Способы снижения капитальных затрат на VRF-системы кондиционирования при проектировании

Сегодня мы обратим внимание только на один параметр системы кондиционирования воздуха — это её стоимость, поскольку для конечного заказчика часто именно стоимость является определяющей при выборе. Мы рассмотрим несколько способов снижения стоимости системы VRF без снижения качества микроклимата в помещениях.

Для начала отметим, что мы будем рассматривать именно проектные решения без привязки к конкретному бренду. Способ замены дорогого японского производителя на дешёвого «китайца» слишком очевиден, тем более что сегодня на российском рынке свыше 90% оборудования — это именно китайские производители под оригинальными марками или с наклейками российских OEM. В расчётах использована условная розничная стоимость оборудования в рублях, её величина нам важна только для сравнения вариантов друг с другом. Реальная стоимость оборудования, как правило, отличается в меньшую стоимость и зависит от величины скидки на конкретном объекте.

1. Применение компрессорно-конденсаторных блоков

От чего зависит стоимость 1 кВт холода систем кондиционирования? От многих факторов, но главным образом от типа системы. VRF-системы — это сложное оборудование, которое содержит многочисленные дополнительные элементы и системы для эффективного функционирования. Это система маслоотделения и масловозврата, чтобы обеспечить нормальную смазку компрессора на длинных трассах, система переохлаждения хладагента, чтобы повысить производительность внутренних и наружных блоков и предотвратить вскипание хладагента в жидкостных трубопроводах, система изменения температуры кипения хладагента, чтобы понизить энергопотребление на промежуточных режимах. А также многие другие системы и функции.

Однако существует решение, благодаря которому можно значительно (на 10–30% в зависимости от типа объекта) снизить стоимость систем кондиционирования без потери общей холодопроизводительности. Это решение называется: применение компрессорно-конденсаторных блоков (ККБ) для охлаждения приточного воздуха, снижения холодильной нагрузки и, соответственно, стоимости VRF-системы. Данное решение можно применять, если в здании присутствует система приточной вентиляции. С одной стороны, стоимость 1 кВт холода для ККБ значительно ниже, чем для наружных блоков системы VRF. С другой стороны, пользователь системы кондиционирования будет иметь все преимущества и возможности регулирования VRF-системы, поэтому эти варианты можно считать равнозначными (табл. 1 и 2).

Какая доля холодопроизводительности систем VRF уходит на компенсацию охлаждения вентилируемого воздуха? Это зависит от многих факторов, но главным образом от назначения помещения и района строительства.

Назначение помещения влияет на кратность воздухообмена, а значит на величину теплопритоков с наружным воздухом. Помещения жилых зданий обычно имеют минимальную кратность воздухообмена 1–1,5 объёма помещения в час. Офисные помещения, как правило, — от 2,0 до 3,0.

Здания кафе, ресторанов, кинотеатров, залов совещаний требуют больше приточного воздуха на единицу площади, поэтому кратность воздухообмена для таких помещений составляет 3,0–6,0. Чем больше кратность воздухообмена, тем большей экономии можно достичь, применяя ККБ для охлаждения приточного воздуха.

Рис. 1. Процесс охлаждения приточного воздуха для южных и северных городов России

Район строительства или, точнее, расчётная температура наружного воздуха также влияет на величину охлаждения ККБ. Для южных регионов нашей страны, с их тёплым и влажным климатом, расход холода на ККБ может достигать 50% от общей холодильной нагрузки объекта. Интересно сравнить расчёт на i-d-диаграмме («энтальпия — влагосодержание») для городов Санкт-Петербурга и Сочи (рис. 1, табл. 3). Можно видеть, что для Сочи расход холода на охлаждение приточного воздуха оказывается в 3,5 раза больше, чем для Санкт-Петербурга.

