Технический регламент ЕАЭС 048/2019: требования к энергоэффективности вентиляторов

Т. С. Соломахова, доктор техн. наук, вице-председатель ТК 061 «Вентиляция и кондиционирование»

В. К. Мамаев, исполнительный директор Ассоциации АСВК

В августе 2019 года Евразийским экономическим Союзом был принят Технический регламент «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств» (ТР ЕАЭС 048/2019) [1]. Основная цель регламента – обеспечить ресурсосбережение в странах Союза и достоверность рекламируемых изготовителями параметров. Утвержденный перечень энергопотребляющих устройств включает 15 видов оборудования в том числе вентиляторы. К таким устройствам регламент устанавливает обязательные к применению и исполнению требования, касающиеся их энергетической эффективности и маркировки.

Известно, что вентиляторы, используемые в различных отраслях промышленности и техники, особенно широко в системах вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и производственных зданий, потребляют около 20 % вырабатываемой в стране электроэнергии. Поэтому повышение энергоэффективности вентиляторов приведет к существенному снижению энергопотребления и улучшению экологической обстановки.

Требования ТР распространяются на изготавливаемые вентиляторы с электроприводом мощностью от 125 до 500 кВт и напряжением питания до 1000 В переменного и до 1500 В постоянного тока, автономные и встраиваемые в другое техническое оборудование. Требования не распространяются на вентиляторы, предназначенные для:

- работы во взрывоопасных, токсичных, вызывающих коррозию и содержащих абразивную пыль средах;

- эксплуатации при температуре перемещаемых газов свыше 100 °С;

- эксплуатации при температуре рабочей среды, окружающей электродвигатель вентилятора, свыше 65 °С;

- эксплуатации при среднегодовой температуре движущихся газов и/или среды, окружающей электродвигатель, ниже минус 40 °С;

- пневмотранспорта каких-либо материалов;

- работы в условиях, при которых коэффициент сжатия превышает 1,11;

- работы с оптимальной энергетической эффективностью, обеспечиваемой при частоте вращения более 8000 об/мин;

- только кратковременной работы в чрезвычайных, аварийных и экстренных случаях;

- встраивания в различную бытовую технику.

Рассмотрены вентиляторы различных типов: осевые, радиальные с загнутыми вперед и радиальными лопатками рабочего колеса, радиальные вентиляторы с корпусом и без корпуса с загнутыми назад лопатками рабочего колеса, диагональные и диаметральные вентиляторы. Энергетическая эффективность вентилятора определяется максимальным значением общего полного или статического КПД вентилятора в сборе с приводом, который в общем случае состоит из двигателя, ременной или какой-либо другой передачи крутящего момента и регулирующего устройства. 

В качестве параметра, определяющего энергоэффективность вентиляторов, в ТР введен параметр H – «уровень эффективности» в виде целого числа для разных типов вентиляторов. Приведены формулы, которые устанавливают связь между расчетной энергетической эффективностью вентилятора η рэ и уровнем его эффективности H с учетом мощности Ne в кВт, подведенной к электродвигателю. Формулы имеют следующий вид:

- для осевых вентиляторов и радиальных вентиляторов с загнутыми вперед и радиальными лопатками рабочего колеса:

η _рэ = 2,74 × ln Ne  – 6,33 + H            при 0,125 ≤ Ne ≤ 10,                          (1)

η _рэ = 0,78 × ln Ne  – 1,88 + H            при 10 ≤ Ne ≤ 500;                             (2)

- для радиальных вентиляторов с корпусом и без корпуса с загнутыми назад лопатками рабочего колеса и для диагональных вентиляторов:

η _рэ = 4,56 × ln Ne  – 10,5 + H                       при 0,125  ≤ Ne ≤ 10,             (3)

η _рэ = 1,1 × ln Ne  – 2,6 + H                            при 10  ≤ Ne ≤ 500;                (4)

- для диаметральных вентиляторов:

η _рэ = 1,14 × ln Ne  – 2,6 + H                         при 0,125 ≤ Ne ≤ 10,              (5)

η _рэ = H                                                          при 10 ≤ Ne ≤ 500.                 (6)

Основное требование ТР состоит в том, что, начиная с 1 сентября 2022 года, уровень эффективности H изготавливаемых вентиляторов должен быть не ниже соответствующего значения, приведенного в табл. 1. Это значит, что, начиная с этого времени, максимальный общий КПД изготавливаемых вентиляторов должен быть выше соответствующих значений общего КПД, рассчитанных по одной из формул (1) – (6).

