Если процесс обогрева внутреннего воздуха с помощью местного кондиционера (внутреннего блока) VRF-систем не вызывает сложностей при расчете тепловлажностного режима кондиционируемых помещений, то процессы обработки воздуха, связанные с использованием холода, не всегда однозначны. Наиболее удобный и наглядный метод расчета и изображения процессов обработки внутреннего воздуха основан на использовании i-d-диаграммы (энтальпия-влагосодержание) влажного воздуха. Однако существует мнение, что изображать процесс охлаждения внутреннего воздуха местным кондиционером на i-d-диаграмме не совсем правомочно по следующим причинам [1]: 1. Внутренний блок поддерживает в помещении только температуру внутреннего воздуха. Влажность воздуха неизвестна и может изменяться, т.к. зависит не только от характеристик кондиционера, но самого помещения. 2. При релейном управлении охлаждением полупериоды включения/выключения компрессора вовсе не равны. Из-за неравенства полупериодов среднее за цикл значение температуры в помещении переменно. 3. Процесс охлаждения в испарителе протекает и направлен в зависимости от началь ного состояния входящего воздуха, текущей холодопроизводительности внутреннего блока. 4. Процесс осушения воздуха, побочный при стабилизации температуры воздуха, оказывает влияние как возмущение на контур стабилизации влажности. Не опровергая вышеприведенных утверждений, попытаемся определить с помощью i-d-диаграммы комплекс возможных значений параметров внутреннего воздуха помещений при кондиционировании местными кондиционерами в режиме охлаждения. Для этого построим область оптимальных значений внутреннего воздуха помещений (рис. 1). Область ограничена линиями относительной влажности 30-60 % и температуры 20-25°С. Системы комфортного кондиционирования, к которым без сомнения принадлежат VRF-системы, должны поддерживать параметры внутреннего воздуха в пределах данной области. Если значения требуемой температуры внутреннего воздуха можно задавать и поддерживать с помощью внутреннего блока местного кондиционера, то значения относительной влажности нельзя задавать и поддерживать с помощью систем данного класса, хотя в процессе охлаждения воздуха будет происходить его осушение. С другой стороны количество поступающей в помещения влаги от людей, с приточным воздухом и т.д. будет постоянно изменяться. Поэтому значение относительной влажности, которая установится в помещении, будет зависеть как от характеристик кондиционера, так и от характеристик помещения. Чтобы определить фактическое значение относительной влажности для помещения с местным кондиционированием, рассмотрим процесс охлаждения воздуха подробно. Идеальный, а точнее квазистационарный процесс охлаждения воздуха можно изобразить на i-d-диаграмме следующим образом (рис. 2). Охлаждение воздуха приводит сначала к понижению его температуры без изменения влагосодержания (процесс 1-2) до линии относительной влажности 100 %. Затем из воздуха выделяется конденсат, влагосодержание воздуха уменьшается по линии 100 %-й влажности (процесс 2-3) до температуры теплообменной поверхности (кипения фреона). Но это - идеальный процесс, который должен происходить либо бесконечно долго, либо с бесконечно малыми объемами воздуха. Фактически же, движение воздуха во внутреннем блоке неравномерное и турбулентное, благодаря чему элементарный объем воздуха возле теплообменной поверхности, пройдя процесс 1-2-3, смешивается с воздухом, находящимся далеко от теплообменной поверхности. Процесс смешивания проходит по линии 1-3 и 1а - точка смеси. Затем снова малая часть смешанного воздуха охлаждается по линии 1а-2а-3. Таким образом, процесс охлаждения воздуха в местном кондиционере проходит по линии смешивания 1-3, направленной от точки параметров внутреннеговоздуха (1) на входе во внутренний блок до точки пересечения температуры кипения фреона с линией 100 %-й влажности (3). Очень часто эту прямую используют для построения процессов охлаждения воздуха. Однако и данный процесс отличается от реального процесса охлаждения внутреннего воздуха в местном кондиционере. Но, несмотря на некоторую идеализированность, область 1-2-3 дает 100 % охват всех возможных процессов охлаждения и осушения воздуха, происходящих в любом местном кондиционере. На процесс охлаждения по линии 1-3 влияют следующие факторы. При охлаждении воздуха внутренним блоком только часть поверхности кондиционера достигает температуры кипения фреона +5°С (теплообменник). Внутренняя поверхность корпуса и дренажный поддон имеют температуру циркулирующего воздуха. К тому же при частичной загрузке внутреннего блока не весь теплообменник достигает температуры кипения фреона. Поэтому некоторая часть конденсата снова испаряется по адиабате и сдвигает процесс охлаждения вправо (рис. 3, процесс 1а-1б). Другой фактор, влияющий на процесс охлаждения, - турбулентность потока внутреннего воздуха. Это приводит к тому, что не все элементарные частицы успевают охладиться до температуры теплообменника. Поэтому процесс смешения происходит не только между точками 1-3, но и по линиям 1-2, 1-2а, 1-2б, 1-2в и т.