מאווררים למערכות אוורור תעלות
מודול זה בוחן מאווררים צנטריפוגליים וציריים המשמשים למערכות אוורור תעלות וסוקר היבטים נבחרים, כולל מאפייניהם ותכונותיהם התפעוליות.
שני סוגי המאווררים הנפוצים המשמשים בשירותי בניינים עבור מערכות תעלות מכונים באופן כללי מאווררים צנטריפוגליים ומאווררים ציריים - השם נגזר מכיוון זרימת האוויר המגדיר דרך המאוורר. שני סוגים אלה מחולקים בעצמם למספר תת-סוגים שפותחו כדי לספק מאפייני זרימת נפח/לחץ ספציפיים, כמו גם תכונות תפעוליות אחרות (כולל גודל, רעש, רעידות, ניקיון, תחזוקה וחוסן).
טבלה 1: נתוני יעילות שיא של מאווררים שפורסמו בארה"ב ובאירופה עבור מאווררים בקוטר של מעל 600 מ"מ
חלק מסוגי המאווררים הנפוצים ביותר המשמשים במערכות מיזוג אוויר (HVAC) מפורטים בטבלה 1, יחד עם יעילות שיא אינדיקטיבית שנאספה1 מנתונים שפורסמו על ידי מגוון יצרנים אמריקאים ואירופיים. בנוסף לאלה, מאוורר ה"תקע" (שהוא למעשה גרסה של מאוורר צנטריפוגלי) זכה לפופולריות גוברת בשנים האחרונות.
איור 1: עקומות מאווררים גנריות. מאווררים אמיתיים יכולים להיות שונים מאוד מהעקומות הפשוטות הללו.
עקומות אופייניות למאווררים מוצגות באיור 1. אלו הן עקומות מוגזמות ואידיאליות, ומאווררים אמיתיים עשויים להיות שונים מאלה; עם זאת, סביר להניח שהם יציגו תכונות דומות. זה כולל את אזורי חוסר היציבות הנובעים מתנועה תנודתית, שבהם המאוורר יכול לעבור בין שני קצבי זרימה אפשריים באותו לחץ או כתוצאה מהתקיעה של המאוורר (ראה תקיעה של תיבת זרימת אוויר). על היצרנים גם לזהות טווחי עבודה "בטוחים" מועדפים בספרות שלהם.
מאווררים צנטריפוגליים
במאווררים צנטריפוגליים, האוויר נכנס לגלגל המדחף לאורך צירו, ואז הוא נפלט רדיאלית מהגלגל המדחף בתנועה הצנטריפוגלית. מאווררים אלה מסוגלים לייצר גם לחצים גבוהים וגם קצבי זרימה בנפח גבוה. רוב מאווררי הצנטריפוגלים המסורתיים סגורים בתוך בית מסוג גלילה (כמו באיור 2) הפועל לכיוון האוויר הנע ולהמרת ביעילות את האנרגיה הקינטית ללחץ סטטי. כדי להזיז יותר אוויר, ניתן לתכנן את המאוורר עם גלגל מדחף בעל 'רוחב כפול כניסת אוויר כפולה', המאפשר לאוויר להיכנס משני צידי המארז.
איור 2: מאוורר צנטריפוגלי במעטפת גלילה, עם אימפלר נוטה לאחור
ישנן מספר צורות של להבים שיכולים להרכיב את האימפלר, כאשר הסוגים העיקריים הם עקומים קדימה ומעוקלים אחורה - צורת הלהב תקבע את ביצועיו, את יעילותו הפוטנציאלית ואת צורת עקומת המאוורר האופיינית. גורמים נוספים שישפיעו על יעילות המאוורר הם רוחב גלגל האימפלר, מרווח המרווח בין חרוט הכניסה לאימפלר המסתובב, והשטח המשמש לפליטת האוויר מהמאוורר (מה שנקרא "שטח התזה").
מאוורר מסוג זה הונע באופן מסורתי על ידי מנוע בעל סידור רצועה וגלגלת. עם זאת, עם השיפור בבקרות המהירות האלקטרוניות והזמינות המוגברת של מנועים בעלי קומוטציה אלקטרונית ("EC" או ללא מברשות), הנעות ישירות הופכות לשימוש תכוף יותר. זה לא רק מסיר את חוסר היעילות הטמון בהנעת רצועה (שיכולה לנוע בין 2% ליותר מ-10%, תלוי בתחזוקה2), אלא גם צפוי להפחית רעידות, להפחית תחזוקה (פחות מיסבים ודרישות ניקוי) ולהפוך את המכלול לקומפקטי יותר.
מאווררים צנטריפוגליים מעוקלים לאחור
מאווררים מעוקלים לאחור (או "נוטים") מאופיינים בלהבים הנוטים הרחק מכיוון הסיבוב. הם יכולים להגיע ליעילות של עד 90% בעת שימוש בלהבים בעלי פרופיל אווירי, כפי שמוצג באיור 3, או עם להבים חלקים בצורת שלושה ממדים, ומעט פחות בעת שימוש בלהבים מעוקלים חלקים, ופחות שוב בעת שימוש בלהבים שטוחים פשוטים בעלי פרופיל אווירי. האוויר עוזב את קצות האימפלר במהירות נמוכה יחסית, כך שהפסדי החיכוך בתוך המארז נמוכים וגם הרעש שנוצר מהאוויר נמוך. הם עלולים להיעצר בקצוות עקומת הפעולה. אימפלרים רחבים יחסית יספקו את היעילות הגבוהה ביותר, ויכולים להשתמש בקלות בלהבים בעלי פרופיל אווירי משמעותי יותר. אימפלרים דקים יציגו תועלת מועטה משימוש בלהבים בעלי פרופיל אווירי, ולכן נוטים להשתמש בלהבים שטוחים. מאווררים מעוקלים לאחור ידועים במיוחד ביכולתם לייצר לחצים גבוהים בשילוב עם רעש נמוך, ובעלי מאפיין הספק שאינו מעמיס יתר על המידה - משמעות הדבר היא שככל שההתנגדות במערכת פוחתת וקצב הזרימה עולה, ההספק הנצרך על ידי המנוע החשמלי יקטן. מבנה המאווררים המעוקלים לאחור צפוי להיות חזק יותר וכבד יותר מאשר המאווררים המעוקלים קדימה הפחות יעילים. מהירות האוויר האיטית יחסית על פני הלהבים עלולה לאפשר הצטברות של מזהמים (כגון אבק ושומן).
איור 3: איור של אימפלרים של מאוורר צנטריפוגלי
מאווררים צנטריפוגליים מעוקלים קדימה
מאווררים עקומים קדימה מאופיינים במספר רב של להבים עקומים קדימה. מכיוון שהם בדרך כלל מייצרים לחצים נמוכים יותר, הם קטנים יותר, קלים יותר וזולים יותר ממאוורר עקום לאחור המקביל. כפי שמוצג באיור 3 ובאיור 4, סוג זה של אימפלר מאוורר יכלול למעלה מ-20 להבים שיכולים להיות פשוטים כמו יצירה מגיליון מתכת יחיד. יעילות משופרת מושגת בגדלים גדולים יותר עם להבים מעוצבים בנפרד. האוויר עוזב את קצות הלהבים במהירות משיקית גבוהה, ואנרגיה קינטית זו חייבת להיות מומרת ללחץ סטטי במעטפת - דבר זה פוגע ביעילות. הם משמשים בדרך כלל לנפחי אוויר נמוכים עד בינוניים בלחץ נמוך (בדרך כלל <1.5kPa), ובעלי יעילות נמוכה יחסית של מתחת ל-70%. מעטפת הגלילה חשובה במיוחד להשגת היעילות הטובה ביותר, מכיוון שהאוויר עוזב את קצה הלהבים במהירות גבוהה ומשמש להמרת ביעילות את האנרגיה הקינטית ללחץ סטטי. הם פועלים במהירויות סיבוב נמוכות, ולכן, רמות הרעש המכניות נוטות להיות נמוכות יותר מאשר מאווררים עקומים לאחור במהירות גבוהה יותר. למאוורר יש מאפיין עומס יתר כאשר הוא פועל כנגד התנגדויות מערכת נמוכות.
איור 4: מאוורר צנטריפוגלי מעוקל קדימה עם מנוע משולב
מאווררים אלה אינם מתאימים במקומות בהם, למשל, האוויר מזוהם מאוד באבק או נושא טיפות שומן.
איור 5: דוגמה למאוורר תקע בעל הנעה ישירה עם להבים מעוקלים לאחור
מאווררים צנטריפוגליים בעלי להבים רדיאליים
למאוורר צנטריפוגלי בעל להבים רדיאליים יש את היתרון של היכולת להזיז חלקיקי אוויר מזוהמים בלחצים גבוהים (בסדר גודל של 10 קילו-פסקל), אך כשהוא פועל במהירויות גבוהות, הוא רועש מאוד ולא יעיל (<60%) ולכן אין להשתמש בו למטרות כלליות של מיזוג אוויר. הוא סובל גם ממאפיין של עומס יתר - ככל שהתנגדות המערכת מצטמצמת (אולי עקב פתיחת בולמי בקרת עוצמת הקול), עוצמת המנוע תעלה, ובהתאם לגודל המנוע, ייתכן שייגרם "עומס יתר".
