Odstředivý ventilátor: specifika zařízení a princip fungování přístroje

S rozvojem průmyslového sektoru si velké množství technologických procesů vyžádalo nucený přívod vzduchu. Nezůstala stranou ani domácí sféra. Pro zajištění některých typů komunikací je vyžadován pravidelný přísun čerstvého vzduchu.

Elegantním řešením tohoto problému se stal odstředivý ventilátor, který je schopen v autonomním režimu vhánět potřebné množství vzduchové hmoty. Jak je ale konstruován a jak funguje? Právě tyto otázky podrobně rozebereme v našem článku.

Podíváme se na konstrukční vlastnosti zařízení, jeho možnosti, oblast použití, nejlepší výrobce, jejichž produkce je na trhu k dispozici. A také poskytneme doporučení pro výběr vhodného modelu ventilátoru.

Podstata vhánění a podtlaku vzduchu ventilátorem

Ventilátor je mechanická konstrukce, která je schopna zpracovávat proud směsi plynů a vzduchu zvýšením její měrné energie pro následný přesun.

Taková architektura agregátu poskytuje možnost vytvářet efekt vhánění nebo podtlaku pracovního plynu v prostoru prostřednictvím zvýšení nebo snížení tlaku (mechanismus přeměny energie).

Pod tlakem plynu se rozumí nekonečný proces chaotického pohybu molekul plynu, které narážejí na stěny uzavřeného prostoru a vytvářejí na ně tlak.

Čím vyšší je rychlost těchto molekul, tím více nárazů a tím vyšší tlak. Tlak plynu je jednou z hlavních charakteristik plynu.

Z jiné strany má každý plyn ještě dva parametry: objem a teplotu. Objem – množství prostoru, který plyn vyplnil. Teplota plynu – termodynamická charakteristika, která spojuje rychlost molekul a jimi generovaný tlak.

Na těchto “třech pilířích‟ stojí molekulárně-kinetická teorie, která je základem pro popis všech procesů spojených se zpracováním plynů a plynných směsí.

Proces stlačování představuje nucené soustředění molekul v uzavřeném prostoru nad určitou normu. Například běžný tlak vzduchu u povrchu Země je přibližně 100 kPa (10⁵ kilo Pascalů) nebo 760 mm Hg (milimetrů rtuťového sloupce).

S rostoucí výškou nad povrchem Země se tlak snižuje a vzduch se stává řidším.

Atmosférický tlak – váha vzduchového sloupce vzhledem k ploše povrchu, nad kterým se nachází. Není to hmotnost, ale váha P = mg. Měří se barometrem, ostatní typy tlaku se určují manometrem.

Podtlak je opačný proces ke stlačování, během kterého molekuly opouštějí uzavřený systém. Objem zůstává stejný, ale počet molekul se několikanásobně snižuje, a tudíž se snižuje i tlak.

Efekt stlačování je nezbytný pro nucený pohyb vzduchu. Možný je také pohyb vzduchu prostřednictvím podtlakového efektu: pro obnovení tlakové rovnováhy v celém systému se molekuly pohybují z více koncentrované oblasti molekul do méně koncentrované.

Tímto způsobem dochází k pohybu molekul plynu.

Pro měření rychlosti proudění vzduchu venku nebo uvnitř budovy se často používá speciální nástroj – anemometr. Nezbytný přístroj pro navrhování ventilačních systémů.

Existuje mnoho různých uspořádání ventilačních systémů, ale lze je orientačně rozdělit do několika tříd podle určitých parametrů:

1. Podle účelu. Rozlišujeme ventilátory obecného a speciálního určení. Ventilátory se používají pro běžný pohyb plynu. Speciální ventilátory se používají pro pneumatickou dopravu, přepravu agresivních a výbušných plynných směsí.
2. Podle rychloběžnosti. Existují s nízkou, střední a vysokou měrnou frekvencí otáčení kola s lopatkami.
3. Podle rozsahu tlaku. Jsou známy systémy generující nízký (do 1 kPa), střední (1–3 kPa) a vysoký (nad 3 kPa) tlak.

Některé průmyslové a domácí procesy s použitím dmychadel probíhají v extrémních podmínkách prostředí, proto jsou na zařízení kladeny odpovídající požadavky.

Lze tedy hovořit o prachových, vlhkostně odolných, tepelně odolných, korozivzdorných, jiskrově bezpečných agregátech a zařízeních pro odvod kouře a běžných ventilátorech.

