I due tipi di ventilatore più comuni utilizzati nei servizi degli edifici per i sistemi canalizzati sono genericamente indicati come ventilatori centrifughi e assiali, il nome deriva dalla direzione del flusso d'aria che definisce attraverso il ventilatore.Questi due tipi sono a loro volta suddivisi in una serie di sottotipi che sono stati sviluppati per fornire particolari caratteristiche di portata volumetrica/pressione, nonché altri attributi operativi (tra cui dimensioni, rumore, vibrazioni, pulibilità, manutenibilità e robustezza).

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Tabella 1: dati sull'efficienza dei ventilatori di picco pubblicati negli Stati Uniti e in Europa per ventilatori di diametro >600 mm

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Nella Tabella 1 sono elencati alcuni dei tipi di ventilatore più frequentemente riscontrati e utilizzati negli impianti HVAC, insieme alle efficienze di picco indicative che sono state raccolte1 dai dati pubblicati da una serie di produttori statunitensi ed europei.Oltre a questi, il ventilatore 'plug' (che in realtà è una variante del ventilatore centrifugo) ha visto crescere la popolarità negli ultimi anni.

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Figura 1: Curve generiche della ventola.I veri fan possono differire ampiamente da queste curve semplificate

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Le curve caratteristiche della ventola sono mostrate nella Figura 1. Queste sono curve esagerate, idealizzate, e le ventole reali potrebbero differire da queste;tuttavia, è probabile che mostrino attributi simili.Ciò include le aree di instabilità dovute all'oscillazione, in cui il ventilatore può oscillare tra due possibili portate alla stessa pressione o come conseguenza dello stallo del ventilatore (vedere Stallo della cassa del flusso d'aria).I produttori dovrebbero anche identificare gli intervalli di lavoro "sicuri" preferiti nella loro letteratura.

Ventilatori centrifughi

Con i ventilatori centrifughi l'aria entra nella girante lungo il suo asse, quindi viene scaricata radialmente dalla girante con il moto centrifugo.Questi ventilatori sono in grado di generare sia alte pressioni che elevate portate volumetriche.La maggior parte dei ventilatori centrifughi tradizionali è racchiusa in un alloggiamento a spirale (come nella Figura 2) che agisce per dirigere l'aria in movimento e convertire efficacemente l'energia cinetica in pressione statica.Per muovere più aria, il ventilatore può essere progettato con una girante "a doppia larghezza e doppia entrata", che consente all'aria di entrare su entrambi i lati dell'involucro.

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Figura 2: Ventilatore centrifugo in coclea, con girante inclinata all'indietro

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Ci sono un certo numero di forme di pale che possono costituire la girante, con i tipi principali che sono curvi in ​​avanti e indietro: la forma della pala ne determinerà le prestazioni, l'efficienza potenziale e la forma della curva caratteristica del ventilatore.Gli altri fattori che influiranno sull'efficienza del ventilatore sono la larghezza della ruota della girante, lo spazio libero tra il boccaglio di ingresso e la girante in rotazione e l'area utilizzata per lo scarico dell'aria dal ventilatore (la cosiddetta "area di soffiaggio"). .

Questo tipo di ventilatore è stato tradizionalmente azionato da un motore con disposizione a cinghia e puleggia.Tuttavia, con il miglioramento dei controlli elettronici della velocità e la maggiore disponibilità di motori a commutazione elettronica ("EC" o brushless), gli azionamenti diretti stanno diventando sempre più utilizzati.Ciò non solo rimuove le inefficienze inerenti a una trasmissione a cinghia (che può variare dal 2% a più del 10%, a seconda della manutenzione2), ma è anche probabile che riduca le vibrazioni, riduca la manutenzione (meno cuscinetti e requisiti di pulizia) e renda l'assemblaggio più compatto.

Ventilatori centrifughi a pale rovesce

I ventilatori curvi all'indietro (o "inclinati") sono caratterizzati da pale che si inclinano rispetto al senso di rotazione.Possono raggiungere efficienze di circa il 90% quando si utilizzano lame a profilo alare, come mostrato nella Figura 3, o con lame lisce sagomate in tre dimensioni, e leggermente inferiori quando si utilizzano lame curve lisce, e ancora meno quando si utilizzano lame inclinate all'indietro a piastra piana semplice.L'aria lascia le punte della girante a una velocità relativamente bassa, quindi le perdite per attrito all'interno dell'involucro sono basse e anche il rumore generato dall'aria è basso.Possono bloccarsi agli estremi della curva operativa.Giranti relativamente più larghe forniranno le massime efficienze e possono facilmente impiegare le lame a profilo aerodinamico più consistenti.Le giranti sottili mostreranno pochi vantaggi dall'utilizzo di profili alari, quindi tendono a utilizzare lame piatte.I ventilatori curvi all'indietro sono particolarmente noti per la loro capacità di produrre pressioni elevate combinate con bassa rumorosità e hanno una caratteristica di potenza non sovraccaricante - ciò significa che quando la resistenza si riduce in un sistema e la portata aumenta, la potenza assorbita dal motore elettrico si riduce .È probabile che la costruzione delle ventole con curvatura all'indietro sia più robusta e piuttosto più pesante della meno efficiente ventola con curvatura in avanti.La velocità dell'aria relativamente bassa dell'aria attraverso le pale può consentire l'accumulo di contaminanti (come polvere e grasso).

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Figura 3: Illustrazione delle giranti dei ventilatori centrifughi

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Ventilatori centrifughi a pale avanti

I ventilatori curvi in ​​avanti sono caratterizzati da un gran numero di pale curve in avanti.Poiché in genere producono pressioni più basse, sono più piccole, più leggere e più economiche rispetto alle ventole curve all'indietro con potenza equivalente.Come mostrato nella Figura 3 e nella Figura 4, questo tipo di girante del ventilatore includerà più di 20 pale che possono essere semplici come essere formate da un'unica lamiera metallica.Efficienze migliorate si ottengono in dimensioni maggiori con lame sagomate singolarmente.L'aria lascia le punte delle pale con un'elevata velocità tangenziale e questa energia cinetica deve essere convertita in pressione statica nell'involucro, il che riduce l'efficienza.Sono generalmente utilizzati per volumi d'aria da bassi a medi a bassa pressione (normalmente <1,5 kPa) e hanno un'efficienza relativamente bassa inferiore al 70%.L'involucro a spirale è particolarmente importante per ottenere la migliore efficienza, poiché l'aria lascia la punta delle pale ad alta velocità e viene utilizzata per convertire efficacemente l'energia cinetica in pressione statica.Funzionano a basse velocità di rotazione e, quindi, i livelli di rumorosità generati meccanicamente tendono ad essere inferiori rispetto ai ventilatori con pale rovesce a velocità più elevate.Il ventilatore ha una caratteristica di potenza di sovraccarico quando funziona con basse resistenze di sistema.

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Figura 4: Ventilatore centrifugo a pale avanti con motore integrato

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Questi ventilatori non sono adatti dove, ad esempio, l'aria è fortemente contaminata da polvere o trasporta goccioline di grasso trascinate.

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Figura 5: Esempio di ventilatore plug fan ad azionamento diretto con pale curve all'indietro

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Ventilatori centrifughi a pale radiali

Il ventilatore centrifugo a pale radiali ha il vantaggio di poter movimentare particelle di aria contaminata e ad alte pressioni (dell'ordine di 10kPa) ma, funzionando ad alte velocità, è molto rumoroso e poco efficiente (<60%) e quindi non dovrebbe essere utilizzato per uso generale HVAC.Soffre anche di una caratteristica di potenza di sovraccarico: poiché la resistenza del sistema viene ridotta (probabilmente dall'apertura delle serrande di controllo del volume), la potenza del motore aumenterà e, a seconda delle dimensioni del motore, potrebbe verificarsi un "sovraccarico".

Collegare i fan

Invece di essere montate in una coclea, queste giranti centrifughe appositamente progettate possono essere utilizzate direttamente nella carcassa dell'unità di trattamento dell'aria (o, in effetti, in qualsiasi condotto o plenum), e il loro costo iniziale è probabilmente inferiore a ventilatori centrifughi alloggiati.Conosciuti come ventilatori centrifughi 'plenum', 'plug' o semplicemente 'non alloggiati', questi possono fornire alcuni vantaggi in termini di spazio ma al prezzo di una perdita di efficienza operativa (con le migliori efficienze simili a quelle dei ventilatori centrifughi alloggiati con pale avanti).I ventilatori aspirano l'aria attraverso il cono di ingresso (allo stesso modo di un ventilatore alloggiato) ma poi scaricano l'aria radialmente attorno all'intera circonferenza esterna di 360° della girante.Possono fornire una grande flessibilità delle connessioni di uscita (dal plenum), il che significa che potrebbero esserci meno necessità di curve adiacenti o transizioni nette nella canalizzazione che si aggiungerebbero alla caduta di pressione del sistema (e, quindi, ulteriore potenza del ventilatore).L'efficienza complessiva del sistema può essere migliorata utilizzando ingressi a bocca svasata nei condotti che escono dal plenum.Uno dei vantaggi del plug fan è la sua migliore prestazione acustica, in gran parte derivante dall'assorbimento acustico all'interno del plenum e dalla mancanza di percorsi di "visione diretta" dalla girante all'imboccatura della canalizzazione.L'efficienza dipenderà molto dalla posizione del ventilatore all'interno del plenum e dalla relazione del ventilatore con la sua uscita: il plenum viene utilizzato per convertire l'energia cinetica nell'aria e quindi aumentare la pressione statica.Prestazioni sostanzialmente diverse e diverse stabilità di funzionamento dipenderanno dal tipo di girante: sono state utilizzate giranti a flusso misto (che forniscono una combinazione di flusso radiale e assiale) per superare i problemi di flusso derivanti dal forte schema di flusso d'aria radiale creato utilizzando semplici giranti centrifughe3.

Per le unità più piccole, il loro design compatto è spesso completato dall'uso di motori EC facilmente controllabili.

Ventilatori assiali

Nei ventilatori a flusso assiale, l'aria passa attraverso il ventilatore in linea con l'asse di rotazione (come mostrato nel semplice ventilatore assiale tubolare della Figura 6) - la pressurizzazione è prodotta dalla portanza aerodinamica (simile all'ala di un aereo).Questi possono essere relativamente compatti, a basso costo e leggeri, particolarmente adatti per spostare l'aria a pressioni relativamente basse, quindi sono spesso utilizzati nei sistemi di estrazione in cui le cadute di pressione sono inferiori rispetto ai sistemi di alimentazione - l'alimentazione normalmente include la caduta di pressione di tutti i condizionatori d'aria componenti dell'unità di trattamento dell'aria.Quando l'aria esce da un semplice ventilatore assiale, sarà vorticosa a causa della rotazione impartita all'aria mentre passa attraverso la girante: le prestazioni del ventilatore possono essere migliorate in modo significativo mediante alette di guida a valle per recuperare il vortice, come nella paletta ventola assiale mostrata in Figura 7. L'efficienza di una ventola assiale è influenzata dalla forma della pala, dalla distanza tra la punta della pala e l'involucro circostante e dal recupero del vortice.Il passo della pala può essere modificato per variare in modo efficiente l'uscita della ventola.Invertendo la rotazione delle ventole assiali, è possibile invertire anche il flusso d'aria, sebbene la ventola sia progettata per funzionare nella direzione principale.

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Figura 6: Un ventilatore a flusso assiale tubolare

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La curva caratteristica dei ventilatori assiali presenta una regione di stallo che può renderli inadatti a sistemi con un intervallo di condizioni operative molto variabile, sebbene abbiano il vantaggio di una caratteristica di potenza non sovraccaricante.

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Figura 7: Un ventilatore a flusso assiale a palette

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I ventilatori assiali a palette possono essere efficienti quanto i ventilatori centrifughi a pale rovesce e sono in grado di produrre flussi elevati a pressioni ragionevoli (tipicamente intorno a 2kPa), anche se è probabile che creino più rumore.

Il ventilatore a flusso misto è uno sviluppo del ventilatore assiale e, come mostrato in Figura 8, ha una girante di forma conica dove l'aria viene aspirata radialmente attraverso i canali di espansione e quindi fatta passare assialmente attraverso le palette di raddrizzatura.L'azione combinata può produrre una pressione molto più elevata di quanto sia possibile con altri ventilatori a flusso assiale.Efficienze e livelli di rumorosità possono essere simili a quelli di un ventilatore centrifugo a pale rovesce.

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Figura 8: Ventilatore in linea a flusso misto

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L'installazione del ventilatore

Gli sforzi per fornire una soluzione di ventilazione efficace possono essere gravemente compromessi dal rapporto tra il ventilatore ei percorsi locali di canalizzazione per l'aria.

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Tempo di pubblicazione: gennaio-07-2022