Воздушная "кухня"

Промышленные системы кондиционирования воздуха

Рыбка А. Воздушная "кухня" // ММ. Деньги и Технологии. 2003 . №5. C. 40-43

Первые установки охлаждения воздуха были востребованы в сфере производства сто лет назад, однако до последнего времени их использование доминировало в жилищно-бытовом секторе. Сегодня центр тяжести рынка кондиционеров смещается в сторону корпоративных решений

Ежегодно с наступлением весны мы все чаще задумываемся о том, в каких условиях нам придется трудиться летом на рабочих местах и отдыхать дома. Неужели опять придется изнывать от жары? Конечно, приобретение бытового кондиционера решит проблему домашнего комфорта. Но ведь и на предприятии необходимо создать такие условия, при которых производительность труда не будет падать с повышением температуры на улице, и тепловой режим в цехах будет оптимальным для проведения термочувствительных технологических процессов. И если выбор охладителя воздуха для квартиры сравнительно прост, то уже на подступах к решению проблемы оснащения климатической системой помещений в административных и производственных помещениях нужен профессиональный подход. При этом очевидно, что, обращаясь к специалистам, нелишне обладать определенным запасом знаний о возможностях современных климатических систем.

Чиллер, который живет на крыше

Если в комнате установлен кондиционер, то ее с полным основанием можно назвать холодильным шкафом. Судите сами ? основные модули этого агрегата налицо: холодильная машина плюс теплообменник, охлаждающий воздух в замкнутом пространстве. В связи с этим кондиционеры, как и холодильники, могут быть классифицированы по принципу использования определенного физического эффекта для охлаждения ? компрессорные, абсорбционные, термоэлектрические.

Поскольку бесшумные абсорбционные и термоэлектрические охладители воздуха пока не столь эффективны, как шумящие компрессорные, и к тому же дороже стоят, ?сердцем? подавляющего большинства бытовых и промышленных кондиционеров является компрессор. Поэтому установки и системы кондиционирования воздуха (СКВ) принято классифицировать по различным конструктивным признакам. Наиболее распространенным среди них является критерий модульности (или распределенное?) элементов СКВ. При этом обычно кондиционеры классифицируют по признаку конструктивного решения размещения холодильной машины и теплообменника (его также называют испарителем или фанкойлом). В соответствии с этим критерием, системы охлаждения воздуха подразделяют на три класса: оконные кондиционеры, сплит-системы и центральные СКВ. В моноблочной конструкции оконного кондиционера компрессор и испаритель находятся в одном корпусе, устанавливаемом в оконном проеме. Такие агрегаты обладают низкой холодопроизводительностью, т. е. способны охладить воздух в комнатах площадью до 30 м2 (компрессор большой мощности может превратить окно в часть ?глухой? стены). Поэтому их используют в основном как квартирные кондиционеры. Однако из-за высокого уровня шума, создаваемого компрессорами, которые располагаются практически ?рядом с ушами? жильцов, они, несмотря на свою относительную дешевизну, в последние годы вытесняются из жилых домов сплит-системами.

Сплит-система состоит из двух разнесенных в пространстве модулей: холодильник размещен вне здания (он обычно закреплен на наружной стене или установлен на балконе), а теплообменник ? внутри помещения. В СКВ этого класса возможно использование одной мощной компрессорной машины, обслуживающей несколько испарителей, которые могут быть установлены в разных помещениях. При этом очевидно, что стоимость такой мультисистемы (например, один компрессор ? четыре теплообменника), охлаждающей воздух в четырех помещениях, будет ниже, чем четырех автономных ?парных? сплит-систем, в которых к каждому испарителю ?привязан? собственный компрессор.

Основными недостатками мультисплит-систем являются небольшая длина межблочных коммуникаций, обычно не превышающая 25 м, и малое количество внутренних блоков-теплообменников (как правило, от двух до четырех), из-за чего общая площадь помещений, обслуживаемых такой СКВ, составляет всего около 150 м2.

