Какие бывают системы переменного расхода воздуха, применяемые в современных централизованных системах воздушного кондиционирования? Какие имеются пути улучшения показателей энергоэффективности данных систем?
Окончание. Начало см. AW-Therm №3-4 (май-июнь), 2016
Напомним: в основном централизованные системы обогрева/охлаждения воздуха по принципу действия бывают таких типов:
- Системы постоянной производительности по воздуху, но с переменной температурой (Constant Volume – Variable Temperature, CV-VT).
- Системы переменной подачи воздуха с постоянной температурой (Variable Volume – Constant Temperature, VV-CT).
- Системы регулируемой подачи воздуха с изменяемой температурой (Variable Volume – Variable Temperature, VV-VT).
Системы переменного расхода воздуха
Многозональные системы с переменной подачей воздуха (variable air volume, VAV) были разработаны специально для обеспечения бóльшей энергоэффективности и для более точной подачи тепла или холода в зависимости от зональных потребностей в здании, см. рис. 5. Зоной здесь может быть отдельная комната или группа помещений с примерно одинаковым поступлением тепла и характеристиками теплопотерь.
Рис. 5. Система переменного расхода воздуха
Главный канал-воздуховод типичной VAV-системы подает только охлажденный воздух (10 – 12 °C). Это называют «первичным» воздухом. Комнатные термостаты контролируют количество первичного воздуха, поставляемого в каждую зону через заслонки с плавно регулируемым приводом. Эти заслонки плавного действия меняют подачу воздуха в каждую зону соответственно запросу на холод.
Ранние модели VAV-систем изменяли подачу центрального вентилятора в соответствии с потребностью всех зон вместе, а его типоразмер выбирался под максимально возможный вероятный расход, то есть с избыточной мощностью практически весь год. Поскольку потребность в подаче по зонам меняется, то статическое давление в главном канале тоже склонно меняться. Датчик статического давления управляет подачей вентилятора таким образом, чтобы давление в центральном канале оставалось постоянным. Нагнетание вентилятора регулировалось либо наклоном лопаток на входе вентилятора или с помощью заслонок с приводом на выходе из вентилятора. Эти системы относятся к классу с переменной подачей воздуха с постоянной температурой (VV-CT).
Первые системы VAV были только с охлаждением, поэтому был необходим отдельный источник тепла для наружных помещений (см. рис. 1, AW-Therm №3-4 (май-июнь), 2016). Это, как правило, обеспечивалось системой отопления в помещениях, расположенных по периметру здания.
Системы VAV, выпускаемые ранее, имели сравнительно низкие затраты для установки. Тем не менее, в зависимости от положения зональных заслонок, иногда в отдельные зоны поступало слишком много холодного воздуха, что иногда создавало сквозняки и акустический шум. И эти системы было очень трудно сбалансировать.
Зональные терминалы систем VAV
Для лучшего управления подачей вторичного воздуха были разработаны т.н. зональные терминалы систем VAV. Эти терминалы представляют собой небольшую металлическую коробку, размещаемую на канале, подающем воздух от центрального устройства подготовки воздуха, причем непосредственно на выходе в каждую зону (см. рис. 6). Их еще называют «выводными коробками».
Каждый такой терминал (см. рис. 6) поставляет первичный воздух из центрального канала, имеющего одинаковую температуру (примерно 10 – 12 °C). В нем имеется регулируемый привод заслонки, угол наклона которой меняется в соответствии с сигналом системы автоматического управления. На рис. 6 показана упрощенная схема зонального терминала без приборов автоматики.
Рис. 6. Зональный терминал (упрощенная схема)
Заслонка с приводом регулирует подачу первичного холодного воздуха в данную зону в соответствии с потребностью в холоде всех помещений этой зоны. В простейшем виде зональный терминал распределяет только холодный воздух. Помещения, находящиеся внутри этажа (см. рис. 1, AW-Therm №3-4 (май-июнь), 2016), как правило, не нуждаются в подаче теплого воздуха, а наружные помещения отапливаются другими средствами. Более сложные конструкции зональных терминалов оснащаются модулями нагрева.
Большое преимущество зональных терминалов систем VAV с точки зрения энергоэффективности в том, что они могут поддерживать температурный комфорт в различных зонах здания без одновременного нагрева и охлаждения воздуха от центрального устройства, как на схемах рис. 3 и 4 (см. AW-Therm №3-4 (май-июнь), 2016).
Зависимость от давления
Системы переменного расхода воздуха (VAV-системы) могут быть зависимыми или независимыми от давления. Первые зональные терминалы были зависимы от давления. У них не было средств по ограничению подачи воздуха. Зависимые от давления терминалы пропускают через себя воздух в зависимости от давления, которое действует в данный момент в центральном канале. Привод заслонки управляет подачей путем изменения наклона заслонки по данным от зонального термостата. Однако величина расхода меняется при этом также из-за статического давления в главном канале. Терминальные блоки, которые находятся ближе к вентилятору, вероятно, будут пропускать слишком много первичного воздуха в зону. А наиболее удаленные от вентилятора терминальные блоки, скорее всего, будут подавать в свои зоны недостаточное количество первичного воздуха.
В независимых от давления зональных терминалах имеются устройства, чувствительные к расходу через этот блок, оставаясь, тем не менее, в определенных пределах нечувствительными к изменению давления в главном канале.
Большинство зональных терминальных блоков, устанавливаемые сейчас в новых или реконструируемых зданиях, выполнены независимыми от давления. Система с такими блоками хорошо балансируется и позволяет подавать потребляемый воздух более точно.
Вентиляторы с переменной частотой вращения
Поскольку зональные терминалы разбирают подаваемый воздух независимо, то часто общая подача воздуха по центральному каналу избыточна. Это значит, что нужно регулировать подачу от центрального вентилятора. Датчик статического давления в центральном воздуховоде посылает сигнал к контроллеру, который и ограничивает расход путем изменения скорости вращения вентилятора.
Расположение датчика давления в первичном канале имеет решающее значение для работы всей системы и очень сильно влияет на ее характеристики. Лучшее место для его установки – вблизи зонального терминального блока, куда труднее всего поставлять воздух. Это такое место, где обычно имеется наибольшее падение давления от вентилятора. Если датчик установлен слишком близко к подающему вентилятору, то давление в приточном канале в моменты низкого общего потребляемого расхода будет слишком высоким, скорость вращения вентилятора снизит система управления, но подачи воздуха при этом будет недостаточно для дальних точек разбора.
Системы управления
Сейчас все еще применяются аналоговые электропневматические системы управления, однако все большее распространение приобретает цифровая автоматика.
Цифровые системы обладают рядом неоспоримых преимуществ:
- Им не нужна частая настройка и калибровка.
- Они могут преобразовывать и вычислять сложные математические функции.
- Они могут управляться от центрального компьютера, согласовывающего работу других инженерных систем здания.
- Они могут отправлять сигналы о положении регулируемых заслонок, температуре в помещениях, фактической подаче воздуха, температуре приточного воздуха и т.п.
- Процессор может генерировать отчеты анализа производительности системы и может быть использован для управления параметрами системы с помощью удаленного управления.
Улучшения в VAV-системах
Многие системы VAV и терминальные блоки для них были разработаны для обеспечения конкретных потребностей в зданиях. В таблице приведены семь наиболее часто используемых их типов:
- Только с охлаждением.
- С охлаждением и донагревателем.
- С донагревателем и вентилятором обдува через теплообменник.
- С индукционным нагревателем (как правило, в системах с потолочной подачей воздуха).
- С байпасной регулировкой для предотвращения чрезмерного охлаждения путем перепуска холодного воздуха, поступающего в помещение.
- Двухканальная система воздуховодов с горячей и холодной секциями в агрегате. Зональный терминал выбирает воздух из секции нагрева и/или охлаждения, смешивает и подает его по потребности в помещения.
- Переключаемая система с байпасом для обеспечения либо нагрева, или охлаждения с одним каналом-воздуховодом. Заслонкой байпаса поддерживается постоянное статическое давление в канале подачи первичного воздуха.
Таблица. Разновидности современных систем переменного расхода воздуха
Ранние технические решения систем переменного расхода воздуха (VAV) не были высоко оценены инженерами и техниками в области HVAC. Считалось, что их практически невозможно точно сбалансировать и потом поддерживать в равновесии. Сегодня же независимые от давления системы VAV считаются чуть ли не лучшим схемным решением для HVAC. Такое изменение мнений в значительной степени стало результатом улучшения конструкций терминального блока. В частности, они стали проще, улучшилась конструкция выпускных диффузоров. Улучшились способы балансировки всей системы и контроля скорости вращения главного вентилятора, чем в значительной мере экономится электроэнергия.
Когда речь идет о централизованных системах кондиционирования воздуха, только системы с переменным расходом, реализующие подход «по потребности», отвечают современным требованиям по энергосбережению. Направление, в котором ведутся разработки – приблизить регулируемый блок как можно ближе к потребителю, и сделать как можно более глубокую «персонификацию» параметров приточного воздуха (температуры и подачи) в зависимости от потребности в каждом конкретном помещении. То есть, речь идет о фактическом увеличении степени регулируемого зонирования (увеличение количества независимых зон).
Дальнейшая интеграция систем HVAC с другими инженерными системами здания в рамках концепции «умный дом» позволит оптимизировать общее энергопотребление и повысить энергоэффективность.
По материалам публикаций Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха «American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers» (ASHRAE)
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 4 187