д. (рис. 4). Это также приводит к смещению линии обработки воздуха вправо. Таким образом, реальный процесс охлаждения воздуха местными кондиционерами (внутренними блоками) всегда принадлежит области 1-2-3 и имеет вид кривой, соединяющей точки 1 и 3 (рис. 5). Начальная точка процесса охлаждения (1) совпадает с параметрами внутреннего воздуха. Параметры воздуха на выходе из местного кондиционера в значительной степени зависят от его характеристик. Важнейшая характеристика внутреннего блока - количество отводимого явного и скрытого тепла. Любой процесс охлаждения можно разбить на эти две составляющие. Например, процесс 1-3а условно состоит из процесса 1-2а - охлаждение внутреннего воздуха без изменения его влагосодержания (явное тепло) и процесса 2а-3а - осушение воздуха без изменения его температуры (скрытое тепло). Поэтому у любого местного кондиционера есть явная составляющая его мощности, которая тратится на поддержание требуемой температуры внутреннего воздуха, и скрытая составляющая, которая тратится на осушение кондиционируемого воздуха. Как следует из рис. 5, угол наклона касательной к кривой процесса охлаждения и прямой постоянного влагосодержания при понижении температуры воздуха на выходе из местного кондиционера увеличивается. Следовательно, чем меньше отношение производительности внутреннего блока по воздуху к его мощности охлаждения (удельный расход воздуха), тем большая часть мощности тратится на скрытое тепло. Этот вывод подтверждается и данными производителей VRF-систем (табл. 1) [2]. Исходя из рис. 5 и характеристик внутренних блоков можно сделать следующий вывод: чем больше величина удельного расхода воздуха внутреннего блока (м3/кВт⋅ч), тем большая составляющая тратится непосредственно на поддержание температуры внутреннего воздуха. Определимтеперь относительную влажность внутреннего воздуха в кондиционируемых помещениях. Во-первых, если мы проведем прямую по линии постоянного влагосодержания через точку 3, то линии оптимальных температур 20°С и 25°С будут пересекать данную прямую в точках с 40%-й и 30 %-й влажностью (рис. 4). Отсюда важный вывод: внутренние блоки VRFсистем не могут понизить относительную влажность внутреннего воздуха ниже 30 %. Это вытекает непосредственно из температуры кипения хладагента +5°С и стремления процесса охлаждения к точке 3 i-d-диаграммы. Как уже отмечалось выше, относительная влажность помещений при VRF-кондиционировании зависит не только от параметров внутреннего блока, но и от характеристик помещения, а именно луча процесса (углового коэффициента) ассимиляции теплои влагоизбытков помещения: ε= ∆I∆d� = Qизб./Мвл., где ∆I - разница энтальпий между начальным и конечным состоянием процесса, кДж/кг; ∆d - разница влагосодержаний между начальным и конечным состоянием процесса, г/кг; Qизб. - полные тепловыделения в помещении, Вт; Мвл. - влаговыделения в помещении, г/с. Для офисных помещений, в которых наиболее часто используются VRF-системы, луч процесса принимает значения от 5000 до 15 000 кДж/кг. Причем, чем выше относительная влажность в помещении, тем больше влаги уходит с вытяжным воздухом, тем больше луч процесса и меньше нагрузка на систему кондиционирования. В качестве примера произведен расчет относительной влажности офисного помещения с двумя внутренними блоками одинаковой номинальной холодопроизводительности 2,8 кВт и разным расходом внутреннего воздуха 600 м3/ч - первый вариант и 480 м3/ч - второй вариант (рис. 6). Относительная влажность помещения при использовании внутреннего блока с производительностью 600 м3/ч будет всегда выше (в пределах оптимальных значений), чем при использовании внутреннего блока с производительностью 480 м3/ч. На рис. 6 относительная влажность составила соответственно 55 % и 43 %. Расходы холода для поддержания требуемой температуры внутреннего воздуха 25°С в первом варианте составили 1,8 кВт, во втором варианте - 2,1 кВт. Однако VRF-системы предназначены для комфортного кондиционирования помещений, поэтому надо учитывать особенности теплового баланса организма человека с окружающей средой. В данном случае необходимо отметить, что при одинаковой температуре и различной относительной влажности внутреннего воздуха ощущения теплового комфорта человеком будут различны [3]. Фактически, если в помещении повысилась относительная влажность, то для достижения теплового комфорта человека необходимо понизить температуру внутреннего воздуха, и наоборот. Тепловой комфорт человека в большей степени зависит от энтальпии окружающего воздуха, как функции его температуры и относительной влажности, чем только от температуры. Если за точку отчета принять энтальпию внутреннего воздуха, то, например, ощущения теплового комфорта при температуре внутреннего воздуха 25°С и относительной влажности 40 % будут аналогичны, если температуру воздуха опустить до 23°С, а относительную влажность поднять до 50% (рис. 7). Выводы 1. Процесс обработки воздуха внутренним блоком VRF-системы в режиме охлаждения на i-d-диаграмме можно изобразить в виде кривой, соединяющей точку параметров внутреннего воздуха (1) с точкой пересечения линии относительной влажности 100% и линии температуры кипения хладагента (3). 2. Относительная влажность внутреннего воздуха не может понизиться ниже 30% при VRF-кондиционировании помещений. 3. Чем больше удельный расход воздуха (м3/(кВт⋅ч) внутреннего блока, тем больше доля явной производительности по холоду системы кондиционирования. 4. Чем больше доля явной производительности по холоду внутреннего блока VRF-системы, тем выше относительная влажность в помещении (в пределах оптимальных значений).
Литература 1. А.Г. Сотников. Современные автономные кондиционеры (теория, оборудование, проектирование, испытание, эксплуатация). СПб., 2004. 2. FUJITSU GENERAL LIMITED. Variable Refrigerant Flow System. Multi Air Conditioning System for Buildings. Technical data. 2004. 3. P.O. Fanger. Thermal comfort; Analysis and Application in Environmental Engineering. McGraw-Hill Book Company, N.Y., 1973. РИСУНКИ:1~1~;2~2~;3~3~;4~4~;5~5~;6~6~;7~7~; ТАБЛИЦЫ:1~8~;