Informace o typech ventilátorů je podrobně popsána v jiném našem článku.

Konstrukce odstředivého ventilátoru

Systém odstředivé konstrukce představuje tlakový mechanismus s radiální architekturou, který je schopen generovat tlak libovolného rozsahu.

Je určen pro přepravu jedno- a víceatomových plynů, včetně chemicky “agresivních” sloučenin.

Konstrukce je “oděna” kovovým/plastovým krytem, který se nazývá ochranný plášť. Obal chrání vnitřní komoru před prachem, vlhkostí a jinými látkami, které by mohly negativně ovlivnit provoz zařízení.

Kvalitní ventilační výrobek má vždy určitý stupeň krytí. Stupeň krytí (Ingress Protection) je jednotný mezinárodní standard kvality výrobku, který určuje úroveň ochrany zařízení před vlivy okolního prostředí.

Radiální ventilátor vyvíjí výrazně větší tlak než axiální varianta. Je to způsobeno předáváním energie dávce vzduchu, která se dostala do bubnu, přičemž energie vzniká při přechodu od vstupu k výstupu ze systému.

Mechanismus je poháněn elektromotorem nebo spalovacím motorem (typické pro průmyslové ventilátory). Nejrozšířenější metodou je elektromotor, který otáčí hřídelí s oběžným kolem.

Je známo několik způsobů přenosu rotačního pohybu z motoru na oběžné kolo:

• pružná spojka;
• klínový řemenový převod;
• plynulý převod (hydraulická nebo indukční kluzná spojka).

Vzhledem k existenci velkého množství výrobců, kteří vytvářejí unikátní systémy s nejrůznějšími dynamickými parametry, mají spotřebitelé k dispozici poměrně široký sortiment ventilátorů.

V tělese jsou dva hlavní kanály: vstupní a výstupní. Směs plynů vstupuje do prvního kanálu, přesouvá se do komory, kde je zpracována, a poté vystupuje do druhého.

Díky intenzivní práci vývojářů máme široké spektrum použití těchto strojů, včetně:

• systémy větrání a vytápění v rodinných a bytových domech;
• přívod a čištění vzduchu pro nebytové budovy;
• filtrační systémy v zemědělství;
• provádění technologických procesů v lehkém a těžkém průmyslu různého zaměření.

Existují také možnosti použití dmychadel v hasicích systémech a pro extrémně rychlou výměnu vzduchu v uzavřených prostorech.

Tyto ventilátory pracují s vysokoteplotními směsmi plynů, což zavazuje výrobce zahrnout do technické dokumentace informace o shodě jejich zařízení s mezinárodními normami.

Osvědčená a jednoduchá konstrukce odstředivého mechanismu má řadu zřejmých výhod:

• vysoká spolehlivost a nepřekonatelný výkon;
• snadnost a dostupnost údržby zařízení;
• bezpečnost integrace a provozu agregátů;
• minimální náklady na energii a opravy v případě poruchy.

Kromě toho se dmychadla vyznačují poměrně nízkou hlučností, což umožňuje jejich použití v domácích podmínkách. Odstředivé ventilátory mají také mimořádně dlouhou životnost díky absenci přímého kontaktu pracovních částí mechanismu v pracovní komoře.

Zvláštnosti pracovního cyklu zařízení

Podívejme se na obecný princip činnosti odstředivého dmychadla radiální konstrukce. Upozorňujeme, že odborníci rozlišují dvě základní konstrukce ventilátoru: s axiálním a radiálním umístěním vstupního otvoru, kam je nasáván proud vzduchu.

To ovlivňuje především způsob montáže ventilátoru do systému a prakticky neovlivňuje celkový výkon.

Radiální ventilátor může pracovat jak s běžným vzduchem, který nasává z prostoru, tak s proudícím vzduchem, který přichází vzduchovodem (efekt vyrovnávání oblastí s různým tlakem).

Axiální vstupní otvor je typický pro tlaková dmychadla obecného použití. Radiální umístění vstupu proudu je typické pro dmychadla používaná v hlavních potrubích.

V první fázi pracovního cyklu ventilátoru se proud vzduchu přesouvá na povrch rychle rotujícího oběžného kola. Lopatky rozdělují vzduch na malé objemy, které se přesouvají dovnitř pracovní komory.

Zde dochází k akumulaci vzduchové hmoty, tedy k přímému stlačení vzduchové hmoty do malého objemu.

Samotná konstrukce skříně agregátu má své zvláštnosti.

Jsou známy dvě nejběžnější formy skříně:

• okrouhlé;
• spirálovité.

Okrouhlý tvar skříně je typický pro ventilátory, které přemísťují obrovské množství vzduchu za krátký čas procesu. Spirálovitý tvar je vlastní ventilátorům, které navíc provádějí stlačování vzduchového objemu a generování středního a vysokého tlaku.

Ve druhé fázi dochází k vhánění vzduchu do pracovní komory. Jak je známo, při konstantním objemu se zvyšováním celkové hmotnosti molekul plynu zvyšuje počet srážek molekul, a tím i jejich rychlost. Následně se zvyšuje i tlak plynu.

Velký význam má tvar a počet lopatek. Všechny varianty oběžných kol bez výjimky se testují v aerodynamických tunelech pro určení optimálních provozních podmínek.

V závěrečné fázi dochází k odvodu stlačeného plynu z pracovní komory k výstupnímu otvoru. Dále vzduch přechází do centrálního vzduchovodu a pohybuje se v udaném směru.

Proces podtlaku probíhá přesně naopak. Vzduch je odebírán z vzduchovodu nebo uzavřeného prostoru, kde je třeba vytvořit oblast s podtlakem, a je vypouštěn do okolního prostředí nebo jiného omezeného prostoru.

Specifikace odstředivého ventilátoru

Kompresorové systémy se vyznačují řadou konstrukčních a dynamických odlišností, které je nutné zohlednit při jejich výběru a začlenění do ventilačního systému.

Ke specifikaci patří:

• přímo samotnou konstrukci dmýchadla;
• typ motoru;
• řídicí jednotka;
• umístění oběžného kola a přenos rotačního pohybu od motoru;
• úhel umístění vstupní a výstupní příruby;
• materiál, ze kterého jsou vyrobeny součásti výrobku, jeho rozměry a hmotnost.

Odborníci také dbají na shodu výrobků s mezinárodními normami: normy ISO/IEC a GOST, označení IP, směrnice ATEX atd.

Mezi dynamické zvláštnosti patří technické parametry výkonu dmýchadla: generovaný tlak a součinitel tlakového spádu, rychlost a maximální teplota proudu, frekvence otáčení hřídele a hladina akustického tlaku, účinnost a výkon motoru.

Vháněný tlak – maximální hodnota, kterou je ventilátor schopen vytvořit během práce v nominálním režimu.

P_v = P_sv + P_dv,

Kde: P_v – celkový tlak, P_sv – statický tlak, P_dv – dynamický tlak.

Součinitel tlakového rozdílu – rozdíl mezi vstupním a generovaným tlakem (bar).

Objemový průtok vzduchu – množství plynné směsi, která se pohybuje za jednotku času (výkon). Obvykle se uvádí v m³/h u tuzemských výrobců, l/min – u zahraničních.

Otáčky – počet plných otáček oběžného kola za jednotku času. Udává se v ot/s nebo Hz. Je třeba pamatovat, že úroveň zatížení ventilátoru by neměla překročit 75 % maxima.

Při dlouhodobém provozu v režimu přetížení s vysokými otáčkami se ventilátor přehřívá a může rychle selhat. Tento proces lze však kontrolovat a řídit podle vlastního uvážení. K tomu se používá regulátor otáček ventilátoru.

Hladina akustického tlaku – hluk způsobený rotujícími částmi a třením vzduchu o kov. Měří se ve vzdálenosti 3 metry od zdroje, když pracuje v režimu maximálního zatížení. Hluk je třeba zohlednit při výběru trvale pracujícího ventilátoru.

Většina zařízení je vybavena tlumiči hluku a okolních zvuků. Normy pro hluk: nejvýše 50 dBA pro obytné prostory a nejvýše 75 dBA pro průmyslové.

Jedním ze zařízení s minimální hladinou hluku je bezlopatkový ventilátor.

Účinnost ventilátoru je součinem tří níže uvedených součinitelů:

• ztráty v proudění vzduchu;
• úniky přes spáry v konstrukci;
• mechanická účinnost výrobku.

U odstředivých ventilátorů se celková účinnost pohybuje v rozmezí 0,7 až 0,85, u axiálních (potrubních) – nejvýše 0,95. Při výběru radiálního ventilátoru je třeba zohlednit součinitel rezervy elektromotoru 1,2. To znamená volit výkon elektromotoru o 20 % vyšší, než je potřebný.

Výkon elektromotoru ventilátoru se určuje podle vzorce:

N = (Q*P)/(102*3600*η),

Kde: Q – výkon (objemový průtok vzduchu), P – generovaný tlak.

Výběr ventilátoru podle požadavků

Proces výběru ventilačního zařízení pro průmyslový objekt (pracovní dílny, hangáru) je poměrně zajímavý a složitý proces, který by měl provádět odborník. Specifika větrání výrobních prostor jsou podrobně popsána zde.

Pro běžné byty a rodinné domy již existují hotová řešení. V obecném případě (pro 2-3 pokojový byt) máme následující architekturu ventilačního systému:

• v obytných místnostech se montují větrací jednotky, jejichž počet závisí na velikosti místností a počtu obyvatel;
• V kuchyni a koupelně jsou integrovány výfukové difuzory a jsou vedeny vzduchovody k přívodně-odtahové jednotce.

Odstředivý ventilátor zahrnuje řídicí jednotku, filtrační systém pro čištění vzduchu, elektromotor a samotný radiální ventilátor.

Pro výše uvedený ventilační systém jsou vhodné nástěnné ventilátory řady CF od výrobce Vents s výkonem až 120 m³/h.

Současný trh ventilačního zařízení je zastoupen širokým spektrem firem ze zahraničí: Systemair, Soler&Palau, OSTBERG, Rosenberg, HELIOS, Maico, Ruck Ventilatoren GmbH, AeroStar, Blauberg, Elicent, Rhoss, Frapol, CMT CLIMA, HygroMatik GmbH, Winterwarm, Tecnair LV, AERIAL GmbH, MITA.

Výrobky od těchto společností budou skvělým řešením pro úkoly ventilace jakéhokoli rozsahu.

Neztrácí se v kvalitě výroby a spolehlivosti zařízení domácí značky Vents, Elkom, Domovent a Veza. Pokud máte pochybnosti o přesnosti provedených výpočtů nebo o výběru konkrétního modelu, doporučujeme obrátit se na podporu některé ze společností.

Pokud jste vlastníkem rodinného 1–2 podlažního domu, výrobní nebo komerční budovy podobné plochy (restaurace, sklad, jídelna, kavárna, kancelář), při výběru zařízení je třeba zohlednit objem místností, násobek výměny vzduchu, délku a průřez hlavních potrubí.

S úkoly větrání a odvodu kouře si snadno poradí vícezónové dmychadla nebo střešní ventilátory řady KROM od společnosti Veza, ventilátory řady VN od společnosti Vents a další.

Povinně věnujte pozornost dalším funkcím odstředivých ventilátorů a možnosti integrace do různých klimatizačních systémů.

Takže radiální dmychadla mohou být vybavena pomocnými komponenty:

• nastavitelnými časovači a intervalovými přepínači, fotosenzory a detektory vlhkosti;
• regulátory rychlosti a indikátory stavu;
• senzory přetížení elektromotoru a výpadku elektrického napájení sítě;
• pružinovými tlumiči vibrací nebo gumovými izolátory vibrací.

Pokud je ventilátor umístěn uvnitř bytu nebo domu, lze jej zakrýt snímatelným čelním dekorativním panelem z hliníku nebo plastu s ohledem na interiér místnosti.

Pro mnoho uživatelů je při výběru ventilátoru zásadním kritériem hladina hluku. Vyberete tichý ventilátor do koupelny? Doporučujeme se seznámit s hodnocením tichých ventilátorů.

Závěry a užitečné video k tématu

V následujícím videu odborníci společnosti Elkom srozumitelně hovoří o odstředivých ventilátorech:

Níže je uveden vynikající příklad montáže domácího ventilátoru v koupelně:

Další varianta instalace domácího nízkovýkonného ventilátoru v bytě:

Klasický odstředivý ventilátor je výsledkem dlouholetých zkušeností v oblasti navrhování a výroby ventilačních zařízení. Není to jen skvělé řešení pro průmysl, ale také optimální nástroj pro dopravu vzduchu v obytných a kancelářských prostorách.

Uvažujete o koupi odstředivého ventilátoru? Nebo jste si všimli nesrovnalosti v rozebraném materiálu? Své otázky pokládejte, technologické aspekty upřesňujte v bloku komentářů.

Nebo už jste si takový ventilátor nainstalovali v koupelně? Jste spokojeni s jeho fungováním? Zvolili jste správný výkon přístroje pro svůj prostor? Pošlete fotku svého ventilátoru a zanechte své komentáře.