Dve pogosti vrsti ventilatorjev, ki se uporabljata v stavbah za kanalske sisteme, se splošno imenujeta centrifugalni in aksialni ventilatorji – ime izhaja iz določajoče smeri pretoka zraka skozi ventilator. Ti dve vrsti sta razdeljeni na več podtipov, ki so bili razviti za zagotavljanje posebnih značilnosti pretoka/tlaka, pa tudi drugih obratovalnih lastnosti (vključno z velikostjo, hrupom, vibracijami, možnostjo čiščenja, vzdrževanjem in robustnostjo).

---

Tabela 1: Objavljeni podatki o največji učinkovitosti ventilatorjev s premerom >600 mm v ZDA in Evropi

---

Nekatere najpogosteje uporabljene vrste ventilatorjev v sistemih za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo so navedene v tabeli 1, skupaj z okvirnimi najvišjimi izkoristki, ki so bili zbrani1 iz podatkov, ki so jih objavili številni ameriški in evropski proizvajalci. Poleg teh je v zadnjih letih vse bolj priljubljen tudi ventilator z vtičnico (ki je pravzaprav različica centrifugalnega ventilatorja).

---

Slika 1: Generične krivulje ventilatorjev. Pravi ventilatorji se lahko zelo razlikujejo od teh poenostavljenih krivulj.

---

Karakteristične krivulje ventilatorjev so prikazane na sliki 1. To so pretirane, idealizirane krivulje in dejanski ventilatorji se od njih lahko razlikujejo; vendar je verjetno, da kažejo podobne lastnosti. To vključuje območja nestabilnosti, ki so posledica nihanja, kjer lahko ventilator preklaplja med dvema možnima pretokoma pri enakem tlaku ali kot posledica zaustavitve ventilatorja (glejte Zastoj škatle za pretok zraka). Proizvajalci bi morali v svoji dokumentaciji navesti tudi prednostna „varna“ delovna območja.

Centrifugalni ventilatorji

Pri centrifugalnih ventilatorjih zrak vstopa v rotor vzdolž njegove osi, nato pa se s centrifugalnim gibanjem radialno izpušča iz rotorja. Ti ventilatorji lahko ustvarjajo tako visoke tlake kot tudi visoke pretoke. Večina tradicionalnih centrifugalnih ventilatorjev je zaprta v ohišju spiralnega tipa (kot je prikazano na sliki 2), ki usmerja gibljiv zrak in učinkovito pretvarja kinetično energijo v statični tlak. Za premikanje večje količine zraka je ventilator lahko zasnovan z rotorjem z dvojno širino in dvojnim vhodom, ki omogoča vstop zraka na obeh straneh ohišja.

---

Slika 2: Centrifugalni ventilator v spiralnem ohišju z nazaj nagnjenim rotorjem

---

Rotor lahko sestavlja več oblik lopatic, glavni vrsti pa sta naprej ukrivljeni in nazaj ukrivljeni – oblika lopatice bo določila njeno zmogljivost, potencialno učinkovitost in obliko karakteristične krivulje ventilatorja. Drugi dejavniki, ki bodo vplivali na učinkovitost ventilatorja, so širina rotorja, prostor med vstopnim stožcem in vrtečim se rotorjem ter površina, ki se uporablja za izpust zraka iz ventilatorja (tako imenovana "območje izpihovanja").

To vrsto ventilatorja je tradicionalno poganjal motor z jermenom in jermenico. Vendar pa se z izboljšanjem elektronskih regulatorjev hitrosti in večjo razpoložljivostjo elektronsko komutiranih (»EC« ali brezkrtačnih) motorjev vse pogosteje uporabljajo direktni pogoni. To ne le odpravi neučinkovitost, ki je neločljivo povezana z jermenskim pogonom (ki lahko znaša od 2 % do več kot 10 %, odvisno od vzdrževanja2), ampak verjetno tudi zmanjša vibracije, zmanjša vzdrževanje (manj ležajev in potreb po čiščenju) in naredi sklop kompaktnejši.

Centrifugalni ventilatorji z nazaj zakrivljenimi loputami

Za nazaj ukrivljene (ali "nagnjene") ventilatorje so značilne lopatice, ki so nagnjene stran od smeri vrtenja. Pri uporabi aerodinamičnih lopatic, kot je prikazano na sliki 3, ali pri navadnih lopaticah, oblikovanih v treh dimenzijah, lahko dosežejo učinkovitost do 90 %, pri uporabi navadnih ukrivljenih lopatic pa nekoliko manjšo in spet manjšo pri uporabi preprostih ravnih, nazaj nagnjenih lopatic. Zrak zapušča konice rotorja z relativno nizko hitrostjo, zato so izgube zaradi trenja v ohišju nizke, prav tako pa je nizek hrup, ki ga ustvarja zrak. Lahko se ustavijo na skrajnih robovih delovne krivulje. Relativno širši rotorji bodo zagotovili največjo učinkovitost in lahko zlahka uporabijo debelejše aerodinamične profilirane lopatice. Tanki rotorji bodo imeli malo koristi od uporabe aerodinamičnih profilov, zato se običajno uporabljajo ravne lopatice. Nazaj ukrivljeni ventilatorji so še posebej znani po svoji sposobnosti ustvarjanja visokih tlakov v kombinaciji z nizkim hrupom in imajo karakteristiko moči, ki ne preobremenjuje – to pomeni, da se bo z zmanjšanjem upora v sistemu in povečanjem pretoka zmanjšala tudi moč, ki jo porabi elektromotor. Konstrukcija nazaj ukrivljenih ventilatorjev je verjetno bolj robustna in precej težja od manj učinkovitega naprej ukrivljenega ventilatorja. Relativno počasna hitrost zraka čez lopatice lahko povzroči kopičenje onesnaževalcev (kot sta prah in maščoba).

---

Slika 3: Ilustracija rotorjev centrifugalnega ventilatorja

---

Centrifugalni ventilatorji z naprej zakrivljenimi loki

Za ventilatorje z naprej ukrivljenimi lopaticami je značilno veliko število naprej ukrivljenih lopatic. Ker običajno ustvarjajo nižje tlake, so manjši, lažji in cenejši od enakovrednih ventilatorjev z nazaj ukrivljenimi lopaticami. Kot je prikazano na sliki 3 in sliki 4, ima ta tip rotorja ventilatorja več kot 20 lopatic, ki so lahko preprosto oblikovane iz ene same kovinske pločevine. Izboljšana učinkovitost se doseže pri večjih velikostih z individualno oblikovanimi lopaticami. Zrak zapušča konice lopatic z veliko tangencialno hitrostjo, to kinetično energijo pa je treba pretvoriti v statični tlak v ohišju – to zmanjšuje učinkovitost. Običajno se uporabljajo za nizke do srednje količine zraka pri nizkem tlaku (običajno <1,5 kPa) in imajo relativno nizek izkoristek pod 70 %. Spiralno ohišje je še posebej pomembno za doseganje najboljše učinkovitosti, saj zrak zapušča konice lopatic z veliko hitrostjo in se uporablja za učinkovito pretvorbo kinetične energije v statični tlak. Delujejo pri nizkih vrtilnih hitrostih, zato je raven mehanskega hrupa običajno manjša kot pri ventilatorjih z nazaj ukrivljenimi lopaticami z višjo hitrostjo. Ventilator ima karakteristiko preobremenitvene moči, ko deluje proti nizkim sistemskim uporom.

---

Slika 4: Centrifugalni ventilator z naprej zakrivljenimi loputami in vgrajenim motorjem

---

Ti ventilatorji niso primerni tam, kjer je na primer zrak močno onesnažen s prahom ali vsebuje kapljice maščobe.

---

Slika 5: Primer ventilatorja z direktnim pogonom in nazaj ukrivljenimi lopaticami

---

Centrifugalni ventilatorji z radialnimi lopaticami

Centrifugalni ventilator z radialnimi lopaticami ima prednost, da lahko premika onesnažene delce zraka pri visokih tlakih (reda velikosti 10 kPa), vendar je zaradi delovanja pri visokih hitrostih zelo hrupen in neučinkovit (<60 %), zato se ne sme uporabljati za splošne HVAC sisteme. Trpi tudi zaradi preobremenitvene lastnosti – ko se sistemski upor zmanjša (morda zaradi odpiranja loput za regulacijo pretoka), se moč motorja poveča in, odvisno od velikosti motorja, se lahko "preobremeni".

Priključite ventilatorje

Namesto da bi bili nameščeni v spiralnem ohišju, se lahko ti namensko zasnovani centrifugalni ventilatorji uporabljajo neposredno v ohišju prezračevalne enote (ali celo v katerem koli kanalu ali plenumu), njihovi začetni stroški pa bodo verjetno nižji od stroškov centrifugalnih ventilatorjev v ohišju. Znani kot "plenumski", "vtični" ali preprosto "brez ohišja" centrifugalni ventilatorji, lahko nudijo nekaj prostorskih prednosti, vendar za ceno izgubljene obratovalne učinkovitosti (pri čemer je največja učinkovitost podobna kot pri centrifugalnih ventilatorjih z naprej zakrivljenimi loki v ohišju). Ventilatorji vsesavajo zrak skozi vstopni stožec (enako kot ventilator v ohišju), nato pa zrak radialno izpuščajo okoli celotnega 360° zunanjega oboda rotorja. Zagotavljajo lahko veliko fleksibilnost izstopnih priključkov (iz plenuma), kar pomeni, da je morda manj potrebe po sosednjih ovinkih ali ostrih prehodih v kanalih, ki bi sami po sebi povečali padec tlaka v sistemu (in s tem dodatno moč ventilatorja). Splošno učinkovitost sistema je mogoče izboljšati z uporabo zvonastih vhodov v kanale, ki izstopajo iz plenuma. Ena od prednosti ventilatorja s priključkom je izboljšana akustična zmogljivost, ki je v veliki meri posledica absorpcije zvoka znotraj plenuma in pomanjkanja "neposrednih vidnih" poti od rotorja do ustja zračnega kanala. Učinkovitost bo zelo odvisna od lokacije ventilatorja znotraj plenuma in odnosa ventilatorja do njegove izhodne odprtine – plenum se uporablja za pretvorbo kinetične energije v zraku in s tem za povečanje statičnega tlaka. Bistveno različna zmogljivost in različna stabilnost delovanja bosta odvisni od vrste rotorja – rotorji z mešanim tokom (ki zagotavljajo kombinacijo radialnega in aksialnega toka) so bili uporabljeni za premagovanje težav s pretokom, ki izhajajo iz močnega radialnega vzorca toka zraka, ustvarjenega z uporabo preprostih centrifugalnih rotorjev3.

Pri manjših enotah je njihova kompaktna zasnova pogosto dopolnjena z uporabo enostavno krmiljenih EC motorjev.

Aksialni ventilatorji

Pri aksialnih ventilatorjih zrak prehaja skozi ventilator v skladu z osjo vrtenja (kot je prikazano na preprostem cevnem aksialnem ventilatorju na sliki 6) – tlak ustvarja aerodinamični vzgon (podobno kot krilo letala). Ti ventilatorji so lahko sorazmerno kompaktni, poceni in lahki, še posebej primerni za premikanje zraka pri relativno nizkih tlakih, zato se pogosto uporabljajo v sistemih za odvod zraka, kjer so padci tlaka nižji kot v dovodnih sistemih – dovod običajno vključuje padec tlaka vseh komponent klimatske naprave v enoti za obdelavo zraka. Ko zrak zapusti preprost aksialni ventilator, se vrtinči zaradi vrtenja, ki ga povzroča zrak med prehodom skozi rotor – delovanje ventilatorja se lahko znatno izboljša z vodilnimi lopaticami za uravnavanje vrtinca, kot pri aksialnem ventilatorju z lopaticami, prikazanem na sliki 7. Na učinkovitost aksialnega ventilatorja vplivajo oblika lopatice, razdalja med konico lopatice in okoliškim ohišjem ter uravnavanje vrtinca. Nagib lopatice je mogoče spremeniti, da se učinkovito spreminja izhodna moč ventilatorja. Z obračanjem smeri vrtenja aksialnih ventilatorjev se lahko obrne tudi pretok zraka – čeprav bo ventilator zasnovan tako, da deluje v glavni smeri.

---

Slika 6: Cevni aksialni ventilator

---

Karakteristična krivulja aksialnih ventilatorjev ima območje zastoja, zaradi česar so lahko neprimerni za sisteme z zelo različnimi obratovalnimi pogoji, čeprav imajo prednost karakteristike moči brez preobremenitve.

---

Slika 7: Aksialni ventilator z lopaticami

---

Aksialni ventilatorji z lopaticami so lahko enako učinkoviti kot centrifugalni ventilatorji z nazaj zakrivljenimi loputami in so sposobni ustvariti visoke pretoke pri razumnih tlakih (običajno okoli 2 kPa), čeprav verjetno ustvarjajo več hrupa.

Ventilator z mešanim tokom je nadgradnja aksialnega ventilatorja in ima, kot je prikazano na sliki 8, stožčasto oblikovano rotor, kjer se zrak radialno vsesava skozi razširjajoče se kanale in nato aksialno prehaja skozi ravnalne vodilne lopatice. Kombinirano delovanje lahko ustvari veliko višji tlak, kot je to mogoče pri drugih aksialnih ventilatorjih. Učinkovitost in raven hrupa sta lahko podobni kot pri centrifugalnem ventilatorju z nazaj krivuljo.

---

Slika 8: Vrstni ventilator z mešanim pretokom

---

Namestitev ventilatorja

Prizadevanja za zagotovitev učinkovite rešitve z ventilatorjem lahko močno spodkopljejo razmerja med ventilatorjem in lokalnimi kanali za zrak.

---

Čas objave: 7. januar 2022