Установки кондиционирования воздуха с непосредственным кипением хладагента

 Охлажденная вода циркулирует в трубопроводной системе при помощи насоса
Рис. 1
Задачей данной статьи является объяснение преимуществ регулирования производительности в установках кондиционирования воздуха, оборудованных испарителями с непосредственным кипением хладагента. Каждая система анализируется с точки зрения эффективности и обеспечения комфортных условий жизнедеятельности. Рассматривается как эффективность контура хладагента, так и энергия, затрачиваемая на перемещение воздуха приточными вентиляторами установки кондиционирования.

Регулирование производительности до 10% от номинального значения, возможное с применением спиральных компрессоров Copeland Digital Scroll™, позволяет обеспечить превосходное соответствие нагрузке для одной или нескольких установок кондиционирования воздуха, объединенных в единую систему, и оптимизировать энергопотребление/комфорт.

Существует несколько видов систем для обеспечения комфортных условий (охлаждение и/или нагрев). Каждая система обладает специфическими пре­имуществами и характеристиками, и ее выбор основывается на размере здания (жилое, малое коммерческое, коммерческое и т. д.), на типе (новое, после ремонта, энергоэффективное и т. д.), географическом положении и местных особенностях и т. д.

Copeland Digital Scroll™
Рис. 2
Охлаждение/нагрев помещения осуществляется с применением какой-либо промежуточной среды: вода, хладагент или воздух. В случае использования воды для обеспечения комфортных условий наиболее широко применяемыми приборами являются радиаторы (только для отопления), фэнкойлы (охлаждение и/или нагрев), распределительные коробки системы горячего водоснабжения, кассетные блоки. Все обозначенное выше обеспечивает рациональные затраты с хорошими возможностями для управления. Когда применяются системы с непосредственным кипением хладагента, мы имеем в виду VRF-системы (Variable Refrigerant Flow — переменный расход хладагента) с несколькими испарителями, устанавливаемыми внутри помещения. Данные системы обеспечивают худшее качество обработки воздуха, трудность при его осушении, частые обязательные проверки на утечку хладагента — 1, 2 или 4 раза в год в зависимости от заправки- и требуют профессионального монтажа трубопроводов. С другой стороны, использование обработанного воздуха в качестве среды для обеспечения комфортных условий позволяет получить лучшее качество воздуха в помещении и возможность использования рекуперации тепла за счет вытяжного воздуха. Большинство установок кондиционирования воздуха устанавливаются совместно с чиллерами и/или бойлерами для использования воды с соответствующей температурой в фэнкойлах нагрева/охлаждения. Системы непосредственного кипения хладагента в настоящее время не очень широко распространены из-за трудностей с обеспечением эффективного регулирования производительности и постоянной температуры приточного воздуха.

Двухконтурные установки кондиционирования воздуха и рекуперация тепла
Рис. 3
Действительно при работе расширительного вентиля (компрессор (компрессоры) включен) получается широкий ряд разнообразных по значению температур приточного воздуха и, как следствие, плохое обеспечение комфортных условий. Это применение сегодня ограничено установками с постоянными требованиями по нагрузке, когда обеспечение комфортных условий не является приоритетом.

Сегодня технология регулирования производительности Copeland Digital Scroll™ позволяет разработать установки кондиционирования воздуха с непосредственным кипением хладагента с оптимальным поддержанием температуры приточного воздуха и расхода. Возможность регулирования холодо- и/или теплопроизводительности и, кроме того, расхода воздуха значительно снижает энергопотребление всей установки.

Технология Copeland Digital Scroll™ позволяет обеспечить плавное регулирование производительности от 10 до 100% и предназначена для создания энергоэффективных систем.

Одноконтурные установки кондиционирования воздуха

Контур хладагента, оборудованный компрессором Copeland Digital Scroll™
Рис. 4
Для обеспечения охлаждения установки кондиционирования воздуха обычно используются совместно с чиллерами. Охлажденная вода циркулирует в трубопроводной системе при помощи насоса, через 2 и 3 ходовые клапаны она проходит через теплообменник охлаждения и затем возвращается в чиллер, контур оборудован буферной емкостью для снижения количества пусков компрессора (рис. 1) .

