Druhy ventilátorů: klasifikace, účel a princip jejich fungování

Ventilátor je základem každého umělého ventilačního systému. Zařízení je široce používáno v domácnostech a je nepostradatelné v mnoha oblastech lidské činnosti. Při plánování nákupu ventilačního zařízení je nutné porozumět specifikům jeho konstrukce a funkce.

V předloženém článku jsou podrobně popsány typy ventilátorů, jejich konstrukční vlastnosti, principy činnosti a účel každého agregátu. My Vám povíme o prioritních směrech výběru vhodného modelu. U nás se dozvíte, jak se zařízení vybírá v závislosti na provozních podmínkách.

Klasifikace ventilátorů podle základních parametrů

Ventilátory jsou mechanická zařízení určená k přemisťování, přivádění nebo odsávání vzduchu a plynů. Cirkulace vzduchu probíhá díky tlakovému rozdílu mezi sacím a výtlačným hrdlem ventilačního zařízení.

Ventilátory se používají všude. Zařízení jsou nenahraditelná při vybavování přívodně-odtahového ventilačního komplexu budovy, ofukování pracovních prvků v klimatizacích a topných zařízeních.

Ventilátory jsou navrženy pro práci s plyny, jejichž stupeň stlačení nepřesahuje 1,15. Rozdíl tlaků na vstupu/výstupu je omezen na 15 kPa – při vyšším rozdílu se používá kompresor.

Obecná klasifikace ventilačních zařízení je založena na různých parametrech.

Mezi hlavní kritéria klasifikace lze uvést:

• konstrukce a princip činnosti zařízení;
• účel a provozní podmínky ventilátoru;
• způsob instalace;
• způsoby připojení zařízení k elektromotoru;
• technické vlastnosti: stupeň krytí IP, vytvářený tlak, příkon, otáčky, účinnost a úroveň akustického tlaku.

Podle typu konstrukce se rozlišuje pět modifikací ventilátorů: axiální, odstředivé, diagonální, diametrální a bezlopatkové.

Diagonální a diametrální agregáty jsou považovány za varianty dvou hlavních skupin ventilačních jednotek: axiálních a odstředivých. Nové bezlopatkové výrobky se od svých protějšků zásadně liší.

Na základě provozních podmínek se rozlišují následující typy dmychadel:

• zařízení pro obecné použití;
• ventilátory zvláštního určení.

Do první skupiny patří agregáty určené pro práci se vzduchovými a inertními plynovými proudy, jejichž teplota nepřesahuje +50°C. Druhá skupina zahrnuje speciální zařízení: tepelně odolné, nevýbušné, prachové, korozivzdorné a odsavače kouře.

Podle způsobu montáže se rozlišují:

• standardní – instalace se provádí na podpěru;
• střešní – montáž na střechu budovy;
• kanálové – umísťují se uvnitř ventilačního potrubí;
• vícezónové – modely určené k připojení k několika vzduchovým kanálům.

Jako pohon ventilační jednotky se používají elektromotory.

Je možné několik způsobů spojení motoru s oběžným kolem:

• přímé spojení;
• klínový řemenový převod;
• bezkrokové spojení.

Po určení vhodného typu ventilátoru se vybírá model s optimálními technickými parametry.

Zohledňuje se obsluhovaná plocha, místo instalace, přípustná hladina hluku, vlhkost místnosti, potřeba ochrany zařízení před vniknutím cizích předmětů.

Princip činnosti různých typů zařízení

Hlavním kritériem pro výběr ventilátoru je jeho konstrukce a princip fungování. Konstrukční vlastnosti a technické nuance určují účinnost zařízení, hladinu hluku, hospodárnost provozu a možnost jeho použití v konkrétních podmínkách.

Axiální agregát – klasický ventilátor

Axiální ventilátor je široce používán v domácích ventilačních systémech soukromých domů, v odsávacích zařízeních sociálních zařízení, v komplexních odtahových variantách, jako prvek chlazení různých zařízení a elektroniky, stejně jako v aerodynamických tunelech a turboventilačních motorech v letecké oblasti.

Konstrukce modelů se vyznačuje jednoduchostí provedení a malými rozměry. Hlavní prvky: válcové těleso, kolo s lopatkami a pohon. Vnitřní průměr válce musí zajistit nerušené otáčení oběžného kola. Mezera mezi lopatkami a tělesem je omezena na 1,5 % délky rotující lopatky.

Za účelem snížení hydraulických ztrát a zlepšení aerodynamických vlastností je konstrukce doplněna o kolektor, difuzor a obtékací kryt na obou stranách oběžného kola.

Princip činnosti: rotující lopatky zachycují vzduch a vytlačují jej podél osy oběžného kola. Pohyb vzdušných proudů v radiálním směru téměř chybí. Výkon zařízení se reguluje otáčením lopatek.

Charakteristické rysy axiálních modelů:

• nevyžadují velkou plochu pro instalaci;
• hospodárná spotřeba elektrické energie;
• nízká hlučnost;
• jednoduchost provozu a údržby;
• nízká cena.

Výhody provozu a použití axiálních ventilátorů vedly k jejich široké oblibě v domácnostech. Hojně se používají skříňové modely pro chlazení elektrospotřebičů a přenosné axiální jednotky s mřížkou.

Pro posílení výměny vzduchu se do stěnových otvorů a jiných nosných konstrukcí instalují axiální ventilátory s nástěnným panelem. Přístroje mohou fungovat ve dvou režimech: sání a vhánění vzduchu.

Odstředivý model – pevnost a vysoký výkon

Odstředivé (radiální) ventilátory jsou vysoce účinné – jednotky jsou schopny vytvářet vysoké tlaky a provozovat se v náročných podmínkách. Konstrukce zařízení zahrnuje následující prvky.

Kryt. Kryt-difuzor je vyroben z plechového kovu nýtováním nebo svařováním. Dutý kryt má spirálovitý tvar šneka, v konstrukci jsou zahrnuty sací a výtlačné hrdla. Pro zvýšení tuhosti je kryt zesílen žebrováním nebo příčnými pásy.

Shora je «šnek» uzavřen dalším boxem nebo opláštěn protihlukovými panely. To je nutné pro snížení hluku během provozu ventilačního zařízení.

Oběžné kolo. Lopatkový rotor se skládá ze dvou disků, lopatek a náboje.

Konstrukce kola určuje podmínky použití ventilátoru:

• bezdiskové – přeprava proudů s pevnými složkami;
• jednodiskové – přeprava vzduchových prostředí s malým obsahem pevných frakcí;
• dvoudiskové – cirkulace čistých vzduchových hmot v různém rozsahu tlaků;
• třídiskové – zajištění oboustranného sání.

Upevnění kola k hřídeli se provádí pomocí nábojů. K diskům a nábojům jsou připevněny lopatky.

Lopatky. Pracovní charakteristiky a účinnost jednotky jako celku do značné míry závisí na tvaru lopatek:

• aerodynamické křídlo – zajišťuje tichý chod, dobrý ukazatel výkonnosti, odolnost zařízení vůči vysokým teplotám;
• zahnuté dozadu – zabraňují hromadění prachu uvnitř ventilátoru, jsou vhodné pro provoz v prostředí s vysokým podtlakem;
• zahnuté dopředu – ventilátory s „předními“ lopatkami jsou určeny pro práci s velkým objemem vzduchu a vysokým tlakem, vyznačují se odolností vůči erozi;
• radiální – zařízení kompaktních rozměrů se střední účinností, vodicí prvky rotoru jsou ošetřeny ochranným prostředkem proti erozi.

U kol s „zadními“ lopatkami není rozdíl mezi statickým a celkovým tlakem velký, proto je jejich úroveň účinnosti vysoká. Pracovní účinnost dosahuje 80%.

Dopředu zahnuté lopatky vytvářejí vysokou rychlost vzduchového proudu na výstupu. Agregát si zachovává 60% účinnost. Plus „předních“ lopatek – dosažení potřebných parametrů při menších rozměrech ventilátoru.

V odstředivých zařízeních vzduch vstupuje v axiálním směru a je vytlačován v radiálním. Vzduchové hmoty se působením odstředivých sil pohybují ve válcovém pouzdře.

