덕트 환기 시스템용 팬
이 모듈에서는 덕트 환기 시스템에 사용되는 원심 및 축류 팬을 살펴보고 특성 및 작동 속성을 포함하여 선택된 측면을 고려합니다.
덕트 시스템용 건물 서비스에 사용되는 두 가지 일반적인 팬 유형은 일반적으로 원심 팬과 축 팬이라고 하며 팬을 통과하는 공기 흐름의 정의 방향에서 파생된 이름입니다.이 두 가지 유형은 그 자체로 특정 체적 유량/압력 특성과 기타 작동 속성(크기, 소음, 진동, 청결성, 유지보수성 및 견고성 포함)을 제공하기 위해 개발된 여러 하위 유형으로 나뉩니다.
표 1: 직경이 >600mm인 팬에 대해 미국 및 유럽에서 발표한 최대 팬 효율 데이터
표 1에는 HVAC에 사용되는 보다 자주 발생하는 팬 유형 중 일부가 다양한 미국 및 유럽 제조업체에서 게시한 데이터에서 수집된 최대 효율과 함께 나열되어 있습니다.이 외에도 최근 몇 년 동안 '플러그' 팬(실제로는 원심 팬의 변형)이 인기를 얻고 있습니다.
그림 1: 일반 팬 곡선.실제 팬은 이러한 단순화된 곡선과 크게 다를 수 있습니다.
특징적인 팬 곡선은 그림 1에 나와 있습니다. 이것은 과장되고 이상적인 곡선이며 실제 팬은 이와 다를 수 있습니다.그러나 유사한 속성을 나타낼 가능성이 있습니다.여기에는 동일한 압력에서 또는 팬 정지의 결과로 팬이 두 가지 가능한 유량 사이에서 뒤집힐 수 있는 헌팅으로 인한 불안정 영역이 포함됩니다(공기 흐름 상자 정지 참조).제조업체는 또한 문헌에서 선호하는 '안전한' 작업 범위를 식별해야 합니다.
원심 팬
원심 팬을 사용하면 공기가 축을 따라 임펠러로 들어간 다음 원심 운동으로 임펠러에서 방사형으로 배출됩니다.이 팬은 고압과 대용량 유량을 모두 생성할 수 있습니다.대부분의 기존 원심 팬은 움직이는 공기의 방향을 지정하고 운동 에너지를 정압으로 효율적으로 변환하는 역할을 하는 스크롤 유형 하우징(그림 2 참조)에 둘러싸여 있습니다.더 많은 공기를 이동시키기 위해 팬은 '이중 폭 이중 흡입구' 임펠러로 설계되어 케이싱의 양쪽으로 공기가 들어갈 수 있습니다.
그림 2: 뒤로 기울어진 임펠러가 있는 스크롤 케이스의 원심 팬
임펠러를 구성할 수 있는 블레이드의 모양에는 여러 가지가 있으며 주요 유형은 전방 곡선형과 후방 곡선형입니다. 블레이드의 모양에 따라 성능, 잠재적 효율성 및 특징적인 팬 곡선의 모양이 결정됩니다.팬의 효율에 영향을 미치는 다른 요소로는 임펠러 휠의 폭, 인렛 콘과 회전하는 임펠러 사이의 여유 공간, 팬에서 공기를 배출하는 데 사용되는 영역(소위 '블라스트 영역')이 있습니다. .
이러한 유형의 팬은 전통적으로 벨트와 풀리 배열이 있는 모터로 구동되었습니다.그러나 전자 속도 제어 기능이 향상되고 전자 정류('EC' 또는 브러시리스) 모터의 가용성이 증가함에 따라 다이렉트 드라이브가 점점 더 자주 사용되고 있습니다.이것은 벨트 드라이브 고유의 비효율성(유지보수에 따라 2%에서 10% 이상일 수 있음2)을 제거할 뿐만 아니라 진동을 줄이고 유지보수를 줄이며(베어링 및 청소 요구 사항 감소) 어셈블리를 더 컴팩트합니다.
뒤로 구부러진 원심 팬
뒤로 구부러진(또는 '기울어진') 팬은 회전 방향에서 멀어지는 쪽으로 기울어지는 블레이드가 특징입니다.그림 3에 표시된 것처럼 에어로포일 블레이드를 사용하거나 3차원 모양의 일반 블레이드를 사용하면 약 90%의 효율성에 도달할 수 있으며 일반 곡선 블레이드를 사용하면 약간 적고 단순 플랫 플레이트 후방 경사 블레이드를 사용하면 다시 적습니다.공기는 상대적으로 낮은 속도로 임펠러의 팁을 떠나므로 케이싱 내부의 마찰 손실이 적고 공기 발생 소음도 적습니다.작동 곡선의 극단에서 정지할 수 있습니다.상대적으로 더 넓은 임펠러는 가장 큰 효율성을 제공하며 보다 실질적인 에어로포일 프로파일 블레이드를 쉽게 사용할 수 있습니다.슬림한 임펠러는 에어로포일을 사용하는 이점이 거의 없으므로 평판 블레이드를 사용하는 경향이 있습니다.뒤로 구부러진 팬은 특히 저소음과 결합된 고압을 생성하는 용량으로 유명하며 비과부하 전력 특성이 있습니다. 즉, 시스템에서 저항이 감소하고 유량이 증가함에 따라 전기 모터가 끌어오는 전력이 .후방 곡선형 팬의 구조는 덜 효율적인 전방 곡선형 팬보다 더 견고하고 무겁습니다.블레이드를 가로지르는 공기의 상대적으로 느린 공기 속도로 인해 오염 물질(예: 먼지 및 그리스)이 축적될 수 있습니다.
그림 3: 원심 팬 임펠러 그림
전방 곡선형 원심 팬
전방 곡선형 팬은 다수의 전방 곡선형 블레이드가 특징입니다.그들은 일반적으로 더 낮은 압력을 생성하기 때문에 동급의 역방향 곡선형 팬보다 작고 가볍고 저렴합니다.그림 3과 그림 4에서 볼 수 있듯이 이러한 유형의 팬 임펠러에는 단일 금속판으로 형성되는 것처럼 간단할 수 있는 20개 이상의 블레이드가 포함됩니다.개별 성형 블레이드로 더 큰 크기에서 향상된 효율성을 얻을 수 있습니다.공기는 높은 접선 속도로 블레이드 팁을 떠나며, 이 운동 에너지는 케이싱에서 정압으로 변환되어야 합니다. 이는 효율성을 떨어뜨립니다.일반적으로 저압(일반적으로 <1.5kPa)에서 낮은 공기량에서 중간 공기량에 사용되며 70% 미만의 상대적으로 낮은 효율을 보입니다.스크롤 케이싱은 공기가 블레이드 끝에서 빠른 속도로 빠져나가 운동 에너지를 정압으로 효과적으로 변환하는 데 사용되기 때문에 최고의 효율성을 달성하는 데 특히 중요합니다.그들은 낮은 회전 속도로 작동하므로 기계적으로 발생하는 소음 수준은 고속 역방향 곡선형 팬보다 낮은 경향이 있습니다.팬은 낮은 시스템 저항에 대해 작동할 때 과부하 전력 특성을 갖습니다.
그림 4: 일체형 모터가 있는 전방 곡선형 원심 팬
이 팬은 예를 들어 공기가 먼지로 심하게 오염되었거나 그리스 방울이 포함된 경우에는 적합하지 않습니다.
그림 5: 뒤로 구부러진 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 이점이 있지만 고속으로 작동하면 매우 시끄럽고 비효율적(<60%)이므로 사용하지 않아야 합니다. 범용 HVAC에 사용됩니다.또한 과부하 전력 특성이 있습니다. 시스템 저항이 감소함에 따라(볼륨 제어 댐퍼 개방으로 인해) 모터 전력이 상승하고 모터 크기에 따라 '과부하'가 발생할 수 있습니다.
플러그 팬
스크롤 케이싱에 장착하는 대신 이러한 용도로 설계된 원심 임펠러는 공기 처리 장치의 케이싱(또는 실제로 모든 덕트 또는 플레넘)에서 직접 사용할 수 있으며 초기 비용은 수용된 원심 팬.'플레넘', '플러그' 또는 단순히 '하우징되지 않은' 원심 팬으로 알려진 이들은 약간의 공간 이점을 제공할 수 있지만 작동 효율성 손실의 대가를 치르게 됩니다(최고 효율은 하우징된 전방 곡선형 원심 팬과 유사함).팬은 흡입구 원뿔을 통해 공기를 흡입하지만(하우징된 팬과 동일한 방식으로) 임펠러의 전체 360° 외부 원주 주위에서 방사형으로 공기를 배출합니다.그들은 배출구 연결(플레넘에서)의 큰 유연성을 제공할 수 있습니다. 즉, 시스템 압력 강하(따라서 추가 팬 전력)에 추가되는 덕트 장치의 인접한 벤드 또는 날카로운 전환이 덜 필요하다는 의미입니다.전체 시스템 효율성은 플레넘에서 나오는 덕트에 벨 마우스 입구를 사용하여 개선할 수 있습니다.플러그 팬의 이점 중 하나는 개선된 음향 성능인데, 주로 플레넘 내의 흡음과 임펠러에서 덕트 입구로의 '직접 시야' 경로가 없기 때문입니다.효율성은 플레넘 내 팬의 위치와 팬과 배출구의 관계에 따라 크게 달라집니다. 플레넘은 공기의 운동 에너지를 변환하여 정압을 증가시키는 데 사용됩니다.실질적으로 다른 성능과 다른 작동 안정성은 임펠러 유형에 따라 달라집니다. 혼합 흐름 임펠러(방사형 및 축류의 조합 제공)는 단순 원심 임펠러3를 사용하여 생성된 강한 방사형 공기 흐름 패턴으로 인해 발생하는 흐름 문제를 극복하기 위해 사용되었습니다.
더 작은 장치의 경우 쉽게 제어할 수 있는 EC 모터를 사용하여 컴팩트한 디자인을 보완하는 경우가 많습니다.
축 팬
축류 팬에서 공기는 회전축과 나란히 팬을 통과합니다(그림 6의 단순 튜브 축류 팬에 표시됨). 가압은 공기역학적 리프트(항공기 날개와 유사)에 의해 생성됩니다.이들은 상대적으로 작고 저렴하며 가벼울 수 있으며 특히 상대적으로 낮은 압력에 대해 공기를 이동시키는 데 적합하므로 압력 강하가 공급 시스템보다 낮은 추출 시스템에 자주 사용됩니다. 일반적으로 공급에는 모든 에어컨의 압력 강하가 포함됩니다. 공기 조화 장치의 구성 요소.공기가 단순한 축류 팬을 떠날 때 임펠러를 통과할 때 공기에 전달되는 회전으로 인해 소용돌이가 발생합니다. 팬의 성능은 날개에서와 같이 소용돌이를 복구하기 위해 다운스트림 가이드 베인에 의해 크게 향상될 수 있습니다. 축류팬의 효율은 날개의 모양, 날개 끝과 주변 케이스 사이의 거리, 소용돌이 회복에 영향을 받는다.팬의 출력을 효율적으로 변경하기 위해 블레이드의 피치를 변경할 수 있습니다.팬이 기본 방향으로 작동하도록 설계되더라도 축류 팬의 회전을 반대로 하여 기류를 역전시킬 수도 있습니다.
그림 6: 튜브 축류 팬
축류 팬의 특성 곡선에는 비과부하 전력 특성의 이점이 있지만 작동 조건이 매우 다양한 시스템에 부적합할 수 있는 스톨 영역이 있습니다.
그림 7: 베인 축류 팬
베인 축류 팬은 후방 곡선형 원심 팬만큼 효율적일 수 있으며 더 많은 소음을 발생시킬 가능성이 있지만 합리적인 압력(일반적으로 약 2kPa)에서 높은 흐름을 생성할 수 있습니다.
혼합 흐름 팬은 축류 팬의 발전이며 그림 8에 표시된 것처럼 공기가 확장 채널을 통해 방사형으로 흡입된 다음 교정 가이드 베인을 통해 축 방향으로 통과하는 원추형 임펠러가 있습니다.결합된 동작은 다른 축류 팬에서 가능한 것보다 훨씬 더 높은 압력을 생성할 수 있습니다.효율성 및 소음 수준은 역방향 곡선 원심 팬의 효율성 및 소음 수준과 유사할 수 있습니다.
그림 8: 혼합 흐름 인라인 팬
팬의 설치
효과적인 팬 솔루션을 제공하려는 노력은 팬과 공기의 로컬 덕트 경로 사이의 관계로 인해 심각하게 약화될 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 1월 7일