Классификация систем кондиционирования. Неоднозначность подходов и направлений

Кондиционирование воздуха— это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных его параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических средств, называемым системой кондиционирования воздуха [2]. Чтобы иметь возможность отчетливо представить структуру любой системы кондиционирования, необходимо составить ее классификацию. Как правило, цель этой процедуры— упорядочение рассматриваемого оборудования по таким параметрам, как функциональность, технологичность, область применения, особенности эксплуатации и т.д. Классификация любой сложной системы, так или иначе, необходима, поскольку раскрывает ее внутреннее содержание — иерархическую структуру, взаимосвязь входящих в систему элементов, их организацию. Поэтому любая классификация претендует на системность и выполняет методологическую функцию. Прежде чем перейти непосредственно к классификации систем кондиционирования, следует отметить, что общепринятой классификации систем кондиционирования воздуха до сих пор не существует, что связано с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объектов применения (кондиционируемых помещений). Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам [3]: ❏ по основному назначению (объекту применения) — комфортные и технологические; ❏ по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению — центральные иместные; ❏ по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода— автономные и неавтономные; ❏ по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении — первого, второго и третьего класса; ❏ по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон) — однозональные и многозональные; ❏ по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров, — низкого, среднего и высокого давления. Кроме приведенных классификаций, существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися во времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами. Комфортные системы кондиционирования воздуха предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений. Технологические системы кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды. Центральные системы кондиционирования воздуха располагаются вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое пространство, несколько его зон или много отдельных кабинетов. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток). Местные системы кондиционирования воздуха разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях. Достоинство местных систем кондиционирования воздуха— простота установки и монтажа. То есть с точки зрения конструктивно-компоновочных характеристик системы VRF типа чиллер-фанкойлы можно классифицировать как центральные, т.к. они позволяют обслуживать все здание. Наличие внутренних блоков, которые устанавливаются непосредственно в обслуживаемых помещениях, характеризует эти системы с точки зрения режима функционирования как многозональные, а не как местные (например, сплитсистемы). Автономные системы кондиционирования воздуха снабжаются извне только электрической энергией, например, оконные ишкафные кондиционеры и т.п. Они характеризуются встроенными компрессионными холодильными машинами, как правило, работающими на фреонах R22, R407С, R410А. Неавтономные системы кондиционирования воздуха подразделяются на: ❏ воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух (мини-центральные кондиционеры, центральные кондиционеры); ❏ водовоздушные, при использовании которых в кондиционируемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод, либо то и другое вместе (центральный кондиционер и системы чиллер-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т.п.). ❏ фреоновоздушные, при использовании которых в кондиционируемые помещения подводятся воздух и фреон, несущие тепло или холод, либо то и другое вместе (центральные кондиционеры и сплит-, мультисплит-,VRFсистемы). Однозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла по времени, влаговыделений, например, больших залов кинотеатров, аудиторий и т.д. Многозональные центральные системы кондиционирования воздуха (например, VRF-системы) предназначены для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещено неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений с различными тепловлажностными и воздушными режимами. Такие системы более экономичны, чем отдельные для каждой зоны или отдельного помещения. Сегодня для решения задач по обеспечению комфортного микроклимата помещений различного назначения все более актуальным становится применение многозональных систем кондиционирования. В связи с этим существуют разнообразные подходы к классификации многозональных систем. Результатом любой классификации обычно является перечень каких-либо технических решений, позволяющих определять для каждого из них свою область применения. Тем не менее, для многозональных систем кондиционирования воздуха, проектирование которых выполняется с учетом большого количества данных, разработать такую классификацию всегда сложно.Поэтому многие известные авторы, такие как Б.В. Баркалов,Е.Е.Карпис, А.А. Гоголин, А.В.Нестеренко и другие предложили различные методы классификации. А.А.Рымкевич рекомендует использовать принципы классификации систем, которые зависят от преследуемых целей. При этом принимаются принципиальные решения, вытекающие из режимов и условий функционирования систем. Многозональные системы кондиционирования с переменным расходом хладагента (VRF), сравнительно недавно появившиеся в нашей стране, становятся все более популярными в разных отраслях, где ранее использовали воздушные (VAV) или водяные (чиллер-фанкойлы) системы многозонального кондиционирования. Один из наиболее известных и востребованных брендов на рынке климатической техники— GENERAL от компании FUJITSU GENERAL Ltd. (Япония). Классифицировать данные системы кондиционирования (как правило, все VRF-системы и, в частности GENERAL) можно следующим образом (рис. 1). По мощности: ❏ «младшая» серия — J номинальной мощностью 6 л/с (15,2 кВт); ❏ «стандартная» серия — S номинальной мощностью 8–10 л/с (22,4– 28 кВт); ❏ «комбинированная» серия — V номинальной мощностью 8–42 л/с (22,4–120 кВт). Заметим, что комбинированные системы предполагают объединение нескольких внешних блоков в один фреоновый контур. При этом вместо нескольких пар трубопроводов фреона прокладывается только одна пара трубопроводов большего диаметра. По режимам функционирования можно подразделить на системы: ❏ «только охлаждение» — серии J,S,V (работают только в летний период); ❏ реверсивные системы «обогрев или охлаждение» — серии J,S,V (могут работать летом, зимой и в переходные периоды с ограничением по температурам наружного воздуха, см.ниже); ❏ системы с рекуперацией «обогрев и охлаждение» — серия S. Применение таких систем обусловлено необходимостью одновременной работы внутренних блоков в разных режимах. По приводу компрессора: ❏ системы GENERAL с электроприводом компрессора — наиболее распространены серии J,S,V; ❏ системы с газовым двигателем внутреннего сгорания (например, серия GHP MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES). Особенность применения этих систем — пониженное (в несколько раз) потребление электрической энергии за счет того, что основную нагрузку на привод компрессора несет газовый двигатель. По способу охлаждения конденсатора: ❏ системы GENERAL с воздушным охлаждением конденсатора — серии J, S,V — предполагается непосредственный обдув теплообменника внешнего блока наружным воздухом с помощью вентилятора. При этом интенсивность теплообмена достаточно высока благодаря развитой поверхности конденсатора; ❏ системы с водяным охлаждением конденсатора (например, серия WR2 MITSUBISHI ELECTRIC).В них предусмотрен водяной охлаждающий контур конденсатора, за счет которого внешний блок можно расположить внутри здания, например, в подвале. По типу используемого фреона: ❏ системы, работающие на фреоне R22 — GENERAL серияS; ❏ cистемы, работающие на фреоне R407С — GENERAL серия S [1]; ❏ системы, работающие на фреоне R410А — GENERAL серия J,V. Рассмотрим области применения и возможности мультизональных VRF-систем кондиционирования на примере кондиционеров GENERAL, выпускаемых компанией FUJITSU GENERAL Ltd. СЕРИЯ J Отличительная особенность данной серии VRF-систем кондиционирования — способ регулирования производительности внутренних блоков. Серия J содержит дополнительный блок, который изменяет расход хладагента с помощью встроенного двухходового клапана. За счет подобного решения в конструкции внутренних блоков не предусмотрен регулировочный клапан, поэтому система отличается компактностью и эстетичным внешним видом. Использование технологий систем с переменным расходом хладагента позволяет применять серию J практически для любых зданий, так как общая длина фреоновых трубопроводов может достигать 115 м, длина фреоновых магистралей — до 70 м, а максимальный перепад высоты между наружным и внутренним блоками— 30 м. Наружный блок, созданный на основе инверторных технологий, способен развивать мощность в режиме охлаждения до 16,8 кВт, поэтому становится возможным кондиционирование с помощью одной системы до восьми помещений площадью до 250 м².Расширен температурный диапазон работы системы, гарантированный заводом изготовителем,— от –15 до +43°С. Серия J GENERAL по своим функциональным возможностям и конструктивным характеристикам идеально подходит для квартир, небольших офисов и коттеджей. СЕРИЯ S Относится к самому распространенному подклассу VRF-систем. Занимая среднее положение по производительности наружных блоков,— 28 кВт— кондиционеры данной серии наиболее удобны для объектов площадью более 300 м².Количество присоединяемых внутренних блоков — до 16.Расстояние между внутренними и наружным блоками может достигать 100 м, при перепаде высот — до 50 м. Трехкомпрессорная конструкция наружного блока отличается высокой надежностью всей системы, т.к. при выходе из строя одного компрессора два других смогут поддерживать требуемый режим, обеспечивая от 61 до 100% производительности. Трехтрубные VRF-системы GENERAL серии S реализуют принцип свободного выбора режима работы внутреннего блока. В отличие от двухтрубных систем, в которых внутренние блоки могут работать либо все на нагрев, либо все на охлаждение, трехтрубные системы предоставляют возможность выбора режима работы внутреннего блока: часть внутренних блоков одной системы может работать на охлаждение, остальные— на нагрев помещений. Более того, в таком режиме данные системы обеспечивают максимальный коэффициент энергоэффективности— более 7. Серия V предназначена для кондиционирования больших зданий. Ее особенность— модульность наружного блока, что очень удобно при монтаже систем. Наружный блок может комбинироваться из модулей 8; 10; 14 л/с. Максимальная мощность наружного блока достигает 120 кВт, соответственно площадь здания, обслуживаемого одной системой, может достигать 1500 м². Надежность данной серии очень велика, так как при выходе из строя одного элемента наружного блока все остальные продолжают работать в расчетном режиме, что обеспечивает работоспособность всей системы [3].Таким образом, технологический уровень многозональных систем GENERAL (в том числе и трехтрубных систем с рекуперацией тепла) позволяет эффективно решать задачи кондиционирования помещений при современном строительстве зданий любой площади. Выводы: 1. Возможны различные подходы к классификации систем кондиционирования и, в частности,мультизональных систем. 2. В настоящее время не существует общепринятой классификации систем кондиционирования воздуха и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объектов применения (кондиционируемых помещений). 3. В основу одного из направлений классификации систем кондиционирования легли принципы, которые зависят от целей, преследуемых в процессе их исследований.В данном случае принимаются принципиальные решения, вытекающие из режимов и условий функционирования систем.

1. GENERAL. VRF-система серии S. Технические данные и проектирование. «Ассоциация Японские Кондиционеры». 2. СНиП 41-01–2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Госстрой России, Москва, 2004. 3. Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоcнабжение. – М.: «Стройиздат», 1985