ISO 12759:2010
(Main)Fans — Efficiency classification for fans
Fans — Efficiency classification for fans
ISO 12759:2010 specifies requirements for classification of fan efficiency for all fan types driven by motors with an electrical input power range from 0,125 kW to 500 kW. It is applicable to (bare shaft and driven) fans, as well as fans integrated into products. Fans integrated into products are measured as stand-alone fans. It is not applicable to fans for smoke and emergency smoke extraction; fans for industrial processes; fans for automotive application, trains, planes, etc.; fans for potentially explosive atmospheres; box fans, powered roof ventilators and air curtains or jet fans for use in car parks and tunnel ventilation.
Ventilateurs — Classification du rendement des ventilateurs
L'ISO 12759:2010 établit une classification du rendement de tous les types de ventilateurs entraînés par des moteurs dont la puissance électrique absorbée est comprise entre 0,125 kW et 500 kW. Elle est applicable aux ventilateurs à arbre nu et à entraînement, ainsi qu'aux ventilateurs intégrés à des produits. Ces derniers sont mesurés en tant que ventilateurs autonomes. Elle n'est pas applicable aux ventilateurs utilisés pour l'extraction des fumées et le désenfumage; aux ventilateurs pour les procédés industriels; aux ventilateurs pour les applications automobiles, les trains, les avions, etc.; aux ventilateurs placés en atmosphères potentiellement explosives; aux ventilateurs en caisson, aux tourelles d'extraction motorisées, aux rideaux d'air; ni aux ventilateurs utilisés dans les parkings et pour la ventilation des tunnels.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12759
First edition
2010-12-15
Fans — Efficiency classification for fans
Ventilateurs — Classification du rendement des ventilateurs
Reference number
ISO 12759:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 12759:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 12759:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
3.1 Fans — General .2
3.2 Fan or test installation categories according to the arrangement of ducting .3
3.3 Fans — Definitions relating to calculations.3
3.4 Definitions relating to fan efficiency .5
3.5 Fan efficiency grades.6
4 Symbols and units.6
5 Fan installation, efficiency and tolerance.7
5.1 General .7
5.2 Use of installation categories .9
5.3 Calculation of efficiency .9
5.4 Tolerances.10
6 Ratings.10
6.1 General .10
6.2 Bare shaft fans.10
6.3 Driven fans .13
Annex A (normative) Energy efficiency grades for bare shaft fans .20
Annex B (normative) Calculation method to determine efficiency of component parts.21
Annex C (informative) Variation of fan performance between installation categories.26
Annex D (informative) Input power calculation for driven fans at design point.27
Annex E (informative) Selection of fans for best efficiency .35
Annex F (informative) Determination of efficiency grade for a driven fan.38
Annex G (informative) Explanatory note .40
Bibliography.42
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ISO 12759:2010(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 12759 was prepared by Technical Committee ISO/TC 117, Fans.
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ISO 12759:2010(E)
Introduction
The last decade has seen not only an escalation in the price, but also an increasing recognition of the finite life
of many of the fossil fuels in use. There is also a belief that climatic change is due to an increase in the levels
of carbon dioxide in the atmosphere. This has lead to many nations reviewing methods of energy generation
and usage.
Therefore, there is a need to promote energy efficiency in order to maintain economic growth. This requires
better selection of equipment by users and better design of this equipment by manufacturers.
Fans of all types are used for ventilation and air conditioning, process engineering (drying, pneumatic
conveying), combustion air supply and agriculture, etc. Indeed, the energy usage by fans has been calculated
as nearly 20 % of worldwide demand.
The fan industry is of a global nature, with a considerable degree of exporting and licensing. To ensure that
defined fan performance characteristics are common throughout the world, a series of International Standards
has been developed. It is the belief of the industry that there is a need for the recognition of minimum
efficiency standards. To encourage their implementation, a classification system is proposed which
incorporates a series of efficiency bands. With improvements in technology and manufacturing processes, the
minimum efficiency levels can be reviewed and increased over time.
This International Standard can be used by legislators or regulatory bodies for defining future energy saving
targets.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12759:2010(E)
Fans — Efficiency classification for fans
1 Scope
This International Standard establishes a classification of fan efficiency for all fan types driven by motors with
an electrical input power range from 0,125 kW to 500 kW. This International Standard is applicable to bare
shaft and driven fans, as well as fans integrated into products. Fans integrated into products are measured as
stand-alone fans.
This International Standard is not applicable to:
a) fans for smoke and emergency smoke extraction;
b) fans for industrial processes;
c) fans for automotive application, trains and planes;
d) fans for potentially explosive atmospheres;
e) box fans, powered roof ventilators and air curtains;
f) jet fans for use in car parks and tunnel ventilation.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 5801:2007, Industrial fans — Performance testing using standardized airways
ISO 13348:2007, Industrial fans — Tolerances, methods of conversion and technical data presentation
ISO 13349:2010, Fans — Vocabulary and definitions of categories
IEC 60034-2-1, Rotating electrical machines — Part 2-1: Standard methods for determining losses and
efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles)
IEC 60034-30, Rotating electrical machines — Part 30: Efficiency classes of single-speed, three-phase, cage-
induction motors
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13349 and the following apply.
NOTE See, in particular, ISO 13349:2010, Tables 4 and 5, as well as the associated equations in Clause 5 of this
International Standard and ISO 5801.
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ISO 12759:2010(E)
3.1 Fans — General
3.1.1
fan
rotary bladed machine which receives mechanical energy and utilizes it by means of one or more impellers
fitted with blades to maintain a continuous flow of air or other gas passing through it and whose work per unit
mass does not normally exceed 25 kJ/kg
NOTE 1 Fans are defined according to their installation category, function, fluid path and operating conditions.
NOTE 2 Adapted from ISO 13349:2010, definition 3.1.1.
3.1.2
fan size
maximum impeller tip diameter, D, on which the design of the fan is based
3.1.3
drive
〈transmission and motor/control system〉 device used to power the fan, including motor, mechanical
transmission and motor/control system
NOTE 1 Examples of mechanical transmission are belt drive and couplings.
NOTE 2 Examples of a motor or control system are variable frequency controller and electronic commutator.
3.1.4
bare shaft fan
fan without drives, attachments or accessories (appurtenance)
See Figure 1.
NOTE Adapted from ISO 13349:2010, definition 3.1.2.
3.1.5
driven fan
one or more impellers fitted to or connected to a motor, with or without a drive mechanism, a housing and a
means of variable speed drive
See Figure 2.
NOTE Adapted from ISO 13349:2010, definition 3.1.3.
3.1.6
air
abbreviated term for the expression “air or other gas”
[ISO 13349:2010, definition 3.2]
3.1.7
standard air
3
atmospheric air having a density of exactly 1,2 kg/m
NOTE 1 Atmospheric air at a temperature of 16 °C, a pressure of 100 000 Pa and a relative humidity of 65 %, has a
3
density of 1,2 kg/m , but these conditions do not form part of the definition.
NOTE 2 Adapted from ISO 13349:2010, definition 3.3.
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ISO 12759:2010(E)
3.2 Fan or test installation categories according to the arrangement of ducting
See Figure 3 and ISO 13349.
3.2.1
installation category A
installation with free inlet and free outlet
3.2.2
installation category B
installation with free inlet and ducted outlet
3.2.3
installation category C
installation with ducted inlet and free outlet
3.2.4
installation category D
installation with ducted inlet and ducted outlet
3.3 Fans — Definitions relating to calculations
3.3.1
average density at fan inlet
ρ
1
fluid density calculated from the absolute pressure and the static temperature
3.3.2
atmospheric pressure
p
a
pressure, measured with respect to absolute zero pressure, which is exerted at a point at rest relative to the
air around it
3.3.3
fan pressure
p
f
difference between the stagnation pressure at the fan outlet and the stagnation pressure at the fan inlet
3.3.4
fan static pressure
p
sf
conventional quantity defined as the fan pressure minus the fan dynamic pressure at the fan outlet corrected
by the Mach factor
3.3.5
absolute stagnation pressure at a point
p
sg
absolute pressure which would be measured at a point in a flowing gas, if it were brought to rest via an
isentropic process
3.3.6
conventional dynamic pressure at a point
p
d
pressure calculated from the velocity and the density of the air at the point
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ISO 12759:2010(E)
3.3.7
fan dynamic pressure at the fan outlet
p
d2
conventional dynamic pressure at the fan outlet calculated from the mass flow rate, the average gas density at
the outlet and the outlet area
3.3.8
mass flow rate
q
m
mean value, over time, of the mass of air which passes through the specified airway cross-section per unit of
time
3.3.9
inlet volume flow rate
q
v1
mass flow rate at the inlet divided by the corresponding mean value, over time, of the average density at the
inlet
3.3.10
fan work per unit mass
W
m
increase in mechanical energy per unit mass of fluid passing through the fan
3.3.11
compressibility coefficient
k
p
ratio of the mechanical work done by the fan on the air to the work that would be done on an incompressible
fluid with the same mass flow, inlet density and pressure ratio
3.3.12
fan air power
P
u
conventional output power which is the product of the mass flow rate and the fan work per unit mass, or the
product of the inlet volume flow rate, the compressibility coefficient and the fan pressure
3.3.13
fan static air power
P
us
conventional output power which is the product of the mass flow rate and the fan static work per unit mass, or
the product of the inlet volume flow rate, the compressibility coefficient and the fan static pressure
3.3.14
impeller power
P
r
mechanical power supplied to the fan impeller
NOTE This is applicable to direct driven impellers which are open (as in, for example, a plenum fan) or enclosed in a
housing.
3.3.15
nominal motor power
P
N
rated output power of an electric motor
3.3.16
fan shaft power
P
a
mechanical power supplied to the fan shaft
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ISO 12759:2010(E)
3.3.17
motor output power
P
o
shaft power output of the motor or other prime mover
3.3.18
motor input power
P
e
electrical power supplied to the fan's motor
3.3.19
drive/control electrical input power
P
ed
electrical power supplied to the motor's drive or control
3.4 Definitions relating to fan efficiency
3.4.1
fan impeller efficiency
η
r
fan air power divided by the impeller power, P
r
3.4.2
fan shaft efficiency
η
a
fan air power divided by the fan shaft power, P
a
3.4.3
overall efficiency
η
e
fan air power divided by the input power for the fan and motor
3.4.4
overall static efficiency
η
es
fan static air power divided by the input power for the fan and motor
3.4.5
overall efficiency drive
η
ed
〈transmission and motor/control system〉 fan air power divided by the input power for the fan and motor
combination which include transmission or variable speed controls to take account of all losses within the fan
assembly
3.4.6
overall static efficiency drive
η
esd
〈transmission and motor/control system〉 fan static air power divided by the input power for the fan and motor
combination which include transmission or variable speed controls to take account of all losses within the fan
assembly
NOTE 1 The efficiency can be referred to the installation category (see Figure 3 and ISO 13349).
NOTE 2 Efficiency can be expressed as a proportion of unity. To obtain a per cent value, multiply the efficiency result
by 100.
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ISO 12759:2010(E)
3.4.7
optimum efficiency
η
opt
maximum efficiency achieved on the fan air characteristic with all operational parameters, except the air
system resistance, being fixed
3.4.8
compensation factor
C
c
factor, used in the determination of efficiencies for fans incorporating or fitted with variable speed drives
See Figure 5.
3.5 Fan efficiency grades
3.5.1
fan efficiency grade
FEG
efficiency grade for a bare shaft fan
NOTE The definitions given in 3.4.1 and 3.4.2 can apply.
3.5.2
fan motor efficiency grade
FMEG
efficiency grade for a driven fan
NOTE The definitions given in 3.4.3, 3.4.4, 3.4.5 and 3.4.6 can apply.
3.5.3
grade number
N
G
integer of the FMEG
4 Symbols and units
For the purposes of this document, the symbols and primary units in Table 1 for the parameters listed apply.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Description Unit
C Compensation factor to account for energy savings at part load —
c
C Compensation factor to account for suboptimal matching of components —
m
D Maximum impeller tip diameter (fan size) mm
k Compressibility coefficient —
p
N Grade number (integer) of the FMEG —
G
P Fan shaft power W
a
P Power loss in bearings W
b
P Motor input power W
e
P Drive/control electrical input power W
ed
P Nominal motor power W
N
P Motor output power W
o
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ISO 12759:2010(E)
Table 1 (continued)
Symbol Description Unit
P Impeller power W
r
3
P Specific fan power kW/(m /s) or W/(l/s)
sf
P Fan air power W
u
P Fan static air power W
us
p Atmospheric pressure Pa
a
p Conventional dynamic pressure at a point Pa
d
p Fan dynamic pressure at the fan outlet Pa
d2
p Fan pressure Pa
f
p Fan static pressure Pa
sf
p Absolute stagnation pressure at a point Pa
sg
q Mass flow rate kg/s
m
3
q Inlet volume flow rate m /s
v1
W Fan work per unit mass J/kg
m
η Fan shaft efficiency Expressed as a decimal
a
η Fan bearing efficiency Expressed as a decimal
b
η Variable speed drive efficiency Expressed as a decimal
c
η Overall efficiency for fans without drives Expressed as a decimal
e
η Overall efficiency for fans with drives Expressed as a decimal
ed
η Overall static efficiency for fans without drives Expressed as a decimal
es
η Overall static efficiency for fans with drives Expressed as a decimal
esd
η Motor efficiency Expressed as a decimal
m
η Optimum efficiency Expressed as a decimal
opt
η Fan impeller efficiency Expressed as a decimal
r
η Drive mechanism (transmission efficiency) Expressed as a decimal
T
3
ρ Average density at fan inlet kg/m
1
NOTE Efficiency in per cent (%) divided by 100 equals the efficiency, expressed as a decimal.
5 Fan installation, efficiency and tolerance
5.1 General
Fans range from the purpose-built single fan to the series-produced certified ranges, which are manufactured
in large quantities. A fan can be an impeller on a shaft with no drive mechanism attached (i.e. bare shaft fan)
(see Figure 1), or a motor attached to a drive system attached to an impeller within an impeller housing. In
that case, it can be supplemented by a volume control, such as a variable speed control or guide vanes (i.e.
driven fan) (see Figure 2).
The variation in design has led to efficiency being defined in a number of ways to suit the demands of the fan
type and the market.
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ISO 12759:2010(E)
Figure 1 — Example of a bare shaft centrifugal fan
Key
P fan air power
u
P drive/control electrical input power
ed
a
Variable speed device loss (heat). [The variable speed device can be fitted or not (see Clause 6).]
b
Motor losses (heat).
c
Belt losses (heat).
d
Bearing losses (heat).
e
Impeller and casing aerodynamic losses (heat).
Figure 2 — Example of a driven fan showing power losses
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ISO 12759:2010(E)
5.2 Use of installation categories
Fan efficiency ratings are frequently specific for each standardized test installation category.
If a fan is designed for a single installation category, its rated efficiency grade shall refer to that particular test
installation category, and this shall be clearly identified.
If a fan is suitable for use with different installation categories, the fan efficiency grade shall be based on the
efficiency ratings referring to the most suitable category, and this shall be clearly identified.
To determine the operating point of the fan, four installation categories shall be considered (see Figure 3). For
details of test methods, see the following clauses of ISO 5801:2007:
a) category A installations — Clause 30;
b) category B installations — Clause 31;
c) category C installations — Clause 32;
d) category D installations — Clause 33.
The standardized installation category used for rating the fan shall be clearly stated (see Annex C).
The motor input power and motor output power may be measured or determined using the methods given in
ISO 5801. Installation category E is not included in this International Standard.
a) Category A b) Category B c) Category C d) Category D
Figure 3 — Installation categories
5.3 Calculation of efficiency
5.3.1 The fan air power and efficiency are calculated from fan work per unit mass in accordance with
ISO 5801:2007, 14.8.1.
5.3.2 For a bare shaft fan where bearing losses are excluded, the efficiency is given by Equation (1):
η = P /P (1)
r u r
5.3.3 For a bare shaft fan where bearing losses are included, the efficiency is given by Equation (2):
η = P /P (2)
a u a
5.3.4 For a driven fan that does not include a variable speed drive, where the input power can be
determined, the overall efficiency is given by Equation (3) or (4):
η = P /P (3)
e u e
η = P /P (4)
es us e
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ISO 12759:2010(E)
5.3.5 For a driven fan that includes a variable speed drive, where the input power can be determined, the
overall efficiency is given by Equation (5) or (6):
η = C × P / P (5)
ed c u ed
P
us
η =×C (6)
esd c
P
ed
NOTE The use of fan pressure or fan static pressure determines the appropriate efficiency grade according to the
installation category.
5.4 Tolerances
At each stage of the fan design and manufacturing cycle, including conversion from prototype performance
data or calculation, fabrication and testing of a purpose-designed fan, finite uncertainties prevail and
acceptance tolerances shall be applied.
Any test for fan performance is subject to error, and the range within which these testing errors can be
expected to lie is defined numerically as the uncertainty of measurement. In addition, the true performance of
the fan (if it can be ascertained) would be found to differ from that of another nominally identical fan, owing to
inevitable variations in manufacture. The expected range of this manufacturing variation shall be added to the
uncertainty of measurement to determine the minimum tolerance required for a performance specification.
The tolerances given in ISO 13348:2007, Clause 5 (performance tolerances for purpose-designed fans and
series-produced non-certified fans), and ISO 13348:2007, Clause 6 (performance tolerances for series-
produced fans in certified ratings programmes), shall apply.
6 Ratings
6.1 General
The variation of fan type and drive option leads to efficiency being derived in different ways. For grading
purposes, the efficiency has been defined as a function of the size for bare shaft fans and as a function of
input power for driven fans. Direct comparison shall not be made between driven fans rating (FMEG) and bare
shaft fans rating (FEG).
If the efficiency of the bare shaft fan is required on a driven unit (see 6.2), Figure 4 remains applicable. In this
case, the motor efficiency shall be obtained from a dynamometer test or by calibrated motor performance
curves, conforming to IEC 60034-2-1.
This clause gives guidance on the optimum efficiency (best efficiency point) levels which are achievable by
the fan types addressed in this International Standard. The minimum levels of acceptability are dependent on
consultation between regulator and manufacturer's representatives or local legislation, where this exists.
The efficiency grade for a fan is based on its performance characteristics at a speed not higher than the
maximum safe operating speed to obtain its best efficiency point.
6.2 Bare shaft fans
The relationship between the FEG and fan size is shown in Figure 4. While the fan efficiency is a function of
the operating point of the fan, the efficiency grades are based on the optimum (peak) efficiency of the fan as
the characteristic of fan energy efficiency.
A fan belongs to an FEG grade (e.g. FEG85), if its efficiency, at best efficiency duty and maximum speed, is
higher than the calculated value, at the impeller diameter, along the boundary, calculated in accordance with
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ISO 12759:2010(E)
Annex A from the level of the immediately lower efficiency grade (e.g. 80 from FEG80), and equal to or lower
than the value on the boundary calculated for the nominal efficiency grade (e.g. FEG85).
In simple terms, a fan belongs to an FEG grade (e.g. FEG85) if its efficiency, at best efficiency duty and
maximum speed, is below the curve according to its designation, but above the next curve beneath (e.g.
FEG80).
η
opt
90
FEG90
FEG85
80
FEG80
FEG75
70
FEG71
FEG67
FEG63
60
FEG60
FEG56
FEG53
50
FEG50
40
30
20
10
0
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1 000 D
710
140 180 224 280 355 450 560 900
Key
D fan size (mm)
η optimum (peak) fan efficiency (%)
opt
Figure 4 — FEG for bare shaft fans
The incremental efficiency grades for bare shaft fans are given in Table 2. An explanation of how to determine
the FEG is given in the notes to Table 2. The FEG grade for a given fan size is assigned when the fan
optimum (peak) efficiency is equal or lower than the value of efficiency in the row for that label and higher than
the value of efficiency in the next row down.
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ISO 12759:2010(E)
Table 2 — Fan efficiency grades (FEG) for bare shaft fans
a
Optimum (peak) fan efficiency
%
d,e
for fan size, D (mm) of:
FEG r
b,c
grade
125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250
FEG90 Optimum (peak) fan efficiency above the FEG85 grade
FEG85 42,5 44,8 47,2 50,1 52,7 55,2 57,4 59,4 61,3 63,3 65,2 66,9 68,6
FEG80 40,1 42,3 44,6 47,3 49,8 52,1 54,2 56,1 57,9 59,8 61,6 63,1 64,8
FEG75 37,8 39,9 42,1 44,7 47,0 49,2 51,1 53,0 54,6 56,5 58,1 59,6 61,2
FEG71 35,7 37,7 39,8 42,2 44,4 46,4 48,3 50,0 51,6 53,3 54,9 56,3 57,8
FEG67 33,7 35,6 37,5 39,8 41,9 43,8 45,6 47,2 48,7 50,3 51,8 53,1 54,5
FEG63 31,8 33,6 35,4 37,6 39,5 41,4 43,0 44,6 46,0 47,5 48,9 50,2 51,5
FEG60 30,1 31,7 33,4 35,5 37,3 39,0 40,6 42,1 43,4 44,8 46,2 47,3 48,6
FEG56 28,4 29,9 31,6 33,5 35,2 36,9 38,3 39,7 41,0 42,3 43,6 44,7 45,9
FEG53 26,8 28,2 29,8 31,6 33,3 34,8 36,2 37,5 38,7 40,0 41,1 42,2 43,3
FEG50 25,3 26,7 28,1 29,8 31,4 32,9 34,2 35,4 36,5 37,7 38,8 39,8 40,9
23,9 25,2 26,6 28,2 29,7 31,0 32,3 33,4 34,5 35,6 36,7 37,6 38,6
d,e
for fan size, D (mm) of:
FEG r
b,c
grade
265 280 300 315 335 355 375 400 425 450 475 500 530
FEG90 Optimum (peak) fan efficiency above the FEG85 grade
FEG85 70,3 71,8 73,5 74,6 75,9 77,0 77,9 78,9 79,7 80,4 81,0 81,5 81,9
FEG80 66,4 67,8 69,4 70,4 71,7 72,7 73,6 74,5 75,3 75,9 76,5 76,9 77,4
FEG75 62,7 64,0 65,5 66,5 67,6 68,6 69,5 70,3 71,1 71,7 72,2 72,6 73,0
FEG71 59,2 60,4 61,8 62,8 63,9 64,8 65,6 66,4 67,1 67,7 68,1 68,5 68,9
FEG67 55,9 57,0 58,4 59,3 60,3 61,2 61,9 62,7 63,3 63,9 64,3 64,7 65,1
FEG63 52,7 53,8 55,1 55,9 56,9 57,7 58,4 59,2 59,8 60,3 60,7 61,1 61,4
FEG60 49,8 50,8 52,0 52,8 53,7 54,5 55,2
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12759
Première édition
2010-12-15
Ventilateurs — Classification du
rendement des ventilateurs
Fans — Efficiency classification for fans
Numéro de référence
ISO 12759:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 12759:2010(F)
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peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
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l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
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de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
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Web www.iso.org
Publié en Suisse
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ISO 12759:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
3.1 Ventilateurs — Termes généraux .2
3.2 Catégories d'installation des ventilateurs ou des essais en fonction de la disposition des
conduits.3
3.3 Ventilateurs — Termes relatifs aux calculs .3
3.4 Termes relatifs au rendement du ventilateur .5
3.5 Termes relatifs aux classes de rendement des ventilateurs .6
4 Symboles et unités.6
5 Catégories d'installation, rendement et tolérances.8
5.1 Généralités .8
5.2 Utilisation des catégories d'installation.9
5.3 Calcul du rendement.10
5.4 Tolérances.10
6 Classification .11
6.1 Généralités .11
6.2 Ventilateurs seuls.11
6.3 Motoventilateurs.14
Annexe A (normative) Classes de rendement des ventilateurs seuls .22
Annexe B (normative) Méthode de calcul du rendement des éléments constitutifs.23
Annexe C (informative) Variation de la performance d'un ventilateur en fonction des catégories
d'installation.28
Annexe D (informative) Calcul de la puissance électrique absorbée par les motoventilateurs au
point de fonctionnement nominal.29
Annexe E (informative) Choix des ventilateurs pour un meilleur rendement.37
Annexe F (informative) Détermination de la classe de rendement d'un motoventilateur .40
Annexe G (informative) Note explicative .43
Bibliographie.45
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ISO 12759:2010(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 12759 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 117, Ventilateurs.
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 12759:2010(F)
Introduction
Au cours des dix dernières années, on a assisté non seulement à une escalade des prix, mais aussi à une
prise de conscience accrue des ressources limitées que constituent de nombreux combustibles fossiles
actuellement utilisés. On pense également que le changement climatique est dû à une augmentation du
niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Tout cela a conduit de nombreuses nations à revoir leurs
méthodes de production et d'utilisation de l'énergie.
Afin de maintenir la croissance économique, il est donc nécessaire de promouvoir l'efficacité énergétique.
Cela implique que les utilisateurs choisissent mieux leurs équipements, mais également que les fabricants en
améliorent la conception.
Des ventilateurs de tous types sont utilisés pour la ventilation et la climatisation, en ingénierie des procédés
(séchage, transport pneumatique), pour l'alimentation en air de combustion, en agriculture, etc. En fait, des
calculs ont montré que la consommation d'énergie par les ventilateurs représentait près de 20 % de la
demande mondiale.
L'industrie des ventilateurs est mondiale, avec un pourcentage important d'exportations et de concessions de
licences. Afin de garantir que les caractéristiques de performance des ventilateurs définies sont les mêmes
dans le monde entier, une série de Normes internationales a été élaborée. Ce secteur industriel pense qu'il
est désormais nécessaire de reconnaître le besoin d'élaborer des normes de rendement minimal. Afin
d'encourager leur mise en œuvre, un système de classification, constitué d'une série de plages de rendement,
est proposé. En fonction des améliorations des technologies et des procédés de fabrication, les classes de
rendement minimal pourront être révisées et augmentées par la suite.
La présente Norme internationale peut être utilisée par les législateurs ou les organismes de réglementation
pour définir les futures cibles en matière d'économie d'énergie.
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NORME INTERNATIONALE ISO 12759:2010(F)
Ventilateurs — Classification du rendement des ventilateurs
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale établit une classification du rendement de tous les types de ventilateurs
entraînés par des moteurs dont la puissance électrique absorbée est comprise entre 0,125 kW et 500 kW.
Elle est applicable aux ventilateurs à arbre nu et à entraînement, ainsi qu'aux ventilateurs intégrés à des
produits. Ces derniers sont mesurés en tant que ventilateurs autonomes.
La présente Norme internationale n'est pas applicable:
a) aux ventilateurs utilisés pour l'extraction des fumées et le désenfumage;
b) aux ventilateurs pour les procédés industriels;
c) aux ventilateurs pour les applications automobiles, les trains et les avions;
d) aux ventilateurs placés en atmosphères potentiellement explosives;
e) aux ventilateurs en caisson, aux tourelles d'extraction motorisées, aux rideaux d'air;
f) aux ventilateurs utilisés dans les parkings et pour la ventilation des tunnels.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 5801:2007, Ventilateurs industriels — Essais aérauliques sur circuits normalisés
ISO 13348:2007, Ventilateurs industriels — Tolérances, méthodes de conversion et présentation des données
techniques
ISO 13349:2010, Ventilateurs — Vocabulaire et définitions des catégories
CEI 60034-2-1, Machines électriques tournantes — Partie 2-1: Méthodes normalisées pour la détermination
des pertes et du rendement à partir d'essais (à l'exclusion des machines pour véhicules de traction)
CEI 60034-30, Machines électriques tournantes — Partie 30: Classes de rendement pour les moteurs à
induction triphasés à cage, mono vitesse (Code IE)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 13349 ainsi que les
suivants s'appliquent.
NOTE Voir les Tableaux 4 et 5 de l'ISO 13349:2010, en particulier, ainsi que les équations correspondantes dans
l'Article 5 de la présente Norme internationale et dans l'ISO 5801.
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ISO 12759:2010(F)
3.1 Ventilateurs — Termes généraux
3.1.1
ventilateur
turbomachine qui reçoit de l'énergie mécanique et l'utilise à l'aide d'une ou plusieurs roues à aubes de
manière à entretenir un écoulement continu d'air ou d'un autre gaz qui le traverse et dont le travail massique
ne dépasse pas normalement 25 kJ/kg
NOTE 1 Les ventilateurs sont définis en fonction de leur catégorie d'installation, de leur fonction, de la trajectoire du
fluide et des conditions de fonctionnement.
NOTE 2 Adapté de l'ISO 13349:2010, définition 3.1.1.
3.1.2
taille de ventilateur
diamètre maximal de la roue, D, sur lequel repose la conception du ventilateur
3.1.3
entraînement
〈transmission et moteur/système de commande〉 mécanisme utilisé pour entraîner le ventilateur, y compris le
moteur, la transmission mécanique et le moteur/système de commande
NOTE 1 Le variateur de fréquence, le commutateur électronique, etc. sont des exemples de moteur/système de
commande.
NOTE 2 L'entraînement par courroies, les accouplements, etc. sont des exemples de transmission mécanique.
3.1.4
ventilateur seul
ventilateur sans entraînement, accessoires ou accouplements
Voir Figure 1.
NOTE Adapté de l'ISO 13349:2010, définition 3.1.2.
3.1.5
motoventilateur
une ou plusieurs roues installées sur ou reliées à un moteur, avec ou sans un système d'entraînement, une
enveloppe ou un variateur de vitesse
Voir Figure 2.
NOTE Adapté de l'ISO 13349:2010, définition 3.1.3.
3.1.6
air
abréviation de l'expression «air ou autre gaz»
[ISO 13349:2010, définition 3.2]
3.1.7
air normal
3
air atmosphérique ayant une masse volumique de 1,2 kg/m exactement
NOTE 1 L'air atmosphérique à une température de 16 °C, une pression de 100 000 Pa et une humidité relative de
3
65 % a une masse volumique de 1,2 kg/m , mais ces conditions ne font pas partie de la définition.
NOTE 2 Adapté de l'ISO 13349:2010, définition 3.3.
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ISO 12759:2010(F)
3.2 Catégories d'installation des ventilateurs ou des essais en fonction de la disposition
des conduits
Voir la Figure 3 et l'ISO 13349.
3.2.1
catégorie d'installation A
installation à aspiration libre et refoulement libre
3.2.2
catégorie d'installation B
installation à aspiration libre et refoulement en conduit
3.2.3
catégorie d'installation C
installation à aspiration en conduit et refoulement libre
3.2.4
catégorie d'installation D
installation à aspiration en conduit et refoulement en conduit
3.3 Ventilateurs — Termes relatifs aux calculs
3.3.1
masse volumique moyenne à l'aspiration
ρ
1
masse volumique du fluide calculée à partir de la pression absolue et de la température statique
3.3.2
pression atmosphérique
p
a
pression, mesurée par rapport au zéro de pression absolue, exercée en un point au repos par rapport à l'air
qui l'entoure
3.3.3
pression du ventilateur
p
f
différence entre la pression de stagnation au refoulement et la pression de stagnation à l'aspiration
3.3.4
pression statique du ventilateur
p
sf
grandeur conventionnelle définie comme la différence entre la pression du ventilateur et la pression
dynamique du ventilateur au refoulement corrigée par le facteur de Mach
3.3.5
pression de stagnation absolue en un point
p
sg
pression absolue qui serait mesurée en un point d'un écoulement gazeux s'il était amené au repos par une
transformation isentropique
3.3.6
pression dynamique conventionnelle en un point
p
d
pression calculée à partir de la vitesse et de la masse volumique de l'air au point considéré
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ISO 12759:2010(F)
3.3.7
pression dynamique du ventilateur au refoulement
p
d2
pression dynamique conventionnelle au refoulement calculée à partir du débit-masse, de la masse volumique
moyenne du gaz au refoulement et de l'aire de l'ouïe de refoulement
3.3.8
débit-masse
q
m
valeur moyenne, dans le temps, de la masse d'air qui traverse une section droite d'un conduit spécifiée, par
unité de temps
3.3.9
débit-volume à l'aspiration
q
v1
quotient du débit-masse à l'aspiration par la valeur moyenne correspondante, dans le temps, de la masse
volumique moyenne à l'aspiration
3.3.10
travail massique du ventilateur
W
m
accroissement de l'énergie mécanique par unité de masse du fluide traversant le ventilateur
3.3.11
coefficient de compressibilité
k
p
quotient du travail mécanique fourni par le ventilateur par le travail mécanique qui serait fourni à un fluide
incompressible de même débit-masse, de même masse volumique à l'aspiration et de même taux de
compression
3.3.12
puissance aéraulique du ventilateur
P
u
puissance utile conventionnelle égale au produit du débit-masse par le travail massique du ventilateur, ou au
produit du débit-volume à l'aspiration par le coefficient de compressibilité et la pression du ventilateur
3.3.13
puissance aéraulique statique du ventilateur
P
us
puissance utile conventionnelle égale au produit du débit-masse par le travail massique statique du ventilateur,
ou au produit du débit-volume à l'aspiration par le coefficient de compressibilité et la pression statique du
ventilateur
3.3.14
puissance à la roue du ventilateur
P
r
puissance mécanique fournie à la roue du ventilateur
NOTE Cela s'applique aux roues à entraînement direct, qu'elles soient libres (par exemple dans les ventilateurs en
plénum) ou placées dans une enveloppe.
3.3.15
puissance nominale du moteur
P
N
puissance utile nominale d'un moteur électrique
4 © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 12759:2010(F)
3.3.16
puissance à l'arbre du ventilateur
P
a
puissance mécanique fournie à l'arbre du ventilateur
3.3.17
puissance à l'arbre du moteur
P
o
puissance fournie à l'arbre du moteur ou de tout autre moyen d'entraînement
3.3.18
puissance absorbée par le moteur
P
e
puissance électrique fournie au moteur du ventilateur
3.3.19
puissance électrique absorbée par l'entraînement/la commande
P
ed
puissance électrique fournie à l'entraînement ou à la commande du moteur
3.4 Termes relatifs au rendement du ventilateur
3.4.1
rendement à la roue du ventilateur
η
r
quotient de la puissance aéraulique du ventilateur par la puissance à la roue du ventilateur, P
r
3.4.2
rendement à l'arbre du ventilateur
η
a
quotient de la puissance aéraulique du ventilateur par la puissance à l'arbre du ventilateur, P
a
3.4.3
rendement global
η
e
quotient de la puissance aéraulique du ventilateur par la puissance absorbée par le ventilateur et le moteur
3.4.4
rendement statique global
η
es
quotient de la puissance aéraulique statique du ventilateur par la puissance absorbée par le ventilateur et le
moteur
3.4.5
rendement global du ventilateur avec entraînement
η
ed
〈transmission et moteur/système de commande〉 quotient de la puissance aéraulique du ventilateur par la
puissance absorbée par l'ensemble ventilateur et moteur, y compris la transmission ou le variateur de vitesse,
afin de prendre en compte toutes les pertes dans le ventilateur
3.4.6
rendement statique global du ventilateur avec entraînement
η
esd
〈transmission et moteur/système de commande〉 quotient de la puissance aéraulique statique du ventilateur
par la puissance absorbée par l'ensemble ventilateur et moteur, y compris la transmission ou le variateur de
vitesse, afin de prendre en compte toutes les pertes dans le ventilateur
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ISO 12759:2010(F)
NOTE 1 Le rendement peut faire référence à la catégorie d'installation (voir la Figure 3 et l'ISO 13349).
NOTE 2 Le rendement peut être exprimé en fraction d'unité. Pour obtenir une valeur en pourcentage, multiplier le
rendement obtenu par 100.
3.4.7
rendement optimal
η
opt
rendement maximal obtenu sur la caractéristique aéraulique du ventilateur, tous les paramètres opérationnels,
sauf la résistance du circuit d'air, étant fixes
3.4.8
facteur de compensation
C
c
facteur utilisé pour la détermination du rendement des ventilateurs intégrant des variateurs de vitesse ou qui
en sont équipés
Voir la Figure 5.
3.5 Termes relatifs aux classes de rendement des ventilateurs
3.5.1
classe de rendement du ventilateur seul
FEG
classe de rendement d'un ventilateur seul (sans système d'entraînement)
NOTE 1 Les définitions données en 3.4.1 et 3.4.2 s'appliquent.
NOTE 2 Le terme abrégé FEG est dérivé de l'anglais fan efficiency grade.
3.5.2
classe de rendement du motoventilateur
FMEG
classe de rendement d'un ventilateur avec son système d'entraînement
NOTE Les définitions données en 3.4.3, 3.4.4, 3.4.5 et 3.4.6 s'appliquent.
NOTE 2 Le terme abrégé FMEG est dérivé de l'anglais fan motor efficiency grade.
3.5.3
numéro de classe
N
G
nombre entier désignant la classe FMEG
4 Symboles et unités
Pour les besoins du présent document, les symboles et unités de base du Tableau 1, pour les grandeurs
énumérées, s'appliquent.
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ISO 12759:2010(F)
Tableau 1 — Symboles et unités
Symbole Grandeur Unité
C Facteur de compensation pour tenir compte des économies d'énergie —
c
C Facteur de compensation pour tenir compte de l'association non optimale des —
m
éléments
D Diamètre maximal de la roue (taille de ventilateur) mm
k Coefficient de compressibilité —
p
N Numéro de classe (nombre entier) désignant la classe FMEG —
G
P Puissance à l'arbre du ventilateur W
a
P Perte de puissance dans les roulements W
b
P Puissance absorbée par le moteur W
e
P Puissance électrique absorbée par l'entraînement/la commande W
ed
P Puissance nominale du moteur W
N
P Puissance à l'arbre du moteur W
o
P Puissance à la roue du ventilateur W
r
3
P Puissance spécifique du ventilateur W/(l/s), kW/(m /s)
sf
P Puissance aéraulique du ventilateur W
u
P Puissance aéraulique statique du ventilateur W
us
p Pression atmosphérique Pa
a
p Pression dynamique conventionnelle en un point Pa
d
p Pression dynamique du ventilateur au refoulement Pa
d2
p Pression du ventilateur Pa
f
p Pression statique du ventilateur Pa
sf
p Pression de stagnation absolue en un point Pa
sg
q Débit-masse kg/s
m
3
q Débit-volume à l'aspiration m /s
v1
W Travail massique du ventilateur J/kg
m
η Rendement à l'arbre du ventilateur Exprimé sous la forme
a
d'un nombre décimal
η Rendement du roulement du ventilateur Exprimé sous la forme
b
d'un nombre décimal
η Rendement du variateur de vitesse Exprimé sous la forme
c
d'un nombre décimal
η Rendement global des ventilateurs sans entraînement Exprimé sous la forme
e
d'un nombre décimal
η Rendement global des ventilateurs avec entraînement Exprimé sous la forme
ed
d'un nombre décimal
η Rendement statique global des ventilateurs sans entraînement Exprimé sous la forme
es
d'un nombre décimal
η Rendement statique global des ventilateurs avec entraînement Exprimé sous la forme
esd
d'un nombre décimal
η Rendement du moteur Exprimé sous la forme
m
d'un nombre décimal
η Rendement optimal Exprimé sous la forme
opt
d'un nombre décimal
η Rendement à la roue du ventilateur Exprimé sous la forme
r
d'un nombre décimal
η Rendement du système d'entraînement (rendement de la transmission) Exprimé sous la forme
T
d'un nombre décimal
3
ρ Masse volumique moyenne à l'aspiration kg/m
1
NOTE Le rendement en pourcentage (%) divisé par 100 équivaut au rendement exprimé sous la forme d'un nombre décimal.
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5 Catégories d'installation, rendement et tolérances
5.1 Généralités
Il existe plusieurs types de ventilateurs, du ventilateur fabriqué à l'unité pour un besoin précis aux gammes de
ventilateurs certifiées produites en série et en grandes quantités. Un ventilateur peut être une roue montée
sur un arbre sans être raccordée à un système d'entraînement (ventilateur seul, voir la Figure 1), ou une roue
reliée à un moteur par un système de transmission et placée dans une enveloppe, auquel cas un dispositif de
réglage du débit est prévu, par exemple un variateur de vitesse ou des pales directrices (motoventilateur, voir
la Figure 2).
Du fait des différences de conception, le rendement est défini de nombreuses manières afin d'adapter la
réponse au type de ventilateur et à la demande du marché.
Figure 1 — Exemple de ventilateur centrifuge seul (sans système d'entraînement)
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ISO 12759:2010(F)
Légende
P puissance électrique absorbée par l'entraînement/la commande
ed
P puissance aéraulique du ventilateur
u
a
Pertes dans le dispositif de variation de vitesse (chaleur). (Le dispositif de variation de vitesse peut ou non être
installé; voir l'Article 6.).
b
Pertes dans le moteur (chaleur).
c
Pertes dans la courroie (chaleur).
d
Pertes dans les roulements (chaleur).
e
Pertes aérodynamiques dans la roue et l'enveloppe (chaleur).
Figure 2 — Exemple de motoventilateur montrant les pertes de puissance
5.2 Utilisation des catégories d'installation
Les classes de rendement des ventilateurs sont souvent spécifiques de chaque catégorie d'installation d'essai
normalisée.
Lorsqu'un ventilateur est conçu pour une seule catégorie d'installation, sa classe de rendement nominal doit
faire référence à la catégorie d'installation d'essai concernée et cela doit être clairement indiqué.
Lorsqu'un ventilateur peut être utilisé selon plusieurs catégories d'installation, sa classe de rendement doit
être fondée sur le rendement correspondant à la catégorie d'installation la plus appropriée et cela doit être
clairement indiqué.
Pour déterminer le point de fonctionnement du ventilateur, quatre catégories d'installation doivent être
considérées (voir la Figure 3). Pour plus d'informations sur les méthodes d'essai, se référer à l'ISO 5801:2007,
notamment aux articles suivants:
a) installations de catégorie A — Article 30;
b) installations de catégorie B — Article 31;
c) installations de catégorie C — Article 32;
d) installations de catégorie D — Article 33.
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ISO 12759:2010(F)
La catégorie d'installation normalisée utilisée pour la classification du ventilateur doit être clairement indiquée
(voir l'Annexe C).
La puissance absorbée par le moteur et la puissance à l'arbre du moteur peuvent être mesurées ou
déterminées à l'aide des méthodes fournies dans l'ISO 5801. La catégorie d'installation E n'est pas incluse
dans la présente Norme internationale.
a) Catégorie A b) Catégorie B c) Catégorie C d) Catégorie D
Figure 3 — Catégories d'installation
5.3 Calcul du rendement
5.3.1 La puissance aéraulique et le rendement du ventilateur sont calculés à partir du travail massique
conformément à l'ISO 5801:2007, 14.8.1.
5.3.2 Si les pertes dans les roulements ne sont pas prises en compte, le rendement du ventilateur seul est
donné par l'Équation (1):
η =PP/ (1)
ru r
5.3.3 Si les pertes dans les roulements sont prises en compte, le rendement du ventilateur seul est donné
par l'Équation (2):
η =PP/ (2)
au a
5.3.4 Pour un motoventilateur sans variateur de vitesse, dont la puissance absorbée peut être déterminée,
le rendement global est donné par les Équations (3) ou (4):
η =PP/ (3)
eu e
η =PP/ (4)
es us e
Pour un motoventilateur avec variateur de vitesse, dont la puissance absorbée peut être déterminée, le
rendement global est donné par les Équations (5) ou (6):
η =⋅CP /P (5)
ed c u ed
η =⋅CP /P (6)
esd c us ed
NOTE L'utilisation de la pression du ventilateur ou de la pression statique du ventilateur détermine la classe de
rendement appropriée en fonction de la catégorie d'installation.
5.4 Tolérances
À chaque étape du cycle de conception et de fabrication du ventilateur, incluant la transposition des
performances déterminées sur prototype ou par calcul, la fabrication et les essais d'un ventilateur fabriqué à
l'unité, des incertitudes apparaissent et des tolérances admises doivent être appliquées.
Tout essai de performance d'un ventilateur comporte un risque d'erreur et la plage dans laquelle ce type
d'erreurs peut être supposé se trouver est définie numériquement comme étant l'incertitude de mesure. En
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ISO 12759:2010(F)
outre, la performance vraie du ventilateur (si elle peut être vérifiée) diffère de celle d'un autre ventilateur
identique en raison des variations inévitables au cours de la fabrication. La plage attendue de ce type de
variation de fabrication doit être ajoutée à l'incertitude de mesure pour déterminer la tolérance minimale
requise pour une spécification de performance.
Les tolérances données dans l'ISO 13348:2007, l'Article 5 (tolérances sur les performances pour les
ventilateurs spéciaux et les ventilateurs de série non certifiés), et dans l'ISO 13348:2007, Article
...
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