Kanavailmanvaihtojärjestelmien tuulettimet

Tässä moduulissa tarkastellaan kanavistojärjestelmissä käytettäviä keskipakois- ja aksiaalipuhaltimia ja otetaan huomioon valittuja näkökohtia, mukaan lukien niiden ominaisuudet ja toiminnalliset ominaisuudet.

Kanavajärjestelmissä käytettäviä kahta yleistä puhallintyyppiä kutsutaan yleisesti keskipakois- ja aksiaalipuhaltimiksi – nimi on johdettu puhaltimen läpi kulkevan ilmavirran suunnasta. Nämä kaksi tyyppiä jaetaan useisiin alatyyppeihin, jotka on kehitetty tarjoamaan tiettyjä tilavuusvirtaus-/paineominaisuuksia sekä muita toiminnallisia ominaisuuksia (mukaan lukien koko, melu, tärinä, puhdistettavuus, huollettavuus ja kestävyys).

Taulukko 1: Yhdysvalloissa ja Euroopassa julkaistut huipputehokkuustiedot yli 600 mm halkaisijaltaan oleville puhaltimille

Taulukossa 1 on lueteltu joitakin yleisimpiä LVI-järjestelmissä käytettyjä tuuletintyyppejä sekä suuntaa-antavia huippuhyötysuhteita, jotka on kerätty1 useiden yhdysvaltalaisten ja eurooppalaisten valmistajien julkaisemista tiedoista. Näiden lisäksi "pistoketuuletin" (joka on itse asiassa keskipakoispuhaltimen muunnelma) on kasvattanut suosiotaan viime vuosina.

Kuva 1: Yleiset tuuletinkäyrät. Todelliset tuulettimet voivat poiketa suuresti näistä yksinkertaistetuista käyristä.

Kuvassa 1 on esitetty ominaispiirteiset puhallinkäyrät. Nämä ovat liioiteltuja, idealisoituja käyriä, ja todelliset puhaltimet voivat hyvinkin poiketa näistä. Niillä on kuitenkin todennäköisesti samanlaisia ominaisuuksia. Tähän sisältyvät epävakauden alueet, jotka johtuvat heilahtelusta, jossa puhallin voi vaihdella kahden mahdollisen virtausnopeuden välillä samassa paineessa tai puhaltimen jumiutumisen seurauksena (katso Ilmavirtauslaatikon jumiutuminen). Valmistajien tulisi myös yksilöidä suositellut "turvalliset" työskentelyalueet kirjallisuudessaan.

Keskipakoispuhaltimet

Keskipakoispuhaltimissa ilma tulee siipipyörään sen akselia pitkin ja poistuu sitten säteittäisesti siipipyörästä keskipakoisliikkeen mukana. Nämä puhaltimet pystyvät tuottamaan sekä korkeita paineita että suuria ilmamääriä. Suurin osa perinteisistä keskipakoispuhaltimista on suljettu spiraalimaiseen koteloon (kuten kuvassa 2), joka ohjaa liikkuvaa ilmaa ja muuntaa kineettisen energian tehokkaasti staattiseksi paineeksi. Suuremman ilmanmäärän liikuttamiseksi puhallin voidaan suunnitella "kaksinkertaisen leveyden omaavalla kaksoisimuaukon" siipipyörällä, jolloin ilma pääsee sisään kotelon molemmilta puolilta.

Kuva 2: Keskipakoispuhallin säikeelliskotelossa, jossa taaksepäin kallistuva siipipyörä

Siipipyörän siipiä on useita eri muotoja, ja päätyypit ovat eteenpäin ja taaksepäin kaarevat. Siiven muoto määrää sen suorituskyvyn, potentiaalisen hyötysuhteen ja puhaltimen ominaiskäyrän muodon. Muita puhaltimen hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä ovat siipipyörän leveys, imukartion ja pyörivän siipipyörän välinen välys sekä puhaltimen ilman poistoon käytetty alue (ns. "puhallusalue").

Tämän tyyppistä tuuletinta on perinteisesti käyttänyt hihna- ja hihnapyörämoottori. Elektronisten nopeudensäätöjen kehittymisen ja elektronisesti kommutoitujen (EC- tai harjattomien) moottoreiden saatavuuden lisääntymisen myötä suorakäyttöjä käytetään kuitenkin yhä useammin. Tämä ei ainoastaan poista hihnakäytölle ominaista tehottomuutta (joka voi olla 2 prosentista yli 10 prosenttiin huollontarpeesta riippuen2), vaan se todennäköisesti myös vähentää tärinää, vähentää huoltotarvetta (vähemmän laakereita ja puhdistustarvetta) ja tekee kokoonpanosta kompaktimman.

Taaksepäin kaartuvat keskipakoispuhaltimet

Taaksepäin kaartuville (tai 'kalteville') puhaltimille on ominaista pyörimissuunnasta poispäin kallistuvat lavat. Ne voivat saavuttaa jopa 90 %:n hyötysuhteen käytettäessä siiven muotoisia lapoja, kuten kuvassa 3 on esitetty, tai kolmiulotteisesti muotoiltuja tavallisia siiven muotoja, ja hieman vähemmän käytettäessä tavallisia kaartuvia lapoja, ja vielä vähemmän käytettäessä yksinkertaisia, litteitä, taaksepäin kallistuvia lapoja. Ilma poistuu siipipyörän kärjistä suhteellisen alhaisella nopeudella, joten kitkahäviöt kotelon sisällä ovat pienet ja ilman tuottama melu on myös vähäistä. Ne voivat jumiutua toimintakäyrän ääripäissä. Suhteellisen leveämmät siipipyörät tarjoavat suurimman hyötysuhteen, ja niissä voidaan helposti käyttää tukevampia, siiven muotoisia lapoja. Ohuet siipipyörät eivät juurikaan hyödy siiven muotojen käytöstä, joten niissä käytetään yleensä litteitä lapoja. Taaksepäin kaartuvat puhaltimet ovat erityisen tunnettuja kyvystään tuottaa korkeita paineita yhdistettynä alhaiseen melutasoon, ja niillä on ylikuormitukseton teho – tämä tarkoittaa, että kun järjestelmän vastus pienenee ja virtausnopeus kasvaa, sähkömoottorin ottama teho pienenee. Taaksepäin kaartuvien tuulettimien rakenne on todennäköisesti kestävämpi ja melko painavampi kuin vähemmän tehokkaat eteenpäin kaartuvat tuulettimet. Ilman suhteellisen hidas nopeus lapojen yli voi aiheuttaa epäpuhtauksien (kuten pölyn ja rasvan) kertymistä.

Kuva 3: Keskipakoispuhaltimen siipipyörien kuva

Eteenpäin kaartuvat keskipakopuhaltimet

Eteenpäin kaartuville puhaltimille on ominaista suuri määrä eteenpäin kaartuvia lapoja. Koska ne tyypillisesti tuottavat alhaisempia paineita, ne ovat pienempiä, kevyempiä ja halvempia kuin vastaavat moottorikäyttöiset taaksepäin kaartuvat puhaltimet. Kuten kuvissa 3 ja 4 on esitetty, tämän tyyppisessä puhaltimen siipipyörässä on yli 20 lapaa, jotka voidaan yksinkertaisesti muotoilla yhdestä metallilevystä. Suuremmissa kokoluokissa, joissa käytetään yksittäisiä muotoiltuja lavoja, saavutetaan parempi hyötysuhde. Ilma poistuu lapojen kärjistä suurella tangentiaalisella nopeudella, ja tämä liike-energia on muunnettava staattiseksi paineeksi kotelossa – tämä heikentää hyötysuhdetta. Niitä käytetään tyypillisesti pienillä tai keskisuurilla ilmamäärillä alhaisessa paineessa (yleensä <1,5 kPa), ja niiden hyötysuhde on suhteellisen alhainen, alle 70 %. Kierukkakotelo on erityisen tärkeä parhaan hyötysuhteen saavuttamiseksi, koska ilma poistuu lapojen kärjistä suurella nopeudella ja sitä käytetään kineettisen energian tehokkaaseen muuntamiseen staattiseksi paineeksi. Ne toimivat alhaisilla pyörimisnopeuksilla, ja siksi mekaanisesti syntyvät melutasot ovat yleensä alhaisempia kuin nopeammin toimivissa taaksepäin kaartuvissa puhaltimissa. Puhaltimella on ylikuormitusteho-ominaisuus, kun sitä käytetään pienillä järjestelmävastuksilla.

