डक्टेड वेंटिलेशन सिस्टम के लिए पंखे
यह मॉड्यूल डक्टेड वेंटिलेशन सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले सेंट्रीफ्यूगल और एक्सियल पंखों पर केंद्रित है और उनके गुणों और परिचालन विशेषताओं सहित कुछ चयनित पहलुओं पर विचार करता है।
भवन निर्माण में उपयोग होने वाले डक्टेड सिस्टमों में दो सामान्य प्रकार के पंखे होते हैं जिन्हें आमतौर पर सेंट्रीफ्यूगल और एक्सियल पंखे कहा जाता है - यह नाम पंखे के माध्यम से वायु प्रवाह की दिशा के आधार पर रखा गया है। इन दोनों प्रकारों को कई उपप्रकारों में विभाजित किया गया है जिन्हें विशिष्ट आयतन प्रवाह/दबाव विशेषताओं के साथ-साथ अन्य परिचालन गुणों (आकार, शोर, कंपन, सफाई क्षमता, रखरखाव क्षमता और मजबूती सहित) को प्रदान करने के लिए विकसित किया गया है।
तालिका 1: 600 मिमी से अधिक व्यास वाले पंखों के लिए अमेरिका और यूरोप में प्रकाशित अधिकतम पंखा दक्षता डेटा
एचवीएसी में उपयोग होने वाले कुछ सबसे आम प्रकार के पंखों को तालिका 1 में सूचीबद्ध किया गया है, साथ ही विभिन्न अमेरिकी और यूरोपीय निर्माताओं द्वारा प्रकाशित आंकड़ों से एकत्रित की गई अनुमानित अधिकतम दक्षताएँ भी दी गई हैं। इन पंखों के अतिरिक्त, 'प्लग' पंखा (जो वास्तव में अपकेंद्री पंखे का ही एक प्रकार है) हाल के वर्षों में तेजी से लोकप्रिय हो रहा है।
चित्र 1: पंखे के सामान्य वक्र। वास्तविक पंखे इन सरलीकृत वक्रों से काफी भिन्न हो सकते हैं।
चित्र 1 में पंखे के विशिष्ट वक्र दिखाए गए हैं। ये अतिरंजित, आदर्श वक्र हैं, और वास्तविक पंखे इनसे भिन्न हो सकते हैं; हालांकि, उनमें समान विशेषताएं होने की संभावना है। इसमें अस्थिरता के वे क्षेत्र शामिल हैं जो हंटिंग के कारण होते हैं, जहां पंखा एक ही दबाव पर दो संभावित प्रवाह दरों के बीच बदल सकता है या पंखे के रुकने के परिणामस्वरूप (वायु प्रवाह के रुकने वाले बॉक्स को देखें)। निर्माताओं को अपने साहित्य में पसंदीदा 'सुरक्षित' कार्य सीमाएँ भी बतानी चाहिए।
अपकेंद्री पंखे
अपकेंद्री पंखों में, हवा इम्पेलर में उसकी धुरी के अनुदिश प्रवेश करती है, फिर अपकेंद्री गति के कारण इम्पेलर से त्रिज्या के अनुसार बाहर निकलती है। ये पंखे उच्च दाब और उच्च आयतन प्रवाह दर दोनों उत्पन्न करने में सक्षम हैं। अधिकांश पारंपरिक अपकेंद्री पंखे स्क्रॉल प्रकार के आवरण (जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है) में बंद होते हैं, जो गतिमान हवा को निर्देशित करने और गतिज ऊर्जा को स्थिर दाब में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने का कार्य करता है। अधिक हवा प्रवाहित करने के लिए, पंखे को 'दोहरी चौड़ाई वाले दोहरे प्रवेश द्वार' वाले इम्पेलर के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे आवरण के दोनों ओर से हवा प्रवेश कर सके।
चित्र 2: स्क्रॉल आवरण में लगा अपकेंद्री पंखा, जिसमें पीछे की ओर झुका हुआ इम्पेलर है।
इम्पेलर में कई प्रकार के ब्लेड हो सकते हैं, जिनमें मुख्य रूप से आगे की ओर मुड़े हुए और पीछे की ओर मुड़े हुए ब्लेड होते हैं। ब्लेड का आकार ही उसकी कार्यक्षमता, संभावित दक्षता और पंखे के विशिष्ट घुमाव के आकार को निर्धारित करता है। पंखे की दक्षता को प्रभावित करने वाले अन्य कारक हैं इम्पेलर व्हील की चौड़ाई, इनलेट कोन और घूमने वाले इम्पेलर के बीच की दूरी और पंखे से हवा बाहर निकालने के लिए उपयोग किया जाने वाला क्षेत्र (जिसे 'ब्लास्ट एरिया' कहा जाता है)।
इस प्रकार के पंखे परंपरागत रूप से बेल्ट और पुली व्यवस्था वाले मोटर द्वारा संचालित होते रहे हैं। हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक गति नियंत्रण में सुधार और इलेक्ट्रॉनिक रूप से कम्यूटेटेड ('ईसी' या ब्रश रहित) मोटरों की बढ़ती उपलब्धता के साथ, डायरेक्ट ड्राइव का उपयोग अधिक प्रचलित हो रहा है। इससे न केवल बेल्ट ड्राइव में निहित अक्षमताएं (जो रखरखाव के आधार पर 2% से 10% से अधिक तक हो सकती हैं2) दूर होती हैं, बल्कि कंपन कम होने, रखरखाव में कमी (कम बेयरिंग और सफाई की आवश्यकता) और असेंबली के अधिक कॉम्पैक्ट होने की भी संभावना है।
पीछे की ओर मुड़े हुए अपकेंद्री पंखे
पीछे की ओर मुड़े हुए (या 'झुके हुए') पंखों की विशेषता यह है कि इनके ब्लेड घूर्णन की दिशा से विपरीत दिशा में झुके होते हैं। एयरोफॉयल ब्लेड (जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है) या तीन आयामों में आकारित सादे ब्लेड का उपयोग करने पर इनकी दक्षता लगभग 90% तक पहुँच सकती है। सादे मुड़े हुए ब्लेड का उपयोग करने पर दक्षता थोड़ी कम होती है, और साधारण सपाट प्लेट वाले पीछे की ओर झुके हुए ब्लेड का उपयोग करने पर दक्षता और भी कम हो जाती है। हवा इम्पेलर के शीर्षों से अपेक्षाकृत कम वेग से निकलती है, इसलिए आवरण के भीतर घर्षण हानि कम होती है और हवा से उत्पन्न शोर भी कम होता है। ये परिचालन वक्र के चरम बिंदुओं पर रुक सकते हैं। अपेक्षाकृत चौड़े इम्पेलर अधिकतम दक्षता प्रदान करते हैं और इनमें आसानी से अधिक मजबूत एयरोफॉयल प्रोफाइल वाले ब्लेड लगाए जा सकते हैं। पतले इम्पेलर एयरोफॉयल के उपयोग से बहुत कम लाभ दिखाते हैं, इसलिए इनमें आमतौर पर सपाट प्लेट वाले ब्लेड का उपयोग किया जाता है। बैकवर्ड कर्व्ड पंखे अपनी उच्च दाब उत्पन्न करने की क्षमता और कम शोर के लिए जाने जाते हैं। इनमें ओवरलोडिंग की समस्या नहीं होती, यानी सिस्टम में प्रतिरोध कम होने और प्रवाह दर बढ़ने पर मोटर द्वारा खपत की जाने वाली बिजली कम हो जाती है। बैकवर्ड कर्व्ड पंखों की बनावट फॉरवर्ड कर्व्ड पंखों की तुलना में अधिक मजबूत और भारी होती है, जबकि फॉरवर्ड कर्व्ड पंखे कम कुशल होते हैं। ब्लेडों पर हवा की अपेक्षाकृत धीमी गति के कारण धूल और ग्रीस जैसे कण जमा हो सकते हैं।
चित्र 3: अपकेंद्री पंखे के इंपेलर का चित्रण
आगे की ओर मुड़े हुए अपकेंद्री पंखे
आगे की ओर मुड़े हुए पंखों की विशेषता यह है कि इनमें आगे की ओर मुड़े हुए ब्लेडों की संख्या अधिक होती है। चूंकि ये आमतौर पर कम दबाव उत्पन्न करते हैं, इसलिए ये समान शक्ति वाले पीछे की ओर मुड़े हुए पंखों की तुलना में छोटे, हल्के और सस्ते होते हैं। जैसा कि चित्र 3 और चित्र 4 में दिखाया गया है, इस प्रकार के पंखे के इम्पेलर में 20 से अधिक ब्लेड होते हैं, जिन्हें एक ही धातु की शीट से भी बनाया जा सकता है। अलग-अलग बने ब्लेडों वाले बड़े आकार के पंखों में दक्षता में सुधार होता है। हवा ब्लेड के सिरों से उच्च स्पर्शरेखीय वेग से निकलती है, और इस गतिज ऊर्जा को आवरण में स्थिर दबाव में परिवर्तित करना आवश्यक होता है - इससे दक्षता कम हो जाती है। इनका उपयोग आमतौर पर कम दबाव (सामान्यतः <1.5kPa) पर कम से मध्यम वायु मात्रा के लिए किया जाता है, और इनकी दक्षता अपेक्षाकृत कम (70% से कम) होती है। सर्वोत्तम दक्षता प्राप्त करने के लिए स्क्रॉल आवरण विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि हवा ब्लेड के सिरों से उच्च वेग से निकलती है और गतिज ऊर्जा को प्रभावी रूप से स्थिर दबाव में परिवर्तित करने के लिए उपयोग की जाती है। ये कम घूर्णी गति पर चलते हैं, और इसलिए, उच्च गति वाले पीछे की ओर मुड़े हुए पंखों की तुलना में यांत्रिक रूप से उत्पन्न शोर का स्तर कम होता है। कम सिस्टम प्रतिरोधों के विरुद्ध संचालन करते समय पंखे में ओवरलोडिंग पावर की विशेषता होती है।
चित्र 4: एकीकृत मोटर के साथ अग्रगामी वक्रित अपकेंद्री पंखा
ये पंखे उन जगहों के लिए उपयुक्त नहीं हैं जहां, उदाहरण के लिए, हवा धूल से अत्यधिक प्रदूषित हो या उसमें चिकनाई की बूंदें मौजूद हों।
चित्र 5: पीछे की ओर मुड़ी हुई ब्लेडों वाले डायरेक्ट ड्रिवन प्लग फैन का उदाहरण
रेडियल ब्लेड वाले अपकेंद्री पंखे
रेडियल ब्लेड वाले सेंट्रीफ्यूगल पंखे का फायदा यह है कि यह दूषित हवा के कणों को उच्च दबाव (लगभग 10kPa) पर भी स्थानांतरित कर सकता है, लेकिन तेज गति से चलने पर यह बहुत शोर करता है और इसकी दक्षता (60% से कम) कम होती है, इसलिए इसे सामान्य एचवीएसी (HVAC) प्रणाली में उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। इसमें ओवरलोडिंग की समस्या भी है - सिस्टम का प्रतिरोध कम होने पर (शायद वॉल्यूम कंट्रोल डैम्पर खुलने से), मोटर की शक्ति बढ़ जाती है और मोटर के आकार के आधार पर, यह 'ओवरलोड' भी हो सकती है।
प्लग फैन
स्क्रॉल केसिंग में लगाए जाने के बजाय, विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ये सेंट्रीफ्यूगल इम्पेलर सीधे एयर-हैंडलिंग यूनिट की केसिंग (या किसी भी डक्ट या प्लेनम) में उपयोग किए जा सकते हैं, और इनकी प्रारंभिक लागत हाउसिंग वाले सेंट्रीफ्यूगल पंखों की तुलना में कम होने की संभावना है। इन्हें 'प्लेनम', 'प्लग' या केवल 'बिना हाउसिंग वाले' सेंट्रीफ्यूगल पंखे के रूप में जाना जाता है। ये स्थान की बचत तो करते हैं, लेकिन परिचालन दक्षता में कमी आती है (सर्वोत्तम दक्षता हाउसिंग वाले फॉरवर्ड कर्व्ड सेंट्रीफ्यूगल पंखों के समान होती है)। ये पंखे इनलेट कोन के माध्यम से हवा खींचते हैं (हाउसिंग वाले पंखे की तरह) और फिर इम्पेलर की 360° बाहरी परिधि के चारों ओर हवा को रेडियली बाहर निकालते हैं। ये आउटलेट कनेक्शन (प्लेनम से) में काफी लचीलापन प्रदान करते हैं, जिसका अर्थ है कि डक्टवर्क में आसन्न मोड़ों या तीव्र बदलावों की कम आवश्यकता हो सकती है, जो स्वयं सिस्टम के दबाव में कमी (और इसलिए, अतिरिक्त पंखे की शक्ति) को बढ़ाते हैं। प्लेनम से निकलने वाली नलिकाओं में बेल माउथ एंट्री का उपयोग करके समग्र सिस्टम दक्षता में सुधार किया जा सकता है। प्लग फैन का एक लाभ इसकी बेहतर ध्वनिक क्षमता है, जो मुख्य रूप से प्लेनम के भीतर ध्वनि अवशोषण और इम्पेलर से नलिका के मुख तक 'प्रत्यक्ष दृष्टि' पथों की अनुपस्थिति के कारण होती है। दक्षता प्लेनम के भीतर फैन की स्थिति और उसके आउटलेट के साथ उसके संबंध पर बहुत अधिक निर्भर करेगी - प्लेनम का उपयोग हवा में गतिज ऊर्जा को परिवर्तित करने और इस प्रकार स्थिर दाब को बढ़ाने के लिए किया जाता है। इम्पेलर के प्रकार के आधार पर प्रदर्शन और संचालन की स्थिरता में काफी अंतर आएगा - मिश्रित प्रवाह इम्पेलर (त्रिज्यीय और अक्षीय प्रवाह का संयोजन प्रदान करने वाले) का उपयोग सरल अपकेंद्री इम्पेलर3 का उपयोग करके बनाए गए मजबूत त्रिज्यीय वायु प्रवाह पैटर्न से उत्पन्न प्रवाह समस्याओं को दूर करने के लिए किया गया है।
छोटी इकाइयों के लिए, उनके कॉम्पैक्ट डिज़ाइन को अक्सर आसानी से नियंत्रित किए जा सकने वाले ईसी मोटर्स के उपयोग के माध्यम से पूरक किया जाता है।
अक्षीय पंखे
अक्षीय प्रवाह वाले पंखों में, हवा घूर्णन अक्ष के समानांतर पंखे से होकर गुजरती है (जैसा कि चित्र 6 में दिखाए गए साधारण ट्यूब अक्षीय पंखे में दर्शाया गया है) – वायुगतिक उत्प्लावन (विमान के पंख के समान) द्वारा दबाव उत्पन्न होता है। ये पंखे अपेक्षाकृत छोटे, कम लागत वाले और हल्के होते हैं, और विशेष रूप से अपेक्षाकृत कम दबाव के विरुद्ध हवा को प्रवाहित करने के लिए उपयुक्त होते हैं, इसलिए इनका उपयोग अक्सर निष्कर्षण प्रणालियों में किया जाता है जहाँ दबाव में गिरावट आपूर्ति प्रणालियों की तुलना में कम होती है – आपूर्ति में आमतौर पर वायु प्रबंधन इकाई के सभी वायु कंडीशनिंग घटकों की दबाव गिरावट शामिल होती है। जब हवा एक साधारण अक्षीय पंखे से बाहर निकलती है, तो इम्पेलर से गुजरते समय हवा पर लगने वाले घूर्णन के कारण वह घूमती हुई अवस्था में होती है – घुमाव को पुनः प्राप्त करने के लिए अनुप्रवाह गाइड वेन्स का उपयोग करके पंखे के प्रदर्शन में काफी सुधार किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाए गए वेन अक्षीय पंखे में है। एक अक्षीय पंखे की दक्षता ब्लेड के आकार, ब्लेड के सिरे और आसपास के आवरण के बीच की दूरी और घुमाव पुनर्प्राप्ति से प्रभावित होती है। पंखे के आउटपुट को कुशलतापूर्वक बदलने के लिए ब्लेड की पिच को बदला जा सकता है। अक्षीय पंखों के घूर्णन को उलट कर, वायु प्रवाह को भी उलटा जा सकता है - हालांकि पंखे को मुख्य दिशा में काम करने के लिए ही डिजाइन किया जाएगा।
चित्र 6: एक ट्यूब अक्षीय प्रवाह पंखा
अक्षीय पंखों के लिए विशिष्ट वक्र में एक स्टॉल क्षेत्र होता है जो उन्हें परिचालन स्थितियों की व्यापक रूप से भिन्न श्रेणी वाले सिस्टम के लिए अनुपयुक्त बना सकता है, हालांकि उनमें ओवरलोडिंग न होने की शक्ति विशेषता का लाभ होता है।
चित्र 7: एक वेन अक्षीय प्रवाह पंखा
वेन एक्सियल पंखे बैकवर्ड कर्व्ड सेंट्रीफ्यूगल पंखों जितने ही कुशल हो सकते हैं, और उचित दबाव (आमतौर पर लगभग 2kPa) पर उच्च प्रवाह उत्पन्न करने में सक्षम होते हैं, हालांकि इनसे अधिक शोर उत्पन्न होने की संभावना होती है।
मिश्रित प्रवाह पंखा, अक्षीय पंखे का ही एक विकसित रूप है और जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है, इसमें एक शंक्वाकार इम्पेलर होता है जहाँ हवा को विस्तार चैनलों के माध्यम से त्रिज्या के अनुसार खींचा जाता है और फिर अक्षीय रूप से सीधी करने वाले गाइड वैन के माध्यम से गुजारा जाता है। इस संयुक्त क्रिया से अन्य अक्षीय प्रवाह पंखों की तुलना में कहीं अधिक दबाव उत्पन्न किया जा सकता है। इसकी दक्षता और शोर का स्तर पश्चगामी वक्र अपकेंद्री पंखे के समान हो सकता है।
चित्र 8: मिश्रित प्रवाह वाला इनलाइन पंखा
पंखे की स्थापना
पंखे और हवा के लिए स्थानीय नलिकाबद्ध मार्गों के बीच संबंध के कारण एक प्रभावी पंखे का समाधान प्रदान करने के प्रयास गंभीर रूप से बाधित हो सकते हैं।
पोस्ट करने का समय: 7 जनवरी 2022