Tipi di ventilatori: classificazione, scopo e principio del loro funzionamento

Il ventilatore è la base di qualsiasi sistema di ventilazione artificiale. Il dispositivo è ampiamente utilizzato nella vita di tutti i giorni ed è indispensabile in molti ambiti della vita umana.Quando si pianifica l'acquisto di apparecchiature di ventilazione, è necessario comprendere le specifiche della sua progettazione e funzionamento.

L'articolo presentato per la revisione descrive in dettaglio i tipi di ventilatori, le loro caratteristiche di progettazione, i principi di funzionamento e lo scopo di ciascuna unità. Ti parleremo delle aree prioritarie per la scelta del modello appropriato. Qui imparerai come selezionare un dispositivo in base alle condizioni operative.

Classificazione dei ventilatori in base ai parametri fondamentali

I ventilatori sono dispositivi meccanici progettati per muovere, fornire o aspirare masse di aria e gas. La circolazione dell'aria avviene a causa della differenza di pressione tra i canali di ingresso e di uscita dell'unità di ventilazione.

I ventilatori sono usati ovunque. Dispositivi indispensabili durante l'organizzazione complesso di ventilazione di alimentazione e scarico edifici, soffiaggio di elementi funzionanti in condizionatori d'aria e dispositivi di riscaldamento.

I ventilatori sono progettati per funzionare con gas il cui rapporto di compressione non superi 1,15. Allo stesso tempo, la differenza negli indicatori di pressione in ingresso/uscita è limitata a 15 kPa - per un valore maggiore viene utilizzato un compressore

La classificazione generale delle unità di ventilazione si basa su diversi parametri.

Tra i principali criteri di gradazione ci sono:

• progettazione e principio di funzionamento del dispositivo;
• scopo e condizioni operative del ventilatore;
• metodo di installazione;
• metodi per collegare il dispositivo al motore elettrico;
• caratteristiche tecniche: grado di protezione IP, pressione generata, potenza assorbita, velocità di rotazione, rendimento e livello di pressione acustica.

In base al tipo di costruzione, ci sono cinque modifiche ai ventilatori: assiale, centrifugo, diagonale, diametrale e senza pale.

Le unità diagonali e diametrali sono considerate una variazione di due gruppi principali di unità di ventilazione: assiali e centrifughe. I nuovi prodotti senza lama sono fondamentalmente diversi dai loro omologhi

In base alle condizioni operative, si suddividono i seguenti tipi di macchine per il soffiaggio del gas:

• apparecchi di uso generale;
• ventilatori per scopi speciali.

Del primo gruppo fanno parte le unità progettate per funzionare con flussi di aria e gas inattivi, la cui temperatura non supera i +50°C. Il secondo gruppo comprende attrezzature speciali: resistenti al calore, antideflagranti, antipolvere, resistenti alla corrosione e antifumo.

In base al metodo di installazione, si distinguono:

• standard – l'installazione viene effettuata su supporto;
• tetto: installazione sul tetto di un edificio;
• condotto – posto all'interno del condotto di ventilazione;
• multizona: modelli progettati per il collegamento a più canali d'aria.

I motori elettrici vengono utilizzati per azionare l'unità di ventilazione.

Esistono diversi modi possibili per accoppiare il motore alla girante:

• connessione diretta;
• Trasmissione a cinghia trapezoidale;
• attacco continuo.

Dopo aver determinato il tipo appropriato di ventilatore, viene selezionato un modello con caratteristiche tecniche ottimali.

Vengono presi in considerazione l'area di servizio, il luogo di installazione, il livello di rumore consentito, l'umidità ambientale e la necessità di proteggere il dispositivo da oggetti estranei.

Il principio di funzionamento di diversi tipi di dispositivi

Il criterio principale per la scelta di un ventilatore è il suo design e il principio di funzionamento. Le caratteristiche del design e le sfumature tecniche determinano l'efficienza del dispositivo, il livello di rumore, l'efficienza operativa e la possibilità del suo utilizzo in determinate condizioni.

Unità assiale – ventilatore classico

Il ventilatore assiale (assiale) è ampiamente utilizzato in casa sistemi di ventilazione di case private, nelle cappe da bagno, nelle cappe di aspirazione complesse, come elemento di raffreddamento per varie apparecchiature ed elettronica, nonché nelle gallerie del vento e nei motori di turboventilazione nel campo dell'aviazione.

Il design dei modelli è caratterizzato da semplicità di esecuzione e dimensioni ridotte. Elementi principali: corpo cilindrico, ruota con lame e trasmissione.Il diametro interno del cilindro deve garantire la rotazione senza ostacoli della girante. La distanza tra le lame e l'alloggiamento è limitata all'1,5% della lunghezza della lama rotante.

Al fine di ridurre le perdite idrauliche e migliorare le caratteristiche aerodinamiche, il design è integrato con un collettore, un diffusore e una carenatura su entrambi i lati della girante

Principio di funzionamento: le pale rotanti catturano l'aria e la spingono lungo l'asse della girante. Non c'è quasi alcun movimento dei flussi d'aria nella direzione radiale. Le prestazioni dell'attrezzatura sono regolate ruotando le lame.

Caratteristiche distintive dei modelli assiali:

• non richiedono una vasta area per l'installazione;
• consumo energetico economico;
• basso livello di rumore;
• facilità di funzionamento e riparazione;
• basso costo.

I vantaggi del funzionamento e dell'utilizzo dei ventilatori assiali hanno portato alla loro ampia popolarità nella vita di tutti i giorni. Molto utilizzati sono i modelli di custodie per il raffreddamento di apparecchi elettrici e le unità assiali portatili con griglie.

Per migliorare il ricambio d'aria, i ventilatori assiali con pannello a parete vengono installati nelle aperture delle pareti e in altre strutture di supporto. I dispositivi possono funzionare in due modalità: aspirazione dell'aria e iniezione dell'aria

Modello centrifugo: resistenza e potenza elevata

I ventilatori centrifughi (radiale) sono altamente efficienti: le unità sono in grado di generare pressioni elevate e funzionare in condizioni difficili. La progettazione dell'apparecchiatura comprende i seguenti elementi.

Telaio. L'involucro del diffusore è realizzato in lamiera rivettata o saldata. Il corpo cavo ha la forma a spirale di una lumaca; il design comprende tubi di aspirazione e scarico. Per aggiungere rigidità, l'involucro è rinforzato con nervature o strisce trasversali.

La parte superiore della “lumaca” è chiusa con un cassonetto aggiuntivo o rivestita con pannelli fonoassorbenti. Ciò è necessario per ridurre il rumore durante il funzionamento dell'unità di ventilazione.

Ruota funzionante. Il rotore a palette è costituito da due dischi, pale e un mozzo.

Il design della ruota determina le condizioni per l'utilizzo della ventola:

• a disco – trasporto di flussi con componenti solidi;
• disco singolo – movimento di mezzi aerei con un basso contenuto di frazioni solide;
• doppio disco – circolazione di masse d'aria pulita in diversi intervalli di pressione;
• tre dischi: forniscono un'aspirazione bidirezionale.

La ruota è fissata all'albero tramite mozzi. Le pale sono fissate ai dischi e ai mozzi.

Scapole. Le caratteristiche prestazionali e l'efficienza dell'unità nel suo complesso dipendono in gran parte dalla forma delle pale:

• ala aerodinamica – garantisce silenziosità, buone prestazioni e resistenza del dispositivo alle alte temperature;
• curvato all'indietro – impedisce l'accumulo di polvere all'interno del ventilatore, adatto per l'uso in ambienti con elevata oppressione;
• curvi in ​​avanti – i ventilatori con alette “anteriori” sono progettati per funzionare con grandi volumi di aria e alta pressione e sono resistenti all’erosione;
• radiale - impianti di dimensioni compatte con efficienza media, le guide del rotore sono trattate con un composto protettivo contro l'erosione.

Nelle ruote con pale “posteriori” la differenza tra pressione statica e totale non è grande, quindi il loro livello di efficienza è elevato. L'efficienza operativa raggiunge l'80%.

Le pale curve in avanti creano un'elevata portata d'aria all'uscita. L'unità mantiene un'efficienza del 60%. Il vantaggio delle pale “frontali” è che i parametri richiesti si ottengono con dimensioni del ventilatore inferiori

Nelle installazioni centrifughe, l'aria entra in direzione assiale ed viene espulsa in direzione radiale. Le masse d'aria si muovono sotto l'influenza delle forze centrifughe in un corpo cilindrico.

