Начальная » Новости » Публикации

Миф о статическом давлении вентилятора.

26.08.08 | Публикации

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, не допуская противоречий.

Графическое изображение аэродинамических составляющих в вентиляционной системе

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

F_t – полное давление вентилятора – полное сопротивление системы;

F_VP0 – 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;

ТР_i and ТР₀ – полное давление на входе и выходе из системы в точке SP_i; и SP₀ – статическое давление на входе и выходе системы в некой точке;

VP_i and VP₀ – 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 1а.

Полное статическое давление системы есть разница статических давлений на входе и на выходе, или

SP_S = SP₀ – SP_i

Полное статическое давление вентилятора есть разница его полного и динамического давлений, или

F_S = F_t – F_VP0

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 – V₀;
• Определить динамический напор на выходе вентилятора •
• Определить статический напор – F_s = F_t – F_VP0.
• 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 м³/ч и статического давления F_s = 250 Па подобраны два различных типоразмера вентиляторов (табл. 1,2).

Таблица 1

Таблица 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 м³/ч при F_s = 250 Па;

1 000 об/мин:

• Парабола 0-1-3 показывает характеристику вентиляционной системы с расходом воздуха 5100 м³/ч, при статическом давлении: F_s1 = линия 1-1с = 250 Па.
• Парабола 0-1с характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора:

F_VP01 = линия lb-lc = 25 Па.

Вентилятор 12 PLR,

5100 м³/ч при F_s = 250 Па;

3200 об/мин:

• Парабола 0-2 характеризует вымышленную вентиляционную систему с расходом воздуха 5100 м³/ч, при статическом давлении F_s2 = линия 2-2b = 250 Па.
• Парабола 0-2b-3c характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F_VP02 = линия 2b-lb = 200 Па.

Вентилятор 12 PLR,

5800 м³/ч при F_s = 250 Па;

3200 об/мин:

Парабола 0-1-3 характеризует проектируемую вентиляционную систему с расходом воздуха 5800 м³/ч, при статическом давлении: F_S3 ⁼ линия 3-3с =175 Па.

Парабола 0-2b-3с характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F_VP03 = линия 3с-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 = 275Па, а вентилятор 12 PLR: F_t =450 Па. В результате, реальная производительность вентилятора 12 PLR в вентиляционной системе приближается к 5800 м³/ч при F_t = 425 Па и F_s =175Па.

В табл 3 представлены вентиляторы из ассортимента производителя для воздухообмена 5100 м³/ч при статическом напоре F_s в 250 Па (Точка а на графике рис.3).

Таблица 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 5100 м³/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_VP0, 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 надуваемым 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. 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.