Для тех же применений, но при использовании модуля с непосредственным кипением хладагента, в системе не требуется установка водяного насоса, буферной емкости и промежуточного теплообменника. Испаритель расположен непосредственно в установке кондиционирования воздуха, что ведет к значительному снижению капитальных затрат. Регулирование производительности в традиционных установках кондиционирования воздуха с непосредственным кипением хладагента может осуществляться только по принципу «включено — выключено». Вентилятор или компрессор может обеспечить этот тип регулирования. Если нагрузка низкая, компрессор будет включаться/выключаться очень часто, из-за чего температура приточного воздуха будет изменяться в широком диапазоне. Если регулирование осуществляется путем включения/выключения вентилятора, минимальные требования к количеству подаваемого воздуха не могут быть выполнены. В обоих случаях обеспечение комфортных условий будет низким. Если требования к уровню комфорта не могут быть снижены, то установка компрессора с непрерывным регулированием производительности становится обязательной. В этом случае Copeland Digital Scroll™ представляет собой предельно простое, дешевое и надежное решение (рис. 2).

Двухконтурная установка с раздельными контурами притока и вытяжки
Рис. 5
С возможностью снижения производительности до 10% от номинального значения, Copeland Digital Scroll™ является технологией регулирования, позволяющей снизить до минимума холодопроизводительность системы, тем самым позволяя уменьшать расход воздуха, только если это действительно необходимо. Широкий диапазон изменения нагрузки проявляется очень часто весной и осенью, когда утром необходимо отапливать помещение, а днем охлаждать. Регулирование может быть осуществлено с помощью компрессора Digital Scroll™ путем обеспечения температуры и расхода воздуха в соответствии с потребностями. Это означает значительную экономию электроэнергии, потребляемой вентиляторами, и более эффективную работу системы при частичной нагрузке. Например, установка кондиционирования воздуха с электродвигателем вентилятора 10 кВт будет потреблять только 1,2 кВт, если расход воздуха уменьшится вдвое (двухскоростной электродвигатель). Общая эффективность системы также повышается за счет отсутствия водяного насоса и отсутствия потерь в буферной емкости.

Двухконтурные установки кондиционирования воздуха и рекуперация тепла

Двухконтурные установки кондиционирования воздуха широко распространены; они очень эффективны за счет возможности работы в режиме естественного охлаждения в переходном периоде с обеспечением высокого качества подаваемого в помещение воздуха. Их отрицательной стороной является то, что в течение периода, где требуется только отопление или охлаждение, система будет удалять теплый/холодный вытяжной воздух и получать свежий и холодный/теплый воздух с помощью установки кондиционирования (рис. 3). В зависимости от кратности циркуляции число «потерянных» кВт∙ч электроэнергии может быть весьма значимым. Кратность циркуляции ( % свежего воздуха) может значительно изменяться в зависимости от числа людей в обслуживаемом помещении. И в этом случае регулирование производительности должно и может обеспечить экономию электроэнергии.

Замена водяного контура контуром хладагента с компрессором Copeland Digital Scroll™
Рис. 6
Контур хладагента, оборудованный компрессором Copeland Digital Scroll™, может устранить проблему регулирования и обеспечить простую рекуперацию тепла (Рис. 4).

Теплота отбирается от вытяжного воздуха перед его выбросом и передается свежему воздуху, предварительно нагревая его. В зависимости от размера и требований система может использоваться не только как система рекуперации тепла, но и в качестве теплового насоса. Тепловой насос типа «воздух — воздух» обладает значительными преимуществами при отсутствии цикла оттайки за счет использования всегда теплого воздуха. Это еще одно преимущество по сравнению с традиционными тепловыми насосами типа «воздух — воздух».

Размещение компрессора в блоке смешения воздуха является простым решением. Поэтому теплообменник для нагрева (конденсатор) располагается в блоке приточного воздуха установки кондиционирования.

Как и для первого случая, для данной конфигурации расход воздуха может быть снижен до минимума при условиях частичной нагрузки, тем самым предоставляя значительную экономию также при работе приточного вентилятора. В течение всего холодного периода воздушный фильтр защищен от замерзания без отсутствия необходимости в установке дополнительного теплообменника нагрева.

Двухконтурная установка с раздельными контурами притока и вытяжки

В некоторых случаях каналы приточного и вытяжного воздуха располагаются в разных местах. В этом случае рекуперацию теплоты вытяжного воздуха осуществить трудно. Для этого требуется установка промежуточного контура между теплообменниками приточного и вытяжного воздуха и, кроме того, буферной емкости, насоса и использование раствора гликоля в качестве теплоносителя (Рис. 5).

Установки кондиционирования воздуха с пластинчатыми теплообменниками/рекуперацией
Рис. 7
Системы с водяным контуром обычно требуют установки больших теплообменников, и эффективность их в любом случае ограничена приблизительно 75% из-за потерь в трубопроводах и разницы температур в теплообменниках.

Замена водяного контура контуром хладагента с компрессором Copeland Digital Scroll™ может улучшить общую эффективность использования контура в качестве теплового насоса с высоким COP при отсутствии необходимости в оттайке (рис. 6).

Установки кондиционирования воздуха со 100% рекуперацией теплоты

Установки кондиционирования воздуха с пластинчатыми теплообменниками/рекуперацией теплоты становятся все более популярными. Они очень просты с точки зрения конструкции и обслуживания (рис. 7).

Copeland Digital Scroll™
Рис. 8
В типовых коммерческих применениях эффективность рекуперации составляет около 75%. Как и в предыдущем случае, внедрение контура хладагента с компрессором Copeland Digital Scroll™ позволит повысить эффективность рекуперации и приблизить ее к эффективности теплового насоса при высоких значениях COP (рис. 8).

Система с несколькими раздельными установками кондиционирования воздуха

Несколько установок кондиционирования воздуха могут быть подключены непосредственно к компрессорно-конденсаторному агрегату на базе компрессора Copeland Digital Scroll™ (рис. 9). Регулирование производительности с применением цифрового компрессора позволяет обеспечить превосходное соответствие нагрузке, требуемой общим числом различных установок кондиционирования воздуха. Поскольку минимально возможная производительность составляет 10 % от номинала, каждая установка кондиционирования воздуха может управляться индивидуально как по производительности, так и по расходу воздуха. Компрессорно-конденсаторный агрегат на базе компрессора Digital Scroll™ позволяет обеспечить необходимую производительность в любое время в соответствии с требованиями системы.

Copeland Digital Scroll™
Рис. 9
Технология Copeland Digital Scroll™ сразу улучшает эффективность работы оборудования за счет отличной работы в режиме частичной нагрузки. Это является огромным преимуществом для конечных пользователей, учитывая, что большинство оборудования переразмерено и работает в основном в режиме частичной нагрузки большее время (рис. 10).

Что предлагает Emerson Climate Technologies?

Полную линейку компрессоров Digital Scroll™ для работы с R410A и R407C, от 8 до 39 кВт (от 26 до 78 кВт при использовании в тандеме).

Агрегаты на базе цифровых компрессоров, оснащенных ресивером, готовые для подключения к конденсатору и/или испарителю установок кондиционирования воздуха. Линейка от 20 до 36 кВт на R407C.

Технология Copeland Digital Scroll™ сразу улучшает эффективность работы оборудования
Рис. 10
На базе компрессоров Digital Scroll™ можно создать простой агрегат для систем кондиционирования воздуха с плавной регулировкой производительности в диапазоне 10…100%, позволяющий обеспечивать быстрое соответствие требуемой нагрузке и поддержание температуры с точностью +/- 1 K, что позволяет конечному пользователю обеспечивать оптимальные условия комфорта. Другой важной особенностью агрегата на базе данных компрессоров является возможность работы при низких температурах конденсации, что обеспечивает высокую энергоэффективность, а экономия электроэнергии, потребляемой вентилятором данного агрегата, позволяет получить более высокие значения показателей сезонной эффективности.

Особенности метода регулирования производительности, применяемого в компрессоре Digital Scroll™, позволяют расширить возможности работы агрегата при глубоком изменении параметров приточного воздуха.

Поскольку для компрессоров Digital Scroll™ не требуется сложной конструкции системы трубопроводов для обеспечения возврата масла и, кроме того, отсутствует необходимость в установке сложных электронных устройств и дополнительных компонентов, агрегаты на базе данных компрессоров являются простыми как при монтаже, так и в обслуживании.

Все вышеперечисленные особенности позволяют уменьшить количество агрегатов для систем с несколькими испарителями, а также повысить надежность системы за счет уменьшения количества пусков и остановок компрессора.

Ж.-К. Шарль,Emerson Climate Technologies

наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест