Вентиляция - это регулируемый воздухообмен, осуществляемый с целью создания в помещениях жилых, общественных и промышленных зданий воздушной среды, благоприятной для здоровья и трудовой деятельности человека, а также для технологических целей.
Вентиляционные системы - совокупность технических устройств, обеспечивающих воздухообмен. Побудителем движения воздуха в таких системах является вентилятор. Вентилятор - сложное техническое устройство, преобразующее кинетическую энергию вращающегося колеса в кинетическую и потенциальную энергии перемещаемого объема воздуха. Существует большое многообразие типов вентиляторов, однако в вентсистемах используется всего несколько из них. От выбора типа вентилятора и соответствия поставленной задаче зависят его габариты, потребляемая мощность, технические характеристики, а также шум и некоторые другие свойства вентсистемы.
Типы вентиляторов, используемых в системах вентиляции
Вентиляторы – лопаточные машины, предназначенные для перемещения воздуха или других газов. Вентиляторы условно делятся по развиваемому давлению на вентиляторы:
-низкого давления – до 1000Па;
-среднего давления от 1000Па до 3000Па;
-высокого давления - свыше 3000Па.
Как правило, давление, развиваемое вентиляторами, работающими в вентиляционных системах, не превышает 2000Па. В системах вентиляции и кондиционирования используются следующие типы вентиляторов:
-осевые;
-радиальные;
-диаметральные.
Схемы осевых вентиляторов приведены на рис.1.1. В осевых вентиляторах поток воздуха входит и выходит по оси вращения колеса. Осевые вентиляторы могут состоять из одного колеса (рис. 1.1а), колеса и спрямляющего аппарата (рис.1.1б), входного направляющего аппарата и колеса (рис.1.1в), входного направляющего аппарата, колеса и спрямляющего аппарата (рис.1.1г). Электродвигатель может быть расположен как перед колесом (рис.1.1а), так и за колесом (рис.1.1б), причем аэродинамические характеристики вентиляторов, имеющих одинаковые колеса, будут при этом приблизительно одинаковыми.
Рис.1.1 Схемы осевых вентиляторов:
а) К-колесо; б) К+СА -колесо и спрямляющий аппарат; в) ВНА+К –входной направляющий аппарат и колесо, г) ВНА+К+СА -входной направляющий аппарат, колесо и спрямляющий аппарат; 1-входной коллектор, 2-лопатки колеса, 3-втулка колеса, 4-электродвигатель, 5-корпус, 6,8-спрямляющий аппарат, 7-входной направляющий аппарат
Остаточная закрутка потока является источником потерь, кроме того может быть причиной дополнительных потерь в элементах, сопрягающих вентилятор с сетью на выходе. Для уменьшения закрутки за колесом используется спрямляющий аппарат. При равных частотах вращения и диаметрах колес, осевые вентиляторы создают в 2-3 раза меньшее давление, но имеют большую производительность, чем радиальные вентиляторы, поэтому в вентиляционных системах они используются в основном для перемещения больших объемов воздуха – на вытяжке, для создания противодымного подпора и т. д.
Осевые вентиляторы могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми. В многоступенчатом вентиляторе, созданном на базе нескольких одноступенчатых, происхо-дит увеличение давления примерно пропорционально числу ступеней при прежней производительности. Сущест-вуют также схемы со встречным вращением и вентиляторы с меридио-нальным ускорением потока .
В радиальных колесах поток входит по оси вращения колеса, а выходит в радиальной плоскости. Спиральный корпус служит для преобразования потока на выходе из колеса и дополнительного повышения давления вентилятора. Наиболее широко применяются два типа радиальных колес: колеса с лопатками загнутыми назад и с лопатками загнутыми вперед. Радиальные вентиляторы развивают большее давление, по сравнению с осевыми вентиляторами, так как единице объема перемещаемого воздуха сообщается энергия при переходе от радиуса входа к радиусу выхода колеса.
Радиальный вентилятор имеет два входных отверстия и общее выходное и представляет как бы объединение двух зеркальных вентиляторов в спиральных корпусах. Такого типа вентиляторы имеют приблизительно удвоенную производительность (при том же давлении, что и единичный вентилятор). Многоступенчатые радиальные вентиляторы в системах вентиляции встречаются крайне редко. Среди рассматриваемых типов вентиляторов радиальные – наиболее используемые в вентиляционных системах.
В диаметральном вентиляторе поток входит в колесо в диаметральном направлении (перпендикулярно оси вращения колеса), и выходит также в диаметральном направлении. Угол между входом и выходом потока может быть разным, существуют также вентиляторы с различными углами выхода потока, вплоть до 180°. В диаметральных вентиляторах используются радиальные колеса с вперед загнутыми лопатками, близкие к тем, что используются в радиальных вентиляторах. Отличительной особенностью диаметральных вентиляторов является возможность увеличения длины колеса (осевой протяженности), что дает возможность увеличивать производительность вентилятора (при соответствующем увеличении мощности привода). Несмотря на очевидные компоновочные преимущества, диаметральные вентиляторы не нашли широкого применения в вентсистемах. Это связано с относительно малой аэродинамической эффективностью этих вентиляторов. В основном они используются в маломощных завесах, хотя известны попытки применения диаметральных вентиляторов в воздухоприточных установках.
Основные свойства вентилятора, как устройства предназначенного для перемещения воздуха, принято оценивать по его аэродинамическим параметрам: давлению, производительности и потребляемой мощности при нормальных атмосферных условиях, а также коэффициенту полезного действия (КПД).
Единицы измерения:
-давления вентилятора: статическое, полное, динамическое измеряются в Па (1 Па ~0,1 мм. вод. ст);
-производительность вентилятора измеряется в м3/час, м3/с;
-потребляемая мощность вентилятора измеряется в Вт, кВт.
Полное давление вентилятора равно разности полных давлений потока за вентилятором и перед ним:
Pv = P02-P01;
Здесь: P01 - осредненное по входному сечению, P02 -осредненное по выходному сечению полное давление потока.
Статическое давление вентилятора Psv равно разности полного давления Pv и динамического давления вентилятора Pdv:
Psv= Pv - Pdv :
Динамическое давление вентилятора Pdv определяется по среднерасходной скорости Vвых-вент выхода потока из вентилятора:
Pdv=rV2вых-вент/2
Скорость выхода потока из вентилятора (один из способов осреднения):
Vвых-вент =Q/Fвых ;
где Fвых - площадь поперечного сечения выхода потока из вентилятора; Q–производительность вентилятора.
Полный и статический КПД вентилятора:
η= Pv Q/ N; ηst= Psv Q /N
где N - мощность, потребляемая вентилятором.
Nэл сеть – мощность, пот-ребляемая вентилятором из электрической сети: Nэл сеть= N/ (ηּ ηэл двиг),
где ηэл двиг – КПД электродвигателя.