L’intero processo può essere suddiviso in più fasi:

1. Quando la ruota gira, l'aria tra lo spazio delle pale si precipita verso il bordo del rotore.
2. Di conseguenza, al centro della ruota si forma una zona di bassa pressione. Ciò porta all'assorbimento di masse d'aria dall'esterno.
3. Al centro della camera, i flussi d'aria cambiano direzione da assiale a radiale, entrando nei compartimenti tra le pale.
4. A causa della rapida rotazione, le masse d'aria si riversano sulla parete interna dell'alloggiamento.
5. L'energia cinetica viene parzialmente convertita in energia di compressione e la velocità dell'aria diminuisce: all'interno della "lumaca" si raccoglie un flusso d'aria volumetrico e si forma una pressione eccessiva.
6. La massa gassosa si precipita verso il tubo di uscita, entra nella tubazione e quindi nell'area di lavoro.

Le unità centrifughe vengono utilizzate nei sistemi di alimentazione e scarico di locali di grandi dimensioni, garage, centri commerciali ed edifici dove è richiesta una ventilazione potente e continua.

Le unità radiali vengono utilizzate nelle industrie pericolose per rimuovere rapidamente l'aria contaminata. Ad esempio nelle officine per la lavorazione del legno o dei metalli, nelle officine per l'aspirazione di fumi ed esalazioni nocive

Diagonale – una combinazione di ventilatori assiali e radiali

Il modello diagonale è una sintesi di due tipologie di ventilatori: assiali e centrifughi. La girante del dispositivo ha una forma speciale: la struttura della girante ricorda la struttura di un tamburo in un ventilatore radiale. Le pale della girante si trovano parallele all'asse di rotazione.

I ventilatori combinati hanno un corpo cilindrico e sono più simili nell'aspetto ai modelli assiali.Tuttavia, il loro principio di funzionamento è diverso a causa delle caratteristiche costruttive della girante. L'aria si muove prima lungo l'asse e poi cambia direzione di 45°.

Grazie all'iniezione centrifuga, la velocità del flusso d'aria aumenta, il che significa un aumento dell'efficienza dell'unità di ventilazione. Il livello di efficienza dei modelli diagonali raggiunge l'80%

Il vantaggio principale di un ventilatore di tipo misto è il raggiungimento di un compromesso tra caratteristiche di rumorosità, prestazioni e dimensioni del dispositivo.

Molto spesso vengono utilizzate unità centrifughe-assiali ventilatori da condotto in impianti di ventilazione di piccole e medie dimensioni con lunghi condotti d'aria. Sono utilizzati come unità di scarico e ingressi nei sistemi di pressione di alimentazione.

Installazione tangenziale - flusso d'aria uniforme

Un ventilatore tangenziale (diametrico) è costituito da un alloggiamento allungato dotato di diffusore e ugello e di una girante a tamburo con pale inclinate. L'aria si muove due volte perpendicolarmente all'asse di rotazione del cilindro.

L'involucro del modello diametrale ricorda l'involucro di un ventilatore radiale. La differenza è che nell'unità tangenziale il condotto dell'aria si trova lungo il pannello laterale

Caratteristiche distintive dei dispositivi diametrali:

• elevate prestazioni aerodinamiche;
• capacità di fornire un flusso uniforme;
• la possibilità di ruotare la ventola, scegliendo la direzione del flusso d'aria;
• funzionamento silenzioso;
• tasso di efficienza elevato - fino al 60-70%.

Ambito di applicazione: realizzazione di barriere d'aria, ventilconvettori e utilizzo in sistemi split.

Ventilatore senza pale: tecnologia innovativa

I ventilatori domestici senza pale sono recentemente apparsi sul mercato interno dei sistemi di ventilazione.Il loro principio di funzionamento è radicalmente diverso dalle modifiche discusse sopra.

L'azione dell'innovativo dispositivo si basa sul desiderio dell'ambiente di equalizzare l'equilibrio tra le pressioni esterne ed interne al dispositivo, nonché sulla tecnologia “moltiplicatore d'aria”

Componenti del dispositivo:

• una cornice rotonda o ovale progettata per aspirare ed espellere le masse d'aria;
• base per il fissaggio del telaio;
• miniturbina montata nella base del ventilatore;
• il motore.