Celý proces lze rozdělit do několika fází:

1. Při otáčení kola se vzduch mezi prostorem lopatek řítí k okraji rotoru.
2. V důsledku toho se ve středu kola vytváří zóna s nízkým tlakem. To vede k nasávání vzduchových hmot zvenčí.
3. Ve středu komory mění proudy vzduchu směr z axiálního na radiální a vstupují do prostor mezi lopatkami.
4. Díky rychlému otáčení se vzduchové hmoty řítí k vnitřní stěně pouzdra.
5. Kinetická energie se částečně přeměňuje na energii stlačení a rychlost vzduchu klesá – uvnitř „šneku“ se shromažďuje objemový vzduchový proud a vzniká přetlak.
6. Plynná hmota se řítí k výstupní přírubě, vstupuje do potrubí a dále do pracovní zóny.

Odstředivé agregáty se používají v přívodně-odvodních systémech velkých místností, garážích, obchodních centrech a budovách, kde je vyžadováno nepřetržité výkonné větrání.

Radiální zařízení se používají v rizikové výrobě pro rychlé odstraňování znečištěného vzduchu. Například v dřevozpracujících nebo kovoobráběcích dílnách, v halách pro odsávání kouře a škodlivých výparů.

Diagonální – kombinace axiálního a radiálního ventilátoru

Diagonální model – syntéza dvou typů ventilátorů: axiálního a odstředivého. Oběžné kolo přístroje má zvláštní tvar – uspořádání pracovního kola připomíná konstrukci bubnu u radiálního ventilátoru. Lopatky oběžného kola jsou umístěny rovnoběžně s osou otáčení.

Kombinované ventilátory mají válcové pouzdro a navenek se více podobají axiálním modelům. Princip činnosti je však díky konstrukčním zvláštnostem oběžného kola odlišný. Vzduch se nejprve pohybuje podél osy a poté mění směr o 45°.

Díky odstředivému vhánění se rychlost proudění vzduchu zvyšuje, a tím se zvyšuje i účinnost ventilačního zařízení. Účinnost diagonálních modelů dosahuje až 80 %.

Hlavní výhodou ventilátoru smíšeného typu je dosažení kompromisních hodnot mezi hlučností, výkonem a rozměry zařízení.

Nejčastěji se odstředivě-axiální jednotky používají jako potrubní ventilátory v malých a středních ventilačních systémech s dlouhými vzduchovody. Používají se jako odsávací zařízení a přívodní jednotky v tlakových systémech nuceného větrání.

Tangenciální zařízení – rovnoměrnost proudění vzduchu

Tangenciální (diametrální) ventilátor se skládá z protáhlého tělesa vybaveného difuzorem a hrdlem a oběžného kola bubnového typu s nakloněnými lopatkami. Vzduch je dvakrát přemísťován kolmo k ose otáčení válce.

Plášť diametrálního modelu připomíná těleso radiálního ventilátoru. Rozdíl spočívá v tom, že u tangenciální jednotky je vzduchovod umístěn podél bočního panelu.

Charakteristické vlastnosti diametrálních zařízení:

• vysoké aerodynamické parametry;
• schopnost dodávat rovnoměrný proud;
• možnost otáčet ventilátorem a volit směr proudění vzduchu;
• bezhlučnost provozu;
• vysoká účinnost – až 60–70 %.

Oblast použití: vytváření vzduchových clon, fan-coilů a použití v splitových systémech.

Bezlopatkový ventilátor – inovativní technologie

Domácí bezlopatkové ventilátory se na domácím trhu ventilačních systémů objevily teprve nedávno. Jejich princip fungování se zásadně liší od výše uvedených modifikací.

Činnost inovativního zařízení je založena na snaze prostředí vyrovnat rovnováhu mezi tlaky vně a uvnitř zařízení a také na technologii „vzduchového násobiče“.

Součásti zařízení:

• rám kruhového nebo oválného tvaru určený k nasávání a výfuku vzduchových hmot;
• základna pro upevnění rámu;
• mini-turbína zabudovaná do základny ventilátoru;
• motor.

