Hai loại quạt thông dụng được sử dụng trong các dịch vụ tòa nhà cho hệ thống ống gió thường được gọi chung là quạt ly tâm và quạt hướng trục – tên gọi này bắt nguồn từ hướng xác định của luồng không khí đi qua quạt. Bản thân hai loại quạt này được chia thành một số phân nhóm được phát triển để cung cấp các đặc tính lưu lượng/áp suất thể tích cụ thể, cũng như các đặc tính vận hành khác (bao gồm kích thước, độ ồn, độ rung, khả năng vệ sinh, khả năng bảo trì và độ bền).

---

Bảng 1: Dữ liệu hiệu suất quạt đỉnh cao được công bố tại Hoa Kỳ và Châu Âu cho quạt có đường kính >600mm

---

Một số loại quạt thường gặp nhất được sử dụng trong HVAC được liệt kê trong Bảng 1, cùng với hiệu suất đỉnh chỉ định đã được thu thập1 từ dữ liệu do một loạt các nhà sản xuất Hoa Kỳ và Châu Âu công bố. Ngoài ra, quạt 'phích cắm' (thực chất là một biến thể của quạt ly tâm) đã trở nên phổ biến hơn trong những năm gần đây.

---

Hình 1: Đường cong quạt chung. Quạt thực tế có thể khác xa so với các đường cong đơn giản này

---

Đường cong đặc tính của quạt được thể hiện trong Hình 1. Đây là những đường cong lý tưởng hóa, phóng đại, và quạt thực tế có thể khác biệt đáng kể so với những đường cong này; tuy nhiên, chúng có thể biểu hiện những đặc điểm tương tự. Điều này bao gồm các vùng mất ổn định do hiện tượng "săn mồi", khi quạt có thể chuyển đổi giữa hai lưu lượng có thể xảy ra ở cùng áp suất hoặc do quạt bị chết máy (xem mục "Chết máy của luồng khí"). Các nhà sản xuất cũng nên xác định phạm vi hoạt động "an toàn" được ưu tiên trong tài liệu của họ.

Quạt ly tâm

Với quạt ly tâm, không khí đi vào cánh quạt dọc theo trục của nó, sau đó được đẩy ra theo hướng xuyên tâm từ cánh quạt nhờ chuyển động ly tâm. Những quạt này có khả năng tạo ra cả áp suất cao và lưu lượng thể tích lớn. Phần lớn quạt ly tâm truyền thống được bao bọc trong vỏ dạng xoắn ốc (như trong Hình 2) có tác dụng dẫn hướng luồng không khí chuyển động và chuyển đổi hiệu quả động năng thành áp suất tĩnh. Để di chuyển nhiều không khí hơn, quạt có thể được thiết kế với cánh quạt "hai cửa vào rộng gấp đôi", cho phép không khí đi vào từ cả hai phía của vỏ quạt.

---

Hình 2: Quạt ly tâm trong vỏ cuộn, có cánh quạt nghiêng về phía sau

---

Có nhiều hình dạng cánh quạt khác nhau, với hai loại chính là cong về phía trước và cong về phía sau – hình dạng cánh quạt sẽ quyết định hiệu suất, hiệu suất tiềm năng và hình dạng đường cong đặc trưng của quạt. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất của quạt là chiều rộng bánh cánh quạt, khoảng hở giữa đầu vào hình nón và cánh quạt quay, và diện tích sử dụng để xả khí từ quạt (còn gọi là 'khu vực thổi').

Loại quạt này trước đây được dẫn động bằng động cơ với hệ thống dây đai và puli. Tuy nhiên, với sự cải tiến trong điều khiển tốc độ điện tử và sự phổ biến của động cơ chuyển mạch điện tử ('EC' hoặc không chổi than), truyền động trực tiếp đang được sử dụng phổ biến hơn. Điều này không chỉ loại bỏ những điểm kém hiệu quả vốn có của truyền động dây đai (có thể từ 2% đến hơn 10%, tùy thuộc vào việc bảo trì2) mà còn có khả năng giảm độ rung, giảm bảo trì (ít vòng bi và yêu cầu vệ sinh hơn) và làm cho cụm lắp ráp nhỏ gọn hơn.

