Tipuri de ventilatoare: clasificare, scop și principiul de funcționare

Ventilatorul – baza oricărui sistem de ventilație de tip artificial. Aparatul este utilizat pe scară largă în gospodărie și este indispensabil în multe domenii ale activității umane. Atunci când planificați achiziționarea echipamentelor de ventilație, este necesar să înțelegeți specificul structurii și funcționării acestuia.

În articolul prezentat spre consultare sunt descrise detaliat tipurile de ventilatoare, caracteristicile lor constructive, principiile de funcționare și destinația fiecărui agregat. Vă vom spune despre direcțiile prioritare de alegere a modelului potrivit. La noi veți afla cum se alege dispozitivul în funcție de condițiile de exploatare.

Clasificarea ventilatoarelor după parametrii principali

Ventilatoarele – dispozitive mecanice destinate deplasării, furnizării sau aspirării maselor de aer și gaze. Circulația aerului are loc datorită diferenței de presiune dintre canalul de intrare și cel de ieșire al instalației de ventilație.

Ventilatoarele sunt utilizate pretutindeni. Aparatele sunt indispensabile la amenajarea complexului de ventilație de tip alimentare-evacuare a clădirii, la suflarea elementelor de lucru în aparatele de aer condiționat și dispozitivele de încălzire.

Ventilatoarele sunt proiectate pentru a funcționa cu gaze al căror grad de comprimare nu depășește 1,15. În același timp, diferența valorilor presiunii la intrare/ieșire este limitată la 15 kPa – la o valoare mai mare se utilizează un compresor.

Clasificarea generală a instalațiilor de ventilație se bazează pe diferiți parametri.

Printre criteriile principale de clasificare se pot menționa:

• construcția și principiul de funcționare a dispozitivului;
• destinația și condițiile de funcționare a ventilatorului;
• metoda de instalare;
• metodele de conectare a aparatului la motorul electric;
• caracteristici tehnice: gradul de protecție IP, presiunea creată, puterea consumată, viteza de rotație, randamentul și nivelul presiunii acustice.

După tipul de construcție se disting cinci modificări de ventilatoare: axiale, centrifuge, diagonale, diametrale și fără palete.

Agregatele diagonale și diametrale sunt considerate o varietate a două grupuri principale de instalații de ventilație: axiale și centrifuge. Produsele noi fără palete se deosebesc fundamental de omoloagele lor.

În funcție de condițiile de exploatare, se disting următoarele tipuri de mașini de suflat gaz:

• aparate de uz general;
• ventilatoare cu destinație specială.

Prima grupă include agregatele destinate lucrului cu fluxuri de aer și gaze inerte, a căror temperatură nu depășește +50°С. A doua grupă include echipamente speciale: termorezistente, antiexplozive, pentru praf, anticorozive și pentru evacuarea fumului.

După modul de montare, se disting:

• standard – instalarea se realizează pe un suport;
• de acoperiș – montarea pe acoperișul clădirii;
• canal – se amplasează în interiorul conductei de ventilație;
• multizonale – modele destinate racordării la mai multe canale de aer.

Ca acționare a instalației de ventilație se utilizează motoare electrice.

Sunt posibile mai multe modalități de cuplare a motorului cu roata cu palete:

• cuplare directă;
• transmisie prin curele trapezoidale;
• cuplare fără trepte.

După determinarea tipului potrivit de ventilator, se selectează un model cu caracteristici tehnice optime.

Se iau în considerare suprafața deservită, locul de instalare, nivelul de zgomot admisibil, umiditatea încăperii, necesitatea protejării aparatului împotriva pătrunderii obiectelor străine.

Principiul de funcționare a diferitelor tipuri de dispozitive

Principalul criteriu de alegere a ventilatorului este construcția și principiul său de funcționare. Caracteristicile constructive și nuanțele tehnice determină eficiența aparatului, nivelul de zgomot, eficiența energetică și posibilitatea de utilizare în anumite condiții.

Agregat axial – ventilator clasic

Ventilatorul axial este utilizat pe scară largă în sistemele de ventilație casnice ale caselor private, în hotele de baie, în variantele de hote complexe, ca element de răcire a diverselor echipamente și electronice, precum și în tuneluri aerodinamice și motoare turboventilatoare în domeniul aviației.

Construcția modelelor se caracterizează prin simplitatea execuției și dimensiuni reduse. Elementele principale: corp cilindric, roată cu palete și acționare. Diametrul interior al cilindrului trebuie să asigure rotația nestingherită a roții de lucru. Intervalul dintre palete și corp este limitat la 1,5% din lungimea paletei rotative.

În scopul reducerii pierderilor hidraulice și al îmbunătățirii caracteristicilor aerodinamice, construcția este completată cu un colector, un difuzor și un carenaj pe ambele părți ale roții de lucru.

Principiul de funcționare: paletele rotative captează aerul și îl împing de-a lungul axei rotorului. Deplasarea fluxurilor de aer în direcția radială este aproape inexistentă. Performanța echipamentului este reglată prin rotirea paletelor.

Caracteristicile distinctive ale modelelor axiale:

• nu necesită o suprafață mare pentru instalare;
• consum economic de energie electrică;
• nivel scăzut de zgomot;
• simplitatea exploatării și a reparației;
• cost redus.

Avantajele de funcționare și utilizare a ventilatoarelor axiale au determinat popularitatea lor largă în uz casnic. Se aplică în masă modelele de carcasă pentru răcirea aparatelor electrice și agregatele axiale portabile cu grilaj.

Pentru intensificarea schimbului de aer, în deschiderile de perete și alte construcții portante se instalează ventilatoare axiale cu panou de perete. Aparatele pot funcționa în două moduri: aspirație și refulare a aerului.

Model centrifugal – rezistență și putere ridicată

Ventilatoarele centrifuge (radiale) sunt foarte eficiente – agregatele sunt capabile să genereze presiuni înalte și să fie exploatate în condiții dure. Construcția echipamentului include următoarele elemente.

Carcasă. Carcasa-difuzor este fabricată din tablă metalică nituită sau sudată. Carcasa tubulară are formă spiralată de melc, în construcție fiind prevăzute racorduri de aspirație și refulare. Pentru rigidizare, carcasa este întărită cu nervuri sau benzi transversale.

Deasupra, „melcul” este acoperit cu o cutie suplimentară sau este îmbrăcat cu panouri fonoabsorbante. Acest lucru este necesar pentru reducerea zgomotului în timpul funcționării instalației de ventilare.

Roată de lucru. Rotorul cu palete este format din două discuri, palete și butuc.

Construcția roții determină condițiile de utilizare a ventilatorului:

• fără discuri – transportul fluxurilor cu componente solide;
• cu un disc – deplasarea mediilor aeriene cu un conținut scăzut de fracții solide;
• cu două discuri – circulația maselor de aer curat într-un interval diferit de presiuni;
• cu trei discuri – asigurarea aspirației bilaterale.

Fixarea roții de arbore are loc prin intermediul butucilor. De discuri și butuci se fixează paletele.

Palete. Caracteristicile de funcționare și eficiența agregatului în ansamblu depind în mare măsură de forma paletelor:

• Aripă aerodinamică – asigură silențiozitate, un bun indicator al performanței, rezistența aparatului la temperaturi ridicate;
• Lame curbate înapoi – împiedică acumularea de praf în interiorul ventilatorului, sunt potrivite pentru funcționare în mediu cu depresie ridicată;
• Lame curbate înainte – ventilatoarele cu pale «frontale» sunt destinate lucrului cu un volum mare de aer și presiune înaltă, se disting prin rezistență la eroziune;
• Radiale – instalații de dimensiuni compacte cu eficiență medie, ghidajele rotorului sunt tratate cu un compus protector împotriva eroziunii.

La roțile cu pale «din spate», diferența dintre indicatorii presiunii statice și totale nu este mare, prin urmare nivelul lor de randament este ridicat. Eficiența de lucru atinge 80%.

Palele curbate înainte creează o viteză mare a fluxului de aer la ieșire. Agregatul păstrează 60% eficiență. Avantajul palelor «frontale» – obținerea parametrilor necesari la dimensiuni mai mici ale ventilatorului.

În instalațiile centrifuge, aerul intră pe direcția axială, este împins pe direcția radială. Masele de aer sub acțiunea forțelor centrifuge se deplasează în carcasa cilindrică.

Întregul proces poate fi împărțit în mai multe etape:

1. La rotirea roții, aerul dintre spațiile palelor se îndreaptă spre marginea rotorului.
2. Ca urmare, în centrul roții se formează o zonă cu presiune scăzută. Aceasta duce la aspirarea maselor de aer din exterior.
3. În centrul camerei, fluxurile de aer își schimbă direcția de la axială la radială, intrând în compartimentele dintre pale.
4. Datorită rotației rapide, masele de aer se îndreaptă spre peretele interior al carcasei.
5. Energia cinetică se transformă parțial în energie de compresie, iar viteza aerului scade – în interiorul «melcului» se adună un flux de aer volumic și se creează o presiune în exces.
6. Masa gazoasă se îndreaptă spre conducta de ieșire, intră în conductă, iar mai departe – în zona de lucru.

Agregatele centrifuge se utilizează în complexele de ventilație de alimentare și evacuare ale spațiilor mari, garajelor, centrelor comerciale și clădirilor unde este necesară o ventilație continuă puternică.

Instalațiile radiale sunt utilizate în producția nocivă pentru îndepărtarea rapidă a aerului poluat. De exemplu, în atelierele de prelucrare a lemnului sau a metalelor, în hale pentru evacuarea fumului și a vaporilor nocivi.

Diagonal – combinație între ventilatorul axial și cel radial

Modelul diagonal – sinteză a două tipuri de ventilatoare: axial și centrifugal. Rotorul aparatului are o formă specială – structura roții de lucru amintește de dispozitivul tamburului la ventilatorul radial. Palele rotorului sunt dispuse paralel cu axa de rotație.

Ventilatoarele combinate au o carcasă cilindrică și seamănă mai mult ca aspect cu modelele axiale. Cu toate acestea, principiul de funcționare este diferit datorită particularităților constructive ale rotorului. Aerul se deplasează mai întâi de-a lungul axei, apoi își schimbă direcția cu 45°.

Datorită presiunii centrifuge, viteza fluxului de aer crește, iar eficiența instalației de ventilație se îmbunătățește. Nivelul de randament al modelelor diagonale atinge 80%.

Principalul avantaj al ventilatorului de tip mixt este atingerea unor valori de compromis între caracteristicile de zgomot, performanță și dimensiunile dispozitivului.

Cel mai frecvent, unitățile centrifugo-axiale sunt utilizate ca ventilatoare de canal în sisteme de ventilație mici și medii cu conducte de aer lungi. Sunt folosite ca instalații de evacuare și de alimentare în sistemele de ventilație sub presiune.

Instalație tangențială – uniformitatea fluxului de aer

Ventilatorul tangențial (diametral) este format dintr-un corp alungit, dotat cu un difuzor și un racord, și o roată de lucru de tip tambur cu palete înclinate. Aerul este deplasat de două ori perpendicular pe axa de rotație a cilindrului.

Carcasa modelului diametral seamănă cu corpul unui ventilator radial. Diferența constă în faptul că, la unitatea tangențială, canalul de aer este amplasat de-a lungul panoului lateral

Caracteristici distinctive ale aparatelor diametrale:

• indicatori aerodinamici ridicați;
• capacitatea de a furniza un flux uniform;
• posibilitatea de a roti ventilatorul, alegând direcția fluxului de aer;
• funcționare silențioasă;
• randament ridicat – până la 60-70%.

Domeniul de aplicare: crearea de perdele de aer, fan-coil-uri și utilizarea în sistemele split.

Ventilator fără palete – tehnologie inovatoare

Ventilatoarele de uz casnic fără pale au apărut nu demult pe piața internă a sistemelor de ventilație. Principiul lor de funcționare diferă radical de modificările discutate mai sus.

Acțiunea dispozitivului inovator se bazează pe tendința mediului de a echilibra presiunile din exterior și din interiorul dispozitivului, precum și pe tehnologia „multiplicatorului de aer”.

Componentele dispozitivului:

• un cadru de formă rotundă sau ovală, destinat atragerea și evacuarea maselor de aer;
• o bază pentru fixarea cadrului;
• o mini-turbină montată în baza ventilatorului;
• motor.

Ventilatorul inovator funcționează după următorul principiu:

1. După pornirea motorului, turbina este acționată.
2. În timp ce se rotește, turbina aspiră aerul prin perforațiile din carcasa bazei.
3. Sub acțiunea turbulenței, aerul se accelerează de 15 ori și iese prin fantele de ieșire amplasate pe perimetrul cadrului.

Fluxurile de aer ocolesc suprafața inelului și se îndreaptă în direcția dorită.

Datorită proprietăților aerodinamice ale dispozitivului de ventilație, în fluxul de aer format este antrenat aerul din lateral și din spatele cadrului inelar.

Comparativ cu modelele tradiționale, ventilatoarele fără pale au o serie de avantaje:

• reglare treptată a intensității fluxului de aer;
• comoditate și siguranță absolută în utilizare;
• modificarea direcției aerului prin reglarea poziției inelului;
• eficiență – consumul de energie electrică este cu 20% mai mic comparativ cu modelele axiale.

Principalele dezavantaje ale dispozitivului: costul ridicat și nivelul ridicat de zgomot.

Dependența de condițiile de exploatare

La alegerea unui ventilator, este important să se țină cont de condițiile de utilizare. Pentru utilizarea în medii agresive, au fost dezvoltate instalații strict specializate.

Agregate pentru utilizare în condiții normale

Ventilatoarele de uz general sunt fabricate din oțel carbon.

Dispozitivele sunt admise pentru instalare cu respectarea condițiilor obligatorii de exploatare:

• conținutul de praf în aer pentru agregatele radiale – nu mai mult de 0,01 g/mc, pentru dispozitivele axiale – până la 0,01 g/mc;
• temperatura mediului de lucru – până la +50°C;
• absența în aer a componentelor chimic agresive, explozive, a fibrelor și particulelor lipicioase.

Mediul gaz-abur-aer nu trebuie să provoace procese de coroziune accelerate, viteza admisibilă de distrugere a metalului este de 0,1 mm pe an. Dacă temperatura de exploatare crește peste valoarea limită, atunci funcționarea motorului, care este de obicei amplasat în fluxul maselor de aer deplasate, se deteriorează.

Există ventilatoare de uz general din oțel termorezistent. Temperatura maximă a compoziției deplasate – până la +200°C. Produsele autohtone sunt marcate cu literele «J» și «J2».

Modelele de uz general sunt utilizate în sistemele de încălzire cu aer și ventilație a clădirilor publice, rezidențiale și industriale, precum și pentru alte scopuri sanitare-tehnice.

Instalații de ventilație cu destinație specială

Ventilatoarele cu destinație specială sunt de obicei împărțite în cinci grupuri:

• de praf;
• termorezistente;
• antiexplozive;
• rezistente la coroziune;
• de evacuare a fumului.

Agregatele de praf sunt utilizate pentru curățarea maselor de aer de praf și particule de murdărie: rumeguș de lemn și metal, zgură de sudură, deșeuri de cereale. Fluxul de aer, trecând prin racorduri, își schimbă direcția din axială în radială. Datorită forței centrifuge, se schimbă și viteza fluxului de aer.

Dispozitivele de praf sunt fabricate din alamă, oțel carbon sau inoxidabil. Temperatura maximă a mediului de lucru este de +80°C. Există modele de tip mixt: de praf, antiexplozive și termorezistente.

Ventilatoarele centrifugale de praf de mică putere sunt montate pe vehiculele care transportă compoziții de cereale. Aparatele de înaltă presiune sunt utilizate în atelierele mari de producție.

Agregatele termorezistente sunt destinate deplasării aerului a cărui temperatură depășește +80°C.

Având în vedere condițiile dure de exploatare, ventilatoarele trebuie să posede caracteristici speciale:

• izolarea termică a motorului electric și amplasarea acestuia în afara fluxului de aer;
• nivel ridicat de protecție a motorului – IP44 și superior;
• fabricația elementelor constructive din materiale termorezistente (poliamidă termorezistentă, aliaj de aluminiu, oțel inoxidabil sau oțel carbon);
• gamă largă de temperaturi de lucru.

Ventilatoarele termorezistente sunt utilizate în amenajarea sistemelor de ventilație a băilor și saunelor, evacuarea aerului extras de înaltă temperatură din șemineu sau cuptor, îndepărtarea produselor de ardere din locurile de producție.

Agregatele termorezistente pot avea execuție axială sau radială. Cel mai adesea, ventilatoarele de înaltă temperatură sunt utilizate în canalele de ventilație, dar există și modificări care se montează fără conducte de aer.

Echipamentele de ventilație antiexplozive sunt destinate evacuării amestecurilor de gaze explozive. La această categorie aparțin compozițiile în care, la aprinderea celei mai mici particule, se aprinde întregul volum de gaz rămas.

Cerințele privind securitatea la explozie a echipamentelor electrice sunt reglementate de directivele ATEX CE. În funcție de gradul de pericol de explozie al zonelor, instalațiile de ventilație pot fi protejate:

• prin umplerea cu cuarț sau ulei a carcaselor părților conductoare;
• prin etanșare cu compus – material polimeric;
• prin acoperiri antiexplozive.

Materialul de fabricație al colectoarelor de intrare, roților de lucru, carcasei este oțel inoxidabil, aliaje de aluminiu și grupuri de materiale eterogene: oțel inoxidabil-alama, bronz, plastic electroconductibil.

Materialele eterogene sunt combinate astfel încât, la lovire sau frecare între ele, să nu poată apărea o scânteie.

Ventilatoarele anticorozive sunt destinate transportării amestecurilor aer-gaz agresive, neexplozive, cu un conținut redus de praf, precum și cu absența componentelor fibroase și lipicioase.

Materialele de fabricație ale pieselor aparatului: aliaje de titan, polipropilenă, vinilplast. Ca alternativă, elementele de lucru sunt pulverizate cu un strat anticoroziv – oțel inoxidabil marca 08Х13 sau aliaj de titan.

Domeniul de aplicare al ventilatoarelor «antirugină»:

• metalurgia feroasă;
• liniile tehnologice de producere a îngrășămintelor minerale;
• producția de carbon;
• alimentarea cu aer a cazanelor cu compoziție în fierbere;
• organizarea circulației vaporilor de apă cu impurități de fenol, alcalii și hidrogen sulfurat;
• liniile combinatelor de cocs chimic.

Ventilatoarele de evacuare a fumului – instalații puternice ignifuge, integrate în sistemul de ventilație al clădirii și care funcționează pentru extragerea fumului din încăpere. Agregatelor li se impun cerințe tehnice înalte.

În caz de incendiu, ventilatorul trebuie să funcționeze neîntrerupt timp de 2 ore la o temperatură a aerului evacuat de până la +400°С. La creșterea temperaturii până la +600°С – până la 1 oră.

Domeniul de aplicare – sistemele de ventilație antifum a clădirilor cu diferite destinații. «Aspiratoarele de fum» se instalează pe acoperișul încăperii cu ajutorul unei flanșe de montaj și se conectează la canalele de evacuare a fumului.

În funcție de construcția ventilatorului, se poate realiza evacuarea fumului pe două sau patru laturi, în direcție orizontală sau verticală. Este prevăzută posibilitatea funcționării agregatelor în regim de ventilație generală a casei.

Tipuri de ventilatoare după modul de montaj

Așa cum s-a menționat mai sus, după metoda de montaj, dispozitivele de ventilație se împart în 4 grupuri: standard, de acoperiș, canal și multizonale.

Ventilatoarele obișnuite, de regulă, vin împreună cu un cadru de susținere sau un suport. Montajul lor nu prezintă dificultăți.

Agregatele de acoperiș se instalează pe acoperișul construcției și constituie veriga finală a sistemului de ventilație al clădirii. Astfel de ventilatoare sunt supuse acțiunii factorilor externi negativi (ploaie, zăpadă, rafale de vânt), de aceea sunt fabricate din materiale deosebit de rezistente. Aproape toate modelele sunt dotate cu un con de protecție care previne înfundarea carcasei.

Aparatele de ventilație de acoperiș funcționează după principiul axial sau centrifugal. Prima variantă este folosită mai des pentru medii obișnuite, iar a doua – pentru medii cu praf și agresive.

La alegerea unui ventilator de acoperiș, se ține cont de specificul încăperii amenajate. De exemplu, pentru o grădiniță, spital sau școală, se alege un model cu nivel redus de zgomot. Pentru un atelier de producție, prioritatea va fi puterea echipamentului.

Instalațiile de ventilație canal se amplasează în canalele de ventilație și realizează evacuarea și admisia aerului prin sistemul de conducte de aer. Construcția ventilatoarelor canal este de obicei de tip diagonal sau radial, mai rar – axial.

Alegerea aparatului se face în funcție de forma conductei de aer. Se produc agregate pentru canale rotunde, pătrate și dreptunghiulare.

Ventilatoarele canal de formă dreptunghiulară sau pătrată sunt fabricate din metal, iar cele rotunde – din plastic. Carcasa metalică este rezistentă la uzură și durabilă, iar cea din plastic – mai puțin zgomotoasă.

Instalațiile de ventilație multizonale sunt dotate cu un corp care permite conectarea mai multor conducte de aspirație care provin din diferite zone. Astfel de ventilatoare sunt indispensabile în încăperile unde este necesar să se amenajeze o extracție în diferite camere, iar conducta de evacuare este una singură.

Agregatele multicanal permit optimizarea complexului de conducte, reducerea cheltuielilor de capital și a manoperei lucrărilor de amenajare a sistemului de ventilație al casei.

Un avantaj suplimentar este simplificarea exploatării. Este necesar să se întrețină un singur ventilator, nu mai multe.

Varietăți de modele de ventilație pentru uz casnic

Ventilatoarele menajere se clasifică suplimentar în funcție de locul de instalare.

De fereastră. Aparatul se montează în fereastră sau pe perete lângă fereastră, fără conductă de aer. Acest echipament este utilizat preponderent în instituții publice: cafenele, saloane de coafură etc. Montarea independentă în ferestre PVC deja instalate este problematică.

Ventilatoarele de fereastră se produc cu profil rotund și pătrat. Unele modele sunt dotate cu o clapetă de sens unic care împiedică pătrunderea prafului în interiorul locuinței.

De bucătărie. Elimină vaporii și diversele mirosuri care apar în timpul gătitului. Ventilatorul se montează direct în hota de extracție. În funcție de construcție, se disting hote plate, în dom și încastrate. Ventilatoarele de bucătărie trebuie să fie rezistente la căldură și să aibă o plasă de protecție exterioară.

Echipament pentru grup sanitar. Pentru creșterea eficienței ventilației de extracție a toaletei și a băii se utilizează ventilatoare de perete și de tavan de suprafață. Agregatele compacte sunt economice și simple de instalat.

Partea interioară a corpului se plasează în canalul de ventilație, iar cea exterioară iese în afară și se acoperă cu un grilaj de ventilație. În baie, este recomandabil să se utilizeze un ventilator cu senzor de umiditate.

Indiferent de tipul ventilatorului ales, trebuie acordată o atenție deosebită marcajului aparatului, și anume – gradului de protecție IP. Standardul IP caracterizează protecția echipamentului într-un mediu neagresiv.

Prima cifră are valoare în intervalul 0-6 și indică nivelul de protecție împotriva pătrunderii obiectelor străine, prafului și contactului cu mâinile.

A doua cifră a marcajului indică nivelul de protecție împotriva pătrunderii umezelii în interiorul carcasei.

Există o probabilitate ridicată de pătrundere a apei în aparatele cu valoarea «0». Acestea sunt permise pentru instalare doar în încăperi «uscate». Cel mai înalt grad de protecție «8» garantează integritatea ventilatorului la scufundarea completă în apă.

Concluzii și material video util pe această temă

Video #1. Principiul de funcționare și avantajele competitive ale ventilatorului fără pale:

Video #2. Structura ventilatorului centrifugal VȚUN:

Video #3. Construcția ventilatorului de canal cu formă rotundă:

Execuția modelului și caracteristicile tehnico-funcționale ale ventilatoarelor permit alegerea echipamentului optim, atât pentru uz casnic, cât și pentru aplicații industriale. Construcțiile instalațiilor de ventilație se îmbunătățesc constant, adaptându-se nevoilor cumpărătorilor.

Ați avut întrebări pe parcursul lecturii articolului? Doriți să comunicați nuanțe utile în alegerea echipamentului? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos.