Больше, чем сплит

L. Ferrari

Системы с регулируемой подачей воздуха, в основе которых лежит хорошо изученная и отработанная технология, с точки зрения простоты конструкции и экономии средств могут оказаться на удивление эффективными в кондиционировании небольших помещений. Помимо подавляющего превосходства в плане комфорта по сравнению со сплит-системами, данные устройства, несомненно, являются и более дешевыми.

При проектировании систем кондиционирования воздуха для помещений небольшой общей площади часто возникают проблемы, связанные со скудностью бюджета, выделенного для этой цели. Одна из основных проблем заключается в том, что в целях экономии очень часто заказчик поручает подготовку проекта не лицензированному специалисту, а непосредственно строительно-монтажной организации. Само собой разумеется, что для малобюджетных решений в подавляющем большинстве случаев предпочтение отдается немудреным, ставшим уже типовыми, проектам настенных или потолочных сплит-систем.

Однако у нас имеется возможность доказать, что даже в этих случаях, располагая скромным бюджетом, можно реализовать оригинальное технологическое решение, которое по уровню комфортности в помещениях (температуре воздуха, шумовым характеристикам и объему подаваемого свежего воздуха) находится практически на одном уровне со сложными высокотехнологичными системами.

Вызов принят

Самое, пожалуй, серьезное ограничение, имеющееся в технологии сплит-систем, это невозможность обеспечить в обслуживаемом помещении хотя бы минимальную смену воздуха. Весьма проблематично также качественное дифференцированное управление температурным режимом одновременно в нескольких помещениях.

Даже когда имеется сеть разводящих воздуховодов, проходящий по ним объем воздуха постоянен и, следовательно, полная регулировка холодильной нагрузки по различным погодным схемам все равно невозможна, из-за чего часто возникают ощущения дискомфорта (достаточно сказать о меняющейся в течение дня солнечной радиации).

Еще один значительный недостаток сплит-систем вызван тем, что очень часто неудачное размещение оборудования безнадежно портит эстетику помещения.

Из этих простых соображений родилась идея попробовать применить широко использующиеся на крупных централизованных объектах системы с регулируемой подачей воздуха в помещениях, имеющих относительно малую полезную площадь: магазины, офисы, квартиры и пр.

Естественно, использование полноценной системы-VAV (сокращенное обозначение систем с переменным расходом воздуха от англ. Variable Air Volume) требует немалых расходов и в силу этого не выдерживает сравнения с традиционными системами. Отсюда наше стремление частично «отшелушить» технологические наслоения в попытке получить простое и экономичное решение.

Введение в систему

Мы уже отмечали, что основной принцип такой системы тот же, что и у системы-VAV. В летний период, когда объект/участок требует максимального охлаждения, система получает максимально возможный объем охлажденного воздуха. С уменьшением потребности в охлаждении объемы поступающего воздуха пропорционально сокращаются. Тот же принцип действует и в зимний период, когда возникает потребность в горячем воздухе.

Объем воздуха, поступающего в каждое помещение/участок, регулируется только оконечной заслонкой на участке. Каждая оконечная заслонка подключена к датчику температуры воздуха в помещении, обеспечивающему свободный выбор температурного режима со стороны пользователей.

Такой подход позволяет пользователям в полной мере контролировать состояние среды в помещении, снимая одну из самых досадных проблем простого оборудования кондиционирования воздуха на базе сплит-систем, а именно невозможность контролировать работу на каждом отдельном обслуживаемом участке.

Обработанный воздух поступает на оконечные заслонки через сеть низкоскоростных воздуховодов, питаемых от воздухообрабатывающего узла или крышной установки. Этот простой центральный блок дает постоянный расход воздуха. При наличии одного центрального блока, который без труда монтируется в подвесном потолке, существенно сокращается объем работ по техническому обслуживанию, число источников шума.

Весь объем воздуха, не востребованный на оконечных участках, при сниженных потребностях отопления или охлаждения возвращается обратно на воздухообрабатывающий узел через байпас. Такое решение не затрагивает функциональной сути системы с постоянной пропускной мощностью, но существенно упрощает саму систему (сокращая, соответственно, затраты на отладку и регулировку) по сравнению с более совершенными установками-VAV.

Очевидно, что в отличие от установок-VAV регулировочные участковые заслонки не могут отслеживать в реальном времени пропускные объемы воздуха, однако при помощи датчика температуры на участке, взаимодействующего с центральным блоком DDC на базе микропроцессора, они, тем не менее, в состоянии привести «безличные» объемы в соответствие с потребностями пользователей.

На рис. 1 приведена простая принципиальная схема предлагаемой системы с регулируемым расходом воздуха.