В системах центрального кондиционирования холодильная машина (так называемый чиллер) устанавливается в отдельном сооружении, подвальном помещении либо на крыше здания. В этом классе СКВ охлаждение воздуха происходит, как правило, не непосредственно от испаряющегося хладагента (чаще всего ? фреона), а от хладоносителя (обычно ? это вода или гликолевый раствор). Чиллер охлаждает ?посредника? холодопередачи до температуры +3?5 ?С, который затем по трубопроводом подается в фанкойлы, устанавленные внутри здания. Благодаря такому выносу холодильника на значительное расстояние от помещения, где находятся люди, шум, создаваемый компрессором, до них не доходит. Поэтому мощность холодильника может быть сколь угодно большой и, соответственно, площадь помещений, в которых воздух охлаждает система центрального кондиционирования, практически ничем не ограничена.

Названий много, суть ? одна

История развития техники кондиционирования воздуха насчитывает уже более ста лет. При этом особенно крупные достижения в удовлетворении потребностей корпоративных пользователей СКВ проявились в последнее двадцатилетие, главным образом, благодаря новым техническим решениям в ?разводке холода? и совершенствованию автоматики, регулирующей поступление охлажденного воздуха от каждого теплообменника и осуществляющей ?мягкое? управление работой компрессора. Именно эти компоненты, считавшиеся ранее вспомогательными, при практически неизменных характеристиках основных модулей (холодильника и теплообменника) обеспечили снижение потерь энергии в системах, а также позволили транспортировать хладагент на значительно большие, чем в сплит-системах расстояния.

Сегодня самыми передовыми СКВ являются мультизональные системы кондиционирования типа VRV (Variable Refrigerant Volume ? система с управляемым объемом хладагента). Отметим, что аббревиатура VRV является зарегистрированной торговой маркой японской компании Daikin, первой предложившей в 1982 году эту систему на мировом рынке. Поэтому производители подобных СКВ называют их иначе. Например, компании Fujitsu

General, Mitsubishi Electric и Mitsubishi Heavy Industries присвоили системе имя VRF (Variable Refrigerant Flow ? система с управляемым потоком хладагента), у компании Sanyo она называется ECO-Multi, а у Toshiba ? MMS.

Морозная трасса

Фактически VRV-системы являются улучшенным вариантом мультисплит-систем. Однако у них есть несколько принципиальных отличий. В первую очередь, это схема разводки хладагента от холодильника к теплообменникам. В традиционных мультисплит-системах между холодильным блоком и каждым теплообменниками прокладывается отдельная трасса, по которой подается фреон. В VRV-системах все блоки подключаются к единой системе трубопроводов, т. е. к общей трассе из двух или трех медных труб, по которым циркулирует фреон, подключается до тридцати теплообменников и до трех холодильников. Такое решение обеспечивает эффективное управление подачей в теплообменники необходимых объемов хладагента, предоставляет возможность расширения системы, а также позволяет уменьшить стоимость монтажных работ.

Второе существенное отличие VRV-системы от мультисплит-системы заключается в том, что ее внешние и внутренние блоки могут быть удалены друг от друга по горизонтали на расстояние до 150 м (модели компании Daikin) и по вертикали ? до 50 м. При этом площадь обслуживаемых СКВ помещений (их может быть до тридцати) достигает 1000 м2.

Кроме того, в VRV-системах каждый теплообменник снабжен электронным терморегулирующим вентилем, который управляет объемом хладагента, поступающего из общей трассы в зависимости от тепловой нагрузки на блок. Благодаря этому система более ровно поддерживает заданную температуру. Причем, если в мультисплит-системах точность поддержания заданной температуры составляет ?2 ?С, то в VRV-системах ? ?0,5 ?С.

Погоду заказывали?

