КПД вентилятора показывает, какая доля подведённой мощности превращается в полезную работу по перемещению воздуха. Всё остальное уходит в потери: трение в проточной части, вихри и срывы на лопатках, перетечки через зазоры, нагрев.
Формула
Полезная мощность вентилятора — это произведение расхода на давление. Отсюда и считается КПД: η = (P × Q) / (1000 × N), где P — полное давление в паскалях, Q — производительность в кубометрах в секунду, N — мощность на валу в киловаттах.
Единицы здесь важнее самой формулы. Расход в каталогах приводят в м³/ч, а в формулу он подставляется в м³/с — то есть паспортную цифру надо разделить на 3600. Это самая частая ошибка при попытке проверить КПД вручную: результат получается в 3600 раз больше и выглядит абсурдно.
Пример. Вентилятор даёт 14 100 м³/ч при 1000 Па, мощность на валу 5,5 кВт. Переводим расход: 14 100 / 3600 = 3,92 м³/с. Считаем: η = (1000 × 3,92) / (1000 × 5,5) = 0,71, то есть 71 %.
Полный и статический КПД
Различают полный КПД — по полному давлению, включающему динамическую составляющую, — и статический, только по статическому давлению, которое идёт на преодоление сопротивления сети.
Разница между ними тем больше, чем выше скорость потока на выходе: динамическая составляющая пропорциональна квадрату скорости. У низконапорных машин с большим расходом расхождение заметное, у высоконапорных почти незаметное.
Практический смысл в том, что сравнивать две машины можно только по одному и тому же КПД. Если в одном каталоге приведён полный, а в другом статический, вентилятор с худшей аэродинамикой может выглядеть выигрышнее — просто потому, что его цифру посчитали иначе.
Три разных КПД, которые называют одним словом
В спецификациях под «КПД» понимают три несовпадающие величины, и путаница между ними стоит дороже всего.
КПД вентилятора — аэродинамический, о нём вся эта статья: сколько подведённой к валу мощности ушло в воздух. КПД двигателя — сколько электрической мощности из сети превратилось в механическую на валу. И КПД установки — произведение первых двух плюс потери в передаче и в преобразователе, если они есть.
Именно поэтому вентилятор с прекрасным колесом на плохом двигателе и вентилятор с посредственным колесом на отличном двигателе могут потреблять одинаково. Считать нужно всю цепочку, а не одно звено.
| КПД | Из чего во что | Типичные значения |
|---|---|---|
| Вентилятора | Мощность на валу → энергия потока | 60–85 % |
| Двигателя | Электрическая мощность → мощность на валу | 80–95 % |
| Установки | Сеть → энергия потока, с учётом передачи | произведение обоих |
Рабочая точка решает больше, чем конструкция
Максимальный КПД вентилятор показывает в одной точке своей характеристики. Слева и справа от неё он падает, и падает быстро.
ГОСТ 10616 прямо ограничивает рабочий диапазон областью, где КПД не ниже 90 % от максимального — за её пределами вентилятор считается работающим вне рекомендованного режима. Это не формальность: машина, загнанная на край характеристики, не только потребляет больше, но и шумит сильнее, потому что зона максимального КПД и зона минимального шума лежат рядом.
Отсюда вывод, неприятный для привычки брать с запасом. Вентилятор, подобранный «на вырост», работает левее своей оптимальной точки и теряет и в КПД, и в акустике. Запас имеет смысл закладывать в расчёт сопротивления сети — например, на загрязнение фильтра, — а не в выбор типоразмера.
От чего ещё зависит КПД
Тип рабочего колеса. Колесо с обратно загнутыми лопатками даёт 75–85 %, с аэродинамическим профилем лопатки — до 88–92 %. Радиальные лопатки около 70 %, загнутые вперёд — порядка 60 %.
Зазоры. Перетечка воздуха между колесом и входным кольцом обратно на всасывание — чистая потеря. Увеличенный зазор из-за износа или неточной сборки съедает проценты КПД незаметно, без единого симптома, кроме выросшего счёта.
Состояние поверхности. Налипшая пыль меняет профиль лопатки и добавляет шероховатость; вентилятор в запылённой среде теряет КПД по мере зарастания колеса, и чистка возвращает характеристику.
Частотный преобразователь КПД не повышает
Распространённое заблуждение: поставили частотник — стало эффективнее. Сам по себе преобразователь КПД вентилятора не меняет ни на процент, а в цепочку добавляет собственные потери.
Что он действительно делает — позволяет привести обороты к задаче вместо того, чтобы душить избыточный расход заслонкой. Экономия возникает не от преобразователя, а от того, что вентилятор перестаёт производить воздух, который тут же теряется на сопротивлении прикрытой заслонки. По законам подобия потребляемая мощность меняется как куб оборотов: снижение оборотов на 20 % даёт примерно вдвое меньшее потребление.
У EC-двигателя преобразователь встроен, поэтому отдельного звена с его потерями в цепочке нет — и это, а не сам факт регулирования, отличает его от асинхронной машины с внешним частотником.