varnost uporabe;
• spreminjanje smeri zraka z regulacijo položaja obroča;
• učinkovitost delovanja – poraba električne energije je za 20 % manjša v primerjavi z osnimi modeli.

Glavne pomanjkljivosti naprave: visoka cena in visoka raven hrupa.

Odvisnost od pogojev uporabe

Pri izbiri ventilatorja je pomembno upoštevati pogoje njegove uporabe. Za uporabo v agresivnem okolju so razvite visokospecializirane naprave.

Agregati za uporabo v običajnih pogojih

Ventilatorji splošnega namena so izdelani iz ogljikovega jekla.

Naprave so dovoljene za namestitev ob izpolnjevanju obveznih pogojev delovanja:

• vsebnost prahu v zraku za radialne naprave – ne več kot 0,01 g/m³, za osne naprave – do 0,01 g/m³;
• temperatura delovnega okolja – do +50 °C;
• odsotnost kemično agresivnih, eksplozivnih komponent, vlaken in lepljivih delcev v zraku.

Plinasta in parna zračna mešanica ne sme spodbujati pospešenih korozijskih procesov, dovoljena hitrost propadanja kovine je 0,1 mm na leto. Če se temperatura delovanja dvigne nad mejno vrednost, se poslabša delovanje motorja, ki je običajno nameščen v toku premikajočih se zračnih mas.

Obstajajo jekleni toplotno odporni ventilatorji splošnega namena. Najvišja temperatura premikajočega se medija je do +200 °C. Domači izdelki so označeni s črkama «Ž» in «Ž2».

Modele splošnega namena uporabljajo v sistemih zračnega ogrevanja in prezračevanja javnih, stanovanjskih in industrijskih stavb ter za druge sanitarno-tehnične namene.

Prezračevalne naprave posebnega namena

Ventilatorje posebnega namena običajno delimo v pet skupin:

• prašni;
• toplotno odporni;
• protieksplozijski;
• korozijsko odporni;
• dimoodvodni.

Prašne naprave se uporabljajo za čiščenje zračnih mas pred prahom in delci umazanije: lesnih in kovinskih ostružkov, varilne žlindre, žitnih odpadkov. Zračni tok, ki prehaja skozi cevne nastavke, spreminja svojo smer iz osne v radialno. Zaradi centrifugalne sile se spreminja tudi hitrost zračnega toka.

Prašne naprave so izdelane iz medenine, ogljikovega ali nerjavnega jekla. Najvišja temperatura delovnega okolja je +80 °C. Obstajajo modeli mešanega tipa: prašni, protieksplozijski in toplotno odporni.

Radialni prašni ventilatorji majhne moči so nameščeni na vozilih, ki prevažajo žitne sestave. Visokotlačne naprave se uporabljajo v velikih proizvodnih halah.

Toplotno odporni agregati so namenjeni za premikanje zraka, katerega temperatura presega +80°C.

Zaradi strogih pogojev delovanja morajo imeti ventilatorji posebne značilnosti:

• toplotna izolacija elektromotorja in njegova namestitev izven zračnega toka;
• visoka stopnja zaščite motorja – IP44 in višje;
• izdelava konstrukcijskih elementov iz toplotno odpornih materialov (termoobstojnega poliamida, aluminijeve zlitine, nerjavnega ali ogljikovega jekla);
• širok razpon delovnih temperatur.

Toplotno odporni ventilatorji se uporabljajo pri urejanju prezračevalnih sistemov kopeli in savn, odvajanju visokotemperaturnega izpušnega zraka iz kamina ali peči, odstranjevanju produktov zgorevanja s proizvodnih mest.

Toplotno odporni agregati so lahko aksialne ali radialne izvedbe. Najpogosteje se visokotemperaturni ventilatorji uporabljajo v prezračevalnih kanalih, vendar obstajajo modifikacije, ki se montirajo brez zračnih vodov.

Eksplozijsko zaščitena prezračevalna oprema je namenjena za odvajanje eksplozivnih plinskih mešanic. V to kategorijo spadajo sestave, pri katerih ob vžigu najmanjšega delca se vname celoten preostali volumen plina.

Zahteve za eksplozijsko varnost električne opreme so urejene z direktivami ATEX EC. Glede na stopnjo eksplozivnosti con se prezračevalne naprave lahko zaščitijo:

• s kvarčnim ali oljnim polnjenjem ohišij prevodnih delov;
• s tesnjenjem s spojino – polimernim materialom;
• z eksplozijsko neprepustnimi premazi.

Material za izdelavo vhodnih kolektorjev, delovnih koles in ohišja je nerjavno jeklo, aluminijeve zlitine in skupine raznorodnih materialov: nerjavno jeklo-medenina, bron, elektroprevodna plastika.

Raznorodni materiali so kombinirani tako, da ob udarcu ali trenju med seboj ne more nastati iskra.

Korozijsko odporni ventilatorji so namenjeni za transport agresivnih neeksplozivnih zračno-plinskih mešanic z majhno vsebnostjo prahu ter brez vlaknastih in lepljivih komponent.

Materiali za izdelavo delov naprave: titanove zlitine, polipropilen, vinilplast. Kot možnost so delovni elementi prevlečeni s protikorozijskim premazom – korozijsko obstojnim jeklom razreda 08H13 ali titanovo zlitino.

Področje uporabe «protikorozijskih» ventilatorjev:

• črna metalurgija;
• tehnološke linije za proizvodnjo mineralnih gnojil;
• proizvodnja ogljika;
• dovod zraka v kotle z vrelo sestavo;
• organizacija kroženja vodnih hlapov s primesmi fenola, alkalije in vodikovega sulfida;
• linije koksno-kemičnih kombinatov.

Ventilatorji za odvod dima – zmogljive ognjevarne naprave, vgrajene v prezračevalni sistem stavbe in delujejo za izpihovanje dima iz prostora. Za agregate veljajo visoke tehnične zahteve.

V primeru požara mora ventilator neprekinjeno delovati 2 uri pri temperaturi izpihanega zraka do +400 °C. Pri povišanju temperature na +600 °C – do 1 ure.

Področje uporabe – sistemi protidimnega prezračevanja stavb različnega namena. »Odvodniki dima« se namestijo na streho prostora s pomočjo montažne prirobnice in priključijo na odvodne dimne kanale.

Odvisno od konstrukcije ventilatorja se lahko izvaja dvo- ali štiristranski izpust dima v vodoravni ali navpični smeri. Predvidena je možnost delovanja agregatov v načinu splošne izmenjave zraka v hiši.

Vrste ventilatorjev glede na način montaže

Kot je navedeno zgoraj, se po načinu montaže prezračevalne naprave delijo v 4 skupine: standardne, strešne, kanalske in večconske.

Običajni ventilatorji praviloma prihajajo v kompletu z nosilnim okvirjem ali držalom. Njihova montaža ne povzroča kakršnih koli težav.

Strešni agregati se namestijo na streho stavbe in predstavljajo zaključni člen prezračevalnega sistema zgradbe. Takšni ventilatorji so izpostavljeni vplivom negativnih zunanjih dejavnikov (dež, sneg, sunki vetra), zato so izdelani iz posebej trdnih materialov. Skoraj vsi modeli so opremljeni z zaščitnim stožcem, ki preprečuje zamašitev ohišja.

Strešne prezračevalne naprave delujejo po osnem ali centrifugalnem principu. Prvo različico pogosteje uporabljajo za običajno okolje, drugo pa za prašno in agresivno.

Pri izbiri strešnega ventilatorja upoštevajo specifiko prostora, ki ga opremljajo. Na primer, za vrtec, bolnišnico ali šolo se izbere model z nizko stopnjo hrupa. Za proizvodno delavnico bo prednost moč opreme.

Kanalske prezračevalne naprave so nameščene v prezračevalne kanale in izvajajo odvod in dotok zraka prek sistema zračnih kanalov. Konstrukcija kanalskih ventilatorjev je običajno diagonalnega ali radialnega tipa, redkeje aksialnega.