Kuva 4: Eteenpäin kaartuva keskipakopuhallin, jossa on integroitu moottori

Nämä puhaltimet eivät sovellu esimerkiksi paikkoihin, joissa ilma on erittäin pölyistä tai sisältää rasvapisaroita.

Kuva 5: Esimerkki suoravetoisesta kammiotuulettimesta, jossa on taaksepäin kaartuvat siivet

Radiaalisiipiset keskipakoispuhaltimet

Radiaalisiipisen keskipakopuhaltimen etuna on, että se pystyy liikuttamaan saastuneita ilmahiukkasia korkeissa paineissa (noin 10 kPa:n paineessa), mutta suurilla nopeuksilla se on erittäin meluisa ja tehoton (<60 %), joten sitä ei tule käyttää yleiskäyttöön tarkoitetuissa LVI-järjestelmissä. Se kärsii myös ylikuormitustehosta – kun järjestelmän vastus pienenee (ehkä tilavuussäätöpeltien avautuessa), moottorin teho kasvaa ja moottorin koosta riippuen se voi mahdollisesti "ylikuormittua".

Pistoketuulettimet

Sen sijaan, että nämä tarkoitukseen suunnitellut keskipakoisjuoksupyörät asennettaisiin spiraalikoteloon, niitä voidaan käyttää suoraan ilmankäsittely-yksikön kotelossa (tai itse asiassa missä tahansa kanavassa tai liitäntälaatikossa), ja niiden alkukustannukset ovat todennäköisesti alhaisemmat kuin koteloitujen keskipakoispuhaltimien. Nämä keskipakoispuhaltimet, jotka tunnetaan nimellä "liitäntälaatikko", "tulppa" tai yksinkertaisesti "koteloimattomat", voivat tarjota joitakin tilaetuja, mutta käyttötehokkuuden menetyksen hinnalla (parhaiden hyötysuhteiden ollessa samanlaisia kuin koteloitujen eteenpäin kaartuvien keskipakoispuhaltimien). Puhaltimet imevät ilmaa imukartion kautta (samalla tavalla kuin koteloitu puhallin), mutta poistavat sen sitten säteittäisesti siipipyörän koko 360° ulkokehän ympäri. Ne voivat tarjota suuren joustavuuden poistoliitännöissä (liitäntälaatikosta), mikä tarkoittaa, että vierekkäisiä mutkia tai jyrkkiä siirtymiä kanavistossa voi olla vähemmän tarvetta, jotka itsessään lisäisivät järjestelmän painehäviötä (ja siten lisäävät puhaltimen tehoa). Järjestelmän kokonaistehokkuutta voidaan parantaa käyttämällä liitäntälaatikosta lähteviin kanaviin kelloliitäntöjä. Yksi kammiopuhaltimen eduista on sen parantunut akustinen suorituskyky, joka johtuu suurelta osin äänenvaimennuksesta kammion sisällä ja siitä, ettei siipipyörältä ole suoraa näköyhteyttä kanaviston suuhun. Tehokkuus riippuu hyvin paljon puhaltimen sijainnista kammiossa ja puhaltimen suhteesta sen ulostuloaukkoon – kammiota käytetään ilman kineettisen energian muuntamiseen ja siten staattisen paineen lisäämiseen. Huomattavasti erilainen suorituskyky ja toiminnan vakaus riippuvat siipipyörän tyypistä – sekavirtaussiipipyöriä (jotka tarjoavat yhdistelmän radiaalista ja aksiaalista virtausta) on käytetty ratkaisemaan virtausongelmia, jotka johtuvat yksinkertaisten keskipakoissiipipyörien luomasta voimakkaasta radiaalivirtauskuviosta3.