VRV относятся к интеллектуальным системам, способным самостоятельно, в соответствии с заданной программой, перераспределять потоки охлажденного и теплого воздуха между помещениями для достижения требуемых климатических параметров. При этом для обогрева одного помещения может использоваться тепло, отведенное от охлаждаемого воздуха в другом помещении. Такое перераспределение тепла между помещениями одного здания, по расчетам японских специалистов, позволяет обеспечить самое низкое для СКВ потребление электроэнергии ? до 37 Вт на 1 м2 площади ?кондиционирования? воздуха. Если в подобную ?охлаждающе-обогревающую? систему встроен еще и модуль автоматического поддержания заданного уровня влажности, то ее относят к разряду мульти-климатических систем.

Рынок поделили мирно

Еще одна энергосберегающая технология, применяемая в VRV-системах, заключается в инверторной схеме управления работой компрессора. Благодаря ее применению компрессоры работают не в традиционном режиме ?включен ? выключен?, а непрерывно. После включения системы кондиционирования и достижения заданной температуры воздуха автоматика снижает обороты двигателя компрессора, а затем регулирует их в соответствии с изменениями температуры, фиксируемыми датчиками. Благодаря этому компрессоры работают тише, они более экономичны (за ?охладительный? сезон можно сэкономить до 30 % электроэнергии, потребляемой холодильными машинами), менее подвержены износу, чем при частых включениях и выключениях, а значит ? более долговечны. Если расчетный срок эксплуатации VRV-системы составляет около 25?30 лет, то ресурс обычных кондиционеров ? 6?8 лет.

Сегодня на рынке кондиционирования для корпоративных пользователей с VRV-системами могут конкурировать только централизованные СКВ с использованием чиллеров. Однако, по мнению специалистов, применение последних более уместно в общественных зданиях ? супермаркетах, киноконцертных залах и других помещениях большой площади. Если же на предприятии необходимо поддержание с высокой точностью ?индивидуальных? климатических параметров в каждом отдельно взятом помещении, то воздушной ?кухни?, лучшей и менее энергозатратной, чем VRV-система, пока что не создано.

Первый объект ? типография

В 1815 году француз Ж. Шабаннес получил британский патент на метод ?кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях?. На практике его идею удалось реализовать лишь в 1902 году американскому инженеру У. Карриеру, который разработал промышленную холодильную машину для одной из нью-йоркских типографий, где высокая температура и влажность ухудшали качество печати.

Через год подобная машина по охлаждению воздуха была установлена в кельнском театре, и аристократия всей Европы считала своим долгом посетить его спектакли, чтобы насладиться не только игрой актеров, но и прохладой зрительного зала даже в самые жаркие месяцы.

Широким народным массам кондиционеры стали известны в 1924 году, когда система кондиционирования была установлена в одном из универмагов Детройта, чем он обеспечил себе не только массовый наплыв любопытных, но и существенное увеличение товарооборота.

Экономична ли экономия на фильтрах?

Известно, что в устройствах забора воздуха кондиционеров установлены фильтры, задерживающие пыль, пушинки растительного и животного происхождения и другие взвешенные в атмосфере частички. Однако, как свидетельствуют продавцы СКВ, подавляющее большинство потребителей не считают необходимой периодическую замену загрязненных фильтрующих элементов.

Если попробовать воспроизвести ход их мыслей, то получится что-то вроде такого логического обоснования: ?Система исправно охлаждает воздух, значит не стоит обращать внимания на руководство по ее эксплуатации, где рекомендуется через определенные интервалы времени производить замену фильтров. Вот когда температура в помещении не будет соответствовать заданному значению, тогда и поинтересуемся, не в фильтре ли дело?.

При этом вряд ли кто-либо вспоминает о такой характеристике фильтра как аэродинамическое сопротивление воздуху, втягиваемому в систему. А ведь его рост при загрязнении фильтрующего элемента приводит к тому, что управляющая автоматика повышает производительность всасывающих вентиляторов, которые при этом потребляют все больше и больше электроэнергии. Так что экономия на замене фильтров оборачивается увеличением затрат на оплату электроэнергии. Да и вентиляторы при повышенных нагрузках быстрее изнашиваются.