덕트 환기 시스템용 팬
이 모듈에서는 덕트 환기 시스템에 사용되는 원심 및 축류 팬을 살펴보고 특성 및 작동 속성을 포함하여 선택된 측면을 고려합니다.
덕트 시스템의 건물 서비스에 사용되는 두 가지 일반적인 팬 유형은 일반적으로 원심 팬과 축 팬이라고 하며, 이 이름은 팬을 통과하는 공기 흐름의 방향을 정의하는 데서 유래합니다. 이 두 가지 유형은 그 자체로 특정 체적 유량/압력 특성은 물론 기타 작동 속성(크기, 소음, 진동, 청결성, 유지 관리성 및 견고성 포함)을 제공하기 위해 개발된 여러 하위 유형으로 나뉩니다.
표 1: 직경이 600mm를 초과하는 팬에 대해 미국 및 유럽에서 발표한 최대 팬 효율 데이터
HVAC에 사용되는 가장 자주 사용되는 팬 유형 중 일부가 다양한 미국 및 유럽 제조업체에서 게시한 데이터에서 수집된 표시 가능한 최대 효율과 함께 표 1에 나열되어 있습니다. 이 외에도 '플러그' 팬(실제로는 원심 팬의 변형)이 최근 몇 년간 인기가 높아지고 있습니다.
그림 1: 일반 팬 곡선. 실제 팬은 이러한 단순화된 곡선과 크게 다를 수 있습니다.
그림 1에는 팬의 특징적인 곡선이 나와 있습니다. 이는 과장되고 이상적인 곡선이며 실제 팬은 이와 다를 수 있습니다. 그러나 유사한 속성을 나타낼 가능성이 높습니다. 여기에는 동일한 압력에서 또는 팬 정지로 인해 팬이 두 가지 가능한 유량 사이에서 전환될 수 있는 헌팅으로 인한 불안정 영역이 포함됩니다(공기 흐름 상자 정지 참조). 제조업체는 또한 문헌에서 선호하는 '안전한' 작업 범위를 식별해야 합니다.
원심팬
원심 팬을 사용하면 공기가 축을 따라 임펠러로 들어간 다음 원심 운동을 통해 임펠러에서 방사형으로 배출됩니다. 이 팬은 고압과 고용량 유량을 모두 생성할 수 있습니다. 대부분의 기존 원심 팬은 움직이는 공기의 방향을 지정하고 운동 에너지를 정압으로 효율적으로 변환하는 스크롤 유형 하우징(그림 2 참조)으로 둘러싸여 있습니다. 더 많은 공기를 이동시키기 위해 팬을 '이중 폭 이중 흡입' 임펠러로 설계하여 공기가 케이싱 양쪽으로 유입되도록 할 수 있습니다.
그림 2: 뒤로 기울어진 임펠러가 있는 스크롤 케이싱의 원심 팬
임펠러를 구성할 수 있는 블레이드 모양에는 여러 가지가 있으며 주요 유형은 전방 곡선형과 후방 곡선형입니다. 블레이드 모양에 따라 성능, 잠재적 효율성 및 특징적인 팬 곡선의 모양이 결정됩니다. 팬의 효율에 영향을 미치는 다른 요소는 임펠러 휠의 폭, 흡입 콘과 회전 임펠러 사이의 여유 공간, 팬에서 공기를 배출하는 데 사용되는 면적(소위 '폭발 면적')입니다. .
이러한 유형의 팬은 전통적으로 벨트와 풀리 배열을 갖춘 모터에 의해 구동되었습니다. 그러나 전자 속도 제어 기능이 향상되고 전자 정류('EC' 또는 브러시리스) 모터의 가용성이 높아짐에 따라 직접 구동 방식이 점점 더 자주 사용되고 있습니다. 이는 벨트 드라이브에 내재된 비효율성(유지 관리에 따라 2%에서 10% 이상일 수 있음2)을 제거할 뿐만 아니라 진동을 줄이고 유지 관리(베어링 및 청소 요구 사항 감소)를 줄이며 어셈블리를 더 쉽게 만들 수 있습니다. 더 컴팩트합니다.
역방향 곡선 원심 팬
뒤로 구부러진(또는 '경사형') 팬은 블레이드가 회전 방향에서 멀어지는 것이 특징입니다. 그림 3과 같이 에어로포일 블레이드를 사용하거나 3차원 모양의 일반 블레이드를 사용하면 효율성이 거의 90%에 도달할 수 있으며 일반 곡선 블레이드를 사용하면 약간 낮아지고 단순한 평판 후방 경사 블레이드를 사용하면 다시 효율성이 낮아집니다. 공기는 상대적으로 낮은 속도로 임펠러 끝부분을 떠나기 때문에 케이싱 내부의 마찰 손실이 낮고 공기에서 발생하는 소음도 낮습니다. 작동 곡선의 극단에서 정체될 수 있습니다. 상대적으로 더 넓은 임펠러는 가장 큰 효율성을 제공하며 보다 실질적인 날개형 프로파일 블레이드를 쉽게 사용할 수 있습니다. 슬림형 임펠러는 에어로포일 사용으로 인한 이점이 거의 없으므로 평판 블레이드를 사용하는 경향이 있습니다. 역방향 곡선형 팬은 낮은 소음과 함께 높은 압력을 생성할 수 있는 능력으로 특히 유명하며 과부하가 발생하지 않는 전력 특성을 가지고 있습니다. 즉, 시스템의 저항이 감소하고 유량이 증가함에 따라 전기 모터에서 끌어오는 전력이 감소함을 의미합니다. . 후방 곡선 팬의 구조는 덜 효율적인 전방 곡선 팬보다 더 견고하고 무겁습니다. 블레이드를 통과하는 공기의 상대적으로 느린 공기 속도로 인해 오염 물질(예: 먼지 및 기름)이 축적될 수 있습니다.
그림 3: 원심 팬 임펠러 그림
전방 곡선형 원심 팬
전방 곡선 팬은 다수의 전방 곡선 블레이드가 특징입니다. 일반적으로 더 낮은 압력을 생성하므로 동급의 후방 곡선형 팬보다 더 작고 가벼우며 저렴합니다. 그림 3과 그림 4에 표시된 것처럼 이러한 유형의 팬 임펠러에는 단일 금속 시트로 구성되는 것처럼 간단할 수 있는 20개 이상의 블레이드가 포함됩니다. 개별적으로 형성된 블레이드를 사용하면 더 큰 크기에서 향상된 효율성을 얻을 수 있습니다. 공기는 높은 접선 속도로 블레이드 팁을 떠나며, 이 운동 에너지는 케이싱에서 정압으로 변환되어야 하며 이로 인해 효율성이 저하됩니다. 일반적으로 저압(보통 <1.5kPa)에서 낮거나 중간 정도의 공기량에 사용되며 효율이 70% 미만으로 상대적으로 낮습니다. 스크롤 케이싱은 공기가 고속으로 블레이드 끝을 떠나 운동 에너지를 정압으로 효과적으로 변환하는 데 사용되므로 최고의 효율성을 달성하는 데 특히 중요합니다. 이 팬은 낮은 회전 속도로 작동하므로 기계적 발생 소음 수준은 고속 역방향 곡선 팬보다 낮은 경향이 있습니다. 팬은 낮은 시스템 저항에 대해 작동할 때 과부하 전력 특성을 갖습니다.
그림 4: 일체형 모터가 있는 전방 곡선형 원심 팬
이러한 팬은 공기가 먼지로 심하게 오염되어 있거나 기름 방울이 섞여 있는 곳에는 적합하지 않습니다.
그림 5: 역방향 곡선 블레이드가 있는 직접 구동 플러그 팬의 예
방사형 블레이드 원심 팬
방사형 블레이드 원심 팬은 오염된 공기 입자를 고압(약 10kPa)에서 이동할 수 있다는 장점이 있지만 고속으로 작동하면 소음이 매우 심하고 비효율적(<60%)이므로 사용해서는 안 됩니다. 일반 목적의 HVAC에 사용됩니다. 이는 또한 과부하 전력 특성으로 인해 어려움을 겪습니다. 시스템 저항이 감소하면(아마도 볼륨 제어 댐퍼가 열림으로써) 모터 전력이 상승하고 모터 크기에 따라 '과부하'가 발생할 수 있습니다.
팬 플러그
스크롤 케이스에 장착하는 대신 이러한 목적에 맞게 설계된 원심 임펠러는 공기 조화 장치의 케이스(또는 실제로 모든 덕트나 플레넘)에 직접 사용할 수 있으며 초기 비용은 다음보다 낮을 가능성이 높습니다. 원심 팬이 내장되어 있습니다. '플레넘', '플러그' 또는 간단히 '보관되지 않은' 원심 팬으로 알려진 이러한 팬은 공간적 이점을 제공할 수 있지만 운영 효율성이 저하됩니다(최고의 효율성은 내장된 전방 곡선 원심 팬과 유사함). 팬은 흡입구 콘을 통해 공기를 흡입하지만(하우징 팬과 동일한 방식으로) 임펠러의 전체 360° 외부 원주 주위로 공기를 방사형으로 배출합니다. 이는 (플레넘으로부터의) 배출구 연결의 뛰어난 유연성을 제공할 수 있습니다. 즉, 시스템 압력 강하(따라서 추가적인 팬 전력)를 추가하는 덕트 작업의 인접한 굴곡이나 날카로운 전환이 덜 필요하다는 의미입니다. 플레넘을 떠나는 덕트에 벨 마우스 입구를 사용하면 전체 시스템 효율성이 향상될 수 있습니다. 플러그 팬의 장점 중 하나는 향상된 음향 성능입니다. 이는 주로 플레넘 내 흡음과 임펠러에서 덕트 입구까지 '직접 시야' 경로가 부족하기 때문에 발생합니다. 효율성은 플레넘 내 팬의 위치와 팬과 배출구의 관계, 즉 플레넘은 공기 중의 운동 에너지를 변환하여 정압을 높이는 데 사용되는 팬의 관계에 따라 크게 달라집니다. 실질적으로 다른 성능과 작동 안정성은 임펠러 유형에 따라 달라집니다. 혼합 흐름 임펠러(방사형 및 축류의 조합 제공)는 단순한 원심 임펠러를 사용하여 생성된 강한 방사형 공기 흐름 패턴으로 인해 발생하는 흐름 문제를 극복하는 데 사용되었습니다3.
더 작은 장치의 경우 쉽게 제어할 수 있는 EC 모터를 사용하여 컴팩트한 디자인이 보완되는 경우가 많습니다.
축 팬
축류 팬에서 공기는 회전축과 일치하여 팬을 통과합니다(그림 6의 단순한 튜브 축 팬 참조). 공기 역학적 양력(항공기 날개와 유사)에 의해 가압이 생성됩니다. 이는 상대적으로 작고 저렴하며 가벼울 수 있으며 특히 상대적으로 낮은 압력에 대해 공기를 이동시키는 데 적합하므로 압력 강하가 공급 시스템보다 낮은 추출 시스템에 자주 사용됩니다. 공급은 일반적으로 모든 에어컨의 압력 강하를 포함합니다. 공기 조화 장치의 구성 요소. 공기가 단순한 축류 팬을 떠날 때 공기가 임펠러를 통과할 때 공기에 전달되는 회전으로 인해 소용돌이가 발생합니다. 팬의 성능은 베인에서와 같이 소용돌이를 복구하기 위한 하류 가이드 베인에 의해 크게 향상될 수 있습니다. 축류팬의 효율은 블레이드의 형상, 블레이드 끝부분과 주변 케이스 사이의 거리, 소용돌이 회복 정도에 따라 영향을 받습니다. 블레이드의 피치를 변경하여 팬의 출력을 효율적으로 변경할 수 있습니다. 축류 팬의 회전을 반대로 하면 공기 흐름도 역전될 수 있습니다. 하지만 팬은 기본 방향으로 작동하도록 설계됩니다.
그림 6: 튜브 축류 팬
축류 팬의 특성 곡선에는 비과부하 전력 특성이라는 이점이 있지만 작동 조건이 매우 다양한 시스템에 부적합할 수 있는 실속 영역이 있습니다.
그림 7: 베인 축류 팬
베인 축류 팬은 후방 곡선형 원심 팬만큼 효율적일 수 있으며 소음이 더 많이 발생하기는 하지만 합리적인 압력(일반적으로 약 2kPa)에서 높은 흐름을 생성할 수 있습니다.
혼합 흐름 팬은 축류 팬이 발전된 것이며 그림 8에 표시된 것처럼 공기가 확장 채널을 통해 반경 방향으로 흡입된 다음 직선화 가이드 베인을 통해 축 방향으로 통과하는 원뿔 모양의 임펠러를 갖습니다. 결합된 작용은 다른 축류 팬에서 가능한 것보다 훨씬 더 높은 압력을 생성할 수 있습니다. 효율성과 소음 수준은 역방향 곡선 원심 팬과 유사할 수 있습니다.
그림 8: 혼합 흐름 인라인 팬
팬의 설치
효과적인 팬 솔루션을 제공하려는 노력은 팬과 공기의 국지적 덕트 경로 사이의 관계로 인해 심각하게 훼손될 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 1월 7일