Inovativní ventilátor funguje na následujícím principu:

1. Po zapnutí motoru se turbína uvede do činnosti.
2. Při otáčení turbína nasává vzduch perforacemi v tělese základny.
3. Působením turbulence se vzduch zrychlí 15krát a vystupuje výstupními štěrbinami umístěnými po obvodu rámu.

Proudy vzduchu obtékají povrch prstence a proudí požadovaným směrem.

Díky aerodynamickým vlastnostem ventilačního zařízení je do vytvořeného proudění vzduchu vtahován vzduch z boku a zezadu prstencového rámu.

Ve srovnání s tradičními modely mají ventilátory bez lopatek řadu výhod:

• plynulá regulace intenzity proudění vzduchu;
• pohodlí a absolutní bezpečnost použití;
• změna směru vzduchu pomocí nastavení polohy prstence;
• efektivita provozu – spotřeba elektrické energie je o 20 % nižší ve srovnání s axiálními modely.

Hlavní nevýhody zařízení: vysoká cena a vysoká hlučnost.

Závislost na provozních podmínkách

Při výběru ventilátoru je důležité zohlednit podmínky jeho použití. Pro použití v agresivním prostředí jsou vyvinuta úzce specializovaná zařízení.

Agregáty pro použití za běžných podmínek

Ventilátory pro obecné použití jsou vyráběny z uhlíkové oceli.

Zařízení jsou přípustná k instalaci při dodržení povinných provozních podmínek:

• obsah prachu ve vzduchu pro radiální zařízení – nejvýše 0,01 g/m³, pro axiální přístroje – do 0,01 g/m³;
• teplota pracovního prostředí – do +50 °C;
• absence chemicky agresivních, výbušných složek, vláken a lepivých částic ve vzduchu.

Plynoparní vzdušné prostředí nesmí vyvolávat zrychlené korozní procesy, přípustná rychlost koroze kovu je 0,1 mm za rok. Pokud provozní teplota stoupne nad mezní hodnotu, zhoršuje se činnost motoru, který je obvykle umístěn v proudu přenášených vzduchových hmot.

Existují ocelové tepelně odolné ventilátory pro obecné použití. Maximální teplota přenášeného média je do +200 °C. Tuzemské výrobky jsou označovány písmeny „Ž“ a „Ž2“.

Modely pro obecné použití se používají v systémech vzduchového vytápění a větrání veřejných, obytných a průmyslových budov, stejně jako pro další sanitárně-technické účely.

Ventilační zařízení zvláštního určení

Ventilátory zvláštního určení se obvykle dělí do pěti skupin:

• prachové;
• tepelně odolné;
• výbušně odolné;
• korozivzdorné;
• odsávající kouř.

Prachová zařízení se používají k čištění vzduchových mas od prachu a částeček nečistot: dřevěných a kovových pilin, svařovacích strusek, obilných odpadů. Proud vzduchu procházející tryskami mění svůj směr z axiálního na radiální. Díky odstředivé síle se mění i rychlost proudění vzduchu.

Prachová zařízení jsou vyráběna z mosazi, uhlíkové nebo nerezové oceli. Maximální teplota pracovního prostředí je +80 °C. Existují modely smíšeného typu: prachové, výbušně odolné a tepelně odolné.

Radiální prachové ventilátory malého výkonu se instalují na vozidla přepravující obilné směsi. Přístroje vysokého tlaku se používají ve velkých výrobních halách.

Tepelně odolné agregáty jsou určeny k přemísťování vzduchu, jehož teplota přesahuje +80 °C.

Vzhledem k náročným provozním podmínkám musí ventilátory splňovat zvláštní charakteristiky:

• tepelná izolace elektromotoru a jeho vyvedení mimo proud vzduchu;
• vysoký stupeň krytí motoru – IP44 a vyšší;
• výroba konstrukčních prvků z žáruvzdorných materiálů (tepelně odolného polyamidu, hliníkové slitiny, nerezové nebo uhlíkové oceli);
• široký rozsah provozních teplot.

Žáruvzdorné ventilátory se používají při zařizování ventilačních systémů lázní a saun, odvodu vysokoteplotního odpadního vzduchu z krbu nebo kamen, odstraňování spalin z výrobních prostor.

Žáruvzdorné agregáty mohou mít axiální nebo radiální provedení. Nejčastěji se vysokoteplotní ventilátory používají ve ventilačních kanálech, ale existují modifikace, které se montují bez vzduchovodů.

Ventilační zařízení s ochranou proti výbuchu je určeno k odvodu výbušných plynných směsí. Do této kategorie patří směsi, u nichž při vznícení sebemenší částice dojde k zapálení celého zbývajícího objemu plynu.

Požadavky na bezpečnost proti výbuchu elektrických zařízení jsou stanoveny směrnicemi ATEX EC. V závislosti na stupni výbušnosti zón mohou být ventilační jednotky chráněny:

• křemenným nebo olejovým plněním plášťů vodivých částí;
• těsněním kompoundem – polymerní materiál;
• výbuchuvzdornými povlaky.

Materiálem pro výrobu vstupních kolektorů, oběžných kol a skříně je nerezová ocel, slitiny hliníku a skupiny různorodých materiálů: nerezová ocel-mosaz, bronz, elektricky vodivý plast.

Různorodé materiály se kombinují tak, aby při nárazu nebo vzájemném tření nemohla vzniknout jiskra.

Korozivzdorné ventilátory jsou určeny k dopravě agresivních nevýbušných vzducho-plynných směsí s malým obsahem prachu a bez vláknitých a lepkavých složek.

Materiály pro výrobu součástí zařízení: titanové slitiny, polypropylen, vinylplast. Alternativně jsou pracovní prvky stříkány antikorozní vrstvou – korozivzdornou ocelí třídy 08Ch13 nebo titanovou slitinou.

Oblast použití ‚antikorozních‘ ventilátorů:

• hutnictví železa;
• technologické linky na výrobu minerálních hnojiv;
• výroba uhlíku;
• přívod vzduchu do kotlů s vroucím obsahem;
• organizace cirkulace vodních par s příměsemi fenolu, alkálií a sirovodíku;
• linky koksochemických závodů.

Ventilátory pro odvod kouře – výkonná žáruvzdorná zařízení vestavěná do ventilačního systému budovy, která fungují na odtah kouře z místnosti. Na tato zařízení jsou kladeny vysoké technické požadavky.

V případě požáru musí ventilátor nepřetržitě fungovat po dobu 2 hodin při teplotě odváděného vzduchu až +400 °C. Při zvýšení teploty na +600 °C až 1 hodinu.

Oblast použití – systémy protikouřové ventilace budov různého účelu. „Odsávače kouře“ se instalují na střeše místnosti pomocí montážní příruby a připojují se k odtahovým potrubím pro kouř.

V závislosti na konstrukci ventilátoru může být prováděn dvoustranný nebo čtyřstranný výfuk kouře v horizontálním nebo vertikálním směru. Je zajištěna možnost provozu zařízení v režimu celkové výměny vzduchu v domě.

Typy ventilátorů podle způsobu montáže

Jak bylo uvedeno výše, podle metody montáže se ventilační zařízení dělí na 4 skupiny: standardní, střešní, kanálové a vícezónové.

Běžné ventilátory jsou obvykle dodávány s nosným rámem nebo držákem. Jejich montáž nezpůsobuje žádné potíže.

Střešní jednotky se instalují na střechu budovy a tvoří konečný článek ventilačního systému budovy. Tyto ventilátory jsou vystaveny negativním vnějším vlivům (déšť, sníh, nárazy větru), proto jsou vyrobeny z obzvláště odolných materiálů. Téměř všechny modely jsou vybaveny ochranným kuželem, který zabraňuje ucpání skříně.

Střešní ventilační zařízení pracují na axiálním nebo odstředivém principu. První varianta se častěji používá pro běžné prostředí, druhá pro prašné a agresivní prostředí.

Při výběru střešního ventilátoru se bere v úvahu specifičnost zařizované místnosti. Například pro mateřskou školu, nemocnici nebo školu se vybírá model s nízkou hlučností. Pro výrobní halu bude prioritou výkon zařízení.

Kanálové ventilační jednotky se umisťují do ventilačních kanálů a zajišťují odvod a přívod vzduchu pomocí systému potrubí. Konstrukce kanálových ventilátorů je obvykle diagonálního nebo radiálního typu, méně často axiálního.

Výběr zařízení se provádí v závislosti na tvaru potrubí. Vyrábějí se jednotky pro kruhové, čtvercové a obdélníkové šachty.

Kanálové ventilátory obdélníkového nebo čtvercového tvaru jsou vyrobeny z kovu, kruhové z plastu. Kovový plášť je odolný proti opotřebení a pevný, zatímco plastový je méně hlučný.

Vícezónové ventilační jednotky jsou vybaveny tělesem, které umožňuje připojit několik sacích vzduchovodů vycházejících z různých zón. Takové ventilátory jsou nepostradatelné v prostorách, kde je třeba vybudovat odvětrávání v různých místnostech, ale odvodní vzduchovod je pouze jeden.

Vícekanálové jednotky umožňují optimalizovat komplex vzduchovodů, snížit kapitálové náklady a pracnost prací při zařizování ventilačního systému domu

Další výhodou je zjednodušení provozu. Je nutné obsluhovat jeden, nikoli několik ventilátorů.

Druhy domácích ventilačních modelů

Domácí ventilátory se dále klasifikují podle místa instalace.

Okenní. Přístroj se montuje do větracího okénka nebo do zdi u okna, vzduchovod chybí. Toto zařízení se používá převážně ve veřejných zařízeních: kavárny, kadeřnictví atd. Samostatné zasazení do instalovaných PVC oken je problematické.

Okenní ventilátory se vyrábějí s kruhovým a čtvercovým profilem. Některé modely jsou vybaveny zpětnou klapkou, která brání pronikání prachu do interiéru bytu.

Kuchyňské. Odsávají páry a různé pachy vznikající při vaření. Ventilátor se montuje přímo do odsávacího zvonu. Podle konstrukce rozlišujeme ploché, kopulové a vestavěné digestoře. Kuchyňské ventilátory musí být žáruvzdorné a mít vnější ochrannou mřížku.

Vybavení pro koupelnu a WC. Pro zvýšení účinnosti odsávacího větrání toalety a koupelny se používají nástěnné a stropní ventilátory. Kompaktní jednotky jsou úsporné a snadno se instalují.

Vnitřní část tělesa je umístěna do ventilačního kanálu, vnější část vyčnívá a je zakryta ventilační mřížkou. V koupelně je vhodné použít ventilátor s vlhkostním senzorem.

Bez ohledu na typ zvoleného ventilátoru je třeba věnovat zvláštní pozornost označení přístroje, a to stupni krytí IP. Norma IP charakterizuje odolnost zařízení v neagresivním prostředí.

První číslice má hodnotu v rozsahu 0-6 a udává úroveň ochrany proti pronikání cizích předmětů, prachu a kontaktu s rukama.

Úroveň ochrany proti vniknutí vlhkosti do tělesa udává druhá číslice označení.

Existuje vysoká pravděpodobnost pronikání vody do zařízení s hodnotou „0“. Ta jsou přípustná k instalaci pouze v „suchých“ prostorech. Nejvyšší stupeň ochrany „8“ zaručuje zachování ventilátoru při úplném ponoření do vody.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Princip fungování a konkurenční výhody bezlopatkového ventilátoru:

Video #2. Konstrukce odstředivého ventilátoru VTsUN:

Video #3. Konstrukce kruhového potrubního ventilátoru:

Modelové provedení a technicko-provozní charakteristiky ventilátorů umožňují vybrat optimální zařízení jak pro domácí, tak pro průmyslové použití. Konstrukce ventilačních jednotek se neustále zdokonalují a přizpůsobují potřebám zákazníků.

Objevily se dotazy při seznamování se s článkem? Chcete sdělit užitečné nuance při výběru zařízení? Napište prosím komentáře do bloku umístěného níže.