מאווררי תקע
במקום להיות מותקנים בתוך מעטפת גלילה, ניתן להשתמש באימפלרים צנטריפוגליים אלה, שתוכננו במיוחד, ישירות בתוך מעטפת יחידת טיפול באוויר (או, למעשה, בכל צינור או פלנום), ועלותם הראשונית צפויה להיות נמוכה יותר מאשר מאווררי צנטריפוגלים בעלי תאים. מאווררי צנטריפוגלים, המכונים "פלנום", "תקע" או פשוט "ללא תאים", יכולים לספק יתרונות מקום מסוימים אך במחיר של אובדן יעילות תפעולית (כאשר היעילות הטובה ביותר דומה לזו של מאווררי צנטריפוגלים בעלי תאים מעוקלים קדימה). המאווררים ישאבו אוויר פנימה דרך חרוט הכניסה (באותו אופן כמו מאוורר בעל תאים) אך לאחר מכן יפלטו את האוויר רדיאלית סביב כל ההיקף החיצוני של 360 מעלות של האימפלר. הם יכולים לספק גמישות רבה בחיבורי יציאה (מהפלנום), כלומר ייתכן שיהיה פחות צורך בכיפופים סמוכים או מעברים חדים בתעלות אשר בעצמם יוסיפו לירידת הלחץ במערכת (ולכן, להספק נוסף של המאוורר). ניתן לשפר את יעילות המערכת הכוללת על ידי שימוש בפתחי פתח פעמון לתעלות היוצאות מהפלנום. אחד היתרונות של מאוורר תקע הוא שיפור הביצועים האקוסטיים שלו, הנובעים בעיקר מספיגת הקול בתוך המליאה ומהיעדר נתיבי "ראייה ישירה" מהאימפלר אל פתח צינור החימום. היעילות תהיה תלויה מאוד במיקום המאוורר בתוך המליאה וביחס המאוורר לפתח החימום שלו - המליאה משמשת להמרת האנרגיה הקינטית באוויר וכך להגברת הלחץ הסטטי. ביצועים שונים באופן מהותי ויציבות פעולה שונה יהיו תלויים בסוג האימפלר - אימפלרים בעלי זרימה מעורבת (המספקים שילוב של זרימה רדיאלית וצירית) שימשו כדי להתגבר על בעיות זרימה הנובעות מדפוס זרימת אוויר רדיאלית חזקה שנוצר באמצעות אימפלרים צנטריפוגליים פשוטים.
עבור יחידות קטנות יותר, העיצוב הקומפקטי שלהן משלים לעתים קרובות באמצעות שימוש במנועי EC הניתנים לשליטה בקלות.
מאווררים ציריים
במאווררי זרימה צירית, האוויר עובר דרך המאוורר בקו אחד עם ציר הסיבוב (כפי שמוצג במאוורר הצירי הצינורי הפשוט באיור 6) - הלחץ נוצר על ידי עילוי אווירודינמי (בדומה לכנף מטוס). מאווררי זרימה צירית יכולים להיות קומפקטיים יחסית, זולים וקלים, מתאימים במיוחד להזזת אוויר כנגד לחצים נמוכים יחסית, ולכן משמשים לעתים קרובות במערכות חילוץ שבהן ירידות הלחץ נמוכות יותר מאשר במערכות אספקה - האספקה כוללת בדרך כלל את ירידת הלחץ של כל רכיבי המיזוג ביחידת טיפול באוויר. כאשר האוויר עוזב מאוורר צירי פשוט, הוא יסתחרר עקב הסיבוב המופעל על האוויר כשהוא עובר דרך האימפלר - ניתן לשפר משמעותית את ביצועי המאוורר על ידי כנפי הנחיה במורד הזרם כדי לשחזר את הסחרור, כמו במאוורר הצירי עם כנפי הלהב המוצג באיור 7. יעילותו של מאוורר צירי מושפעת מצורת הלהב, המרחק בין קצה הלהב למארז שמסביב, ומהתאוששות הסחרור. ניתן לשנות את זווית הלהב כדי לשנות ביעילות את תפוקת המאוורר. על ידי היפוך סיבוב המאווררים הציריים, ניתן גם להפוך את זרימת האוויר - אם כי המאוורר יתוכנן לפעול בכיוון העיקרי.
איור 6: מאוורר זרימה צירי צינורי
לעקומת האופיינית של מאווררים ציריים יש אזור עצירה שיכול להפוך אותם ללא מתאימים למערכות עם מגוון רחב של תנאי הפעלה, למרות שיש להם את היתרון של מאפיין הספק שאינו גורם לעומס יתר.
איור 7: מאוורר זרימה צירי בעל כנפי תנועה
מאווררי ציר בעלי כנף יכולים להיות יעילים כמו מאווררי צנטריפוגלים מעוקלים לאחור, והם מסוגלים לייצר זרימות גבוהות בלחצים סבירים (בדרך כלל בסביבות 2 קילו-פסקל), אם כי סביר להניח שהם ייצרו יותר רעש.
מאוורר הזרימה המעורבת הוא פיתוח של המאוורר הצירי, וכפי שמוצג באיור 8, יש לו אימפלר בצורת חרוט שבו האוויר נשאב רדיאלית דרך התעלות המתרחבות ולאחר מכן מועבר צירית דרך להבי ההנחיה היישוריים. הפעולה המשולבת יכולה לייצר לחץ גבוה בהרבה מהאפשרי עם מאווררי זרימה ציריים אחרים. היעילות ורמות הרעש יכולות להיות דומות לאלו של מאוורר צנטריפוגלי בעל עקומה לאחור.
איור 8: מאוורר זרימה מעורבת בקו
ההתקנה של המאוורר
המאמצים לספק פתרון מאוורר יעיל עלולים להיפגע קשות על ידי הקשר בין המאוורר לבין דרכי התעלות המקומיות של האוויר.
זמן פרסום: 7 בינואר 2022