По горизонтальной оси: Q – производительность (количество воздуха, перекачиваемое вентилятором в единицу времени), измеряется куб метрами в час.
По вертикальной оси: Pv – полное давление. Полное давление вентилятора равно разности полных давлений потока за вентилятором и перед ним. Масштаб графиков - логарифмический.

На графике:
Pv – полное давление, Па;
Q – производительность, тыс. м3/час;
Nу – установочная мощность, кВт;
n – частота вращения рабочего колеса, об/мин;
η – КПД агрегата.

Реальные кривые полного давления вентилятора Pv(Q) при вращении его рабочего колеса (крыльчатки) при оборотах n=950 об/мин и n=1450 об/мин обозначены двумя жирными линиями. Здесь же приведена серия ниспадающих кривых, пересекающих кривые Pv(Q) (тонкие линии). Эти кривые иногда называют кривыми мощности (или кривыми равной мощности). На каждой такой кривой приведена мощность электродвигателя.

На самом деле, это кривые полного давления Pv’(Q), которое имел бы этот вентилятор, если бы он работал с переменной частотой вращения, но при постоянной мощности.
Слева от точки пересечения с реальной кривой Pv(Q) — с повышенной частотой вращения относительно номинала, а правее точки пересечения - с пониженной частотой.

Из всего выше сказанного следует понимать, что в левой части, до пересечения мнимой кривой (тонкой линии) с реальной (жирной линии) электродвигатель вентилятора работает с запасом по мощности, а в правой части после пересечения – электродвигатель перегружен, и при длительной работе может выйти из строя.

Пример характеристики вентилятора при комплектации электродвигателем

Рассмотрим такой пример. Если взять вентилятор ВЦ 14-46 №4 , укомплектовать его электродвигателем 4кВт 1500 об/мин и включить такой вентилятор с открытым входом – то в таком случае рабочая точка вентилятора сместиться в крайнее правое положение на кривой полного давления Pv(Q) для n=1450 об/мин (при этом Q > 10 тыс. куб м и Рv=1400 Па) (точка А на графике). Но чтобы перекачать такое количество воздуха и с таким давлением нужна установочная мощность электродвигателя не менее 7,5 кВт, а лучше и 11 кВт (см. графики). Поэтому в таком режиме электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин будет работать с большой перегрузкой и наверняка очень скоро перегреется и выйдет из строя (если у него нет соответствующей защиты).

И что же делать?

Надо закрывать (т.е. шиберовать) вход вентилятора. По идее, первый запуск вентилятора должен происходить при закрытом шибере на входе вентилятора (т.е. на «холостом» ходу).

«Холостой» ход для вентилятора — это работа вентилятора при закрытом входе (рабочая точка на реальной кривой полного давления вентилятора смещена влево).

После пуска агрегата шибер открываются одновременно с измерением тока потребления электродвигателя (рабочая точка по кривой смещается вправо). Постепенно открытием шибера значение тока потребления электродвигателя доводится до номинального* и при этом шибер фиксируется (точка В на графике). Дальнейшее открытие шибера будет смещать рабочую точку вентилятора вправо (к точке А ), а это в нашем случае будет вводить электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин в режим перегрузки.

* — Номинальный ток электродвигателя указан на шильдике электродвигателя.

Вентиляторы – устройства, предназначенные для создания воздушного (в общем случае, газового) потока. Основная задача, которую решают с применением этих устройств в оборудовании для вентиляции, кондиционирования и воздухоподготовки – создание в системе воздуховодов условий для перемещения воздушных масс от точек забора до точек выброса или потребителей.

Для эффективной работы оборудования воздушный поток, создаваемый вентилятором должен преодолеть сопротивление системы воздуховодов, обусловленное поворотами магистралей, изменением их сечения, появлением турбулентностей и прочими факторами.

В результате имеет место перепад давления, который является одним из важнейших характеристических показателей, влияющих на выбор вентилятора (кроме него основную роль играют производительность, мощность, уровень шума и т.д.). Зависят эти характеристики, прежде всего, от конструкции устройств и используемых принципов работы.

Все множество конструкций вентиляторов разделяют на несколько основных типов:

• Радиальные (центробежные);
• Осевые (аксиальные);
• Диаметральные (тангенциальные);
• Диагональные;
• Компактные (кулеры)

Центробежные (радиальные) вентиляторы

В устройствах этого типа происходит всасывание воздуха по оси рабочего колеса и выброс его под действием центробежных сил, развиваемых в зоне его лопастей, в радиальном направлении. Использование центробежных сил позволят использовать такие устройства в случаях, когда требуется высокое давление.

