Высокообъемный низкоскоростной вентилятор ( HVLS ) — это тип механического вентилятора диаметром более 7 футов (2,1 м). [1] Вентиляторы HVLS обычно являются потолочными вентиляторами, хотя некоторые из них монтируются на столбах. Вентиляторы HVLS вращаются медленно и распределяют большие объемы воздуха при низкой скорости вращения — отсюда и название «высокий объем, низкая скорость».
Типичные области применения вентиляторов HVLS делятся на две категории — промышленные и коммерческие. В промышленных приложениях HVACR часто является дорогостоящим или непрактичным и обычно используется только для холодильных складов или производства охлажденных или замороженных продуктов. [2] Вентиляторы, установленные в таких помещениях, как склады , амбары , ангары и распределительные центры, могут предотвратить тепловой стресс, повысить комфорт работников и производительность как рабочих, так и скота. [3] Вентиляторы HVLS также используются в коммерческих помещениях, где кондиционирование воздуха более распространено, но усиленное движение воздуха от потолочных вентиляторов может экономически эффективно повысить комфорт для обитателей или предотвратить стратификацию. Типичные коммерческие области применения включают торговые центры , церкви , офисные здания , здания аэропортовых терминалов, фитнес-центры и школы .
В конце 1990-х годов Уильям Фэрбэнк, профессор Калифорнийского университета в Риверсайде, и Уолтер К. Бойд, основатель MacroAir Technologies, изобрели и запатентовали новый тип циркуляционного вентилятора, который сначала назывался вентилятором большого объема и диаметра (HVLD). [4] Этот тип вентилятора изначально был разработан для сельскохозяйственных целей, поэтому ранние исследования были сосредоточены на преимуществах вентиляторов HVLS для молочного производства. [5] [6] [7]
Вентиляторы HVLS работают по принципу, по которому прохладный движущийся воздух разрушает насыщенный влагой пограничный слой, окружающий тело, и ускоряет испарение, создавая охлаждающий эффект. Потолочные вентиляторы создают столб воздуха при вращении. Этот столб воздуха движется вниз и наружу вдоль пола. Называемая горизонтальной напольной струей, эта глубокая стена горизонтально движущегося воздуха соотносится с диаметром вентилятора и, в меньшей степени, со скоростью вентилятора. Как только напольная струя достигает своего потенциала, она мигрирует наружу, пока не встретится с боковой стеной или другой вертикальной поверхностью. [8]
В идеальных условиях вентилятор диаметром 8 футов (2,4 м) создает напольную струю воздуха глубиной около 36 дюймов (910 мм). Вентилятор диаметром 24 фута (7,3 м) создает напольную струю глубиной 108 дюймов (2700 мм), достаточно высокую, чтобы поглотить стоящего на полу человека или корову, что и было изначальной целью его разработки. [8]
Коммерческие вентиляторы HVLS отличаются от бытовых потолочных вентиляторов диаметром, скоростью вращения и производительностью. В то время как некоторые вентиляторы используют современные лопасти для перемещения воздуха, другие методы используются для повышения эффективности, например, использование аэродинамических профилей . [ необходима цитата ]
Вентиляторы большего диаметра могут перемещать больше воздуха, чем вентиляторы меньшего диаметра, на той же скорости. Турбулентная, высокоскоростная воздушная струя рассеивается очень быстро. Однако большой столб воздуха «проходит» дальше, чем маленький, из-за трения между движущимся воздухом и неподвижным воздухом, которое происходит на периферии движущегося столба. [8]
Периметр воздушного столба напрямую зависит от диаметра столба. В то время как площадь поперечного сечения зависит от квадрата диаметра, большой столб имеет пропорционально меньше периферий, и, следовательно, меньшее сопротивление . Воздушный столб из вентилятора диаметром 3 фута (0,91 м), таким образом, имеет более чем в шесть раз больше трения на единицу объема перемещаемого воздуха, чем воздушный столб из вентилятора диаметром 20 футов (6,1 м). [8]
Когда нисходящий столб воздуха от вентилятора HVLS достигает пола, воздух поворачивает в горизонтальном направлении от столба во всех направлениях. Воздух, текущий наружу, называется «горизонтальной струей пола». Поскольку высота струи пола определяется диаметром столба воздуха, вентилятор большего диаметра, естественно, создает больший столб воздуха и, следовательно, более высокую струю пола. [8]
Меньшие по размеру высокоскоростные вентиляторы эквивалентной производительности не способны создать тот же эффект.
Мощность привода вентилятора увеличивается примерно пропорционально кубу средней скорости воздуха через вентилятор. Коммерческий вентилятор, подающий воздух со скоростью 20 миль в час (миль в час), требует примерно в 64 раза больше мощности, чем вентилятор аналогичного размера, подающий воздух со скоростью пять миль в час. [8]
Скорость воздуха в сочетании с «эффективностью» вентилятора означает, что когда целью является охлаждение людей или животных, очень большие, низкоскоростные коммерческие вентиляторы более эффективны и действенны, чем небольшие высокоскоростные вентиляторы.
В целом, стандарт 230 Ассоциации по контролю и движению воздуха устанавливает единые процедуры испытаний для определения производительности потолочных вентиляторов.
AMCA 230 устанавливает единые методы лабораторных испытаний для вентиляторов с циркуляцией воздуха с целью определения производительности с точки зрения тяги для целей оценки, сертификации или гарантии. В версии 1999 года был описан метод определения тяги, разработанный и использовавший простое уравнение для преобразования измеренной тяги в воздушный поток. В процессе периодического обзора было установлено, что расчетный воздушный поток был слишком высоким; поэтому эта версия больше не рассчитывает искусственным образом воздушный поток, а оставляет измеренную производительность в единицах тяги.
Текущая версия AMCA 230–12 вновь ввела скорость воздушного потока с пересмотренным уравнением и новыми показателями эффективности. Официальная область применения стандарта была ограничена потолочными вентиляторами диаметром менее 6 футов (1,8 м). [9] Поэтому текущий стандарт не распространяется на вентиляторы HVLS. Новая версия стандарта в настоящее время находится на рассмотрении.
Движение воздуха может оказывать значительное влияние на тепловой комфорт человека. Охлаждение ветром в холодных условиях считается вредным, но движение воздуха в нейтральной или теплой среде считается полезным. Это связано с тем, что обычно в условиях с температурой воздуха выше примерно 74 °F (23,3 ° C) организму необходимо терять тепло, чтобы поддерживать постоянную внутреннюю температуру.
В отличие от кондиционеров, которые охлаждают помещения, вентиляторы охлаждают людей. Потолочные вентиляторы увеличивают скорость воздуха на уровне человека, что способствует более эффективному отводу тепла, охлаждая человека, а не пространство. [10] [11] [12] Повышенная скорость воздуха увеличивает скорость конвективной и испарительной потери тепла телом, таким образом, заставляя человека чувствовать себя прохладнее, не меняя при этом температуру воздуха по сухому термометру.
Горячий воздух менее плотный, чем холодный, что заставляет горячий воздух естественным образом подниматься к потолку посредством процесса, называемого конвекцией. В неподвижном воздухе образуются слои постоянной температуры, самые холодные внизу и самые теплые наверху. Это называется стратификацией. Самый эффективный и действенный способ смешивания воздуха в стратифицированном пространстве — это проталкивание горячего воздуха вниз к уровню людей. Это позволяет полностью смешивать воздух в пространстве, одновременно уменьшая как потери тепла через стены и крышу здания, так и потребление энергии зданием. Чтобы не создавать сквозняк, вентиляторы должны работать медленно, чтобы скорость воздуха на уровне людей не превышала 40 футов в минуту (12 м/мин). [13] [14]
