انتخاب فن برای هواساز

در سیستم‌های تهویه مطبوع، هواساز یکی از مهم‌ترین اجزاست. همان‌طور که می‌دانیم، یک هواساز از سکشن‌های مختلفی از جمله فیلتر، کویل، جعبه تقسیم‌کننده و مهم‌ترین قسمت یعنی فن‌سکشن تشکیل شده است. فن قلب هواساز است و اساس عملکرد آن، یعنی چرخش هوا و گردش آن در سیستم، توسط فن انجام می‌شود. فن یکی از مهم‌ترین قسمت‌ها در میزان مصرف انرژی ساختمان هم هست؛ همان‌طور که در شکل زیر نشان داده شده، هواسازها یکی از بخش‌های مهم در انتقال انرژی ساختمان محسوب می‌شوند. بنابراین رعایت نکات استاندارد در طراحی و انتخاب صحیح اجزای آن، از جمله فن و مبدل‌های حرارتی، یکی از مهم‌ترین فرآیندهای طراحی هواساز است که در این مقاله به آن می‌پردازیم.

هرم انتقال انرژی در ساختمان

هواسازها بر اساس ظرفیت هوادهی طبقه‌بندی می‌شوند؛ واحد هوادهی در هواسازها بر حسب فوت مکعب بر دقیقه است که با حروف اختصاری CFM بیان می‌شود. برای تعیین این هوادهی، باید فن هواساز به‌درستی انتخاب شود؛ برای انتخاب صحیح فن، ابتدا باید انواع فن‌ها شناخته شوند و قوانین حاکم بر آن‌ها بررسی شود تا بتوان فن مناسب را انتخاب کرد.

انواع فن هواساز

فن در سیستم تهویه مطبوع به دو دسته سانتریفیوژ و آکسیال تقسیم می‌شود.

فن‌های آکسیال ظرفیت هوادهی بالا و فشار استاتیک پایین دارند، در حالی که فن‌های سانتریفیوژ عملکردی برعکس دارند: هوادهی پایین‌تر و فشار استاتیک بالاتر. در هواسازها برای هوادهی و چرخش هوا از فن‌های سانتریفیوژ استفاده می‌شود.

فشار استاتیک و هوادهی دو مولفه اصلی در انتخاب فن هستند. برای هر فن، نموداری بر حسب فشار و هوادهی وجود دارد که مشخصه آن فن را نشان می‌دهد و انتخاب بر اساس همین نمودار انجام می‌شود.

نمودار هوادهی و فشار

این نمودار با آزمایش فن در آزمایشگاه و اندازه‌گیری فشار استاتیک و مقدار هوادهی در نقاط مختلف رسم می‌شود. در هواسازها، مقدار افت فشار بر حسب اینچ ستون آب بیان و در نمودارها نمایش داده می‌شود.

نمودار دبی و فشار فن

اولین قانون در فن‌ها مربوط به دور موتور آن‌هاست: هرچه دور موتور بالاتر باشد، میزان هوادهی و فشار هم بالاتر می‌رود.

هوادهی فن هواساز برحسب دور موتور

با افزایش دور فن، مقدار فشار استاتیک و توان موتور موردنیاز هم مطابق فرمول‌های بالا تغییر می‌کند. برای طراحی یک هواساز، باید تمام اجزای آن با دقت طراحی و انتخاب شوند.

انواع فن‌های هواساز بر اساس انحنای تیغه

در هواسازها معمولاً از فن‌های سانتریفیوژ استفاده می‌شود. این فن‌ها از یک محور گرداننده با تعدادی تیغه شعاعی تشکیل شده‌اند که در داخل محفظه حلزونی محور قرار گرفته‌اند. هوا در جهت محور فن وارد و از جهت عمود بر محور، از بین تیغه‌ها خارج می‌شود. این فن‌ها به دلیل کارکرد کم‌صدا و کارایی مناسب در فشارهای زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقطع ورودی این فن‌ها به هواساز بزرگ و مقطع خروجی کانال آن‌ها نسبتاً کوچک است. جریان هوا در این فن‌ها، بر حسب نیاز توزیع هوا، به‌سادگی توسط وسایل کنترلی قابل تنظیم است و می‌توانند به‌طور مستقیم یا از طریق پولی و تسمه به موتور متصل شوند. این فن‌ها بر حسب انحنای تیغه به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند.

فن‌های سانتریفیوژ Forward

در این نوع فن‌ها، انحنای تیغه در جهت چرخش محور است. طبق منحنی مشخصه این نوع فن، فشار استاتیک با افزایش دبی هوای خروجی تا حدود ۲۰ درصد ظرفیت فن کاهش می‌یابد، سپس با افزایش دبی تا ۴۰ درصد ظرفیت، افزایش پیدا می‌کند و از این نقطه به بعد، با افزایش بیشتر دبی هوا، فشار استاتیک فن به‌شدت افت می‌کند. افزایش دبی هوای فن هواساز، نیاز به قدرت موتور بیشتری هم ایجاد می‌کند؛ این افزایش یا کاهش می‌تواند با تغییر قطر پولی یا تنظیم دمپر انجام شود.

فن فوروارد

این فن‌ها در سرعت نسبتاً پایین و حجم هوادهی بالا در فشار استاتیک پایین عمل می‌کنند. حداکثر فشار استاتیک آن‌ها در هواسازها تا ۵ اینچ ستون آب است.

دامنه انتخاب این فن‌ها روی نمودار دبی و فشار استاتیک، بین ۳۰ تا ۸۰ درصد رنج انتخابی است.

رنج انتخاب در فن فوروارد

اگر انتخاب از ناحیه کمتر از ۳۰ درصد انجام شود، ممکن است فن در ناحیه بی‌ثبات عملکرد کند؛ اگر بالاتر از ۸۰ درصد انتخاب شود، فن با بازده پایین‌تر و سروصدای بیشتر کار می‌کند.

فن‌های Backward

دومین دسته از فن‌های سانتریفیوژ هواساز، فن‌های بکوارد هستند. در این نوع، انحنای تیغه خلاف جهت چرخش محور است. طبق منحنی مشخصه این فن‌ها، فشار استاتیک با افزایش دبی هوای خروجی تا حدود ۲۰ درصد ظرفیت فن افزایش می‌یابد و سپس با افزایش بیشتر دبی، کاهش پیدا می‌کند. توان موتور نیز با افزایش دبی تا ۶۵ درصد ظرفیت افزایش یافته و پس از آن رو به کاهش می‌رود؛ بنابراین موتور این فن‌ها نباید تحت اضافه‌بار قرار گیرد.

فن‌های بکوارد

این فن‌ها نسبت به فن‌های فوروارد تعداد تیغه کمتری دارند، اما سنگین‌ترند؛ به همین دلیل برای کار در دورهای بالاتر طراحی شده‌اند. این فن‌ها برای هوادهی کمتر در فشار استاتیک بالا مناسب‌اند؛ فشار کاری معمول آن‌ها بین ۴ تا ۱۰ اینچ ستون آب است و سرعت کاری‌شان تقریباً دو برابر فن‌های فوروارد است.

رنج انتخاب فن بکوارد

بازه انتخاب این فن‌ها، مطابق شکل بالا، بین ۴۰ تا ۸۵ درصد است. کمتر از ۴۰ درصد، ناحیه ناکارآمد و بی‌ثبات است؛ بالاتر از ۸۵ درصد هم باعث افزایش سروصدای کارکرد می‌شود. بهترین ناحیه انتخاب، بین ۵۰ تا ۶۵ درصد است که بالاترین فشار استاتیک را دارد.

فن‌های Airfoil

این فن‌ها هم ساختار آیرودینامیکی مشابه فن‌های بکوارد دارند؛ تفاوت آن‌ها در تیغه فن است که دارای پره‌هایی با دو ضخامت متفاوت است. این تغییر باعث افزایش کارآمدی و کاهش چشمگیر تولید صدا شده است.

فن هواساز ایرفویل

بازه انتخاب این فن‌ها روی نمودار دبی و فشار استاتیک، مطابق نمودار زیر، بین ۵۰ تا ۸۵ درصد است.

رنج انتخاب فن ایرفویل در هواساز

محاسبه مقاومت سیستم

پس از تعیین نمودار فن هواساز، باید نمودار سیستم هم مشخص شود. برای این کار باید افت کانال‌کشی، دمپرها، دریچه‌ها و کویل‌ها محاسبه و مجموع آن‌ها تعیین شود. مطابق شکل بالا، با محاسبه افت فشار طولانی‌ترین مسیر کانال‌کشی و جمع‌آوری هوادهی تمام دریچه‌ها، مقدار دبی کل هوا به دست می‌آید. با قرار دادن این نقطه در نمودار دبی-فشار فن هواساز، مدل فن انتخاب و مقدار دقیق هوادهی مشخص می‌شود.

تعیین نقطه عملکرد سیستم

همان‌طور که می‌دانیم، بین فشار استاتیک هواساز و هوادهی رابطه زیر برقرار است:

طبق این رابطه، نمودار مقاومت سیستم رسم و با نمودار عملکرد فن تقاطع داده می‌شود.

نمودار مقاومت سیستم

پس از به‌دست‌آوردن نمودار سیستم، با ترسیم نمودار فن در دورها و مدل‌های مختلف، نقطه تقاطع دو نمودار پیدا و فن مناسب برای هواساز انتخاب می‌شود.

تقاطع نمودار سیستم و نمودار فن

چگونگی انتخاب فن‌های هواساز

اولین قدم، تعیین نوع فن بر اساس کاربری و فشار استاتیک موردنیاز برای تامین دبی هوای لازم است؛ اگر فشار موردنیاز کمتر از ۴ اینچ ستون آب باشد، فن‌های فوروارد گزینه بهتر و اقتصادی‌تری هستند؛ در غیر این صورت باید از فن‌های بکوارد استفاده شود. برای هماهنگی نهایی، این محاسبه باید در کنار انتخاب هواساز و بررسی عملکرد کلی سیستم‌های تهویه مطبوع ساختمان انجام شود.

انتخاب کمپانی مناسب برای خرید فن، یکی از مهم‌ترین ارکان کیفیت هواساز است. شرکت‌های Nicotra و Comefri دو کمپانی بزرگ تولیدکننده انواع فن مورد استفاده در هواسازها هستند که هر دو نرم‌افزار انتخاب فن دارند. در این نرم‌افزارها، مقدار هوای موردنیاز، فشار استاتیک موردنیاز، دمای هوا و چگالی هوا در ارتفاع شهر موردنظر وارد می‌شود؛ طبق خروجی نرم‌افزار، نمودار فن، مدل فن، دور چرخش و توان موتور موردنیاز به کاربر ارائه می‌شود. مطابق توصیه شرکت سازنده، بهتر است حدود ۲۰ درصد به توان موتور به‌عنوان ضریب اطمینان اضافه شود. نمونه‌ای از انتخاب فن توسط نرم‌افزار شرکت Comefri در ادامه آمده است.

نمونه‌ای از انتخاب فن‌های فوروارد در نرم‌افزار

نمونه‌ای از انتخاب فن‌های بکوارد در نرم‌افزار

انتخاب صحیح و متناسب فن هواساز، همراه با نصب اصولی سایر تجهیزات تهویه مطبوع مثل فن کویل، نقش زیادی در کاهش مصرف انرژی و افزایش عمر مفید سیستم دارد؛ در صورت بروز افت کارایی یا افزایش صدای فن پس از مدتی کارکرد، بهتر است هرچه زودتر تعمیر هواساز توسط تکنسین مجرب انجام شود.

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می‌باشد