ダクト換気システム用ファン

このモジュールでは、ダクト付き換気システムに使用される遠心ファンと軸流ファンに注目し、それらの特性や運用上の属性など、選択した側面を検討します。

ダクトシステムの構築サービスで使用される 2 つの一般的なファンタイプは、一般的に遠心ファンと軸流ファンと呼ばれます。この名前は、ファンを通る空気の流れの定義方向に由来します。これらの 2 つのタイプは、特定の体積流量/圧力特性、およびその他の動作属性 (サイズ、騒音、振動、洗浄性、保守性、堅牢性など) を提供するために開発されたいくつかのサブタイプに分割されています。

表 1: 直径 600 mm を超えるファンの米国およびヨーロッパで公開されているピークファン効率データ

表 1 は、HVAC で使用される頻度の高いファンタイプの一部を、米国およびヨーロッパのさまざまなメーカーによって公開されたデータから収集された 1 指標となるピーク効率と共に一覧表示したものです。これらに加えて、「プラグ」ファン (実際には遠心ファンの変種) の人気が近年高まっています。

図 1: 一般的なファンカーブ。実際のファンは、これらの単純化された曲線とは大きく異なる場合があります

特徴的なファン曲線を図 1 に示します。これらは誇張された理想化された曲線であり、実際のファンはこれらとはかなり異なる場合があります。ただし、同様の属性を示す可能性があります。これには、ハンチングによる不安定な領域が含まれます。ファンは、同じ圧力で 2 つの可能な流量の間で切り替えたり、ファンの失速 (気流ボックスの失速を参照) の結果として発生したりします。メーカーは、自社の文献で好ましい「安全な」作業範囲を特定する必要もあります。

遠心ファン

遠心ファンでは、空気は羽根車の軸に沿って入り、遠心力によって羽根車から放射状に排出されます。これらのファンは、高圧と高流量の両方を生成できます。従来の遠心ファンの大部分は、移動する空気を誘導し、運動エネルギーを静圧に効率的に変換するように機能するスクロールタイプのハウジング (図 2 のように) に囲まれています。より多くの空気を移動させるために、ファンは「ダブル幅ダブルインレット」インペラーで設計され、空気がケーシングの両側から入るようにすることができます。

図 2: 後方に傾斜した羽根車を備えたスクロールケーシング内の遠心ファン

インペラーを構成できるブレードの形状は多数ありますが、主なタイプは前方に湾曲したものと後方に湾曲したものです。ブレードの形状は、その性能、潜在的な効率、および特徴的なファンカーブの形状を決定します。ファンの効率に影響を与えるその他の要因は、インペラーホイールの幅、インレットコーンと回転するインペラーの間のクリアランススペース、およびファンからの空気の排出に使用される領域 (いわゆる「送風領域」) です。 .

このタイプのファンは、従来、ベルトとプーリーを配置したモーターによって駆動されてきました。しかし、電子速度制御の改善と電子整流 (「EC」またはブラシレス) モーターの可用性の向上により、ダイレクトドライブがより頻繁に使用されるようになっています。これにより、ベルト駆動に固有の非効率性 (メンテナンスによっては 2% から 10% 以上になる場合もあります2) が取り除かれるだけでなく、振動が軽減され、メンテナンスが軽減され (ベアリングとクリーニングの必要が少なくなります)、組み立てが容易になります。よりコンパクトに。

後方湾曲遠心ファン

後方に湾曲した (または「傾斜した」) ファンは、回転方向から離れて傾いているブレードが特徴です。図 3 に示すように、エアロフォイルブレードを使用する場合、または 3 次元に成形されたプレーンブレードを使用する場合、効率は 90% 近くに達する可能性があります。空気は比較的低速でインペラーの先端を離れるため、ケーシング内の摩擦損失は低く、空気による騒音も低くなります。動作曲線の極値で失速する可能性があります。比較的幅の広いインペラーは最大の効率を提供し、より頑丈な翼形ブレードを容易に採用することができます。スリムなインペラは、エアロフォイルを使用してもメリットがほとんどないため、平板ブレードを使用する傾向があります。後方に湾曲したファンは、低騒音と組み合わせて高圧を発生させる能力で特に注目されており、過負荷でない電力特性を備えています。これは、システム内の抵抗が減少し、流量が増加すると、電気モーターによって引き出される電力が減少することを意味します。 .後方に湾曲したファンの構造は、効率の悪い前方に湾曲したファンよりも頑丈で、かなり重くなる可能性があります。ブレードを通過する空気の速度が比較的遅いため、汚染物質 (ほこりやグリースなど) が蓄積する可能性があります。

図 3: 遠心ファンの羽根車の図

前方湾曲遠心ファン

前方湾曲ファンは、多数の前方湾曲ブレードによって特徴付けられます。それらは通常、より低い圧力を生成するため、同等の後方湾曲ファンよりも小さく、軽く、安価です。図 3 と図 4 に示すように、このタイプのファンインペラには 20 枚以上のブレードが含まれており、1 枚の金属シートから形成するのと同じくらい簡単です。個別に形成されたブレードを使用すると、より大きなサイズで効率が向上します。空気は高い接線速度でブレードの先端を離れ、この運動エネルギーをケーシング内の静圧に変換する必要があります。これにより効率が低下します。これらは通常、低圧 (通常は 1.5kPa 未満) で低から中程度の空気量に使用され、効率は 70% 未満と比較的低くなります。スクロールケーシングは、最高の効率を達成するために特に重要です。空気は高速でブレードの先端を離れ、運動エネルギーを効果的に静圧に変換するために使用されます。それらは低速回転で動作するため、機械的に発生する騒音レベルは、高速の後向き湾曲ファンよりも低くなる傾向があります。低いシステム抵抗に対して動作する場合、ファンは過負荷電力特性を持ちます。