L'innovativo ventilatore funziona secondo il seguente principio:

1. Dopo aver acceso il motore, la turbina viene attivata.
2. Mentre la turbina ruota, aspira l'aria attraverso le perforazioni nell'alloggiamento della base.
3. Sotto l'influenza della turbolenza, l'aria viene accelerata 15 volte ed esce attraverso le feritoie di uscita situate lungo il perimetro del telaio.

Le correnti d'aria si piegano attorno alla superficie dell'anello e corrono nella direzione desiderata.

A causa delle proprietà aerodinamiche del dispositivo di ventilazione, l'aria proveniente dai lati e dietro il telaio anulare viene aspirata nel flusso d'aria risultante

Rispetto ai modelli tradizionali ventilatori senza pale hanno una serie di vantaggi:

• regolazione regolare dell'intensità del flusso d'aria;
• praticità e assoluta sicurezza d'uso;
• cambiare la direzione dell'aria regolando la posizione dell'anello;
• efficienza operativa: il consumo energetico è inferiore del 20% rispetto ai modelli assiali.

I principali svantaggi del dispositivo: costo elevato e alto livello di rumore.

Dipendenza dalle condizioni operative

Quando si sceglie un ventilatore, è importante considerare le condizioni del suo utilizzo. Sono state sviluppate installazioni altamente specializzate per l'uso in ambienti aggressivi.

Unità per uso normale

I ventilatori per uso generale sono realizzati in acciaio al carbonio.

L'installazione degli apparecchi è consentita alle condizioni operative obbligatorie:

• contenuto di polvere nell'aria per unità radiali – non più di 0,01 g/m3, per dispositivi assiali – fino a 0,01 g/m3;
• temperatura dell'ambiente di lavoro – fino a +50°С;
• assenza di componenti chimicamente aggressivi, esplosivi, fibre e particelle appiccicose nell'aria.

L'ambiente gas-vapore-aria non dovrebbe provocare processi di corrosione accelerati, il tasso ammissibile di distruzione dei metalli è di 0,1 mm all'anno. Se la temperatura operativa supera il valore limite, il funzionamento del motore, che di solito si trova nel flusso di masse d'aria in movimento, si deteriora.

Esistono ventilatori in acciaio resistenti al calore per scopi generali. La temperatura massima del treno trasportato è fino a +200°C. I prodotti nazionali sono contrassegnati con le lettere “Zh” e “Zh2”

I modelli per scopi generali vengono utilizzati nei sistemi riscaldamento dell'aria e ventilazione di edifici pubblici, residenziali e industriali, nonché per altri scopi sanitari e tecnici.

Unità di ventilazione per scopi speciali

I ventilatori per scopi speciali sono generalmente divisi in cinque gruppi:

• polveroso;
• resistente al calore;
• a prova di esplosione;
• resistente alla corrosione;
• estrattori di fumo.

Le unità antipolvere vengono utilizzate per pulire le masse d'aria da polvere e particelle di sporco: segatura di legno e metallo, scorie di saldatura, scarti di grano. Il flusso d'aria, passando attraverso gli ugelli, cambia direzione da assiale a radiale. A causa della forza centrifuga cambia anche la velocità del flusso d'aria.

I dispositivi antipolvere sono realizzati in ottone, acciaio al carbonio o acciaio inossidabile. La temperatura massima dell'ambiente di lavoro è +80°C. Esistono modelli di tipo misto: polvere, antideflagrante e resistente al calore

I ventilatori radiali per polveri a bassa potenza sono installati sui veicoli che trasportano composizioni di cereali. I dispositivi ad alta pressione vengono utilizzati nelle grandi officine di produzione.

Le unità resistenti al calore sono progettate per muovere aria la cui temperatura supera +80°C.

A causa delle difficili condizioni operative, i ventilatori devono avere caratteristiche speciali:

• isolamento termico del motore elettrico e sua rimozione al di fuori del flusso d'aria;
• alto livello di protezione del motore – IP44 e superiore;
• produzione di elementi strutturali da materiali resistenti al calore (poliammide resistente al calore, lega di alluminio, acciaio inossidabile o al carbonio);
• ampio intervallo di temperature di esercizio.

I ventilatori resistenti al calore vengono utilizzati nell'arredamento sistemi di ventilazione del bagno e saune, rimozione dell'aria di scarico ad alta temperatura da caminetti o stufe, rimozione dei prodotti della combustione dalle aree di produzione.

Le unità resistenti al calore possono avere un design assiale o radiale. Molto spesso, nei condotti di ventilazione vengono utilizzati ventilatori ad alta temperatura, ma esistono modifiche montate senza condotti dell'aria

Le apparecchiature di ventilazione antideflagranti sono progettate per rimuovere miscele di gas esplosive. Questa categoria comprende composizioni in cui quando si accende la più piccola particella, si accende l'intero volume rimanente di gas.

I requisiti di sicurezza contro le esplosioni per le apparecchiature elettriche sono regolati dalle direttive CE ATEX. A seconda del grado di pericolo di esplosione dell'area, le unità di ventilazione possono essere protette da:

• riempimento di quarzo o olio dei gusci delle parti conduttrici;
• sigillatura con un composto – materiale polimerico;
• rivestimenti antideflagranti.

I materiali utilizzati per realizzare collettori di aspirazione, giranti e alloggiamenti sono acciaio inossidabile, leghe di alluminio e gruppi di materiali dissimili: acciaio inossidabile-ottone, bronzo, plastica elettricamente conduttiva.

Materiali diversi sono combinati in modo tale che non possa verificarsi una scintilla quando si scontrano o si sfregano l'uno contro l'altro

I ventilatori resistenti alla corrosione sono progettati per il trasporto di miscele aria-gas aggressive, non esplosive, con basso contenuto di polvere e assenza di componenti fibrosi e appiccicosi.

Materiali per la fabbricazione di parti del dispositivo: leghe di titanio, polipropilene, plastica vinilica. Come opzione, gli elementi di lavoro vengono spruzzati con un rivestimento anticorrosivo: acciaio resistente alla corrosione 08Х13 o lega di titanio.

Ambito di applicazione dei ventilatori “antiruggine”:

• metallurgia ferrosa;
• linee tecnologiche per la produzione di fertilizzanti minerali;
• produzione di carbonio;
• fornitura d'aria alle caldaie con composizione bollente;
• organizzazione della circolazione del vapore acqueo con impurità di fenolo, alcali e idrogeno solforato;
• linee di cokerie.

I ventilatori per l'estrazione del fumo sono potenti unità ignifughe integrate nel sistema di ventilazione di un edificio e lavorano per soffiare il fumo fuori dalla stanza. Le unità sono soggette a elevati requisiti tecnici.

In caso di incendio, il ventilatore deve funzionare ininterrottamente per 2 ore ad una temperatura dell'aria soffiata fino a +400°C. Quando la temperatura sale a +600°C – fino a 1 ora

Ambito di applicazione: sistemi di evacuazione fumi per edifici per vari scopi. Gli “aspirafumi” vengono installati sul tetto del locale mediante una flangia di montaggio e collegati ai condotti di scarico fumi.

A seconda del modello del ventilatore, l'emissione di fumo a due o quattro vie può essere effettuata in direzione orizzontale o verticale. È possibile far funzionare le unità in modalità di ventilazione generale della casa.

Tipi di ventilatori per metodo di installazione

Come sopra indicato, in base alla modalità di installazione, i dispositivi di ventilazione sono suddivisi in 4 gruppi: standard, a tetto, a condotto e multizona.

I ventilatori convenzionali vengono solitamente forniti completi di telaio di supporto o supporto. La loro installazione non causa alcuna difficoltà.

Le unità da tetto sono installate sul tetto di un edificio e fungono da collegamento finale nel sistema di ventilazione dell'edificio. Tali ventilatori sono esposti a fattori esterni negativi (pioggia, neve, raffiche di vento), quindi sono realizzati con materiali particolarmente durevoli. Quasi tutti i modelli sono dotati di cono protettivo per evitare l'intasamento dell'alloggiamento.

I dispositivi di ventilazione del tetto funzionano secondo il principio assiale o centrifugo. La prima opzione è più spesso utilizzata per ambienti normali, mentre la seconda per ambienti polverosi e aggressivi.

Quando si sceglie un ventilatore da tetto, tenere conto delle specificità della stanza da allestire. Ad esempio, per un asilo nido, un ospedale o una scuola viene selezionato un modello a basso livello di rumore. Per un laboratorio di produzione, la priorità sarà la potenza delle attrezzature.

Le unità di ventilazione per condotti sono posizionate nei condotti di ventilazione e forniscono lo scarico e l'alimentazione dell'aria attraverso il sistema di condotti dell'aria. Il design dei ventilatori per condotti è solitamente di tipo diagonale o radiale, meno spesso assiale.

La scelta del dispositivo viene effettuata in relazione alla forma del condotto dell'aria. Le unità sono prodotte per alberi tondi, quadrati e rettangolari.

I ventilatori da condotto rettangolari o quadrati sono realizzati in metallo, i ventilatori rotondi sono in plastica.L'involucro in metallo è resistente all'usura e durevole e l'involucro in plastica è meno rumoroso

Le unità di ventilazione multizona sono dotate di un involucro che permette il collegamento di più condotti di aspirazione dell'aria provenienti da zone diverse. Tali ventilatori sono indispensabili negli ambienti in cui è necessario installare una cappa in stanze diverse, ma è presente un solo condotto di scarico.

Le unità multicanale consentono di ottimizzare il complesso dei condotti dell'aria, ridurre i costi di capitale e l'intensità del lavoro sulla sistemazione del sistema di ventilazione di una casa

Un ulteriore vantaggio è la facilità d'uso. È necessario eseguire la manutenzione di un ventilatore, non di più.

Varietà di modelli di ventilazione domestica

I ventilatori domestici vengono ulteriormente classificati in base al luogo di installazione.

Finestra. Il dispositivo è montato su una finestra o su un muro vicino a una finestra; non è presente alcun condotto dell'aria. Tali apparecchiature vengono utilizzate principalmente nelle istituzioni pubbliche: bar, parrucchieri, ecc. L'installazione indipendente nelle finestre in PVC già installate è problematica.

I ventilatori per finestre sono prodotti con profili rotondi e quadrati. Alcuni modelli sono dotati di una valvola di ritegno che impedisce alla polvere di entrare in casa

Cucina. Rimuove fumi e odori vari che si sviluppano durante la cottura. Il ventilatore è montato direttamente nella cappa di aspirazione. In base al design, ci sono cappe piatte, a cupola e da incasso. I ventilatori da cucina devono essere resistenti al calore e avere una rete protettiva esterna.

Attrezzature per il bagno. Per aumentare l'efficienza dello scarico ventilazione della toilette e del bagno vengono utilizzati ventilatori a parete e a soffitto. Le unità compatte sono economiche e facili da installare.

La parte interna dell'alloggiamento è posizionata nel condotto di ventilazione, mentre la parte esterna sporge ed è coperta da una griglia di ventilazione. Nel bagno è consigliabile utilizzare un ventilatore con sensore idraulico

Indipendentemente dalla tipologia di ventilatore scelto, particolare attenzione dovrà essere posta alla marcatura del dispositivo, ovvero al grado di protezione IP. Lo standard IP caratterizza la sicurezza delle apparecchiature in un ambiente non aggressivo.

La prima cifra ha un valore compreso tra 0 e 6 e indica il livello di protezione contro la penetrazione di corpi estranei, polvere e contatto con le mani

Il livello di protezione contro l'ingresso di umidità all'interno dell'alloggiamento è indicato dalla seconda cifra della marcatura.

Esiste un'alta probabilità di penetrazione dell'acqua nei dispositivi con un valore "0". Sono ammessi per l'installazione solo in ambienti "asciutti". Il massimo grado di protezione “8” garantisce la sicurezza del ventilatore quando è completamente immerso nell'acqua

Conclusioni e video utile sull'argomento

Video n.1. Principio di funzionamento e vantaggi competitivi di un ventilatore senza pale:

Video n.2. Design del ventilatore centrifugo VTsUN:

Video n.3. Design del ventilatore a condotto rotondo:

Il design del modello e le caratteristiche tecniche e operative dei ventilatori ci consentono di selezionare l'attrezzatura ottimale sia per uso domestico che industriale. I progetti delle unità di ventilazione vengono costantemente migliorati, adattandosi alle esigenze dei clienti.

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