Характеристики радиальных вентиляторов в значительной мере зависят от конструкции рабочего колеса и формы лопастей (лопаток).

По этому признаку крыльчатки радиальных вентиляторов разделяют на устройства с лопатками:

• загнутыми назад;
• прямыми, в том числе, отклоненными;
• загнутыми вперед.

На рисунке упрощенно показаны типы крыльчаток (рабочее направление вращения колес обозначено стрелками).

Рабочие колеса с загнутыми назад лопастями

Для такой крыльчатки (B на рисунке) характерна значительная зависимость производительности от давления. Соответственно, радиальные вентиляторы такого типа оказываются эффективны при работе на восходящей (левой) ветви характеристики. При их использовании в таком режиме достигается уровень эффективности до 80%. При этом геометрия лопаток позволяет добиться низкого уровня рабочего шума.

Основной недостаток таких устройств – налипание находящихся в воздухе частиц на поверхности лопастей. Поэтому такие вентиляторы не рекомендуется применять для загрязненных сред.

Рабочие колеса с прямыми лопатками

В таких крыльчатках (форма R на рисунке) устранена опасность загрязнения поверхности содержащимися в воздухе примесями. Такие устройства демонстрируют эффективность до 55% . При использовании прямых отклоненных назад лопастей характеристики приближаются к показателям устройств с загнутыми назад лопатками (достигается эффективность до 70%).

Крыльчатки с загнутыми вперед лопастями

Для вентиляторов, использующих такую конструкцию (F на рисунке) влияние изменения давления на воздушный поток незначительно.

В отличие от крыльчаток с загнутыми назад лопастями наибольшая эффективность таких рабочих колес достигается при работе на правой (нисходящей) ветви характеристики, при этом ее уровень составляет до 60%. Соответственно, при прочих равных, вентилятор с крыльчаткой типа F выигрывает у устройств, снабженных крыльчаткой, по размерам рабочего колеса и общим габаритным показателям.

Осевые (аксиальные) вентиляторы

Для таких устройств и входной и выходной воздушный потоки направлены параллельно оси вращения крыльчатки вентилятора.

Главным недостатком таких устройств является низкая эффективность при использовании варианта установки со свободным вращением.

Значительное повышение эффективности достигается при заключении вентилятора в цилиндрический корпус. Существуют и другие методы улучшения характеристик, например, размещение непосредственно за рабочим колесом направляющих лопастей. Такие меры позволяют добиться эффективности аксиальных вентиляторов в 75% без использования направляющих лопастей и даже 85% при их установке.

Диагональные вентиляторы

При осевом воздушном потоке невозможно создать значительный уровень эквивалентного давления. Добиться увеличения статического давления позволяет использование для создания воздушного потока дополнительных сил, например, центробежных, которые действуют в радиальных вентиляторах.

Диагональные вентиляторы являются своеобразным гибридом аксиальных и радиальных устройств. В них всасывание воздуха осуществляется в направлении, совпадающем с осью вращения. За счет конструкции и расположения лопастей рабочего колеса достигается отклонение воздушного потока на 45 градусов.

Таким образом, в движении воздушных масс появляется радиальная составляющая скорости. Это позволяет добиться увеличения давления за счет действия центробежных сил. Эффективность диагональных устройств может составлять до 80%.

Диаметральные вентиляторы

В устройствах этого типа поток воздуха всегда направлен по касательной к рабочему колесу.

Это позволяет добиться значительной производительности даже при малых диаметрах крыльчатки. Благодаря таким особенностям диаметральные устройства получили распространение в компактных установках, таких как воздушные завесы.

Эффективность вентиляторов, использующих этот принцип действия, достигает уровня в 65%.

Аэродинамическая характеристика вентилятора

Аэродинамическая характеристика отражает зависимость расхода (производительности) вентилятора от давления.

На ней находится рабочая точка, показывающая актуальный расход при определенном уровне давления в систем.

Характеристика сети

Сеть воздуховодов при различных значениях расхода оказывает различное сопротивление движению воздуха. Именно это сопротивление определяет давление в системе. Отображается эта зависимость характеристикой сети.

При построении аэродинамической характеристики вентилятора и характеристики сети в единой систем координат рабочая точка вентилятора находится на их пересечении.

Расчет характеристики сети

Для построения характеристик сети используется зависимость

В этой формуле:

• dP – давление вентилятора, Па;
• q – расход воздуха, куб.м/ч или л/мин;
• k – постоянный коэффициент.

Характеристика сети строится следующим образом.

1. На аэродинамическую характеристику наносится первая точка, соответствующая рабочей точке вентилятора. К примеру, работает при давлении 250 Па, создавая воздушный поток 5000 куб.м/ч. (точка 1 на рисунке).
2. По формуле определяется коэффициент kk = dP/q2Для рассматриваемого примера его величина составит 0.00001.
3. Произвольно выбираются несколько отклонений давления, для которых пересчитывается расход.К примеру, при отклонения давления -100 Па (результирующая величина 150 Па) и +100 Па (значение 350 Па), рассчитанный по формуле расход воздуха составит 3162 и 516 куб.м/ч соответственно.

Полученные точки наносятся на график (2 и 3 на рисунке) и соединяются плавной кривой.

Каждому значению сопротивления сети воздуховодов соответствует собственная характеристика сети. Строятся они аналогичным образом.

В результате, при сохранении скорости вращения вентилятора, рабочая точка смещается по аэродинамической характеристике. При увеличении сопротивления рабочая точка из положения 1 смещается в положение 2, что вызывает снижение расхода воздуха. Наоборот, при уменьшении сопротивления (переход в точку 3 а линии С) расход воздуха увеличится.

Таким образом, отклонение реального сопротивления системы воздуховодов от расчетного приводит к несоответствию величины воздушного потока проектным значениям, что может отрицательно сказаться на эксплуатационных показателях системы в целом. Главная опасность такого отклонения заключается в невозможности для вентиляционных систем эффективно выполнять возложенные на них задачи.

Компенсировать отклонение расхода воздуха от расчетного можно за счет изменения скорости вращения вентилятора. При этом получается новая рабочая точка, лежащая на пересечении характеристики сети и той аэродинамической характеристики из семейства, которая соответствует новой скорости вращения.

Соответственно, при повышении или уменьшении сопротивления потребуется отрегулировать скорость вращения таким образом, чтобы рабочая точка переместилась в положение 4 или 5 соответственно.

В этом случае наблюдается отклонение давления от расчетной характеристики сети (величина изменений отображена на рисунке).

На практике появления таких отклонений говорит о том, что режим работы вентилятора отличается от того, который был рассчитан из соображений максимальной эффективности. Т.е. регулирование скорости как в сторону увеличения, так и в сторону снижения ведет к потере эффективности работы вентилятора и системы в целом.

Зависимость эффективности вентиляторов от характеристик сети

Для упрощения выбора вентилятора на его аэродинамических характеристиках строят несколько характеристик сети. Чаще всего используются 10 линий, номера которых удовлетворяют условию

L = (dPd / dP)1/2

• L – номер характеристики сети;
• dPd – динамическое давление, Па;
• dP – величина общего давления.

На практике это означает, что в рабочей точке на каждой из построенных линий воздушный поток вентилятора составляет соответствующую величину от максимальной. Для линии 5 – это 50%, для линии 10 – 100% (вентилятор свободно дует).

При этом эффективность вентилятора, которая определяется соотношением

• dP – общее давление, Па;
• q – расход воздуха, куб.м/ч;
• P – мощность, Вт

может оставаться неизменной.

В этом отношении интерес представляет сравнение эффективности радиальных вентиляторов с загнутыми назад и вперед лопастями рабочего колеса. Для первых максимальное значение этого показателя нередко оказывается выше, чем для вторых. Однако, такое соотношение сохраняется только при работе в области характеристик сети, соответствующим меньшему расходу при заданном значении давления.

Как видно из рисунка, при высоких уровнях расхода воздуха для получения равной эффективности вентиляторам с загнутыми назад лопатками потребуются больший диаметр рабочего колеса.

Аэродинамические потери в сети и правила монтажа вентиляторов

Технические характеристики вентиляторов соответствуют указанным производителем в технической документации в том случае, если выполняются требования по их установке.

Основным из них является монтаж вентилятора на прямом участке воздуховода, причем его длина должна составлять не менее одного и трех диаметров вентилятора со стороны всасывания и нагнетания соответственно.

Нарушение этого правила ведет к увеличению динамических потерь, и, как следствие, к росту перепада давления. При увеличении такого перепада расход воздуха может значительно уменьшится, по сравнению с расчетными значениями.

На уровень динамических потерь, производительность и эффективность влияет множество факторов. Соответственно, при установке вентиляторов необходимо выполнять и другие требования.

Со стороны всасывания:

• вентилятор устанавливают на расстоянии не менее 0.75 диаметра до ближайшей стены;
• сечение входного воздуховода не должно отличаться от диаметра входного отверстия более чем на +12 и -8%;
• длина воздуховода со стороны забора воздуха должна быть больше 1.0 диаметра вентилятора;
• наличие препятствий для прохождения воздушного потока (демпферов, ответвлений и др.) недопустимо.

Со стороны нагнетания:

• изменение поперечного сечения воздуховода не должно превышать 15% и 7% в сторону уменьшения и увеличения соответственно;
• длина прямолинейного участка трубопровода на выходе должна составлять не менее 3-х диаметров вентилятора;
• для уменьшения сопротивления не рекомендуется использовать отводы под углом 90 градусов (при необходимости поворота магистрали их следует получить из двух отводов по 45 градусов).

Требования к удельной мощности вентиляторов

Высокие показатели энергоэффективности – одно из главных требований, которое применяется в европейских странах ко всему оборудованию, в том числе, и к системам вентиляции зданий. В соответствии с этим Шведским институтом внутреннего климата (Svenska Inneklimatinsitutet) была разработана концепция интегральной оценки эффективности для вентиляционного оборудования, основанная на так называемой удельной мощности вентиляторов.

Powered by SEO CMS ver.: 37.3 TOP 2 (opencartadmin.com)

Механические устройства, служащие для перемещения воздуха по воздуховодам, или непосредственной подачи либо забора воздуха из помещения. Перемещение воздуха происходит из-за создания перепада давления между входом и выходом вентилятора.

Классификации вентиляторов

Вентиляторы классифицируются по многим параметрам, таким как:

а) конструкция и принцип действия: могут быть осевыми, радиальными и диаметральными

б) в зависимости от величины полного давления: могут быть низкого (до 1 кПа), среднего (до 3 кПа) и высокого давления (до 12 кПа)

в) в зависимости от направления вращения рабочего колеса: могут быть правого и левого вращения

г) в зависимости от состава перемещаемой среды: обычные, термостойкие, взрывобезопасные, пылевые и т.д.

д) по месту установки: обычные, устанавливаемые на специальной опоре (раме,фундамент и т.д.); канальные, устанавливаемые непосредственно в воздуховоде; крышные, размещаемые на кровле.

Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры:

• расход воздуха, м 3 /ч;
• полное давление. Па;
• частота вращения, об/мин;
• потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, кВт;
• КПД - коэффициент полезного действия вентилятора, учитывающий, механические потери мощности на различные виды трения в рабочих органах вентилятора., объемные потери. результате утечек через уплотнение и аэродинамические потери в проточной части вентилятора;
• уровень звукового давления, дБ.

Самые популярные типы вентиляторов

Самые популярные и спрашиваемые на рынке типы (по различным классификациям) - следующие:

• Осевые
• Потолочные
• Центробежные
• Канальные
• Вытяжные
• Взрывозащищенные
• Бытовые
• Промышленные
• Крышные
• Вентиляторы дымоудаления
• Приточные
• Тангенциальные
• Оконные (настенные)

Промышленные вентиляторы применяются в системах вентиляции квартир, офисов, коттеджей, производств и т.п., то есть, там, где необходимо подавать в помещение или удалять из помещения достаточно большие объемы воздуха. Производительность промышленных вентиляторов может достигать 75 000 м3/час. Промышленные вентиляторы изготавливаются из металла. Но есть в некоторых моделях и исключения, например, в вентиляторах для агрессивных сред.

Бытовые вентиляторы предназначены обеспечения вытяжки или притока воздуха в помещениях небольшого объема, таких как, ванная комната, санузел, котельная, бытовка, подвал, подсобные помещения и т.п. Вентиляторы могут быть оснащены системой автоматики, которая в зависимости от исполнения может включать их по сигналу от таймера, гигростата, датчика движения и т.д. Как правило, все бытовые вентиляторы изготавливаются из пластика. Бытовые вентиляторы также подразделяются по видам исполнения на центробежные, осевые, оконные, вентиляторы для усиления каминной тяги и т.д.

Потолочные вентиляторы – это осевые вентиляторы с широкими лопастями. Они подвешиваются к потолку и предназначены перемешивания воздуха в помещениях, таких как, торговые центры, павильоны, крытые спортивные площадки и стадионы, ангары, офисы, квартиры и т.п.

Осевые вентиляторы

Вентиляторы осевые предназначены для перемещения воздуха в системах вентиляции зданий. Они могут использоваться как для непосредственной установки в канал воздуховода, так и для настенной установки.

Вентиляторы осевые имеют простую конструкцию: корпус, в котором помещается осевое рабочее колесо с лопатками, и двигатель, обеспечивающий вращение. Эти вентиляторы легко регулировать и обеспечивать большую производительность посредством направления поворота лопаток.

Вентиляторы осевые обладают рядом преимуществ: небольшая площадь для монтажа, возможность управления вращением, малая мощность потребления энергии. Вентилятор осевой канальный применяется для приточной и вытяжной вентиляции в производственных, сельскохозяйственных и административных помещениях.

Вентилятор осевой канальный может эксплуатироваться при температуре от +40°C до -40°C. Он создает направленные воздушные потоки вдоль оси вращения, обеспечивая принудительную циркуляцию воздуха. Вентиляторы осевые гарантируют быструю очистку окружающей атмосферы от разнообразных примесей.

Также, вентиляторы осевые , перемещая объёмы воздуха из внешнего пространства во внутренние помещения способны выполнять функцию кондиционирования.

Канальный вентилятор

Канальный вентилятор широко применяется в офисных помещениях, на предприятиях общественного питания, на производствах и в иных зданиях, где необходима недорогая и эффективная вентиляция.

Канальный вентилятор предназначен для непосредственной установки в прямоугольный канал систем кондиционирования воздуха и вентиляции промышленных и общественных зданий. Канальный вентилятор может использоваться для перемещения воздуха без твердых, волокнистых и абразивных материалов, а также других невзрывоопасных газовых смесей.

Допустимая температура перемещаемого воздуха от -30°С до +40°С. Канальный вентилятор может быть прямоугольным, квадратным и круглым. Вентилятор канальный круглый - элемент оборудования для вентиляции приточно-вытяжной системы, он позволяет обеспечить стабильное, контролируемое снабжение чистым воздухом промышленных и общественных зданий.

Вентилятор канальный круглый может использоваться в любых системах вентиляции круглого сечения. Канальный вентилятор легко монтируется - устанавливается в систему воздуховодов при помощи гибких креплений или непосредственно в тело воздуховодов.

Центробежный вентилятор

Радиальный (центробежный) вентилятор состоит из вращающегося ротора, который состоит из лопастей особой спиральной формы. Через входное отверстие ротора воздух засасывается внутрь, где приобретает вращательное движение. Спиральные лопасти и возникшая центробежная сила направляют воздушный поток в выходное отверстие спирального кожуха. При этом поток воздуха входит по оси вращения ротора, а выходит в радиальной плоскости. Радиальные вентиляторы , если сравнивать их с осевыми вентиляторами , создают поток воздуха с большим давлением, так как перемещаемым воздушным массам передается дополнительная энергия при переходе от радиуса входа к радиусу выхода. Поэтому такие чаще всего используют при создании вентиляционных систем.

В соответствии с ГОСТ радиальные вентиляторы по создаваемому ими давлению делятся на вентиляторы низкого, среднего и высокого давления. Радиальные вентиляторы низкого давления (до 1000 Па) способны развивать скорость вращения не выше 50 м/с, при этом рабочие колеса вентилятора имеют лопасти с большой рабочей поверхностью. Такие вентиляторы комплектуются лопастями загнутыми назад. Если же в вентиляторе применяются широкие колеса, то профильные лопасти применяют с чуть наклонным или плоским передним диском. Радиальные вентиляторы среднего давления (до 3000 Па) развивают максимальную окружную скорость не выше 80 м/с. Лопасти вентиляторов среднего давления могут быть загнуты по направлению движения рабочего колеса или против направления движения рабочего колеса. Радиальные вентиляторы высокого давления могут создавать давление нагнетаемого воздуха свыше 3000 Па. На давление более 10000 Па создают вентиляторы с узкими рабочими колесами (напоминают компрессорные) и малой быстроходностью. Скорость вращения таких вентиляторов может достигать и 200 м/с.

По скорости вращения вентиляторы делятся на большой, средней и малой скорости вращения. Вентиляторы с большой скоростью вращения обладают широкими рабочими колесами с небольшим количеством загнутых назад лопастей. Вентиляторы со средней скоростью вращения могут быть, как оснащены колесом барабанного типа с загнутыми вперед лопастями и большим диаметром входного отверстия, так и рабочими колесами меньшей ширины с загнутыми назад лопатками. Вентиляторы с малой скоростью вращения характеризуются небольшими диаметрами входного отверстия, узкими рабочими колесами с загнутыми или вперед, или назад лопастями, а также на небольшую ширину раскрытым спиральным корпусом.

В вентиляционных системах с разветвленной сетью воздуховодов, системах воздушного отопления и кондиционирования целесообразнее использовать радиальные (центробежные) вентиляторы . Это связано с тем, что радиальные вентиляторы обеспечивают минимальные потери производительности и высокое качество вентиляции. Например, радиальные вентиляторы применяют в системах дымоудаления, для подачи воздуха в сушильное или фильтровальное оборудование. Радиальные (центробежные) вентиляторы также применяются также в кухонных бытовых вытяжных установках.

About High Performance Factor of Fans and Efficiency of Ventilation Systems

V. G. Karadzhi, Candidate of Engineering, Consultant on Scientific Research for LLC “INNOVENT”
Yu. G. Moskovko, Candidate of Engineering, Consultant on Scientific Research for LLC “INNOVENT”

Keywords : maximum fan performance factor, fan performance factor in working mode, ventilation system, ventilation system efficiency

The article discusses the main factors that affect the aerodynamic efficiency of a ventilation system.

Описание:

В статье рассмотрены основные факторы, влияющие на аэродинамическую эффективность вентиляционной системы.

О высоком КПД вентиляторов и эффективности вентиляционных систем

Ю. Г. Московко , канд. техн. наук, советник по научным разработкам ООО «ИННОВЕНТ», otvet@сайт

В настоящее время большое внимание уделяется энергоэффективности процессов, оборудования и т.д., не составляют исключение и вентиляционные системы. Если систему рассматривать только с точки зрения аэродинамики (то есть не учитывать подвод или отвод теплоты), то аэродинамически эффективной мы называем систему, которая для перемещения необходимого расхода воздуха потребляет минимальную мощность. При этом следует понимать, что речь идет о некой вентиляционной системе, которая по своей конфигурации может быть далеко не оптимальной.

Данная статья представлена в форме скрытого диалога как ответ авторов на ряд дискуссионных вопросов, связанных с эффективностью вентиляционных систем.

Как определить эффективность вентиляционной системы? Мы предложили свой вариант, который был изложен в статье . В дальнейшем на эту тему на 44-м конгрессе KGH-2013 в Белграде был сделан доклад (ISSN 0350–1426), а по предложению Российского секретариата ИСО в Комитете ISO TK 117 (Fans) была открыта работа.

Какие основные факторы влияют на аэродинамическую эффективность вентиляционной системы?

В равной мере для эффективности вентиляционной системы важны и коэффициент полезного действия вентилятора (КПД) на рабочем режиме, и аэродинамические потери в вентиляционной системе. Что мы имеем в виду? Например, для подачи 100000 м 3 /ч (27,8 м 3 /с) свежего воздуха в первоначальном проекте суммарные потери в вентиляционной системе (включая потери в приточной установке) составляли 1500 Па, а после ее оптимизации – 1000 Па. Если принять, что вентиляторы в обоих случаях подобраны должным образом и на рабочем режиме они имеют довольно высокий КПД, равный 80%, то потребляемая мощность вентиляторов будет равна 52 и 35 кВт. То есть выигрыш в оптимизации потерь в вентиляционной системе довольно значителен. Однако если во втором случае вентилятор подобран неоптимально, например его КПД на рабочем режиме только 54%, то он будет потреблять те же 52 кВт, то есть ожидаемого эффекта от оптимизации вентиляционной системы не будет.

КПД вентилятора

Рассмотрим более подробно первую составляющую эффективности вентиляционной системы, а именно КПД вентилятора. Возникает вполне резонный вопрос: нужно ли гнаться за высоким максимальным КПД вентилятора? Однозначно утверждаем, что да, хотя и с некоторыми оговорками, о которых речь пойдет далее.

Сразу же необходимо пояснить: существуют два коэффициента полезного действия – по полным и статическим параметрам. Физический смысл и различие этих двух коэффициентов, как нам кажется, достаточно хорошо описаны в нашей книге . В дальнейшем мы говорим о полном КПД вентилятора, если речь идет о сети на всасывании и нагнетании вентилятора, и о статическом КПД, если сеть расположена только на всасывании.

Существует ряд национальных и международных стандартов, которые так или иначе устанавливают градации эффективности различных типов вентиляторов. Например, в международном стандарте ISO 12759:2010 «Вентиляторы. Классификация по эффективности» введена классификация эффективности вентиляторов с различными приводами. В ЕС действует Директива Европейского парламента и Совета 2009/125/ЕС, в которой прописаны требования к экологическому проектированию продукции, связанной с энергопотреблением, и Регламент комиссии (ЕС) № 327/2011 по ее применению. Россия не осталась в стороне от этого процесса. С июля этого года начал действовать ГОСТ 31961–2012 «Вентиляторы промышленные. Показатели энергоэффективности», разработанный в техническом комитете ТК061 «Вентиляторы и кондиционеры». В стандарте введены три класса эффективности вентиляторов без учета потерь в электродвигателях и т.д, то есть «чисто» вентилятора. На этот год в плане ТК061 стоит разработка российского стандарта, в котором уже будут учитываться потери в приводах (электродвигатели, ременные передачи, частотные приводы и т.д.).

Еще раз повторим, что крайне важно использовать вентиляторы с высоким максимальным КПД. На сегодняшний день максимальный КПД лучших общепромышленных вентиляторов достигает 85–88%, и очевидно, что это уже потолок, так как даже незначительное его увеличение сопряжено с увеличением стоимости вентилятора. Здесь стоит сделать оговорку: в ряде случаев высокий полный КПД получен за счет большой доли динамического давления на выходе вентилятора (большой скорости потока на выходе)! Как правило, наиболее высокий максимальный КПД имеют вентиляторы остро настроенные на определенный узкий диапазон работы. Но для построения энергоэффективной вентсистемы важно, чтобы вентилятор на расчетном режиме имел высокий КПД, в идеале близкий к максимальному значению. В российском стандарте ГОСТ 10616–90 «Вентиляторы радиальные и осевые. Размеры и параметры» на это прямо указано: рабочий диапазон вентилятора должен быть ограничен областью, в которой КПД вентилятора не ниже 0,9 от его максимального значения. Насколько нам известно, мало кто сейчас подбирает рабочий режим вентилятора, учитывая это требование. Можно попасть в ситуацию, схематично изображенную на рис. 1. Здесь вентилятор 1 с максимальным КПД η max1 = 0,86 в вентиляционной системе будет работать менее эффективно (рабочий режим – точка А), чем вентилятор 2 с меньшим максимальным КПД η max2 = 0,76, но работающий в оптимальном диапазоне (рабочий режим – точка Б). То есть высокий максимальный КПД вентилятора – это не самоцель. Можно провести более понятную аналогию. Представьте себе, вы купили дорогой спортивный автомобиль, а ездите по горным дорогам на первой или второй передаче, так как нет прямых участков для скоростной езды! Понятно, что речь об эффективном использовании автомобиля не идет, так как он эксплуатируется далеко не в оптимальном режиме.

Последняя международная выставка «Мир Климата – 2014» показала, что некоторые западные и отечественные производители плохо представляют себе, как определенные конструктивные элементы вентилятора влияют на его КПД. Мы имеем в виду форму лопаток, радиальные и осевые зазоры между лопатками, коллектором и корпусом и т.д. Впечатления о посещении выставки мы отразили в , и нет необходимости здесь их повторять. Основной посыл статьи: показать, на что необходимо в первую очередь обращать внимание , чтобы по внешнему виду вентилятора определить, насколько он будет эффективен в работе. Покажем очень кратко, что бросилось в глаза: огромные радиальные зазоры, упрощенные втулки и лопатки осевых вентиляторов (рис. 2), упрощенные коллекторы, огромные осевые зазоры между коллекторами и колесами (рис. 3) и самое впечатляющее – несоответствие радиального корпуса направлению вращения рабочих колес (рис. 4). И это все – «лучшие» образцы, специально подготовленные к выставке!

Аэродинамически эффективный вентилятор не может быть дешевым, так как для его изготовления необходимо использовать специальное оборудование, качественные комплектующие, а при сборке должны выдерживаться все необходимые элементы технологии, проводить работы должен квалифицированный персонал и т.д. Удешевление стоимости вентилятора за счет упрощения конструкции, технологии, использования неквалифицированного персонала и т.д. неизбежно приводит к ухудшению аэродинамических характеристик и КПД вентиляторов. В конечном итоге, покупая дешевый вентилятор, можно гарантированно получить шлейф проблем: невозможность вывести систему на требуемые режимы, перерасход энергии и т.д. Другими словами, «скупой платит дважды». Это не всегда значит, что чем дороже вентилятор, тем он лучше, но совсем дешевый вентилятор хорошим не бывает.

Как быть проектировщику, который отвечает за свое проектное решение?
Проектировщик подбирает вентиляторы по каталогам, не видя самих вентиляторов, руководствуясь своей практикой, советами коллег, форумом, наконец. При этом если производитель привел в каталоге реальные параметры вентилятора, то можно сказать, что проектировщику (или монтажнику) повезло. Но если параметры позаимствованы из каталога «уважаемого» производителя, который делает «качественный» вентилятор, то это прямой обман со всеми вытекающими последствиями.

Как быть монтажнику?
Монтажники могут заменить оборудование, в том числе и вентиляторы, на более дешевые, так как при этом имеют прямую выгоду. При этом если система не выходит на нужный режим, то всегда можно сослаться на «плохой» проект. Насколько нам известно, редко дело доходит до того, что для решения спора вентилятор испытывается в аэродинамической лаборатории.

К сожалению, в России отсутствует независимый орган (лаборатория), который мог бы дать квалифицированную техническую оценку тому, что есть на вентиляционном рынке. Исключение, насколько нам известно, составляет независимая лаборатория АПИК, которая верифицирует небольшие воздушно-тепловые завесы. По вентиляторам, приточным установкам, кондиционерам ничего подобного нет. Над созданием лаборатории сейчас работают в комитете ТК061.

Здесь хотелось бы сделать замечание. Представьте себе: вы спроектировали вентиляционную систему, заложили вентилятор известного производителя с высоким максимальным КПД, монтажники все реализовали на объекте в металле без отступлений от проекта, но при наладке оказалось, что вентилятор не выходит на заданный расход. В чем проблема? С большой долей вероятности – в соединении вентилятора с сетью (в западной технической литературе – System Factor). Другими словами, элементы вентиляционной сети, расположенные перед вентилятором, могут ухудшать его аэродинамические характеристики. Равно как и вентилятор может увеличивать аэродинамические потери в элементах сети, расположенных непосредственно на его выходе. Но это уже совершенно другая тема.

Завершая тему вентиляторов с высоким КПД, следует сказать, что существует расхожее мнение, что проблему малого КПД вентилятора на расчетном режиме (или же неоптимального выбора вентилятора) может решить частотный преобразователь. Оно ошибочно. Частотный преобразователь изменяет частоту вращения колеса, и соответственно давление и потребляемую мощность, но не изменяет его КПД (если не меняются характеристики самой вентсистемы). Например, при уменьшении частоты вращения потребляемая вентилятором мощность уменьшается пропорционально кубу уменьшения частоты вращения. То есть имеет место прямая выгода. Но при этом КПД вентилятора остается неизменным, и если вентилятор изначально плохо подобран, то он и будет продолжать работать с низким КПД при всех частотах вращения. К слову сказать, при частотном регулировании существует ряд проблем, на которые пока не обращают внимания. Общий КПД привода (электродвигатель плюс частотный привод) сильно зависит от частоты вращения, загрузки электродвигателя и частотного преобразователя. В ряде случаев, несмотря на высокий исходный КПД вентилятора, общий КПД системы может уменьшиться на 20–30%. Кроме этого, при малых частотах вращения ухудшаются условия охлаждения электродвигателя при увеличивающихся внутренних тепловыделениях электродвигателя.

Аэродинамические потери в вентиляционной системе

О второй стороне проблемы, а именно об аэродинамических потерях вентиляционной системы или о том, как построена сама система. Для вентиляционной системы основным параметром является расход воздуха, а необходимое давление вентилятора – производной величиной, которая зависит от множества параметров: скорости воздуха в воздуховодах, конфигурации воздуховодов и т.д. Таким образом, чтобы увеличить эффективность вентиляционной системы, необходимо не только использовать вентилятор с высоким КПД на рабочем режиме, но и оптимизировать аэродинамические потери в самой системе. Говоря об аэродинамической оптимизации вентсистемы, мы подразумеваем, что это не только уменьшение потерь трения в воздуховодах, потерь в сетевых элементах и т.д., но и рациональное построение самой вентиляционной системы. Возвратимся к более понятной аналогии с автомобилем. Для минимизации затрат топлива при перевозке большого груза по маршруту с заездами в ряд удаленных от магистрали населенных пунктов маршрут должен быть соответствующим образом оптимизирован. Например, можно пустить по маршруту две менее грузоподъемные машины (разбиение вентсистемы на две), можно пустить одну большую машину, а для заезда в удаленные населенные пункты использовать менее грузоподъемные машины (использование вентиляторов-доводчиков) и т.д. Оптимизация вентиляционных сетей – довольно обширная тема, и мы предлагаем рассказать о ней в следующем номере журнала.

Литература

1. Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Об оценке аэродинамической эффективности вентиляционных систем // АВОК. 2008. № 7.
2. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников . М. : АВОК-ПРЕСС, 2010.
3. Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Картинки с выставки // Мир климата. 2014. № 84.