Quạt ly tâm cong ngược

Quạt cong ngược (hay 'nghiêng') đặc trưng bởi các cánh quạt nghiêng ra khỏi hướng quay. Chúng có thể đạt hiệu suất lên tới 90% khi sử dụng cánh quạt dạng cánh máy bay, như thể hiện trong Hình 3, hoặc với các cánh quạt trơn được tạo hình ba chiều, và thấp hơn một chút khi sử dụng các cánh quạt cong trơn, và thấp hơn nữa khi sử dụng các cánh quạt phẳng nghiêng về phía sau. Không khí rời khỏi các đầu cánh quạt ở vận tốc tương đối thấp, do đó tổn thất ma sát bên trong vỏ quạt thấp và tiếng ồn do không khí tạo ra cũng thấp. Chúng có thể bị chết máy ở các cực của đường cong vận hành. Các cánh quạt tương đối rộng hơn sẽ mang lại hiệu suất cao nhất và có thể dễ dàng sử dụng các cánh quạt dạng cánh máy bay chắc chắn hơn. Các cánh quạt mỏng sẽ không mang lại nhiều lợi ích khi sử dụng cánh quạt nên có xu hướng sử dụng các cánh quạt phẳng. Quạt cong ngược đặc biệt được chú ý vì khả năng tạo ra áp suất cao kết hợp với tiếng ồn thấp và có đặc tính công suất không quá tải - điều này có nghĩa là khi điện trở giảm trong hệ thống và lưu lượng tăng, công suất tiêu thụ của động cơ điện sẽ giảm. Cấu trúc của quạt cong ngược có thể chắc chắn hơn và nặng hơn so với quạt cong về phía trước kém hiệu quả hơn. Tốc độ không khí tương đối chậm của luồng không khí qua các cánh quạt có thể khiến các chất gây ô nhiễm tích tụ (như bụi và dầu mỡ).

---

Hình 3: Minh họa cánh quạt ly tâm

---

Quạt ly tâm cong về phía trước

Quạt cong về phía trước được đặc trưng bởi số lượng lớn cánh quạt cong về phía trước. Vì chúng thường tạo ra áp suất thấp hơn, chúng nhỏ hơn, nhẹ hơn và rẻ hơn so với quạt cong về phía sau có công suất tương đương. Như thể hiện trong Hình 3 và Hình 4, loại cánh quạt này sẽ bao gồm hơn 20 cánh quạt, có thể được chế tạo đơn giản chỉ từ một tấm kim loại duy nhất. Hiệu suất được cải thiện ở kích thước lớn hơn với các cánh quạt được tạo hình riêng lẻ. Không khí rời khỏi đầu cánh quạt với vận tốc tiếp tuyến cao, và động năng này phải được chuyển đổi thành áp suất tĩnh trong vỏ quạt – điều này làm giảm hiệu suất. Chúng thường được sử dụng cho lưu lượng không khí từ thấp đến trung bình ở áp suất thấp (thường <1,5kPa) và có hiệu suất tương đối thấp, dưới 70%. Vỏ quạt xoắn ốc đặc biệt quan trọng để đạt được hiệu suất tốt nhất, vì không khí rời khỏi đầu cánh quạt với vận tốc cao và được sử dụng để chuyển đổi hiệu quả động năng thành áp suất tĩnh. Chúng chạy ở tốc độ quay thấp và do đó, mức độ tiếng ồn do cơ học tạo ra thường thấp hơn so với quạt cong về phía sau tốc độ cao. Quạt có đặc tính công suất quá tải khi hoạt động với điện trở hệ thống thấp.

---

Hình 4: Quạt ly tâm cong về phía trước có động cơ tích hợp

---

Những chiếc quạt này không phù hợp ở những nơi không khí bị ô nhiễm nặng bởi bụi hoặc có các giọt dầu mỡ cuốn theo.

---

Hình 5: Ví dụ về quạt cắm điện trực tiếp có cánh cong ngược

---

Quạt ly tâm cánh hướng tâm

Quạt ly tâm cánh hướng tâm có ưu điểm là có thể di chuyển các hạt khí ô nhiễm ở áp suất cao (khoảng 10kPa), nhưng khi hoạt động ở tốc độ cao, quạt này rất ồn và kém hiệu quả (<60%) nên không nên sử dụng cho hệ thống HVAC thông thường. Quạt cũng có đặc tính quá tải công suất – khi điện trở hệ thống giảm (có thể do van điều tiết thể tích mở), công suất động cơ sẽ tăng lên và, tùy thuộc vào kích thước động cơ, có thể xảy ra tình trạng "quá tải".

Quạt cắm điện

Thay vì được lắp trong vỏ cuộn, các cánh quạt ly tâm được thiết kế chuyên dụng này có thể được sử dụng trực tiếp trong vỏ của bộ xử lý không khí (hoặc, thực tế, trong bất kỳ ống dẫn hoặc khoang chứa nào), và chi phí ban đầu của chúng có thể thấp hơn quạt ly tâm có vỏ. Được gọi là quạt ly tâm 'khoang chứa', 'phích cắm' hoặc đơn giản là 'không có vỏ', những quạt này có thể mang lại một số lợi thế về không gian nhưng phải trả giá bằng hiệu suất vận hành bị mất (với hiệu suất tốt nhất tương tự như quạt ly tâm cong về phía trước có vỏ). Quạt sẽ hút không khí vào qua hình nón đầu vào (tương tự như quạt có vỏ) nhưng sau đó xả không khí theo hướng xuyên tâm xung quanh toàn bộ chu vi ngoài 360° của cánh quạt. Chúng có thể cung cấp tính linh hoạt cao về kết nối đầu ra (từ khoang chứa), nghĩa là có thể ít cần đến các khúc cua liền kề hoặc chuyển tiếp đột ngột trong đường ống dẫn, những thứ sẽ tự làm tăng áp suất hệ thống (và do đó, công suất quạt tăng thêm). Hiệu suất tổng thể của hệ thống có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các lối vào miệng chuông đến các ống dẫn rời khỏi khoang chứa. Một trong những lợi ích của quạt cắm là hiệu suất âm thanh được cải thiện, chủ yếu nhờ khả năng hấp thụ âm thanh bên trong khoang hút và không có đường dẫn "nhìn trực tiếp" từ cánh quạt đến miệng ống gió. Hiệu suất sẽ phụ thuộc rất nhiều vào vị trí của quạt trong khoang hút và mối quan hệ giữa quạt và cửa ra của nó – khoang hút được sử dụng để chuyển đổi động năng trong không khí và do đó tăng áp suất tĩnh. Hiệu suất và độ ổn định vận hành khác nhau đáng kể sẽ phụ thuộc vào loại cánh quạt – cánh quạt dòng hỗn hợp (cung cấp sự kết hợp giữa dòng hướng tâm và dòng hướng trục) đã được sử dụng để khắc phục các vấn đề về dòng chảy do mô hình dòng khí hướng tâm mạnh tạo ra bằng cách sử dụng cánh quạt ly tâm đơn giản3.

Đối với các thiết bị nhỏ hơn, thiết kế nhỏ gọn của chúng thường được bổ sung thông qua việc sử dụng động cơ EC dễ điều khiển.

Quạt hướng trục

Trong quạt hướng trục, không khí đi qua quạt theo trục quay (như thể hiện trong quạt hướng trục ống đơn giản của Hình 6) - áp suất được tạo ra bởi lực nâng khí động học (tương tự như cánh máy bay). Chúng có thể tương đối nhỏ gọn, giá thành thấp và nhẹ, đặc biệt phù hợp để di chuyển không khí trong điều kiện áp suất tương đối thấp, do đó thường được sử dụng trong các hệ thống hút có độ giảm áp suất thấp hơn hệ thống cung cấp - nguồn cung cấp thường bao gồm độ giảm áp suất của tất cả các bộ phận điều hòa không khí trong bộ xử lý không khí. Khi không khí rời khỏi một quạt hướng trục đơn giản, nó sẽ xoáy do sự quay truyền vào không khí khi đi qua cánh quạt - hiệu suất của quạt có thể được cải thiện đáng kể bằng các cánh dẫn hướng hạ lưu để thu hồi dòng xoáy, như trong quạt hướng trục cánh quạt được thể hiện trong Hình 7. Hiệu suất của quạt hướng trục bị ảnh hưởng bởi hình dạng của cánh quạt, khoảng cách giữa đầu cánh quạt và vỏ xung quanh và khả năng thu hồi dòng xoáy. Bước cánh quạt có thể được thay đổi để thay đổi hiệu quả công suất của quạt. Bằng cách đảo ngược chiều quay của quạt hướng trục, luồng không khí cũng có thể được đảo ngược – mặc dù quạt sẽ được thiết kế để hoạt động theo hướng chính.

---

Hình 6: Quạt hướng trục ống

---

Đường cong đặc tính của quạt hướng trục có một vùng dừng khiến chúng không phù hợp với các hệ thống có phạm vi điều kiện vận hành thay đổi rộng, mặc dù chúng có lợi thế là đặc tính công suất không quá tải.

---

Hình 7: Quạt hướng trục cánh quạt

---

Quạt hướng trục cánh quạt có thể hiệu quả như quạt ly tâm cong ngược và có thể tạo ra lưu lượng lớn ở áp suất hợp lý (thường là khoảng 2kPa), mặc dù chúng có thể tạo ra nhiều tiếng ồn hơn.

Quạt lưu lượng hỗn hợp là một phiên bản phát triển của quạt hướng trục, như thể hiện trong Hình 8, có cánh quạt hình nón, trong đó không khí được hút theo hướng xuyên tâm qua các rãnh mở rộng và sau đó được dẫn hướng trục qua các cánh dẫn hướng thẳng. Sự kết hợp này có thể tạo ra áp suất cao hơn nhiều so với các quạt hướng trục khác. Hiệu suất và độ ồn có thể tương tự như quạt ly tâm cong ngược.

---

Hình 8: Quạt dòng hỗn hợp

---

Việc lắp đặt quạt

Những nỗ lực nhằm cung cấp giải pháp quạt hiệu quả có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng do mối quan hệ giữa quạt và đường dẫn không khí cục bộ.

---

Thời gian đăng: 07-01-2022