Системы кондиционирования
Системы кондиционирования — это группа климатических устройств, предназначенных для поддержания оптимального температурного режима в значительных по объему помещениях либо во множестве отдельных. Они характеризуются большей потребляемой мощностью, энергоэффективностью, длительным сроком службы и надежностью. Применяются промышленные системы кондиционирования в производственных цехах предприятий различных сфер народного хозяйства, различных зданиях общественного назначения (дворцы спорта, концертные залы, театры и др.), офисных центрах, административных и коммерческих строениях.
Системы кондиционирования: история создания
Первыми моделями кондиционеров были моноблочные. Каких-то пятнадцать лет назад практически в каждом городе страны можно было увидеть здания, окна которых были «украшены» этими прямоугольными коробками. Данные климатические устройства обладали рядом недостатков, препятствовавших их использованию в промышленных масштабах. Главными из них были низкая производительность каждого отдельного агрегата и сложность обслуживания.
Следующими стали внедряться системы кондиционирования типа «сплит», наиболее распространенные ныне в бытовом секторе. Промышленные вариации сплит-систем отличались значительно большей производительностью, устройством внутреннего блока. Зачастую они комбинировались с вентсистемой, что позволяло осуществлять распределение кондиционированного воздуха на несколько участков. Однако такие системы кондиционирования тоже не прижились в промышленной сфере, поскольку отличались крайне низкими возможностями регулировки температуры в различных зонах и обладали рядом других существенных недостатков.
Появление мультисплит-систем позволило решить некоторые проблемы, однако до современных схем кондиционирования им было далеко, поскольку было ограничение на число внутренних блоков. К одному внешнему блоку можно было присоединить максимум шесть-семь внутренних.
Сегодня наибольшее распространение в промышленном секторе получили системы VRF и схемы «чиллер-фанкойл».
Системы кондиционирования типа VRF
|
Данные схемы кондиционирования фактически являются улучшенными вариациями мультисплит-систем. Отличие их в возможности использования одновременно нескольких десятков потребителей — внутренних блоков и значительно большей протяженности трубных разводок. Аббревиатура VRF расшифровывается как «переменный поток хладагента», поток которого регулируется на входе каждого внутреннего блока посредством вентиля с электронным управлением.
Сегодня такие системы кондиционирования активно используются во многих коммерческих, производственных, административных и общественных зданиях, характеризующихся наличием большого количества отдельных помещений. Таковыми являются различные офисные центры, банковские учреждения, гостиничные заведения. Несколько реже VRF-системы устанавливаются для кондиционирования воздуха в торговых центрах и прочих объемных помещениях.
VRF-системы: характерные особенности
Системы кондиционирования типа VRF представляют собой сложноразветвленную систему трубных коммуникаций, соединяющую множество внутренних блоков с одним внешним. Причем разводка может быть двух- или трехтрубной. Первая позволяет одновременную работу всех потребителей только в одном из режимов, то есть охлаждать либо нагревать воздух в помещении. Трехтрубная система кондиционирования предоставляет более широкие возможности температурных регулировок: в одних помещениях можно включать внутренние блоки в режиме охлаждения, в других — в режиме обогрева. Эта функциональная возможность VRF-схем удобна во многих случаях. Например, когда в офисных центрах либо гостиницах на теневой стороне здания помещения необходимо отапливать, а на солнечной охлаждать. Либо в прохладные сезонные периоды в большинстве комнат нужно нагревать воздух, а, к примеру, в серверной требуется поддерживать стабильно низкую температуру.
Схем управления VRF-системами кондиционирования может быть две. Первая предусматривает централизованную регулировку параметров каждого внутреннего блока и применяется, главным образом, для управления климатическими параметрами в объемных помещениях. Вторая позволяет осуществлять индивидуальную регулировку работы каждого внутреннего блока в отдельности, поэтому нашла широкое применение в различных многокомнатных зданиях.
Преимущества и недостатки систем VRF
Одним из главных преимуществ VRF-систем является высочайшая энергоэффективность, к недостаткам можно отнести довольно значительные затраты на их обустройство, однако увеличенная сумма первоначальных вложений достаточно скоро окупается. Также к положительным качествам таких систем кондиционирования относится способность гибко регулировать температуру в каждом отдельном помещении и поддерживать ее в строго заданных границах. Стандартами многих современных производителей данных систем регламентирована максимальная величина отклонения от заданной температуры в полградуса.
Еще одним достоинством схем кондиционирования типа VRF является практически бесшумная работа внутренних блоков. При правильной работе уровень шума обычно не превышает двадцати пяти децибел.
Существуют также некоторые ограничения на использование систем кондиционирования типа VRF:
- максимальное расстояние между внешним блоком и внутренним не может превышать пятидесяти метров по вертикали;
- максимальная протяженность трубопровода, соединяющего внешний блок с самым дальним внутренним, ограничивается ста шестьюдесятью пятью метрами;
- расстояние между самым нижним и самым верхним внутренним блоком не должно быть более пятнадцати метров.
От одного внешнего блока, установленного на крыше здания, можно осуществлять кондиционирование воздуха в помещениях с высотой потолков до трех метров на пяти этажах.
Архитектура VRF-систем
Классические мультисплит-системы организовываются радиальным способом, то есть к каждому потребителю от внешнего блока отходит своя пара фреоновых трубопроводов. Схема VRF может быть реализована с меньшими относительными материалозатратами, поскольку предусматривает применение одной сложноразветвленной сети трубной разводки. От внешнего блока может отходить единственная пара труб, которая далее многократно разделяется — сначала по группам (например, поэтажно), затем на каждого потребителя. Это с одной стороны позволяет уменьшить материалоемкость системы дорогостоящих медных труб, с другой предъявляет повышенные требования к качеству соединений в точках разветвления ввиду повышенной вероятности потери всего хладагента в случае нарушения герметичности на одном из ее участков.
На этих участках, в зависимости от числа разветвлений, устанавливаются Y-образные, вилочные рефнеты либо более сложные коллекторы, позволяющие разделить трубу на несколько потребителей. Причем в каждой точке разветвления данную операцию нужно произвести дважды, на каждой из пары труб.
Подобным образом могут соединяться и внешние блоки. В некоторых случаях требуется для обеспечения нужной производительности системы применять одновременно четыре наружных блока и более. Такие схемы намного эффективнее и удобнее в использовании, поскольку в случае выхода из строя одного из внешних блоков работоспособность системы практически не ухудшается, а нагрузка распределяется на остальные.
В одной системе кондиционирования могут одновременно устанавливаться внутренние блоки различного исполнения. К примеру, в рабочих кабинетах могут использоваться классические настенные модификации, в приемных — кассетные модели, а просторные конференц-залы и другие подобные помещения оснащаться внутренними блоками канального типа.
Мини VRF-системы
Частным случаем систем кондиционирования типа VRF являются мини VRF-системы. Принцип действия обоих схем и устройство практически одинаковы. Единственными отличиями являются производительность и количество внутренних блоков. В схемах типа мини VRF применяется только один внешний блок, геометрические же параметры трубной разводки могут не отличаться. Обычно подобные системы кондиционирования применяются для сравнительно небольших объектов с малым числом отдельных помещений либо при отсутствии необходимости осуществлять кондиционирование во всех помещениях здания.
Варианты применения схем типа VRF
Климатические VRF-системы могут использоваться в комплексе с вентиляционными. Подключив к ним установку приточно-вытяжной вентиляции, оборудованную рекуператором (модулем, позволяющим утилизировать тепловую энергию), можно добиться значительной экономии энергоресурса. Подобная схема эффективнее на двадцать процентов.
Также системы кондиционирования типа VRF легко можно интегрировать в схему «интеллектуальных» зданий с полностью автоматизированным управлением. Таковыми могут быть как различные общественные, коммерческие объекты, так и частные многокомнатные и многоэтажные дома.
Системы кондиционирования типа «чиллер-фанкойл»
VRF-системы кондиционирования являются не единственным решением для обеспечения требуемых параметров микроклимата в объемных залах или многокомнатных зданиях. Сегодня имеется альтернативная технология, получившая такое же широкое применение. Это так называемая система «чиллер-фанкойл».
Данная схема по архитектуре во многом схожа с системой кондиционирования типа VRF. Она также состоит из внешнего блока (чиллера) и множества внутренних, соединенных посредством трубопроводной сети — фанкойлов. Однако имеется и масса отличий, главным из которых является тип используемого хладагента. Если в схеме VRF в качестве хладагента применяется фреон, то в этой системе кондиционирования тепло из помещений отбирается водой либо жидкостью со свойствами антифириза, препятствующими замерзанию. Как и мультизональные, системы кондиционирования «чиллер-фанкойл» в большинстве случаев способны работать в инверторном режиме, то есть отапливать помещения в холодные сезонные периоды.
Система кондиционирования «чиллер-фанкойл»: особенности устройства
В качестве внешнего блока — чиллера — в системе используется водоохлаждающий агрегат. Другими словами, это промышленный холодильник, рассчитанный на эффективное охлаждение воды в трубной системе. Одновременно могут использоваться два-три и более параллельно подключенных внешних блоков для увеличения производительности системы.
К чиллеру (либо их группе) подключается одна или несколько пар труб, причем, в отличие от схем кондиционирования типа VRF, протяженность каждого контура может быть любой. Ограничением длины трубной разводки служит только мощность подкачивающего оборудования — циркуляционных насосов. Материал изготовления труб также может быть любым — используются как металлические трубопроводы, так и поливинилхлоридные, и выполненные из других полимерных и композитных материалов (металлопластиковые).
Устройство внешнего блока и основные модификации
В отличие от наружных блоков систем классического кондиционирования, где в конденсаторе агрегата производится охлаждение хладагента, который далее циркулирует по контурам системы, в чиллере осуществляется охлаждение воды либо антифриза. На данный момент существует две основные вариации этого водоохлаждающего агрегата. Наибольшее распространение получили парокомпрессионные модификации. Они более эффективны, экономичны и надежны, нежели чиллеры абсорбционного типа, которые к тому же несколько дороже и характеризуются большими габаритами.
Парокомпрессионные водоохлаждающие агрегаты бывают нескольких типов:
- С воздушным охлаждением. Отбор тепла нагретого хладагента в них осуществляется за счет обдува конденсатора системой вентиляторов.
- С водяным охлаждением. Такие системы охлаждаются намного эффективнее, чем предыдущие. Однако устанавливаются они, главным образом, в местах, где имеется возможность использовать для этих целей воду из проточных естественных водоемов.
Фанкойл представляет собой теплообменное устройство с принудительной системой вентиляции. Второе название данного элемента системы кондиционирования — «вентиляторный доводчик». Вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха в помещении и обдув теплообменника с протекающим через него хладагентом. На входе каждого фанкойла устанавливается вентиль для ручной либо автоматической регулировки производительности.
Помимо фанкойла, чиллера и трубной разводки неотъемлемым элементом такой системы кондиционирования является гидромодуль (насосная станция). Гидравлический модуль состоит из трех основных узлов: насоса, обеспечивающего циркуляцию хладагента по системе, расширительного резервуара, необходимого для компенсации температурного расширения жидкости, и аккумулирующего бака. Последний элемент системы предназначен для увеличения общего объема хладагента, что повышает показатели фактической теплоемкости. В свою очередь это способствует увеличению срока службы компрессионного агрегата по причине уменьшения количества циклов включения/отключения.
Кроме расширительного, аккумулирующего бака и насоса гидромодуль содержит запорную, регулирующую арматуру, систему защиты и управления насосной станцией.
Принцип работы климатической системы типа «чиллер-фанкойл»
Подобные системы кондиционирования функционируют следующим образом: вода или другой жидкий хладагент охлаждается во внешнем компрессорном блоке — чиллере, по системе трубной разводки поступает к потребителям — фанкойлам, где и осуществляется забор тепла из помещения.
Работу любой такой схемы легко можно инвертировать, используя в качестве отопительной системы. Для этого достаточно включить в систему любой водонагревательный агрегат — газовый, электрический, твердотопливный либо жидкотопливный котел, способный поддерживать температуру в контуре на заданном уровне. Разумеется, при эксплуатации в режиме отопления необходимо отключить хладогенерирующий агрегат — чиллер.
Виды фанкойлов
|
Поскольку фанкойлы устанавливаются внутри помещений, к их дизайну предъявляются повышенные требования. Однако руководствоваться исключительно внешним видом при выборе фанкойла неразумно, поскольку это изделие, в первую очередь, является функциональным прибором, предназначенным для выполнения строго определенных функции — создания желаемых температурных условий в помещении.
Изготавливаемые ныне фанкойлы подразделяются на модификации исходя из следующих характеристик:
- Число контуров. Существуют одноконтурные изделия и двухконтурные, оборудованные двумя теплообменными устройствами. Соответственно, первые модели подразумевают двухтрубное подключение, вторые — четырехтрубное. Четырехтрубный фанкойл по сути является комбинированным прибором, совмещающим в себе возможность работы в режиме обогрева и охлаждения. Такие изделия особенно популярны в различных гостиничных заведениях, поскольку позволяют быстро сменять режимы эксплуатации. Поменять же режим работы двухтрубного фанкойла с нагревательного на охлаждающий (и наоборот) невозможно в индивидуальном порядке, для этого требуется осуществлять переключение между двумя агрегатами, создающими требуемый температурный режим во всей системе — чиллером и отопительным котлом.
- Тип установки. Сегодня в продаже можно найти климатические приборы данной группы самого различного исполнения. К классическим вариациям относятся настенные фанкойлы. Внешний вид этих элементов напоминает экстерьер внутренних блоков стандартных сплит-систем. Существуют модификации, устанавливаемые вместо стандартных батарей отопления в нижней части наружных стен (обычно под окнами). Такие приборы внешне максимально напоминают ставшие уже классическими теплоконвекторы настенного исполнения. Для просторных помещений, оборудованных потолками подвесной конструкции, будет оправданной установка фанкойлов кассетной модификации. Такая компоновка позволяет создать отличный интерьер помещений без видимых коммуникаций, поскольку вся трубная разводка в этом случае скрыта под фальш-потолком.
Для особо объемных помещений и в некоторых других случаях оптимальным выбором являются фанкойлы канального типа. Они монтируются в систему приточной вентиляции и действуют централизованно, охлаждая либо нагревая воздух в обслуживаемых помещениях.
Некоторые модификации фанкойлов, предназначенные для установки в бытовом и коммерческом секторе, оборудуются фильтровальными элементами для очистки воздуха в помещении от посторонних примесей.
Какую систему кондиционирования предпочесть — «чиллер-фанкойл» либо VRF?
Каждая из данных систем кондиционирования обладает собственными преимуществами и недостатками, определяющими предпочтительную сферу их использования. Рассмотрим основные факторы, оказывающие влияние на выбор одной из этих систем:
- Сфера использования. И климатическая система типа «чиллер-фанкойл», и VRF может быть внедрена на различных общественных, коммерческих объектах, таких как торговые центры, дворцы спорта, культуры, театры, кинозалы, рестораны, гостиницы и проч. Однако в случае повышенных требований к комфортности, гибкости регулировки параметров следует отдавать предпочтение фреоновым схемам. Системы VRF позволяют максимально быстро и эффективно осуществлять изменение температурного режима в каждом отдельно взятом помещении.
- Стоимость монтажа. Поскольку в мультизональных системах кондиционирования требуется применение дорогостоящих коммуникаций, основанных на медных трубах, стоимость их организации несколько выше в сравнении со стоимостью материалов, необходимых для системы «чиллер-фанкойл». Остальные же элементы обеих схем (термообразующий агрегат и потребители) стоят приблизительно одинаково.
- Условия монтажа. Системы с водяным контуром обычно проектируются заранее на весь объект. К их плюсам относится отсутствие ограничений по длине коммуникаций и их конфигурации. На данные критерии оказывает влияние только мощность насосной станции, подключенной к системе. Установка же системы VRF регламентируется по длине коммуникаций, расстоянию между внешним и внутренними блоками. По этой причине единые схемы кондиционирования типа VRF редко применяются в многоэтажных зданиях (более пяти этажей) либо устанавливается несколько отдельных для обслуживания группы помещений.
- Стоимость эксплуатации. Система «чиллер-фанкойл» намного менее эффективна, нежели мультизональная VRF. При одинаковых результатах расход электроэнергии, требуемой для их достижения, может разниться вдвое. Средним расходом электричества для фреоновых систем принято считать 30-35 ватт/час на каждый квадратный метр обслуживаемой площади, а для создания аналогичного эффекта системе «чиллер-фанкойл» потребуется не менее шестидесяти ватт при прочих равных условиях.
- Обслуживание. Обе системы относятся к категории малообслуживаемых. Однако при использовании воды в контуре схемы «чиллер-фанкойл», основанной на металлических трубных коммуникациях, необходимо осуществление мероприятий для поддержания герметичности системы. При нормальной работе VRF-систем все обслуживание сводится к периодической очистке внешнего блока и внутренних от загрязнений.
- Ремонтопригодность. В случае нарушения герметичности контура схемы «чиллер-фанкойл» обычно бывает легко выявить место утечки хладагента и так же просто можно устранить неисправность. В случае с фреоновыми мультизональными системами порой требуется немало усилий чтобы определить точку утечки. После восстановления герметичности контура потребуется дорогостоящая заправка фреоном всей системы.
- Эффективность. Системы кондиционирования типа VRF позволяют осуществлять максимально точную регулировку температурных параметров (в пределах 0.5 градусов) в каждом отдельно взятом помещении. К тому же любой внутренний блок легко можно настроить на требуемую производительность, установив желаемый параметр посредством пульта дистанционного управления. Система «чиллер-фанкойл» не позволяет производить данные манипуляции.