Pienemmissä yksiköissä niiden kompaktia rakennetta täydentävät usein helposti ohjattavat EC-moottorit.

Aksiaalipuhaltimet

Aksiaalipuhaltimissa ilma kulkee puhaltimen läpi pyörimisakselin linjassa (kuten kuvan 6 yksinkertaisessa putkimaisessa aksiaalipuhaltimessa on esitetty) – paineistus syntyy aerodynaamisen nostovoiman avulla (samanlainen kuin lentokoneen siivessä). Nämä voivat olla suhteellisen kompakteja, edullisia ja kevyitä, ja ne sopivat erityisesti ilman liikuttamiseen suhteellisen alhaisia paineita vastaan, joten niitä käytetään usein poistojärjestelmissä, joissa painehäviöt ovat pienemmät kuin syöttöjärjestelmissä – syöttö sisältää normaalisti kaikkien ilmankäsittelylaitteen ilmastointikomponenttien painehäviön. Kun ilma poistuu yksinkertaisesta aksiaalipuhaltimesta, se pyörteilee ilman pyörimisen vuoksi, kun se kulkee siipipyörän läpi – puhaltimen suorituskykyä voidaan parantaa merkittävästi alavirran ohjaussiivillä pyörteen talteen ottamiseksi, kuten kuvassa 7 esitetyssä siipiaksiaalipuhaltimessa. Aksiaalipuhaltimen hyötysuhteeseen vaikuttavat lavan muoto, lavan kärjen ja ympäröivän kotelon välinen etäisyys sekä pyörteen talteenotto. Lavan nousukulmaa voidaan muuttaa puhaltimen tehon tehokkaaksi vaihteluksi. Kääntämällä aksiaalipuhaltimien pyörimissuuntaa voidaan myös ilmavirtaus kääntää – vaikkakin puhallin on suunniteltu toimimaan pääsuuntaan.

Kuva 6: Putkimainen aksiaalipuhallin

Aksiaalipuhaltimien ominaiskäyrässä on pysähdysalue, joka voi tehdä niistä sopimattomia järjestelmiin, joiden käyttöolosuhteet vaihtelevat suuresti, vaikka niillä onkin etuna ylikuormitukseton tehokäyrä.

Kuva 7: Siipipohjainen aksiaalipuhallin

Siipi-aksiaalipuhaltimet voivat olla yhtä tehokkaita kuin taaksepäin kaartuvat keskipakopuhaltimet ja pystyvät tuottamaan suuria virtauksia kohtuullisella paineella (tyypillisesti noin 2 kPa), vaikka ne todennäköisesti aiheuttavat enemmän melua.

Sekoitetun virtauksen puhallin on aksiaalipuhaltimen kehitetty versio, ja kuten kuvassa 8 on esitetty, siinä on kartiomainen siipipyörä, jossa ilma imetään säteittäisesti laajenevien kanavien läpi ja sitten aksiaalisesti suoristtavien ohjaussiipien läpi. Yhdistetty toiminta voi tuottaa paljon korkeamman paineen kuin muilla aksiaalivirtauksen puhaltimilla. Hyötysuhde ja melutasot voivat olla samanlaisia kuin taaksepäin kaartuvalla keskipakopuhaltimella.

Kuva 8: Sekoitetun virtauksen linjapuhallin

Tuulettimen asennus

Tehokkaan puhallinratkaisun tarjoamispyrkimykset voivat vakavasti heikentyä puhaltimen ja paikallisten kanavistojen välisen suhteen vuoksi.

Julkaisun aika: 07.01.2022