Таблица 1 Уровень эффективности H вентиляторов

Тип вентилятора Тип стенда КПД Минимально допустимая величина H, начиная с 1 сентября 2022 г. Осевой А, С Статический 40 B, D Полный 58 Радиальный с загнутыми вперед и радиальными лопатками рабочего колеса А, С Статический 44 B, D Полный 49 Радиальный с загнутыми назад лопатками рабочего колеса без корпуса А, С Статический 62 Радиальный с загнутыми назад лопатками рабочего колеса с корпусом А, С Статический 61 B, D Полный 64 Диагональный А, С Статический 50 B, D Полный 62 Диаметральный B, D Полный 21

Вводится допустимое снижение общего КПД испытанных образцов, которое не должно превышать 10 % от требуемого расчетного значения. Для вентиляторов двойного применения, предназначенных для использования как в нормальных условиях, так и в чрезвычайных ситуациях при кратковременной работе, допустимые уровни энергетической эффективности, представленные в табл. 1, могут быть снижены на 5 % для всех видов вентиляторов.

Для примера на рис. 1 приведена зависимость максимальных значений расчетного общего полного КПД η_рэ радиального вентилятора в корпусе с загнутыми назад лопатками рабочего колеса от потребляемой электродвигателем мощности Ne при требуемом уровне энергоэффективности Н = 64. Изогнутая линия построена в логарифмическом масштабе по формулам (3) и (4). Там же приведена линия, устанавливающая допускаемое снижение величины ηрэ для изготавливаемых вентиляторов. В виде отдельных точек показана энергетическая эффективность ηе радиальных вентиляторов с двигателями, с загнутыми назад лопатками рабочего колеса серии ВРАН, изготавливаемых фирмой ООО «ВЕЗА». Использованы данные, приведенные в [2]. Как видно из рисунка, все вентиляторы этой серии соответствуют требованиям регламента.

Рисунок 1. Зависимость энергетической эффективности радиальных вентиляторов с приводом при Н = 64 от подведенной к двигателю мощности Ne

В ТР рассмотрены различные типы стендов, на которых должны проводиться аэродинамические испытания вентиляторов, они полностью соответствуют ГОСТ 10921-2019 [3]. Рекомендуется использовать стенды типа A и C, которые позволяют в процессе испытаний определять статическое давление и статический КПД вентилятора, или использовать стенды типа B и D, которые позволяют определить в процессе испытаний полное давление и полный КПД вентилятора. Допустимые значения уровня эффективности Н даны в табл. 1 как для статического, так и для полного общего КПД вентилятора с приводом. В ГОСТе [3] представлены формулы для определения динамического и полного давлений вентиляторов при испытаниях на стендах типа А и С. Проводить аэродинамические испытания и получать характеристики вентиляторов рекомендуется на стендах, близких к реальным условиям их дальнейшей эксплуатации.

Необходимо отметить, что приведенные в ТР формулы (1)–(6) полностью соответствуют аналогичным формулам, приведенным в действующем ГОСТ 33660-2014 [4], в котором уровень эффективности Н называют показателем энергоэффективности вентилятора с приводом – FMEG. Этот параметр используют для классификации вентиляторов с приводом по их эффективности.

Для подтверждения соответствия изготавливаемых вентиляторов требованиям ТР необходимо проводить их аэродинамические испытания на одном из предлагаемых стендов с определением максимального значения общего (полного или статического) КПД вентилятора ηе. Предлагаемый в регламенте [1] метод испытаний соответствует ГОСТ 10921-2019 [3]. Только для определения общего КПД вместо мощности N, подведенной к валу вентилятора, которую используют для расчета КПД η собственно вентилятора, необходимо измерять мощность Ne, подведенную к двигателю. При испытании вентилятора с двигателем связь между параметрами η и ηe определяется формулой

η_е = η η_m,   (7)

где η_m – номинальная эффективность электродвигателя.

В ГОСТах [5, 6] при определении аэродинамических характеристик вентиляторов одной серии проводят периодические испытания базовых образцов с диаметром рабочего колеса 0,63–0,8 м. Аэродинамические характеристики вентиляторов больших размеров и при разной частоте вращения определяют расчетным путем в предположении, что максимальная величина КПД ηостается постоянной. Эта величина КПД собственно вентилятора является важнейшим параметром, характеризующим аэродинамические качества серии вентиляторов, степень совершенства конструкции и уровень качества изготовления вентиляторов. Для вентиляторов малых размеров вводят поправки на величину максимального значения КПД η с учетом влияния масштабного эффекта.

При определения энергетической эффективности вентиляторов одной серии с приводом следует также проводить аэродинамические испытания базовых образцов с определением максимального значения общего КПД η_е0. Тогда для определения общего КПД η_е1 вентилятора другого размера и при другой частоте вращения рабочего колеса с другим двигателем  необходимо учитывать изменение параметров двигателя и его КПД η_m1. При постоянном значении КПД η собственно вентиляторов этой серии расчет общего КПД η_е1 следует осуществлять с поправкой на изменение КПД двигателя по формуле

η_е1 = η_е0 η_m1 / η_m0,  (8)

где η_m0 – номинальный КПД двигателя базового образца.

По требованиям регламента [1], с 1 сентября 2021 года асинхронные электродвигатели должны изготавливаться с номинальным значением КПД ηm, соответствующим классу не ниже IE2. Если КПД используемого двигателя не известен, то в ТР предлагается рассчитывать его номинальную эффективность, по следующим эмпирическим формулам:

- при Ne ≥ 0,75 кВт

η_m = 0,000278 × (lgNe)3 – 0.019247 × (lgNe)2 + 0,104395 × lgNe + 0,809761;       (9)

- при Ne ≤ 0,75 кВт ηm = 0,1462 × ln Ne + 0,8381,

где Ne – электрическая мощность, потребляемая двигателем. Вычисленная по формуле (9) номинальная эффективность двигателя близко соответствует двигателям класса IE2

На рис. 2 приведено сравнение различных значений КПД радиального вентилятора в корпусе с загнутыми назад лопатками рабочего колеса в различной компоновке в зависимости от подведенной к двигателю мощности Ne:

η_рэ – расчетный общий полный КПД вентиляторов с приводом по формулам (3, 4);

η_m – номинальный КПД электродвигателей, рассчитанный по формуле (9);

η – максимальный полный КПД собственно вентиляторов без привода, рассчитанный по формуле (7) при ηе = η _рэ.

Фактически кривая η(Ne) определяет требования регламента [1] к величине полного КПД η вентиляторов рассматриваемой группы без привода: в большом диапазоне значений мощности Ne максимальное значение КПД собственно вентилятора должно превышать 71 %. На рисунке показаны также показатели энергоэффективности, соответствующие введенным в ГОСТе 31961-2012 [7] классам таких вентиляторов в зависимости от полного КПД вентиляторов без привода. Из анализа представленных данных следует, что серия рассматриваемых вентиляторов, принадлежащих к классу КЛ1, автоматически с некоторым запасом соответствует требованиям регламента [1].

Рисунок 2. Сравнение требуемых в ТР значений КПД радиальных вентиляторов с загнутыми назад лопатками колеса, с приводом и без привода

Подтверждение соответствия изготавливаемых вентиляторов требованиям регламента может осуществляться или в форме сертификации продукции, которая проводится аккредитованным органом, или в форме декларирования, которая выполняется самим изготовителем продукции. Декларация, включая маркировку, эксплуатационные документы и протоколы испытаний изготавливаемых вентиляторов, должна быть составлена изготовителем и зарегистрирована в одном из органов по сертификации. Аэродинамические испытания вентиляторов должны проводиться или в аккредитованной лаборатории, или в собственной лаборатории, которая должна представлять структурное подразделение изготовителя. Лаборатория должна быть аттестована в соответствии с ГОСТ Р 8.568-2017 [8] и иметь все поверенные в ЦСМ измерительные приборы.

Изготовитель должен принимать все необходимые меры для обеспечения стабильности процесса производства и соответствия изготавливаемых вентиляторов требованиям ТР, а также осуществлять текущий производственный контроль.

Литература

1. Технический регламент ЕАЭС 048/2019 «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств».
2. Радиальные вентиляторы ВРАН и ВРАВ. Каталог продукции ООО «ВЕЗА».
3. ГОСТ 10921-2019. Вентиляторы радиальные и осевые. Методы аэродинамических испытаний.
4. ГОСТ 33660-2014. Вентиляторы. Классификация по эффективности.
5. ГОСТ 5976-2020. Вентиляторы радиальные общего назначения. Общие технические условия.
6. ГОСТ 11442-2020. Вентиляторы осевые общего назначения. Общие технические условия.
7. ГОСТ 31961-2012. Вентиляторы промышленные. Показатели энергоэффективности.
8.  ГОСТ Р 8.568-2017. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения.