В современных зданиях все активнее используются системы кондиционирования с применением чиллеров и фэнкойлов. На смену многочисленным сплит-системам, портящим внешний вид здания и зачастую устанавливаемым жильцами стихийно, без учета допустимых нагрузок на электрические сети, приходят централизованные системы холодоснабжения. Более того, фэнкойлы все чаще используются вместо традиционных радиаторов отопления.
Для кондиционирования помещений со сложной планировкой, нескольких помещений одновременно и других сложных случаев широко применяется сплит система, состоящая из чиллера и фэнкойла. Теплоносителем в системе является вода (если система работает только при положительных температурах, не допускающих замерзания воды) или незамерзающая гликоль-основанная жидкость - в этом случае возможно вынести некоторые устройства наружу, например, на крышу здания и использовать при отрицательных температурах тоже.
В такой системе центральный элемент - чиллер, холодильная машина. Производятся чиллеры разной мощности - от 5 до 9000 кВт. - и благодаря этому систему можно смонтировать в помещениях самых разных конфигураций. По сути чиллер представляет собой охладитель, кондиционер, но не для воздуха, а для воды или другого теплоносителя.
Чиллер имеет несколько важных технических параметров. Эта холодильная машина может иметь тепловой насос, который обеспечивает режим обогрева. Конструктивно чиллеры бывают моноблочными или с внешним конденсатором, который в свою очередь может иметь воздушное или водяное охлаждение.
Важный элемент сплит-системы - гидромодуль, насосная станция, которая обеспечивает циркуляцию теплоносителя по трубопроводам сплит системы. Гидромодуль также имеет разную мощность в разных сплит системах.
Последним важным элементом системы является фэнкойл – вентиляторный доводчик. Это устройство похоже на внутренние блоки сплит-систем и включает в себя теплообменник (радиатор), электровентилятор, поддон, в который собирается конденсат, систему управления по месту или дистанционную. Вентилятор необходим для циркуляции воздуха: проходящий через фэнкойл воздух нагревается или охлаждается от внутреннего радиатора и возвращается в обслуживаемое помещение. Некоторые модели фэнкойлов имеют воздушные фильтры, а также электронагреватели для подогрева проходящего сквозь них воздуха. Фильтры же очищают воздух от пыли и примесей; конструктивно они легко снимаются, их можно и рекомендуется мыть. Основное преимущество сплит системы: возможность поддерживать нужную температуру во всех обслуживаемых помещениях с помощью всего одного чиллера. А при необходимости чиллеров может быть несколько, причем агрегированных в одну систему и управляемых с одного пульта.
Центральная холодильная машина может размещаться на любом расстоянии от теплодоводчиков. Единственно, необходимо, рассчитать мощность гидромодуля, чтобы ее хватило на заданное расстояние и на все теплодоводчики. Плюс к этому, системы "чиллер фэнкойл" достаточно дешевы. Например, циркуляция теплоносителя может вестись по обычным водопроводным трубам и нет необхоимости тратиться на дорогостоящие медные трубы для подводки фреона. В ряде моделей чиллеры работают и на охлаждение воздуха, и на его обогрев. Правда, эту же функцию можно реализовать на уровне фэнкойлов: в некоторых случаях доводчики тепла оборудуют дополнительными нагревательными элементами - ТЭНами. Наконец, эти системы позволяют регулировать температуру воздуха отдельно в каждом помещении, где установлен фэнкойл.
Выпускаются чиллеры и фэнкойлы многими производителями: Airwell и McQuay предлагают недорогие устройства, средние по цене модели CARRIER, LENNOX, WESPER, CLIVET. А производитель Daikin предлагает практически весь диапазон оборудования.
Регулирование холодо- или теплоотдачи фэнкойла можно осуществлять изменением скорости вращения вентилятора или расхода воды, а также комбинируя эти способы. Регулирование только первым методом не является оптимальным решением, поскольку вентилятор фэнкойла имеет обычно ступенчатое переключение скоростей и, кроме того, на высоких оборотах шум от его работы становится весьма ощутимым.
Так, для напольного фэнкойла CWU 25 фирмы Marstair (Великобритания) при температуре воды на входе и выходе 7/12 °С мощность по холоду на низшей скорости вращения вентилятора составляет 0,93 кВт, на средней и высшей – 1,28 и 1,78 кВт соответственно. Шум на низшей скорости – 24, а на высшей – 41 дБ.
Таким образом, переключение скорости вращения вентилятора с меньшей на большую увеличивает охлаждение почти на 40 %, не позволяя точно отрегулировать температуру, и может привести к переохлаждению помещения, а также значительным потерям энергии. С точки зрения шумового комфорта, предпочтительнее мощный фэнкойл с низкой скоростью вращения вентилятора, но он существенно дороже.
Все вышесказанное подтверждает необходимость регулирования количества воды, подаваемой на фэнкойл. Существует несколько способов такого регулирования. Во-первых, на фэнкойлы можно установить двухходовые клапаны, аналогичные используемым в радиаторных схемах, но с большим проходным сечением, так как расход воды в системах охлаждения в несколько раз выше. Во-вторых, применяются трех- и четырехходовые клапаны (разделительные или смесительные).
В первом случае расход воды в системе – переменный, что имеет свои преимущества (можно использовать трубы меньшего сечения, получить значительную экономию при эксплуатации насоса, работающего в переходный период на меньших скоростях, и т.д.). При втором варианте расход постоянен; это упрощает расчет и подбор оборудования, ускоряет поступление холодной воды или гликолевого раствора в фэнкойл. Обе системы могут обеспечить хороший комфорт, поэтому выбор между ними зависит, скорее, от пристрастий и опыта проектировщика.
Рассмотрим клапаны, используемые в наиболее распространенных в России системах охлаждения с постоянным расходом. На рис. 1 показана схема обвязки фэнкойла, корректная с точки зрения гидравлики. На подаче установлен трехходовой разделительный клапан. Когда он закрывается, вода проходит через замыкающий участок. Поскольку сопротивление фэнкойла может быть большим (десятки кПа), а сопротивление байпаса мало, гидравлическое сопротивление всей системы будет переменным. Чтобы его выровнять, на байпас ставится балансировочный клапан (например, Stad шведской фирмы Тour & Аndersson) или дроссельные вентили (Heimeier Regulux, STK, TRIM A). Настройка вентилей осуществляется по специальной диаграмме, исходя из проектного расхода и сопротивления фэнкойла.
Часто для удобства монтажа трехходовой клапан и замыкающий участок собираются в одном корпусе. Недостаток такого решения – невозможность гидравлически уравнять байпас и фэнкойл. Иногда на фэнкойлы устанавливают трехходовые смесительные клапаны. Они монти руются на выходе из фэнкойла и выполняют ту же функцию, что и разделительные, установленные на подаче. Ход штока кла- пана составляет примерно 3 мм.
Компанией Tour & Andersson, входящей в концерн IMI plc, разработан двухходовой клапан TBV-C, соедивший в себефункции регулирующего, балансировочного и запорного клапанов: после балансировки на клапан устанавливается привод, и он начинает осуществлять регулирование. Для систем отопления фэнкойламиможно использовать двухходовые клапаны типа Heimeier Standard без предварительной настройки; V-Exakt с возможностью монтажной регулировки расхода и пониженным сопротивлением, а также TBV-C. Клапаны должны быть оснащены приводом, управляемым комнатным термостатом или центральным контроллером.
Для управления клапанами применяют тепловые и электромеханические приводы. Действие первых основано на расширении при нагревании воска, помещенного в специальную капсулу. Нагревание осуществляется от регулируемого электрического резистора, на который подается напряжение 220 или 24 В. Возникающее усилие передается на шток привода, а от него – на шток клапана. Такие привода могут работать лишь в режиме "открыто–закрыто". Время срабатывания – порядка 3 мин. Тепловые приводы надежны, долговечны, не требуют обслуживания и имеют низкую стоимость. Один комнатный термостат может управлять 5–10 тепловыми приводами. Общий недостаток таких устройств – грубое регулирование температуры воздуха в помещении. Для систем отопления с фэнкойлами можно использовать и обычные термостатические головки с выносным датчиком. При этом не требуется электричества.
Для более точной регулировки температуры воздуха можно использовать электромеханические приводы, например,EMO 1, EMO EIB, EMO Lon (Heimeier). Приводы – пропорциональные. Полный ход штока их клапана разбивается на 256 положений, обеспечивая практически плавное регулирование. Внутри привода находится электромотор с системой шестеренок (рис. 2) Привод EMO 1 – аналоговый. ЕМО EIB конструктивно схож с ним, но поддерживает протокол обмена информацией с центральным контроллером по витой паре, которая служит и для питания привода. Это значительно уменьшает количество необходимых кабелей: все элементы системы управления зданием подсоединяются к одной паре проводов. У привода EMO Lon обмен информацией происходит по открытому протоколу Lon Works. Данные устройства широко используются в системах интеллектуальных зданий.
Для управления фэнкойлами применяются различные комнатные термостаты. Распространенными являются модели с биметаллическим контактом: реагируя на изменение температуры воздуха в помещении, он замыкает или размыкает электрическую цепь, питающую приводы. Для разных типов приводов используются свои термостаты. Heimeier, например, предлагает термостаты на охлаждение, отопление, отопление и охлаждение, отопление или охлаждение, с переключателем скоростей вентилятора или просто для регулировки водяного контура. К каждому термостату можно подключить несколько приводов, что удобно для больших помещений, где установлено несколько фэнкойлов.
Современные клапаны и приводы позволяют достичь хорошего комфорта и экономии энергии. Важно правильно подобрать все элементы системы, провести балансировку гидравлики, иначе может быть сведен к минимуму эффект от установки современных систем холодоснабжения и отопления. Подбор клапанов Трехходовой клапан для регулирования расхода подбирается по коэффициенту максимальной пропускной способности Kvs. Она рассчитывается по формуле:
Кv = 36q/√∆p
где q – расход воды, л/с; ∆p – падение давления на клапане, кПа. По найденной величине можно выбрать трехходовой клапан. Как правило, выбирается клапан с ближайшим большим K vs.
Для примера: Kvs клапана Heimeier Ду 15 составляет 2,47; Ду 20 – 3,48; Ду 25 – 5,12. Важным параметром является также коэффициент управления регулирующего клапана β, определяющий качество его работы. Он рассчитывается по формуле:β = ∆Рv/(∆Рv+∆Рc), где ∆Рv, ∆Рc – потери давления на клапане и нагрузке соответственно. Для трехходовых клапанов коэффициент управления должен превышать 0,5. Для выполнения этого условия потери давления на клапане должны, по крайней мере, равняться потерям давления на нагрузке. Так, если сопротивление фэнкойла составляет 9 кПа, а расход – 0,1 л/с, Кvs клапана будет равняться 1,2. В данном случае, за отсутствием меньшего типоразмера, придется использовать клапан Ду 15 с Кvs = 2,47. Коэффициент управления β составит всего 0,2. В схеме на рис. 1 избыточный напор на подаче в фэнкойл "гасится" балансировочным клапаном 2. Если фэнкойлы оснащены двух-ходовыми клапанами, коэффициент управления клапанов рассчитывается по формуле:β = ∆Рvо/∆Н, где ∆Рvо – потери давления на открытом клапане, а ∆Н – доступный перепад давления. Так, при расходе 0,1 л/с потери давления на клапане типа Heimeier Standard Ду 15, Kvs которого составляет 1,35, будут равняться 7 кПа. Если доступный напор насоса – 16 кПа, коэффициент управления β составит 0,4, что вполне приемлемо: коэффициент управления двух- ходового клапана должен быть больше 0,25.
