Разработка энергоэффективного вентилятора ВОСК с КПД 75 %

Вопрос снижения суммарной энергоемкости объектов в РФ ставится в последнее время постоянно. Планы по снижению потребления электроэнергии (в том числе в системах вентиляции) разрабатываются повсеместно, но что можно реально сделать, кроме снижения реального времени работы оборудования или снижения фактического расхода за счет ЧРП? Использование более энергоэффективных вентиляторов в новых и реконструируемых проектах, в том числе для замены существующих вентсистем, – самый действенный путь, так как энергия, потребляемая вентсистемами, в общей нагрузке современных зданий превышает 50 %.

Предлагаемый «ВЕЗА» в 2012 году «Вентилятор обновленный типа «Свободное колесо»» (ВОСК) построен на базе классической модели ВСК с увеличением статического КПД с 65 % до 75 %, что позволяет резко снизить установочную мощность приточных установок. На рынке представлены различные компании, декларирующие высокий КПД вентиляторов в составе своего оборудования, в том числе выше 80–85 %, поэтому необходимо уточнить, о каком КПД дается нформация. Внимательные пользователи каталогов и программ расчета вентиляторов знают, что Ptot = Pst + Pdiv, Etot ≈ Ptot, Etot > Est, Est ≈ Pst; Etot = Est + (Pd ≠ 0) строго для ВСК, где

Etot – полная эффективность вентилятора,
Est – статическая эффективность вентилятора,
Ptot – полное давление (Pv в российских каталогах),
Pst – статическое давление,
Pdiv – динамическое давление.

Таким образом, величины Рst и Еst – основные параметры, дающие корректную информацию о работе вентилятора. Модели ВСК‑6 и ВСК‑9 представлены на рынке крышных вентиляторов с 1998 года в составе «исторических» разработок ВЕЗА ВКРС-ДУ (современные аналоги – КРОС и КРОВ), позднее, с 2005 года, они использовались в приточных установках ВЕЗА типа КЦКП и лишь в 2007 году на их базе были представлены радиальные вентиляторы ВЕЗА моделей ВРАН и ВРАВ. Обновленные вентиляторы ВОСК‑6 и ВОСК‑9 сейчас представляются ВЕЗА в качестве базовых вентиляторов для приточных установок КЦКП в электронном виде в программах расчета VEZAfan.exe и KCKP.exe. Применение новых вентиляторов ВОСК в программе подбора – простое и удобное решение, которое позволяет сразу оценить получаемый выигрыш по потребляемой мощности и/или по производительности. 

Рассмотрим сравнительный пример использования старого ВСК‑6 и нового ВОСК (см. таблицу).

Как появился ВОСК? За счет чего получен прирост эффективности и как отличается конструкция обновленного ВОСК от классического ВСК?

Информация о разработках более эффективных вентиляторов презентуется более 10 лет разными извеcтными производителями: Comefri, Gebhardt, Punker, но в России известность получила модель фирмы Zeil-Abegg, массово используемая в недорогих приточных установках разных фирм. Низкая стоимость и высокий статический КПД сделали применение схемы «ВСК-Селябик» именно в России столь массовой, что даже более эффективные вентиляторы с ременной передачей и двухсторонним входом были подвергнуты критике продавцами как уступающие по характеристикам за счет потерь трения в шкивах. О том, что потери в электронике ЧРП для ВСК достигают 5 % и на порядок превышают величины 0,5–1,0 % потерь на трение для двухсторонников, никто из продавцов разбираться не стал.

О том, что статический КПД двухсторонников за счет спирального корпуса «улитка» изначально дости‑
гал 78 %, также умолчали. Причина такой однобокой рекламы была крайне простая – цена вентилятора «ВСК-Селябик». На рынке России в настоящее время 60–70 % вентсистем комплектуются именно такими «безулиточными» свободными колесами. В богатой Европе доля ВСК также растет, хотя и не достигла 50 %. Если принять сложившуюся практику как данность, развитие ВСК для завода ВЕЗА стало необходимым шагом.

Способы повышения эффективности рабочих колес хорошо известны, но дают разный вклад в суммарный результат по КПД (что-то дает 5 %, а что-то – только 1 % прироста КПД); исследование влияния каждого изменения и стало на 2 года основной работой для испытателей ВЕЗА в лаборатории ЦИЛ‑1 в подмосковном Фрязино (лаборатория аттестована Госстандартом в марте 2009 года). 

• Главным изменением стало увеличение отно сительного диаметра входа с 0,63 до 0,70–0,75. Тут все просто: чем больше размер входа потока в колесо, тем меньше потери. Почему раньше так не делали? Тоже просто: теряется жесткость колеса, и оно не может работать на высоких скоростях. Забегая вперед, отметим: увеличение жесткости колес при одновременном снижении массы и стоимости – самая сложная задача.
• Увеличение диаметра заднего и/или переднего диска колеса с образованием так называемого «вращающегося диффузора» – фактически установка на вентилятор габаритом № 9 элементов от вентилятора № 10. Решение также требует увеличения массы и стоимости. Две стенки дисков, между которыми выходит поток с лопаток, дают возможность без потерь на трение потока о воздух снизить скорость потока и получить более качественный переход энергии в статическое давление из высоких динамических показателей.
• Усложнение конструкции входного коллектора с использованием «обратного отгиба» для более качественного распределения потока по ширине лопаток. Прием не требует увеличения массы, но необходимо более сложное оборудование для создания сложной формы коллектора.
• Изменение формы самих лопаток с учетом неравномерности распределения потока и изменения конструкции колеса с увеличенным входом. Решение также не требует значительных затрат, но поиск оптимальной формы и отладка сварочных технологий требует затрат времени и наличия очень гибких производственных возможностей.

Кроме увеличения диаметра входа в колесо и формы лопаток, есть и другие возможности (например, объемные лопатки airfoil), но и так понятно, что поиск оптимального решения – многоходовая исследовательская задача с использованием сложных технологических приемов для обработки металла, которую нельзя реализовать без современной аэродинамической лаборатории, времени и бюджета. 

Общий период работ по разработке нового колеса ВОСК‑6 и ВОСК‑9 составил более 2 лет. Были закуплены и изучены серийные образцы европейских аналогов и выполнена собственная разработка обновленного ВОСК, реализующая только наиболее весомые конструктивные новшества. Окончательные подтверждения устойчивого качества и параметров (не хуже ведущих немецких и итальянских колес) получены в 2011 году.

Программа ВЕЗА для подбора центральных кондиционеров КЦКП получила новые вентиляторы ВОСК
под новый 2012 год. Таким образом, каждый может сравнить и использовать новые ВОСК вместо более дорогих (но совсем не менее эффективных) RDH, RZR, GXLB, BP‑84–97 или вместо менее эффективных и менее дорогих ВСК‑6 и ВСК‑9. Ценовая разница вентиляторов ВОСК и ВСК – не более 10 %, и новая серия ВОСК, конечно, дешевле любых аналогов из Европы. Общий объем ВСК и ВОСК, выпускаемый ВЕЗА для всех типов установок, – более 12 000 штук в год.

Самое простое применение новых вентиляторов ВОСК – экономичные вытяжные системы в шумозащищенных блоках КЦКП, которые можно очень плотно размещать как в венткамерах, так и на улице вместо крышных вентиляторов. Важной особенностью всех ВОСК и ВСК является очень компактная длина и возможность установки на выбросной стороне разнообразных элементов (фильтры, глушители, клапаны), что невозможно выполнить с классическими вентиляторами двухстороннего всасывания.

Следующим шагом ВЕЗА по применению ВОСК является их использование в обновлении крышных вентиляторов КРОС в течение 2012 года. Ряд моторов для стандартных скоростей (без ЧРП) ВОСК‑6 очень мало отличается от ВСК‑6, что удобно при замене в ранее выпущенных проектах. Для ВОСК‑9 прирост мощности более заметен, и прямая замена ВСК‑9 без уточнения мощности мотора невозможна. Внешнее отличие ВОСК от ВСК минимально, в глаза бросаются скошенная форма лопаток и явно увеличенный диаметр входного коллектора у всех моделей.

Источник