Prietok vzduchu, dynamický a statický tlak
Bez používania (či skôr zneužívania?) kľúčových veličín by sa marketingové materiály k ventilátorom nezaobišli. Je ich všade plno, ale nikto nikde nevysvetľuje podstatu fungovania, vždy len údajný dôsledok. Firmy totižto pre očakávané predaje potrebujú, aby ste chápali ich prezentácie, ktoré často bývajú v rozpore s fyzikálnymi zákonmi. My sa im ale povenujeme, a to pri všetkej jednoduchosti.
Tento ventilátor má „vysoký statický tlak“, preto je vhodný na rebrá chladičov. Iný zase „má vysoký prietok“, takže optimálna voľba do skrinky, na systémové chladenie. Týmito tvrdeniami si výrobcovia ventilátorov vytvorili skvelú segmentáciu a úspešne presvedčili ľudí, že si kupujú „tie pravé“ ventilátory na cirkuláciu vzduchu v skrinke i na pasívy chladičov. Všeobecné povedomie je ale v tomto trochu zdeformované.
Aby sme do problematiky prietoku vzduchu a statického tlaku ventilátorov vniesli viac svetla, vymysleli sme si trojdielny miniseriál článkov. Od úplných základov, cez meranie „chladiaceho výkonu“ ventilátorov na radiátoroch sa dostaneme až k analýze P/Q kriviek. Na začiatok je však nevyhnutné chápať význam základných veličín, s ktorými budeme operovať. Možno začneme až príliš zľahka, čo nám skúsenejší čitatelia snáď odpustia.
Cieľ je, aby sme všetkému presne chápali všetci, aj tí, ktorí sa o ventilátory možno nezaujímajú len pre nedostatočné porozumenie toho, čože to vlastne v tých testoch meriame a analyzujeme.
Prietok vzduchu – základný parameter ventilátorov. Ten vyjadruje množstvo/objem prečerpaného vzduchu za určitý časový úsek. Najčastejšie sa používajú kubické stopy za minútu (CFM) alebo kubické metre za hodiny. My na HWCoolingu jednotne používame druhú menovanú jednotku (m3/h), keďže je v našich zemepisných šírkach (v Európe) rozšírenejšia. V prípade prietoku vzduchu nie je nič, čo by vyžadovalo nejaké špeciálne porozumenie. Čím vyšší je prietok vzduchu, tým lepšie. Samozrejme, optimálne pri čo najnižšej hladine hluku. O ventilátoroch, ktoré sú pri rovnakom prietoku vzduchu tichšie hovoríme, že sú efektívnejšie.
Čo za jednotku je ale statický tlak? Na tejto úrovni často dochádza k nepochopeniu veličiny a najmä pre ňu tento seriál článkov vznikol. Tu je vhodné poznamenať, že okrem statického tlaku existuje aj tlak dynamický. Sú to celkom odlišné veličiny, ktoré jednak vyjadrujú inú informáciu, jednak sa inak merajú.
Na základe dynamického tlaku je možné vypočítať rýchlosť pohybu vzduchu (a následne prietok vzduchu v kubických jednotkách tak, ako ho poznáte z parametrov ventilátorov) a snímač meracieho zariadenia je umiestnený v smere prúdenia. Na rozdiel od toho, sondy na meranie statického tlaku sú kolmo na os prúdenia. Tak, ako to vidíte na fotografii nižšie. Snímacie otvory sú po bokoch sondy (čelne je iba aerodynamická špička) a zaznamenávajú „rovnobežný“ tlak. Tento ukazovateľ už nehovorí o rýchlosti prúdenia, ale o „sile“, ktorá pôsobí na odpor prostredia, v ktorom k pretekaniu vzduchu dochádza. Za prostredie si môžete dosadiť aj skrinku s mriežkou a radiátorom kvapalinového chladiča.
Čím vyšší statický tlak je, tým nižší je úbytok dynamického tlaku, respektíve prietoku vzduchu. Ak majú dva ventilátory rovnaký prietok vzduchu, ale jeden z nich má vyšší statický tlak, znamená to, že ten si lepšie poradí s prekážkou, ktorá menej obmedzuje jeho základný parameter – prietok vzduchu. V reštriktívnejšom prostredí bude teda takýto ventilátor (s vyšším statickým tlakom) výkonnejší.
A je tu ešte jeden diametrálny rozdiel, čo sa týka meraní dynamického a statického tlaku ventilátorov. Statický tlak sa na rozdiel od dynamického (bez obmedzení prietoku pri meraniach) meria pri nulovom prietoku. To znamená, že meracím systémom nepreteká žiadny vzduch, pretože je potrubie riadne utesnené. Na lepšie pozorumenie rozdielu medzi dynamickým a statickým tlakom v kontexte ventilátorov sa často uvádza ako dobrý príklad gumený balonik. Pri nafukovaní dynamický tlak neexistuje a na jeho steny pôsobí iba statický tlak. Ten je, mimochodom, vždy vo všetkých smeroch rovnaký.
Za vyššie uvedených podmienok je možné odmerať najvyšší statický tlak. Isteže, takáto situácia sa s praxou príliš nezlučuje, ale keď za nich testovaný ventilátor dosahuje špičkové výsledky, tak inak to nebýva napríklad ani pri 20-percentnom prietoku s typicky vysoko reštriktívnou prekážkou. Tomuto sa budeme podrobnejšie venovať v nasledujúcich epizódach seriálu.
Zámer pilotnej časti bolo stručne, jasne a vecne priblížiť základné veličiny, s ktorými sa u ventilátorov operuje. To naozaj atraktívne ešte len príde. Nabudúce si rozoberieme, ako v testoch meriame (a prečo práve tak) výkon ventilátorov pre radiátory a nakoniec i to, do akej miery sú relevantné populárne P/Q krivky vyjadrujúce vzťah medzi prietokom a statickým tlakom. A hlavne to, ako sa výrobcom ventilátorov podarilo pre svoj prospech všetkých trochu potiahnuť za nos.