図 4: 一体型モーターを備えた前方湾曲型遠心ファン

これらのファンは、空気がほこりでひどく汚染されている場合や、グリースの飛沫が混入している場合などには適していません。

図 5: 後方に湾曲したブレードを備えた直動プラグファンの例

ラジアルブレード遠心ファン

ラジアルブレード遠心ファンには、汚染された空気粒子を高圧 (10kPa 程度) で移動できるという利点がありますが、高速で動作すると非常に騒音が大きく非効率的 (<60%) であるため、使用しないでください。汎用HVACに使用されます。また、過負荷電力特性にも悩まされます。システムの抵抗が減少すると (ボリュームコントロールダンパーが開くことによって)、モーター電力が上昇し、モーターのサイズによっては「過負荷」になる可能性があります。

プラグファン

これらの目的に合わせて設計された遠心インペラは、スクロールケーシングに取り付ける代わりに、空気処理ユニットのケーシング (または、実際には、任意のダクトまたはプレナム) で直接使用できます。遠心ファンを収納。「プレナム」、「プラグ」、または単に「収納されていない」遠心ファンとして知られているこれらは、いくつかのスペース上の利点を提供できますが、動作効率が失われます (最高の効率は、収納された前方湾曲遠心ファンの場合と同様です)。ファンはインレットコーンから空気を吸い込みますが (内蔵ファンと同じ方法で)、インペラーの 360° 外周全体に放射状に空気を排出します。それらは、(プレナムからの) アウトレット接続の柔軟性を大幅に高めることができます。つまり、システムの圧力低下 (したがって、追加のファン電力) を増加させるダクト内の隣接する曲がりや急激な移行の必要性が少なくなる可能性があります。システム全体の効率は、プレナムから出るダクトにベルマウスエントリを使用することによって改善される場合があります。プラグファンの利点の 1 つは、音響性能の向上です。これは主に、プレナム内の吸音と、インペラーからダクトの口への「直接視界」の欠如によるものです。効率は、プレナム内のファンの位置と、ファンとその排気口との関係に大きく依存します。プレナムは、空気中の運動エネルギーを変換して静圧を高めるために使用されます。実質的に異なる性能と動作の安定性は、インペラーのタイプによって異なります。単純な遠心インペラーを使用して作成された強力な半径方向の空気流パターンに起因する流れの問題を克服するために、混合流インペラー (半径方向と軸方向の流れの組み合わせを提供する) が使用されています3。

小型ユニットの場合、そのコンパクトな設計は、容易に制御可能な EC モーターを使用することで補完されることがよくあります。

軸流ファン

軸流ファンでは、空気は回転軸に沿ってファンを通過します (図 6 の単純なチューブ軸流ファンに示されているように) - 加圧は空力揚力 (航空機の翼と同様) によって生成されます。これらは比較的コンパクト、低コスト、軽量であり、特に比較的低い圧力に対して空気を移動させるのに適しているため、圧力降下が供給システムよりも低い抽出システムで頻繁に使用されます。通常、供給にはすべての空調の圧力降下が含まれます。エアハンドリングユニットのコンポーネント。空気が単純な軸流ファンを離れると、空気がインペラーを通過する際に空気に与えられる回転によって渦が発生します。ファンの性能は、下流のガイドベーンによって、ベーンのように渦を回復することによって大幅に改善される可能性があります。図 7 に軸流ファンを示します。軸流ファンの効率は、ブレードの形状、ブレードの先端と周囲のケースの間の距離、および渦巻きの回復によって影響を受けます。ブレードのピッチを変更して、ファンの出力を効率的に変えることができます。軸流ファンの回転を逆にすることで、気流も逆にすることができますが、ファンは主な方向に動作するように設計されています。

図 6: チューブ軸流ファン

軸流ファンの特性曲線には失速領域があり、過負荷でない電力特性という利点がありますが、動作条件が広範囲に変化するシステムには適さない場合があります。

図 7: ベーン軸流ファン

ベーン軸流ファンは、後方に湾曲した遠心ファンと同じくらい効率的であり、妥当な圧力 (通常は約 2kPa) で大流量を生成できますが、騒音が大きくなる可能性があります。

斜流ファンは、軸流ファンを発展させたもので、図 8 に示すように、円錐形のインペラーを備えており、空気は拡大するチャネルを通って半径方向に引き込まれ、次に整流ガイドベーンを通って軸方向に通過します。組み合わせた動作により、他の軸流ファンよりもはるかに高い圧力を生成できます。効率と騒音レベルは、後向きカーブの遠心ファンと同様です。

図 8: 混合流インラインファン

ファンの取り付け

効果的なファンソリューションを提供する努力は、ファンと空気のローカルダクト経路との関係によって大きく損なわれる可能性があります。

投稿時間: Jan-07-2022