Какой компрессор нужен

В интернете гуляют готовые формулы: литр воздуха в минуту на 60 литров воды, литр в час на литр воды, ватт на кубометр. У них общая проблема - они умеют посчитать объем вашего пруда, но не видят, сколько в нем рыбы. Пустой десятикубовый бассейн и тот же бассейн с полтонной форели по этим формулам получат один и тот же компрессор. Ниже - калькулятор, который считает от биомассы и температуры, и объяснение, почему это единственный способ не купить компрессор либо с большим запасом, либо явно слабый.

Почему формулы "на литр воды" врут не потому что неправильные, а потому что неполные

Мы прогнали через живой поиск несколько источников, которые дают готовое правило для подбора компрессора на пруд:

Если аккуратно перевести первую и третью строчку в одни единицы, они внезапно совпадают: "1 л/мин на 60 л" и "1 л/ч на 1 л" - это одна и та же скорость, около 0,017 л воздуха в минуту на литр воды, просто записанная разными единицами времени. Вот тут и лежит настоящая ловушка: минуты и часы в этой нише путают легко, а перепутать "в минуту" с "в час" в такой формуле - значит ошибиться в 60 раз. Ровно поэтому по одному и тому же запросу в выдаче встречаются числа, которые выглядят вообще не связанными друг с другом, хотя источники на самом деле не спорят.

Как посчитано у нас

Расчет идет в три шага, вся математика открыта.

1. Потребность рыбы в кислороде, г/ч. Биомасса (кг) × расход на кг в час (зависит от вида и температуры, берем из той же таблицы, что и в калькуляторе запаса времени и в разборе про нормы кислорода) × коэффициент 1,2 на биофильтр и органику, та же надбавка, что и там.
2. Сколько кислорода реально попадет в воду из литра воздуха. Атмосферный воздух содержит около 290 г кислорода на м³ (21% по объему, стандартные условия). Но в воду переходит не весь этот кислород, а только часть - и она зависит от того, насколько долго пузырек контактирует с водой, то есть от глубины погружения диффузора и его типа. Мелкопузырчатые (мембранные, дисковые) диффузоры дают мелкий пузырь с большой площадью поверхности и передают в воду примерно 2% кислорода на каждый фут (около 0,3 м) глубины погружения. Крупнопузырчатые (шланги, трубки с крупными отверстиями) - примерно вдвое хуже, около 1% на фут. Это отраслевые цифры из области очистки воды, но физика пузырька одна что в аэротенке, что в рыбоводном бассейне.
3. Требуемая подача воздуха, м³/ч. Потребность в кислороде (шаг 1) делим на количество кислорода, которое реально растворяется из кубометра воздуха при вашей глубине и типе диффузора (шаг 2).

M - биомасса, кг. q - расход кислорода, мг/кг/ч, из таблицы ниже. SOTE% - доля кислорода, переходящая в воду с вашей глубины и вашим диффузором (мелкий пузырь ≈ 6,6% на метр глубины, крупный ≈ 3,3% на метр, с потолком - глубже определенной отметки эффективность на практике перестает расти линейно, и в расчете мы ограничиваем ее сверху).

Расход кислорода, мг на кг рыбы в час

Таблица по форели из biblio.arktikfish.com (5-15°C), та же, что в разборе про нормы кислорода и в калькуляторе запаса времени. Строку 20°C для этой конкретной размерной категории форели в источнике нет - раньше здесь стояла копия строки 15°C, что неверно и занижало разницу между теплой и умеренной водой. Прямых данных для нашей размерной категории при 20°C не нашли, но нашли отдельную таблицу FAO для форели 100 г (см. источники): в ней при переходе с 15 на 20°C расход растет на 12% (250 → 280 мг/кг/ч в естественных условиях без стресса). Применили тот же прирост 12% к нашему диапазону 330-480, получили 370-540 - это оценка через перенос пропорции с другого источника, а не измерение именно для нашей таблицы, честно об этом говорим.

Что с давлением, если диффузор глубоко

Калькулятор выше считает объем воздуха, но не считает давление, под которым его нужно подать - а оно растет с глубиной. Каждые 10 метров водяного столба - это примерно 1 атмосфера дополнительного давления, которое должен преодолеть компрессор, плюс потери в шланге и на самом диффузоре. Для бассейна глубиной по пояс это несущественно, для пруда с диффузором на двух-трех метрах - уже нужен компрессор или воздуходувка, рассчитанные на соответствующее рабочее давление, а не просто "побольше литров в минуту". Мембранный аквариумный компрессор на полметра глубины и промышленная воздуходувка на два метра - это разное оборудование, даже если по объему воздуха в минуту цифры похожи.

Порядок величины мощности

Если хочется прикинуть не только объем воздуха, но и электрическую мощность компрессора: по отраслевым данным мелкопузырчатая аэрация в реальных условиях дает порядка 2,4-4,3 кг кислорода на кВт·ч, крупнопузырчатая - около 1,2-1,8 кг на кВт·ч. Разделите потребность в кислороде (шаг 1 выше, переведя в кг/ч) на эту цифру - получите грубый ориентир по кВт. Это ориентир по проценту КПД, а не паспорт конкретной модели: у разных производителей цифры отличаются, и в паспорте всегда стоит эффективность в чистой воде, а не в бассейне с рыбой и органикой, где она обычно ниже.

Что делать с этим числом

• Берите компрессор или воздуходувку с запасом 30-50% сверх расчетного - это не "на всякий случай", а компенсация того, что паспортная производительность почти всегда меряется в идеальных условиях, а не в вашей мутной воде с органикой на дне.
• Если считаете компрессор для аварийного резерва, а не для постоянной работы - смотрите отдельно калькулятор запаса времени: он покажет, сколько у вас вообще есть минут, чтобы успеть его включить.
• Если уперлись в цифры, при которых даже самый мощный компрессор не тянет - вопрос не в компрессоре, а в том, что плотность посадки выше, чем позволяет воздушная аэрация. Где эта граница и когда пора переходить на чистый кислород - в разборе аэрация или оксигенация.

Источники

Формулы "литр воздуха на литр воды" для аквариума и пруда: tetradon.com.ua - Как выбрать мощность компрессора для пруда или аквариума.
Формула "1 л/ч на 1 л воды": aquabin.ru - Как выбрать компрессор для пруда и ferma.expert - Аэратор для пруда.
Содержание кислорода в воздухе (около 290 г/м³) и норматив подачи воздуха для промышленной аэрации водоема: blowerair.ru - Расчет аэрации прудов для рыбы.
Расход кислорода рыбой на кг массы в час (5-15°C): та же таблица и источник, что в разборе про нормы кислорода (biblio.arktikfish.com).
Рост расхода кислорода форелью 100 г при переходе с 15 на 20°C (250 → 280 мг/кг/ч, естественные условия без стресса) - использовано для пропорционального пересчета строки 20°C в таблице выше: FAO, Chapter 21, Aeration and Oxygenation in Aquaculture, Table 3.
Коэффициенты потребления кислорода разными видами относительно карпа (карп = 1, форель = 2,83) и отдельное измерение по карпу 500-600 г при 10°C (около 45 мг/кг/ч) - использовано только как аргумент, что расчет по форелевой таблице для карпа дает запас по мощности компрессора, а не недобор, в сам калькулятор карповая цифра не подставлена: Berka R. The Transport of Live Fish: A Review, EIFAC Technical Paper No. 48, FAO, 1986, со ссылкой на FRG recommendation (1979) и Shevchenko (1978).
Эффективность передачи кислорода (SOTE) по глубине для мелко- и крупнопузырчатых диффузоров, показатель SAE в кг О2/кВт·ч: American Aeration - Fine Bubble vs. Coarse Bubble Diffusers. Это отраслевые данные по водоочистке (аэротенки), для рыбоводных бассейнов отдельных публикаций с той же детализацией не нашли, физика переноса кислорода в пузырьке от этого не меняется, но точная цифра в вашей воде может отличаться.
Общая производительность инжекционных аэраторов (800-1000 г О2/кВт·ч при 30% насыщения) и различие коэффициентов для холодноводной и тепловодной рыбы (300 и 800 г/кВт·ч): salmo.ru - Выбор аэратора для прудов и озер, эти цифры относятся к поверхностным аэраторам пруда, а не к компрессору с диффузором, приведены для сравнения масштаба, а не подставлены в калькулятор напрямую.