Динамика системы (регулировка пропускных объемов по участкам, сбалансированность воздуховодов, потери нагрузки) с учетом постоянно меняющихся потребностей обслуживаемых участков обеспечивается блоком DDC, контролирующим динамическое (или статическое) давление на подаче и непрерывно управляющим заслонкой байпаса, установленной непосредственно за воздухообрабатывающим узлом. Таким образом реальные пропускные объемы на подаче непрерывно подгоняются под установленные потребности пользователей.

Рисунок 1. (увеличить) Схема системы Varitrac. Работа крышной установки, представленной на схеме, полностью контролируется посредством панели управления Varitrac. Помимо простоты соединений обращает на себя внимание возможность каскадного управления с панели всеми регулирующими заслонками. Максимальное число управляемых заслонок в данной системе 16

Дифференциальный преобразователь давления, работающий по сигналу датчика скорости, установленного сразу на выходе из устройства, также подключен к центральной панели управления. Панель служит для контроля пропускных объемов воздуха в системе. Управлять положением заслонки байпаса можно также непосредственно с центральной панели.

Такое решение позволяет без особых технологических сложностей, применяя современную управляющую

аппаратуру, получить в результате гибкую и эффективную систему, вполне отвечающую запросам пользователей.

Подготовка проекта

Система была реализована в новом административном комплексе компании Termoidraulica Puppi в г. Турате (Италия) (рис. 2).

Площадь помещений составляет 90 м², вся зона поделена на четыре участка: служба приема посетителей, торговый отдел, технический отдел и демонстрационный зал.

Рисунок 2. (увеличить) Принципиальная схема установки. Излишки пропускных объемов воздуха отводятся через байпас. Таким образом, независимо от значений потребности, установленных пользователями каждого участка, в контуре распределения воздуха поддерживается непрерывное равновесие

По этому же принципу были обозначены участки кондиционирования воздуха. На каждом из них установлены термостаты температуры воздуха в помещении, подключенные к соответствующей регулирующей заслонке.

Общая максимальная тепловая нагрузка в помещении в летний период (июль, время 15.00) всех четырех участков (табл. 1) оценивается в 6,6 кВт (с учетом 20%-го коэффициента безопасности), следовательно, расчетный максимальный предусмотренный пропускной объем воздуха составляет 1 400–1 500 м³/ч, из которых примерно 15% забирается непосредственно снаружи. Расчетная мощность холодильного агрегата составила 7,8 кВт.

Необходимый отвод воздуха из помещений, предусмотренный для всех участков за исключением зоны службы приема посетителей, установлен в объеме 1 400 м³/ч с целью поддержания некоторого избыточного давления по отношению к внешней среде (в конечном итоге предпочтение было отдано машине на 1 650 м³/ч).

Используя преимущества технологии VAV (возможность регулировать пропускные объемы воздуха в пределах установленных максимального и минимального значений), минимальный пропускной объем, гарантирующий в любом случае необходимую смену воздуха в помещении, был установлен на уровне 60% (990 м³/ч) от максимального. При этом нелишне напомнить, что система позволяет для каждого участка установить отдельное значение в предполагаемом диапазоне от 10 до 95% от максимального пропускного значения.

Система полностью реверсивная, и, хотя проектировалась в первую очередь для летнего обслуживания, простым переключением в режим теплового насоса вполне удовлетворительно работает в межсезонный период. Для зимнего отопления, однако, предусмотрена установка на основе заглубленных в пол излучающих панелей.

Материалы и строительство

В помещениях административного здания были установлены подвесные потолки на основе рамной конструкции и гипсокартонных плит размером 600х600 мм, соответствующим размерам приточных диффузоров. Воздуховоды из оцинкованной стали, покрытые соответствующей теплоизоляцией, и сетевые устройства системы кондиционирования проложены в чердачном техническом этаже (рис. 3), что существенно облегчает контроль и техническое обслуживание всего комплекса оборудования.

Рисунок 3. Чердачный этаж. Использование чердачного этажа, пусть только в качестве технического, несомненно, существенно расширило поле для маневра при монтаже оборудования, а также надежно защитило все агрегаты от воздействия атмосферных осадков. С правой стороны можно видеть регулирующую воздушную заслонку, установленную перед разветвлением на два диффузора

Стараясь не выходить за жесткие рамки малого бюджета, предпочтение было отдано потолочной сплит-системе с распределительными воздуховодами холодильной мощностью 9,9 кВт, номинальным пропускным воздушным объемом 1 650 м³/ч и 126 Па полезного статического давления.

Главный блок, помещенный в изолированные некрашеные щиты из оцинкованной стали, рассчитан на горизонтальную установку и предусматривает возможность работы в режиме теплового насоса. Регулирующие заслонки (одна на каждый из четырех обслуживаемых участков) круглые, однолопастные, оснащены электроприводом с компьютерным управлением.

Выполненные из анодированного алюминия, заслонки установлены в непосредственной близости от диффузоров. Единственное главное условие – ось привода должна располагаться строго горизонтально (рис. 4).

Распределение воздуха обеспечивается шестью диффузорами последнего поколения, отвод воздуха осуществляется через три квадратных перфорированных диффузора.

Рисунок 4. Внешний вид заслонки, обслуживающей оконечное приточное устройство

Функционирование и регулировка

Вся система, включая воздухообрабатывающий узел, может управляться и перезапускаться с обычного портативного компьютера через последовательный порт на 25 pin либо с простого терминала, подключенного к блоку DDC или к датчику температуры среды.

Таким образом, начальник участка или технический специалист могут:

- контролировать и при необходимости изменять установленные значения температуры для каждого обслуживаемого участка в целях недопущения перегрева или избыточного охлаждения и, следовательно, перерасхода энергоресурсов;

- устанавливать более широкий или узкий диапазон допустимых значений на отдельных участках;

- изменять процентный показатель минимального и максимального пропускного объема для каждого участка;

- контролировать температуру каждого участка и состояние каждой заслонки (по теплу и по холоду);

- устанавливать определенные часы работы для каждого участка;

- перезапускать, управлять и оптимизировать систему в целом.

Очевидно, что в таком объеме программирование чрезвычайно просто, а главное – недоступно «беспокойным» пользователям.

Внимательно ознакомившись с руководством по эксплуатации, уяснив принципиальные моменты конфигурации системы и предустановленных функциональных режимов, можно перейти к запуску. На этапе пробного запуска панель управления отображает следующие процедуры, реализуемые автоматически:

1. Настройка контура заслонки байпаса.

2. Сканирование всех заслонок и сбор данных об их функциональном состоянии.

3. Определение предустановленного функционального режима.

4. Отсылка сигнала о предустановленном функциональном режиме на все заслонки (занято/свободно).

5. Возврат в нормальный режим мониторинга.

Все указанные действия выполняются автоматически всякий раз при запуске и перезапуске системы.

Результаты

Во-первых, следует помнить, что описанная система предлагается в Италии двумя крупными торговыми компаниями (с незначительными различиями в составе оборудования). Компании, будучи лидерами на рынке, гарантируют полный пакет ноу-хау по указанному изделию и, самое главное, по настройке системы. В табл. 2 приведена смета расходов по составу компонентов, использованных в системе. Можно с уверенностью констатировать, что общая стоимость проекта не сильно отличается от стоимости классической установки на 4 сплит-системы, а скорее, даже ниже.

Нельзя не согласиться с тем, что по отношению к новым методикам и технологиям люди всегда будут испытывать известную осторожность и недоверие, особенно если овладение этими технологиями требует внимания и известных усилий. Однако даже с учетом этого обстоятельства можно утверждать, что проектировщики и строители будут приятно удивлены, насколько проста в расчетах и установке данная система, насколько легко воспроизводить ее проект в привязке к самым разным объектам.

Что же касается глобальных технических результатов (термогигрометрический и акустический комфорт, дизайн и пр.), полученных на реальном объекте, мы рекомендуем читателю помимо знакомства с мнением его пользователей ознакомиться с состоянием дел на других аналогичных объектах.

Примечание технического редактора

Альтернативой предлагаемой системе является широко распространенная на практике вентиляционная система с постоянным расходом воздуха в сочетании со сплит-охладителями (нагревателями), или фэнкойлы.

Предлагаемая система-VAV (система с переменным расходом воздуха) является, безусловно, прогрессивной. Ее преимущество – это возможность индивидуального регулирования температуры воздуха в помещении при переменных нагрузках, совмещение функций вентиляции, охлаждения и частичного нагрева помещения.

Еще одним преимуществом систем-VAV является отсутствие трубопроводов хладона или воды в помещениях и необходимость отвода конденсата, что повышает надежность системы.

Однако системы-VAV требуют тщательного расчета воздухораспределения и гидравлики при значительной глубине регулирования как системы в целом, так и в каждом помещении, что связано с изменением условий воздухораспределения при переменном расходе.

Необходимо отметить, что аналогичная проблема существует также при использовании и сплитов, и фэнкойлов, однако на практике она игнорируется, что вызывает локальный дискомфорт в обслуживаемой зоне. Применение системы-VAV может свести к минимуму этот отрицательный аспект.

Экономический аспект, т. е. сравнительная смета расходов системы-VAV и ее альтернативы, требует проверки для условий разных регионов России.

Перепечатано с сокращениями из журнала GT.

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.

Научное редактирование выполнено Ф. А. Шилькрот – гл. специалистом МОСПРОЕКТ-3