В давнем споре об основе для подбора вентиляторов, эта статья занимает позицию — «по полному давлению». Автор рассматривает некоторые примеры «ложной логики», которой придерживаются специалисты при проектировании системы вентиляции, а также, приводит аргументы в поддержку своих доводов.

Авторы Alex London, Юлия Захаренко-Березянская: перевод, Георгий Марховский, компания Novenco: техническое редактирование

Правильный выбор вентилятора для системы вентиляции должен основываться на правильной методике.

Это — простое, но важное условие. Однако в настоящий момент в специализированных изданиях, а также научной литературе приводится множество противоречивых методов подбора. Но, несмотря на множество методов, законы аэродинамики расставляют вещи по своим местам, недопуская противоречий.

Графическое изображение аэродинамических составляющих в вентиляционной системе

Графики на рис. 1 и 1a показывают взаимоотношение всех давлений, существующих в работающей системе, где:

F t — полное давление вентилятора — полное сопротивление системы;

F VP 0 — динамическое давление на выходе из вентилятора;

F VPi — динамическое давление на входе в вентилятор;

F s — статическое давление вентилятора;

SP s — полное статическое давление системы;

TP i and TP 0 — полное давление на входе и выходе из системы в точке

SP i и SP 0 — статическое давление на входе и выходе системы в некой точке;

V P i and V P 0 — динамическое давление на входе и выходе системы в некой точке.

Путаница

В технической литературе некоторое замешательство вызывает применение статического давления. Разница в терминологии и природе SP s и F s четко изображена на графиках рис. 1 и 1a .

Полное статическое давление системы есть разница статических давлений на входе и на выходе, или SP s = SP 0 - SP i .

Полное статическое давление вентилятора есть разница его полного и динамического давлений, или F s = F t - F VP 0 .

Так как статическое давление ни системы ( SP s ), ни вентилятора ( F s ) не показывает то количество энергии, которую должен передать системе правильно подобранный вентилятор, они не в коем разе не являются базой для его подбора.

В руководстве ASHRAE сказано «Полный напор вентилятора является настоящим индикатором энергии, которую передает вентилятор потоку воздуха… Потери энергии в системе воздуховодов могут рассматриваться только как потери полного давления…

Метод подбора вентилятора и проектирования системы воздуховодов на основе показателей полного давления является наиболее верным. Этот метод в равной степени применим как для систем с высокими скоростями потока, так и с малыми» [7].

Однако такой подход явно противоречит, следующему утверждению, приведенном в том же руководстве ASHRAE «Сопротивление системы определяется полным давлением… Величина статического давления, необходимая для подбора вентилятора, когда полное давление известно, находится по следующей формуле:

P s = P t - P V. 0 » [8].

В таком случае естественно возникают следующие вопросы:

• Почему статическое давление необходимо для подбора вентилятора?
• Зачем рассчитывать статическое давление вентилятора, когда его полное давление уже известно?
• И, в особенности, когда «…метод подбора вентилятора… на основе показателей полного давления является наиболее верным.» ?

■

Согласно руководству ASHRAE, при подборе вентилятора необходимо пройти следующие шаги:

• В результате расчета системы вентиляции найти расход воздуха и полное давление вентилятора;
• На основе расхода, подобрать необходимый вентилятор;
• Определить скорость на выходе для выбранного вентилятора — V 0 ;
• Определить динамический напор на выходе вентилятора — F VP 0 ;
• Определить статический напор — F s = F t - F VP 0 .
• Уточнить подбор вентилятора на основе значений расхода воздуха и статического напора.

Пример расчёта

Процесс выбора вентилятора может быть наглядно продемонстрирован на следующем примере, где для одних и тех же расхода воздуха 5100 м 3 /ч и статического давления F s = 250 Па подобраны два различных типоразмера вентиляторов ( табл. 1, 2 ).

В первом случае, проектировщик выбирает вентилятор типоразмера 20 PLR. Во втором случае — более дешевый — 12 PLR. ( табл. 2 ). В обоих случаях вентиляторы обладают одинаковыми характеристиками по расходу воздуха и статическому давлению, однако значительно отличающимися значениями полного напора.

На графике рис. 2 показана работа системы в обоих вариантах:

Вентилятор 20 PLR, 5 100 м 3 /ч при F s = 250 Па; 1 000 об/мин:

❏ Парабола 0-1-3 показывает характеристику вентиляционной системы с расходом воздуха 5 100 м 3 /ч, при статическом давлении: F s 1 =линия 1-1c = 250 Па.

❏ Парабола 0-1с характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F VP 01 = линия 1b-1c = 25 Па.

Вентилятор 12 PLR, 5 100 м 3 /ч при F s = 250 Па; 3 200 об/мин:

❏ Парабола 0-2 характеризует вымышленную вентиляционную систему с расходом воздуха 5 100 м 3 /ч, при статическом давлении F s 2 = линия 2-2b = 250 Па.

❏ Парабола 0-2b-3c характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F VP 02 =линия 2b-1b = 200 Па.

Вентилятор 12 PLR, 5 800 м 3 /ч при F s = 250 Па; 3,200 об/мин:

❏ Парабола 0-1-3 характеризует проектируемую вентиляционную систему с расходом воздуха 5 800 м 3 /ч, при статическом давлении: F s 3 = линия 3-3c = 175 Па.

❏ Парабола 0-2b-3c характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F VP 03 =линия 3c-3b = 250 Па.

Нюанс первый

Табл. 1, табл. 2 и график рис. 2 показывают ошибку, которая случается при использовании статического давления F s .

Вентиляторы 20 PLR и 12 PLR с одинаковым статическим напором F s (250 Па) обладают разными полными напорами F t . Вентилятор 20 PLR имеет полный напор F t = 275 Па, а вентилятор 12 PLR: F t = 450 Па. В результате, реальная производительность вентилятора 12 PLR в вентиляционной системе приближается к 5 800 м 3 /ч при F t = 425 Па и F s = 175 Па.

В табл 3 представлены вентиляторы из ассортимента производителя для воздухообмена 5 100 м 3 /ч при статическом напоре F s в 250 Па (Точка a на графике рис. 3 ).

График рис. 3 показывает кривую-характеристику системы для каждого вентилятора из таблицы, которая отличается от нашей проектируемой системы. При этом, парабола 0-а — условная кривая для проектируемой системы вентиляции с расходом воздуха 5 100 м 3 /ч при напоре в 250 Па.

Нюанс второй

Статический напор F s — это искусственно полученная величина, которая передаётся вентилятором в систему только вместе с составляющей динамического напора F VP 0 , образуя полный напор F t .

Следовательно, несмотря на одинаковые значения расхода воздуха и статического напора F s , разные вентиляторы ( табл. 3 , график рис. 3 ) располагают разным полным напором F t . График рис. 3 показывает, что в случае, когда выбор вентилятора основывается на значении F s , ни один из вентиляторов не обеспечивает требования проектируемой системы.

Заключение

• В данной статье графически доказано, что метод выбора вентилятора на основе статического давления F s неприменим.
• В вентиляционных системах вентиляторы создают не только статический напор. «Крыльчатка вентилятора передает воздуху как статическую, так и кинетическую энергию. Эта энергия выражается в росте полного давления».
• Важно помнить, что, какой бы из методов расчета системы вентиляции не применялся (равных сопротивлений, постоянных скоростей и т.д.), результат получают в виде полного, а не статического давления.
• Также заслуживает внимание тот факт, что как расчеты падения давления, так и производительности вентилятора, находят конечное отражение в значениях полного давления. Таким образом, вполне очевидно и логично утверждение, что значение полное давление является основополагающим при выборе вентилятора.

Примечание редакции

В этой статье высказано одно из мнений на тему о принципах подбора вентиляторов, которая актуальна и для украинских вентиляционщиков. Со своей стороны, обратившись к ним, мы услышали одно уточнение к изложенному выше: статический напор всё-таки используется для подбора вентиляторов — для систем с неким наддуваемым объёмом. Это могут быть системы с переменным расходом воздуха или системы раздачи воздуха через общее подпольное пространство, камеры статического давления и т.д. Так что метод подбора по статическому давлению также имеет право на жизнь. Именно поэтому у некоторых производителей даже можно задавать в расчётных программах принцип подбора: по полному или по статическому давлению. ■

Литература

1. Graham, J. Barrie, «The Importance of Fan Total Pressure», HPAC Engineering, September 1994:78.

2. Williams, P.E., Gerald J. Williams, P.E., «Air System Basics» HPAC Engineering, June 1997:78.

3. London, P.E., Dr. Alex, «Destroy the Beliefs. Understand Fan Total Pressure,» Engineered Systems, August 1997:118.

4. Houlihan, P.E., Tom, «Understanding Fan Static Pressure» Engineered Systems, March 1997.

5. Halko, George, Jeff S. Forman, «The Static Pressure Paradox,» HPAC Engineering, March 2002:57.

6. Forman, Jeff S., «Air Handlers: Sizing and Selection,» HPAC Engineering, January 2003:70.

7. 1983 ASHRAE Handbook — Systems and Equipment, Chapter 3, «Fans.»

8. 2001 ASHRAE Handbook — Fundamentals, Chapter 34.6, «Duct Design».

9. AMCA 210-99.

10. AMCA International, «Fan Testing,» supplement to ASHRAE Journal, November 2001:11.