Какие есть ещё нюансы при охлаждении приточного воздуха с помощью ККБ? Изоляция воздуховодов. В случае применения обычных приточных систем без охлаждения изоляция воздуховодов не требуется. В случае применения ККБ изоляция также не требуется, но только в случае охлаждения до температуры внутреннего воздуха. В нашем примере мы охлаждаем приточный воздух до температуры +24°C, следовательно, нет опасности выпадения конденсата на поверхности и нет необходимости изоляции воздуховодов. Если же задавать низкую температуру приточного воздуха, например, +15°C, то уже возможно выпадение конденсата из воздуха помещений, следовательно, нужна теплоизоляция и дополнительные затраты.

Вывод 1. За счёт предварительного охлаждения приточного воздуха с помощью компрессорно-конденсаторных блоков можно снизить общую стоимость капитальных затрат на VRF-системы кондиционирования на 10–30%. Особенно это актуально для южных районов нашей страны и помещений с большим воздухообменом.

2. Комбинация «системы VRF + крупные сплит-системы»

Следующая возможность сэкономить на системах VRF — это использовать внутренние блоки VRF для кондиционирования маленьких помещений, а крупные помещения охватывать более дешёвыми системами типа «сплит». Например, у нас есть семиэтажная гостиница высотой 28 м. В гостинице имеется большое количество номеров с теплоизбытками 2,5 кВт (каждый номер) и несколько помещений ресторана с теплоизбытками от 10 кВт и выше. Мы можем принять простое решение и полностью охватить всё здание наружными блоками VRF-системы. Без сомнения, это будет работать, но затраты будут несколько больше, чем в комбинированном варианте. Мощные сплит-системы с инверторным приводом обладают серьёзным максимальным перепадом высоты и длиной трубопроводов (перепад до 30 м и длина до 75 м), поэтому, как правило, можно найти возможность охватить ими большие помещения и установить все наружные блоки на крышу. Для помещений с теплоизбытками до 10 кВт эту схему применять смысла нет, так как появится слишком много наружных блоков, которые придётся вешать на фасад здания.

Рассчитаем затраты на оборудование в двух вариантах (табл. 4 и 5).

Из табл. 4 и 5 видно, что в результате замены наша цена оборудования упала с 25607 до 21749 тыс. руб. (15%). Общее количество наружных блоков на крыше здания в первом случае (всё — VRF) составляет четыре единицы. Во втором случае (VRF + сплит) — в два раза больше (восемь единиц), что тоже не критично.

В целом нужно помнить главное правило: VRF-системы предназначены для охлаждения большого количества относительно маленьких помещений.

Вывод 2. При переносе функции охлаждения больших помещений (10 кВт и более теплоизбытков) с системы VRF на отдельные сплит-системы общая стоимость оборудования снижается без потерь функциональных возможностей.

3. Мини-VRF или полноразмерные наружные блоки

Первоначально мини-VRF-системы предназначались для кондиционирования коттеджей или больших квартир. Один наружный блок не портил фасад здания «гроздьями» наружных блоков, как в случае с многочисленными сплит-системами. Конструктивно наружный блок мини-VRF отличался от полноразмерных мощностью до 17 кВт и выбросом наружного воздуха вбок. Позже появились наружные блоки с боковым выбросом и производительностью 22 и 28 кВт, что уже пересекалось со «старшими». Затем линейка была ещё расширена, и сегодня мы видим на рынке наружные блоки с боковым выбросом производительностью до 67 кВт, к которым уже не подходит слово «мини». Поэтому давайте просто разделим эти два типа по выбросу воздуха (верхний и боковой) и посмотрим на табл. 6 и 7.

Сравнивая данные табл. 6 и 7 можно отметить одну важную деталь: при одинаковой производительности наружных блоков стоимость блоков с боковым выбросом дешевле. Часто это объясняется более простой конструкцией наружных блоков, например, отсутствием переохладителя фреона, что приводит к меньшей возможной длине трубопроводов и меньшему перепаду высот между наружным и внутренними блоками. Но часто нам и не нужна такая большая длина, и мы легко можем перейти на упрощённые, но менее дорогие блоки.

И вторая деталь — это меньшая стоимость 1 кВт холода более мощных блоков. Самые оптимальные по цене блоки с боковым выбросом — это блоки на 56, 61 и 67 кВт холода.

Итого, возвращаясь к примеру, описанному в табл. 1, если бы мы применили наружный блок 50 кВт с боковым выбросом, мы смогли бы сэкономить 21% (то есть 1,0–2730/3438 = 1,0–0,79 = 0,21) от стоимости наружных блоков.

Вывод 3. Использование наружных блоков большей производительности и переход на системы с боковым выбросом воздуха может сэкономить от 10 до 30% затрат на наружные блоки.

4. Выбор типоразмера внутренних блоков

Разница в стоимости 1 кВт внутренних блоков ещё более разительна по сравнению со стоимостью наружных блоков VRF.

Естественно, что чем больше типоразмер внутреннего блока, тем дешевле 1 кВт холода. На практике это означает, что если мы для кондиционирования помещения можем применить условно один большой блок вместо двух маленьких той же суммарной производительности, то это решение однозначно будет дешевле (табл. 8).

Вывод 4. Чем больше типоразмер внутреннего блока системы VRF, тем дешевле стоимость 1 кВт холода объекта кондиционирования при равной холодопроизводительности.

5. Выбор типа внутренних блоков

Существует огромное количество типов внутренних блоков для систем VRF: настенные, кассетные компактные, кассетные полноразмерные, кассетные однои двухпоточные, напольные, потолочные, канальные малошумные, канальные средненапорные, канальные высоконапорные, колонные, потолочные четырёхпоточные и т. д. Поэтому грамотный выбор внутренних блоков может оказать серьёзное влияние на стоимость объекта в целом. Конечно, цена — это не единственный критерий. Важны также возможность монтажа, уровень шума, дизайн, потоки воздуха и множество других факторов. Но, как правило, на реальных объектах мы можем выбирать тип внутреннего блока для ценовой оптимизации. Сравним стоимости основных типов внутренних блоков одинаковой производительности (табл. 9).

Для малой производительности (от 1,5 до 8 кВт) однозначный победитель — это настенный тип внутреннего блока. Выверенная десятилетиями конструкция с удобным обслуживанием (в отличие от канальных или кассетных моделей), не требующая дополнительных элементов (в отличие от канальных блоков), с регулировкой направления потока воздуха (в отличие от канальных блоков). Всё это делает настенный тип внутреннего блока фаворитом на небольших мощностях.

Для средней производительности (от 9 до 16 кВт) побеждает канальный тип внутреннего блока. Простая бескорпусная конструкция и отсутствие главного конкурента (настенного внутреннего блока) приводит к минимальной стоимости в этом диапазоне по сравнению с кассетным или потолочным типами. Однако не нужно забывать, что канальный тип подразумевает наличие дополнительных затрат в виде распределительных воздуховодов и их изоляции.

Следует отметить, что на практике автор видел множество объектов, где канальные внутренние блоки монтировались без каких-либо дополнительных устройств, даже без подвесного потолка и прекрасно работали в режиме охлаждения (в режиме обогрева тёплый воздух не будет опускаться вниз, перегревая верхнюю зону помещения с канальными внутренними блоками).

Для высокой производительности (от 20 до 56 кВт) оптимальными по цене являются тоже канальные высоконапорные внутренние блоки, только по причине их безальтернативности. Но не нужно забывать, что высокий напор подразумевает, во-первых, использование блока с распределительными воздуховодами. Во-вторых, большой уровень шума требует, как правило, установки их вне обслуживаемых помещений с обязательными мерами по шумоглушению.

Вывод 5. Для создания самой экономичной системы VRF с точки зрения капитальных затрат мы должны использовать настенные внутренние блоки в диапазоне производительности 1,5–8 кВт и канальные внутренние блоки для производительности от 9 кВт и выше.

6. Выбор коэффициента загрузки наружного блока

Внутренние блоки VRF-системы содержат клапаны регулирования, которые позволяют брать из системы ровно то количество хладагента, которое необходимо внутреннему блоку в данный момент времени. Благодаря этому система может обслуживать помещения с неравномерными по времени теплоизбытками, следовательно, производительность наружного блока может быть меньше, чем простая арифметическая сумма мощностей внутренних блоков (рис. 2). Различные производители предлагают VRF-системы с возможностью перегруза наружного блока на 130, 150 или даже 200%. Но это не значит, что на любом объекте мы можем применить максимальные величины перегрузки, уменьшая таким образом стоимость наружных блоков. Давайте подумаем, как мы можем организовать схему системы VRF, чтобы максимально снизить пиковые нагрузки на наружный блок, а значит снизить его стоимость.

Рис. 2. Изменение суммарной нагрузки на VRF-систему с внутренними блоками, ориентированными по разным фасадам здания (оригинал данного рисунка — рис. 5 из [1])

Неравномерность теплоизбытков по времени даёт в первую очередь солнечная радиация. С утра солнце обогревает восточный фасад здания, после обеда — западный. Следовательно, чтобы снизить пик потребления холода, мы должны в одной системе предусмотреть внутренние блоки как с восточной стороны здания, так и с западной. Тогда нагрузка на наружный блок будет максимально равномерной и, что для нас более важно, меньшей, чем сумма мощностей внутренних блоков.

Исходя из практического опыта автора рекомендуется для офисных помещений с внутренними блоками по разным фасадам здания нагрузка наружного блока 120–130%. Для помещений гостиниц и жилых зданий — 130–150%. Для офисных помещений с внутренними блоками по одному фасаду — 100–110% (табл. 10 и 11).

Вывод 6. Применение обвязки системой VRF внутренних блоков по разным фасадам здания позволяет снизить пиковую нагрузку на наружный блок, уменьшить его типоразмер и сократить общую стоимости системы на 10–20%.

В качестве заключения предлагаю рассмотреть два варианта систем кондиционирования конкретного объекта со следующими характеристиками: назначение — отель; расположение — город Волгоград; количество этажей — семь; количество номеров — 40; теплоизбытки одного номера — 3,5 кВт; количество помещений ресторана — пять; теплоизбытки одного помещения ресторана — 10 кВт; расположение наружных блоков — кровля здания.

Рассмотрим стандартный вариант кондиционирования с помощью только систем VRF (гостиничные номера охлаждаются стандартными канальными блоками). Помещения ресторана охватываются кассетными внутренними блоками. Наружные блоки — это полноразмерные блоки VRF с верхним выбросом воздуха. Итоговая стоимость оборудования составит 22572 тыс. руб. (табл. 12).

Теперь рассмотрим вариант, где для охлаждения приточного воздуха применяется ККБ. Внутренние блоки используем более оптимально по цене настенного типа. Большие помещения охватываем кассетными сплит-системами. Коэффициент загрузки наружного блока принимаем 140%, что находится в пределах рекомендуемых значений для помещений отелей. Что у нас получилось — см. табл. 13.

Итоговая стоимость оборудования снизилась до 13429 тыс. руб., что составляет 59,5% от первоначальной стоимости. Мы добились удешевления нашего коммерческого предложения более чем 40%, что достаточно много. Причём главная характеристика — производительность систем по холоду — осталась неизменной. С точки зрения конечного потребителя, он остался пользователем современного оборудования класса VRF. На мой взгляд, настенный тип внутренних блоков обладает даже бóльшими преимуществами, чем канальные внутренние блоки, а именно удобство обслуживания и возможность регулирования потока воздуха. Хотя общее количество наружных блоков увеличилось с четырёх до восьми, все они располагаются на крыше здания и не влияют на его архитектурный облик. Применение только инверторных наружных блоков для ККБ и больших сплит-систем не увеличивает потери энергии при эксплуатации. В целом задача удешевления системы кондиционирования без потери качества внутреннего микроклимата выполнена полностью.