Вентиляторы приточные воздуха

Вентиляторы приточные воздуха: классификация, конструкция, расчет и применение в системах вентиляции и кондиционирования

Приточный вентилятор является ключевым элементом механической приточной вентиляционной системы, предназначенным для подачи наружного воздуха в обслуживаемые помещения. Его основная функция – преодоление аэродинамического сопротивления сети воздуховодов, фильтров, нагревателей, охладителей и других элементов приточной установки, а также обеспечение расчетного воздухообмена. Работа вентилятора определяет энергоэффективность, уровень шума и надежность всей системы в целом.

Классификация приточных вентиляторов по конструктивным признакам и принципу действия

Выбор типа вентилятора определяется его аэродинамическими характеристиками, требуемым полным давлением, допустимым уровнем шума, габаритами и спецификой монтажа.

• Радиальные (центробежные) вентиляторы. Воздушный поток поступает во входное отверстие, направляется в центр вращающегося рабочего колеса (крыльчатки) и под действием центробежной силы перемещается в спиральный корпус (улитку), где кинетическая энергия преобразуется в давление. Основные подвиды:
  • Вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед. Имеют меньший диаметр колеса и частоту вращения при том же давлении и производительности по сравнению с другими типами. Компактны, но характеризуются повышенным риском перегрузки электродвигателя на сетях с малым сопротивлением и, как правило, более низким КПД. Широко применяются в установках малой и средней мощности.
  • Вентиляторы с лопатками, загнутыми назад. Обладают более высоким КПД (до 85%), менее склонны к перегрузке по мощности, работают в более широком диапазоне расходов. Требуют более высоких оборотов или большего диаметра колеса. Часто используются в энергоэффективных и крупных системах.
  • Вентиляторы с радиальными (прямыми) лопатками. Просты в изготовлении, устойчивы к загрязнениям и налипанию, часто применяются для перемещения запыленных воздушных сред или в условиях производства.
• Осевые вентиляторы. Перемещение воздуха происходит вдоль оси вращения рабочего колеса с лопатками. Создают меньшее полное давление по сравнению с радиальными при той же производительности, но отличаются высокой производительностью по воздуху и компактностью. Подтипы:
  • Обычные осевые (для монтажа в канал или стену).
  • Вентиляторы с направляющим аппаратом (повышают давление и КПД).
  • Вентиляторы диаметрального сечения (тангенциальные) – имеют длинное рабочее колесо барабанного типа, создают равномерный плоский поток, часто используются в внутренних блоках фанкойлов, тепловых завесах.
• Крышные вентиляторы. Специализированный вид, представляющий собой готовый агрегат в корпусе, предназначенный для монтажа на кровле. Могут быть как осевыми, так и радиальными. Комплектуются мотор-стойкой, диффузором, защитным колпаком от осадков и автоматикой.
• Канальные вентиляторы. Устанавливаются непосредственно в разрыв воздуховода круглого или прямоугольного сечения. Бывают осевыми (для низкого и среднего давления) и радиальными (канальные центробежные, для среднего и высокого давления). Основное требование – низкий уровень шума.

Основные технические параметры и аэродинамическая характеристика

Работа вентилятора описывается системой взаимосвязанных параметров, которые представлены в виде графиков или таблиц производителем.

• Производительность (подача, расход воздуха) – L [м³/ч]. Объем воздуха, перемещаемый вентилятором в единицу времени.
• Полное давление – P_t [Па]. Энергия, сообщаемая вентилятором единице объема воздуха. Сумма статического давления (P_s), затрачиваемого на преодоление сопротивления сети, и динамического давления (P_d), связанного со скоростью движения воздуха. P_t = P_s + P_d.
• Частота вращения – n [об/мин].
• Потребляемая электрическая мощность – N_el [кВт].
• Коэффициент полезного действия – η. Бывает полный (η_t) и статический (η_s). η_t = (L P_t) / (3600 1000
• N_el).
• Уровень звуковой мощности – L_w [дБ]. Абсолютная звуковая характеристика вентилятора.

Связь между параметрами для одного и того же вентилятора описывается законами пропорциональности:

• Изменение частоты вращения (n): L ∝ n; P ∝ n²; N ∝ n³.
• Изменение плотности воздуха (ρ): P ∝ ρ; N ∝ ρ.

Конструктивные элементы и материалы

Типичный радиальный приточный вентилятор состоит из следующих компонентов:

• Корпус (улитка). Изготавливается из оцинкованной стали, нержавеющей стали, алюминия. Для снижения шума и вибраций может иметь внешнюю облицовку звукопоглощающим материалом или конструкцию с двойными стенками.
• Рабочее колесо (крыльчатка). Балансируется статически и динамически. Лопатки крепятся к переднему и заднему дискам. Материалы: углеродистая сталь, алюминиевые сплавы, пластики (например, PBT для коррозионной стойкости).
• Привод.
  • Прямой привод: колесо насажено непосредственно на вал двигателя. Преимущества: отсутствие потерь на передачу, компактность, простота.
  • Ременный привод: вращение от двигателя к валу колеса передается через шкивы и клиновой/зубчатый ремень. Позволяет легко изменять рабочую точку, регулируя диаметр шкива или обороты двигателя. Требует обслуживания (натяжение, замена ремня).
• Электродвигатель. Как правило, асинхронный, с внешним ротором (для компактных радиальных вентиляторов) или со стандартным ротором. Класс защиты – обычно не ниже IP54 для приточных установок. Важен класс энергоэффективности (IE3, IE4).
• Вибрационные изоляторы. Резиновые или пружинные демпферы для снижения передачи вибрации на конструкцию.
• Приемный патрубок (фланец всасывания). Обеспечивает оптимальный подвод воздуха к колесу.
• Рама (основание). Для монтажа агрегата.

Выбор и расчет приточного вентилятора

Процедура выбора является итерационной и основывается на расчете сети воздуховодов.

1. Определяется требуемый расход воздуха L [м³/ч] для системы.
2. Выполняется аэродинамический расчет сети: вычисляется суммарные потери полного давления ΣΔP [Па] на расчетном тракте (фильтр, нагреватель, охладитель, воздуховоды, решетки, диффузоры и т.д.).
3. К полученным потерям добавляется запас 10-15% на неучтенные факторы.
4. По сводному графику аэродинамических характеристик (семейству кривых) вентиляторов выбирается типоразмер, рабочая точка которого (L, P) лежит в зоне максимального КПД, предпочтительно в правой части от пика давления (для избежания нестабильной работы).
5. Проверяется уровень звуковой мощности L_w и, при необходимости, подбираются шумоглушители.
6. Определяется установленная электрическая мощность двигателя с учетом запаса: N_уст = k_з (L P) / (3600 1000 η_вент
7. η_пер), где k_з – коэффициент запаса (обычно 1.1-1.2), η_пер – КПД передачи (1.0 для прямого привода, ~0.95 для ременного).

Сравнительная таблица типов вентиляторов для приточных систем

Тип вентилятора	Диапазон создаваемого полного давления	Типичная область применения в приточных системах	Преимущества	Недостатки
Осевой канальный	До 150 Па	Прямая подача воздуха через стену или короткий воздуховод, вытяжные системы, компактные приточные установки.	Простая конструкция, низкая стоимость, высокий КПД при малых давлениях.	Низкое давление, высокий уровень шума при работе на сеть с сопротивлением.
Радиальный с лопатками вперед	100 – 1000 Па	Приточные и приточно-вытяжные установки средней мощности, системы кондиционирования.	Компактность, низкая скорость вращения, низкий шум.	Склонность к перегрузке двигателя, относительно низкий КПД.
Радиальный с лопатками назад	500 – 3000 Па	Крупные центральные приточные установки, системы с разветвленной сетью воздуховодов, энергоэффективные решения.	Высокий КПД, отсутствие перегрузки по мощности, экономичность.	Большие габариты, более высокая стоимость, требовательность к чистоте потока.
Крышный радиальный	300 – 1500 Па	Прямая подача и выброс воздуха через кровлю, децентрализованные системы.	Готовое всепогодное решение, экономия места внутри здания.	Сложность обслуживания в зимний период, влияние ветровой нагрузки.

Способы регулирования производительности

• Дросселирование заслонкой на входе/выходе. Наиболее простой, но наименее энергоэффективный метод, так как повышает сопротивление сети.
• Изменение частоты вращения с помощью частотного преобразователя (ЧРП). Наиболее экономичный современный метод. Позволяет плавно регулировать производительность в широком диапазоне, при этом потребляемая мощность изменяется пропорционально кубу оборотов. Значительно снижает энергопотребление.
• Изменение геометрии входного направляющего аппарата (ВНА). Позволяет регулировать расход и давление с хорошей эффективностью, но сложнее и дороже дросселирования.
• Переключение обмоток двигателя (2-х или 3-х скоростные моторы). Ступенчатое регулирование.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж критически важен для работы вентилятора. Необходимо обеспечить равномерный подвод воздуха к всасывающему патрубку (рекомендуется прямой участок длиной не менее 1.5 диаметров колеса до вентилятора). Вентилятор должен быть установлен на виброизоляторах. Присоединение воздуховодов должно выполняться через гибкие вставки для развязки вибраций. В процессе эксплуатации требуется регулярная проверка:

• Натяжения ремней (для ременного привода) и их состояния.
• Отсутствия вибраций и посторонних шумов.
• Чистоты рабочего колеса и внутренней полости корпуса.
• Состояния подшипников (смазка, замена по регламенту).
• Надежности электрических соединений.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается статическое давление от полного давления вентилятора?

Статическое давление (P_s) – это часть энергии, расходуемая на преодоление сопротивления вентиляционной сети. Динамическое давление (P_d) – это часть энергии, связанная со скоростью движения воздуха на выходе из вентилятора. Полное давление (P_t) – их сумма. При подборе вентилятора по каталогу необходимо сравнивать полное давление вентилятора с суммарными потерями полного давления в сети. Некоторые каталоги приводят статическое давление; в этом случае необходимо самостоятельно учесть динамическую составляющую на выходе.

Как правильно подобрать вентилятор для приточной установки с нагревателем и фильтром?

Необходимо сложить аэродинамическое сопротивление всех элементов на расчетном расходе: фильтра (начальное и конечное), водяного или электрического нагревателя, воздухоохладителя, шумоглушителя, воздуховодов, решеток. Полученное значение ΣΔP увеличить на 10-15%. Выбрать вентилятор, у которого при требуемом расходе L создаваемое полное давление P_t равно или незначительно превышает ΣΔP с запасом. Рабочая точка должна находиться в зоне максимального КПД.

Почему приточный вентилятор может перегреваться и отключаться по перегрузке?

Основные причины: 1) Работа вентилятора в зоне левее максимума на характеристике P_t-L, где потребляемая мощность резко возрастает. Это происходит при завышенном сопротивлении сети относительно расчетного (засоренный фильтр, закрытая заслонка). 2) Неправильный подбор двигателя (без запаса по мощности). 3) Повышенная температура перемещаемой среды. 4) Неисправность в электрической цепи или самом двигателе.

Каковы основные методы снижения шума от приточного вентилятора?

• Правильный подбор типа и размера вентилятора для работы в зоне максимального КПД (наиболее тихая работа).
• Использование вентиляторов с низким уровнем звуковой мощности (специальные низкошумные серии).
• Установка гибких вставок до и после вентилятора.
• Монтаж вентилятора на виброизоляторах.
• Оборудование воздуховодов шумоглушителями.
• Акустическая обработка стен вентиляторной камеры.

Что такое «регулирование по законам вентилятора» и когда оно применяется?

Это регулирование производительности путем изменения частоты вращения рабочего колеса с помощью частотного преобразователя. При этом новые рабочие точки лежат на параболической кривой, описываемой законом P ∝ L² (при постоянном составе сети). Данный метод является наиболее энергоэффективным, так как мощность на валу изменяется пропорционально кубу расхода (N ∝ L³). Применяется в системах с переменным расходом воздуха (здания с неравномерной нагрузкой) для значительной экономии электроэнергии.

Как влияет температура наружного воздуха на работу приточного вентилятора?

Изменение температуры влияет на плотность воздуха (ρ). Зимой плотность воздуха выше, чем летом. Поскольку давление, создаваемое вентилятором, пропорционально плотности (P ∝ ρ), то при постоянной частоте вращения зимой вентилятор будет создавать большее давление и потреблять больше мощности. Это необходимо учитывать при выборе мощности двигателя (расчет ведется по зимним условиям). Летом производительность по массе останется прежней, но объемная производительность (м³/ч) немного увеличится из-за меньшей плотности.