I due tipi più comuni di ventilatori utilizzati nei servizi edilizi per i sistemi canalizzati sono genericamente indicati come ventilatori centrifughi e assiali, il nome deriva dalla direzione che definisce il flusso d'aria 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 flusso volumetrico/pressione, nonché altri attributi operativi (tra cui dimensioni, rumore, vibrazioni, pulibilità, manutenibilità e robustezza).

---

Tabella 1: Dati sull'efficienza di picco delle ventole pubblicati negli Stati Uniti e in Europa per ventole con diametro >600 mm

---

Alcuni dei tipi di ventilatori utilizzati più frequentemente nei sistemi HVAC sono elencati nella Tabella 1, insieme ai picchi di efficienza indicativi raccolti1 dai dati pubblicati da una serie di produttori statunitensi ed europei. Oltre a questi, negli ultimi anni ha conosciuto una crescente popolarità il ventilatore “plug” (che in realtà è una variante del ventilatore centrifugo).

---

Figura 1: curve generiche dei ventilatori. I veri ventilatori possono differire notevolmente da queste curve semplificate

---

Le curve caratteristiche dei ventilatori sono mostrate nella Figura 1. Queste sono curve esagerate e idealizzate e i ventilatori reali potrebbero differire da queste; tuttavia, è probabile che presentino attributi simili. Ciò include le aree di instabilità dovute all'oscillazione, in cui il ventilatore può alternarsi tra due possibili portate alla stessa pressione o come conseguenza dello stallo del ventilatore (vedere riquadro Stallo del flusso d'aria). I produttori dovrebbero inoltre identificare nella loro documentazione gli intervalli di lavoro “sicuri” preferiti.

Ventilatori centrifughi

Nei ventilatori centrifughi l'aria entra nella girante lungo il suo asse, quindi viene scaricata radialmente dalla girante con il movimento centrifugo. Questi ventilatori sono in grado di generare sia pressioni elevate che portate di volume elevate. La maggior parte dei ventilatori centrifughi tradizionali sono racchiusi in un alloggiamento di tipo a spirale (come nella Figura 2) che agisce per dirigere l'aria in movimento e convertire in modo efficiente l'energia cinetica in pressione statica. Per spostare 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.

---

Figura 2: Ventilatore centrifugo con cassa a spirale, con girante inclinata all'indietro

---

Esistono diverse forme di pale che possono comporre la girante, i tipi principali sono curvi in ​​avanti e curvi all'indietro: la forma della pala ne determinerà le prestazioni, l'efficienza potenziale e la forma della curva caratteristica del ventilatore. Gli altri fattori che influenzeranno l'efficienza del ventilatore sono la larghezza della girante, lo spazio libero tra il cono di aspirazione e la girante rotante e l'area utilizzata per scaricare l'aria dal ventilatore (la cosiddetta "area di scoppio"). .

Questo tipo di ventilatore è stato tradizionalmente azionato da un motore con una disposizione di 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 elimina le inefficienze inerenti ad una trasmissione a cinghia (che possono variare dal 2% a più del 10%, a seconda della manutenzione2), ma è anche in grado di diminuire le vibrazioni, ridurre la manutenzione (meno cuscinetti e requisiti di pulizia) e rendere l'assemblaggio più compatto.

Ventilatori centrifughi a pale rovesce

I ventilatori curvi all'indietro (o "inclinati") sono caratterizzati da pale che si inclinano in direzione opposta al senso di rotazione. Possono raggiungere efficienze intorno al 90% quando si utilizzano pale a profilo alare, come mostrato in Figura 3, o con pale lisce sagomate in tre dimensioni, e leggermente inferiori quando si utilizzano pale piane curve, e ancora meno quando si utilizzano pale semplici a piatto piano inclinate all'indietro. L'aria lascia le punte della girante a velocità relativamente bassa, quindi le perdite per attrito all'interno dell'involucro sono basse e anche il rumore generato dall'aria è basso. Potrebbero bloccarsi agli estremi della curva operativa. Ventole relativamente più larghe forniranno la massima efficienza e potranno facilmente utilizzare le pale profilate con profilo alare più consistenti. Le giranti sottili mostreranno pochi vantaggi dall'utilizzo dei profili alari, quindi tendono a utilizzare pale a piastra piatta. I ventilatori a pale rovesce sono particolarmente noti per la loro capacità di produrre pressioni elevate combinate con bassa rumorosità e hanno una caratteristica di potenza senza sovraccarico: ciò significa che quando la resistenza si riduce in un sistema e la portata aumenta, la potenza assorbita dal motore elettrico si ridurrà . La costruzione dei ventilatori con curvatura all'indietro è probabilmente più robusta e piuttosto più pesante rispetto alla meno efficiente ventola con curvatura in avanti. La velocità relativamente lenta dell'aria attraverso le pale può consentire l'accumulo di contaminanti (come polvere e grasso).

---

Figura 3: Illustrazione delle giranti dei ventilatori centrifughi

---

Ventilatori centrifughi curvi in ​​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 piccoli, più leggeri e più economici rispetto al ventilatore a pale rovesce con motore equivalente. Come mostrato nella Figura 3 e nella Figura 4, questo tipo di ventola includerà oltre 20 pale che possono essere semplici come essere formate da un unico foglio di metallo. Efficienze migliorate si ottengono in dimensioni più grandi con pale formate individualmente. 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 va a discapito dell'efficienza. Vengono 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 della 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 rumore generato meccanicamente tendono ad essere inferiori rispetto ai ventilatori con curvatura all'indietro a velocità più elevata. La ventola ha una caratteristica di potenza di sovraccarico quando funziona con basse resistenze del sistema.

---

Figura 4: Ventilatore centrifugo a pale avanti con motore integrato

---

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

---

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

---

Ventilatori centrifughi a pale radiali

Il ventilatore centrifugo a pale radiali ha il vantaggio di poter muovere particelle di aria contaminata e ad alte pressioni (nell'ordine di 10kPa) ma, funzionando ad alte velocità, è molto rumoroso e inefficiente (<60%) e quindi non dovrebbe essere utilizzato per HVAC di uso generale. Soffre inoltre di una caratteristica di sovraccarico di potenza: quando la resistenza del sistema viene ridotta (forse attraverso l'apertura delle serrande di controllo del volume), la potenza del motore aumenterà e, a seconda delle dimensioni del motore, potrebbe eventualmente "sovraccaricarsi".

Collegare i fan

Invece di essere montate in un involucro a spirale, queste giranti centrifughe appositamente progettate possono essere utilizzate direttamente nell'involucro dell'unità di trattamento 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 "senza alloggiamento", questi possono offrire alcuni vantaggi in termini di spazio ma al prezzo di una perdita di efficienza operativa (le migliori efficienze sono simili a quelle dei ventilatori centrifughi a curvatura in avanti con alloggiamento). I ventilatori aspirano l'aria attraverso il cono di aspirazione (allo stesso modo di un ventilatore carrellato), 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 potrebbe esserci meno bisogno di curve adiacenti o transizioni brusche nella canalizzazione che aumenterebbero la caduta di pressione del sistema (e, quindi, ulteriore potenza della ventola). L'efficienza complessiva del sistema può essere migliorata utilizzando ingressi a campana nei condotti che escono dal plenum. Uno dei vantaggi del plug fan è il miglioramento delle prestazioni acustiche, in gran parte derivante dall'assorbimento acustico all'interno del plenum e dalla mancanza di percorsi di "vista diretta" dalla girante all'imbocco della canalizzazione. L'efficienza dipenderà molto dalla posizione della ventola all'interno del plenum e dal rapporto tra la ventola e 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 modello di flusso d'aria radiale creato utilizzando semplici giranti centrifughe3.

Per le unità più piccole, il design compatto è spesso integrato 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 ventilatore assiale a tubo semplice della Figura 6) – la pressurizzazione è prodotta dalla portanza aerodinamica (simile all'ala di un aereo). Questi possono essere relativamente compatti, economici e leggeri, particolarmente adatti allo spostamento dell'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 sistemi di condizionamento dell'aria. componenti dell'unità di trattamento aria. Quando l'aria lascia un semplice ventilatore assiale, formerà un vortice a causa della rotazione impartita all'aria mentre passa attraverso la girante: le prestazioni del ventilatore possono essere migliorate in modo significativo mediante palette di guida a valle per recuperare la turbolenza, come nel caso delle pale ventilatore assiale mostrato nella Figura 7. L'efficienza di un ventilatore assiale è influenzata dalla forma della pala, dalla distanza tra la punta della pala e l'involucro circostante e dal recupero della turbolenza. Il passo della pala può essere modificato per variare in modo efficiente la potenza della ventola. Invertendo la rotazione dei ventilatori assiali, è anche possibile invertire il flusso d'aria, sebbene il ventilatore sarà progettato per funzionare nella direzione principale.

---

Figura 6: Un ventilatore a flusso assiale tubolare

---

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

---

Figura 7: Un ventilatore a pale a flusso assiale

---

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 2 kPa), 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 espandenti e poi fatta passare assialmente attraverso le palette di raddrizzamento. L'azione combinata può produrre una pressione molto più elevata di quella possibile con altri ventilatori a flusso assiale. Efficienze e livelli di rumore possono essere simili a quelli di un ventilatore centrifugo a curva rovescio.

---

Figura 8: Ventilatore in linea a flusso misto

---

L'installazione del ventilatore

Gli sforzi per fornire una soluzione efficace con un ventilatore potrebbero essere gravemente compromessi dal rapporto tra il ventilatore e le canalizzazioni locali per l'aria.

---

Orario di pubblicazione: 07 gennaio 2022