Вентилятор сообщает воздуху энергию в двух формах сразу. Часть идёт на то, чтобы продавить поток через сопротивление сети, часть — на то, чтобы разогнать его до скорости на выходе. Первую называют статическим давлением, вторую — динамическим, а их сумму — полным.
Формула простая: полное давление равно статическому плюс динамическое. Вся практическая сложность в том, что каталоги публикуют то одно, то другое, и не всегда это подписывают.
Динамическое давление: откуда берётся число
Динамическое давление — это кинетическая энергия потока, выраженная в паскалях. Оно равно половине произведения плотности воздуха на квадрат скорости в выходном сечении.
Скорость, в свою очередь, получается делением расхода на площадь выходного сечения. Если расход задан в кубометрах в час, его сначала переводят в кубометры в секунду — делением на 3600.
Ключевое здесь — квадрат. Удвоение скорости учетверяет динамическое давление. Поэтому у машин с большим расходом и малым напором динамическая составляющая оказывается сопоставимой со статической, а у высоконапорных теряется на её фоне.
| Скорость на выходе | Динамическое давление |
|---|---|
| 5 м/с | 15 Па |
| 10 м/с | 60 Па |
| 15 м/с | 135 Па |
| 20 м/с | 240 Па |
| 25 м/с | 375 Па |
Пример на реальной машине
Возьмём наш осевой ВО.910П в точке максимального КПД: расход 27 500 м³/ч, прирост статического давления 168 Па. Колесо Ø910 мм даёт площадь выходного сечения около 0,65 м².
Считаем скорость: 27 500 разделить на 3600 — это 7,64 м³/с; разделить на 0,65 м² — получается около 11,7 м/с. Динамическое давление при этой скорости — примерно 83 Па.
Итог: статическое 168 Па, динамическое 83 Па, полное — около 251 Па. Динамическая составляющая здесь треть от полного давления. Если сравнивать эту машину по полному давлению с другой, у которой указано статическое, разница в 83 Па возникнет из ничего — просто из того, что числа посчитаны по-разному.
У радиального вентилятора среднего давления картина обратная. При статическом напоре порядка 1000–1600 Па те же десятки паскалей динамической составляющей — это единицы процентов, и на выбор они не влияют.
Почему нельзя сравнивать каталоги напрямую
Отсюда правило, которое экономит больше всего нервов при подборе: сравнивать две машины можно только по одному и тому же давлению. Если в одном каталоге приведено полное, а в другом статическое, вентилятор с худшей аэродинамикой может выглядеть выигрышнее — просто потому, что его характеристику посчитали щедрее.
Проверять стоит и обозначения. В технической документации статическое давление вентилятора обычно обозначают с индексом «st» или «fs», полное — с индексом «f». В наших материалах приводится статическое давление, и категория эффективности в паспортах указана как статическая.
Второе место, где это всплывает, — КПД. Полный КПД считают по полному давлению, статический — по статическому, и разрыв между ними тем больше, чем выше доля динамической составляющей. Подробнее это разобрано в материале о КПД вентилятора.
Когда динамическое давление теряется, а когда работает
Судьба динамической составляющей зависит от того, куда вентилятор выбрасывает воздух.
При выбросе в атмосферу — через решётку на фасаде, зонт на кровле, открытый проём — кинетическая энергия потока рассеивается и полезной работы не совершает. Считать её в свою пользу в этом случае некорректно: работает только статическое давление.
Если за вентилятором стоит воздуховод, часть скоростного напора продолжает двигать поток дальше по тракту. А в диффузоре скорость снижается, и динамическое давление частично переходит обратно в статическое — на этом и построен смысл диффузора на выходе.
Практический вывод для подбора: сопротивление сети всегда преодолевается статическим давлением, поэтому именно его сравнивают с расчётом тракта. Полное давление — характеристика машины, а не то, что вы «получаете в сеть».
Плотность воздуха меняет всё
В формулу динамического давления входит плотность, а она зависит от температуры. Стандартное значение 1,2 кг/м³ соответствует примерно +20 °C при нормальном атмосферном давлении.
В горячем воздухе плотность падает: при +60 °C это около 1,06 кг/м³. В морозном растёт: при −40 °C — примерно 1,51 кг/м³. Разница между крайними значениями почти полуторакратная, и вместе с плотностью так же меняются и создаваемое давление, и потребляемая мощность.
Поэтому в опросном листе температура среды спрашивается не для галочки: характеристика, снятая на стенде при нормальных условиях, в горячем цехе или на морозе выглядит иначе.
| Температура | Плотность | Динамическое давление при 15 м/с |
|---|---|---|
| −40 °C | ≈ 1,51 кг/м³ | ≈ 170 Па |
| 0 °C | ≈ 1,29 кг/м³ | ≈ 145 Па |
| +20 °C | ≈ 1,20 кг/м³ | ≈ 135 Па |
| +60 °C | ≈ 1,06 кг/м³ | ≈ 119 Па |
Как это измеряют
Методы аэродинамических испытаний вентиляторов задаёт ГОСТ 10921-2017, который с 1 июля 2019 года заменил ГОСТ 10921-90 и дополнен материалами ISO 5801.
Стандарт описывает типы испытательных стендов, различающиеся тем, свободны вход и выход или подключены к воздуховоду. От типа стенда зависит, какая доля динамического давления попадает в результат, — поэтому в протоколе испытаний тип стенда указывается наравне с самими числами.
Практический смысл: характеристика имеет силу только вместе с указанием, по какому давлению и на каком стенде она получена. Протокол, где это указано, и есть то, что отличает измеренную кривую от нарисованной.