Izbira naprave se izvaja v povezavi z obliko zračnega kanala. Proizvajajo se agregati za okrogle, kvadratne in pravokotne jaške.

Kanalski ventilatorji pravokotne ali kvadratne oblike so izdelani iz kovine, okrogli – iz plastike. Kovinsko ohišje je odporno proti obrabi in trdno, plastično pa manj hrupno.

Večconalne prezračevalne naprave so opremljene z ohišjem, ki omogoča priključitev več sesalnih zračnih kanalov, ki prihajajo iz različnih con. Takšni ventilatorji so nepogrešljivi v prostorih, kjer je treba urediti odvod v različnih sobah, odvodni zračni kanal pa je le en.

Večkanalne enote omogočajo optimizacijo kompleksa zračnih kanalov, zmanjšanje kapitalskih stroškov in delovno intenzivnost del za ureditev prezračevalnega sistema hiše

Dodatna prednost – poenostavitev obratovanja. Potrebno je vzdrževati en, ne pa več ventilatorjev.

Različice gospodinjskih prezračevalnih modelov

Gospodinjski ventilatorji se dodatno klasificirajo glede na mesto namestitve.

Okenski. Naprava se montira v okensko krilo ali steno ob oknu, zračni kanal je odsoten. Takšna oprema se pretežno uporablja v javnih ustanovah: kavarnah, frizerskih salonih itd. Samostojno vrezovanje v nameščena PVC-okna je problematično.

Okenski ventilatorji se izdelujejo z okroglim in kvadratnim profilom. Nekateri modeli so opremljeni s povratnim ventilom, ki preprečuje vdor prahu v notranjost bivališča.

Kuhinjski. Odvajajo pare in različne vonjave, ki nastanejo med kuhanjem. Ventilator se montira neposredno v odvodno napo. Glede na konstrukcijo ločimo ploščate, kupolaste in vgrajene nape. Kuhinjski ventilatorji morajo biti odporni na vročino in imeti zunanjo zaščitno mrežo.

Oprema za sanitarni prostor. Za povečanje učinkovitosti odvodnega prezračevanja stranišča in kopalnice se uporabljajo nadgradne stenske in stropne ventilatorje. Kompaktne enote so ekonomične in preproste za namestitev.

Notranji del ohišja se namesti v prezračevalni kanal, zunanji del pa štrli in se prekrije s prezračevalno rešetko. V kopalnici je smiselno uporabiti ventilator z vlažnostnim senzorjem.

Ne glede na vrsto izbranega ventilatorja je treba posebno pozornost nameniti oznaki naprave, in sicer – stopnji zaščite IP. Standard IP označuje zaščito opreme v neagresivnem okolju.

Prva številka ima vrednost v območju 0-6 in označuje stopnjo zaščite pred vdorom tujih predmetov, prahu in stika z rokami

Stopnjo zaščite pred vdorom vlage v ohišje označuje druga številka oznake.

Visoka verjetnost vdora vode v naprave z vrednostjo »0«. Te so dovoljene le za namestitev v »suhih« prostorih. Najvišja stopnja zaščite »8« zagotavlja ohranitev ventilatorja ob popolni potopitvi v vodo.

Zaključki in koristen video na to temo

Video #1. Načelo delovanja in konkurenčne prednosti ventilatorja brez lopatic:

Video #2. Zgradba centrifugalnega ventilatorja VCUN:

Video #3. Konstrukcija kanalskega ventilatorja okrogle oblike:

Modelna izvedba in tehnično-obratovalne značilnosti ventilatorjev omogočajo izbiro optimalne opreme tako za gospodinjsko kot industrijsko uporabo. Konstrukcije prezračevalnih naprav se nenehno izboljšujejo in prilagajajo potrebam kupcev.

Imate vprašanja med branjem članka? Želite sporočiti koristne podrobnosti pri izbiri opreme? Napišite, prosimo, komentarje v spodnjem polju.