Оптимизация гидравлических систем распределения с фанкойлами для повышения энергоэффективности

Экологические проблемы, законодательство и рост цен на энергоносители резко увеличивают потребность в повышении энергоэффективности зданий. Существуют различные способы повышения эффективности, и так как на системы отопления и кондиционирования приходится до 50% потребления энергии в зданиях, они находятся под особенно пристальным вниманием. Оптимизация гидравлического распределения в системах кондиционирования является более экономически эффективным решением для снижения энергопотребления; эффект будет немедленный и существенный. Фактически оптимизация гидравлического распределения в существующей системе может снизить потребление энергии на 30% (в зависимости от начального состояния системы), обеспечивая при этом высокий уровень комфорта.

Влияние режима управления и типа схемы на температуру воды в обратном трубопроводе при охлаждении

Эффективность чиллера обычно определяется по коэффициенту энергоэффективности (EER). Для того чтобы сохранить EER чиллера как можно более высоким при частичной нагрузке, необходимо не допускать уменьшения средней логарифмической разницы температур между охлажденной водой и хладагентом. При постоянной температуре подаваемой охлажденной воды следует избегать снижения температуры обратной воды при частичной нагрузке.

Для того чтобы определить причину изменения температуры воды в обратном трубопроводе при частичной нагрузке, надо проанализировать, что происходит на стороне потребителя (фанкойлы).

Рассмотрим сначала схему с пропорциональным управлением переменным расходом через фанкойлы, оснащенные двухходовыми клапанами, подразумевая, что все правильно сбалансировано (рис. 1a). Поскольку при пониженной нагрузке фанкойла расход постепенно снижается, разница температур на фанкойле увеличивается. Таким образом, стабильное и точное пропорциональное регулирование переменного расхода в системах с фанкойлами дает выигрыш в EER охладителя.

Теперь рассмотрим схему с трехходовым клапаном, также с пропорциональным управлением (рис. 1b). Такая схема часто используется в системах с постоянным расходом для поддержания минимального необходимого расхода для насоса, чтобы избежать нагрева подающей воды насосом. При такой схеме разность температур будет такой же, как и для схемы с двухходовым клапаном. Однако, когда трехходовой регулирующий клапан постепенно закрывается, расход через байпас существенно увеличивается. Это приводит к понижению температуры воды в обратном трубопроводе. Таким образом, очевидно, что использование этой схемы должно быть сведено к минимуму.

Рис. 1: (a) схема с двухходовым клапаном; (b) схема с трехходовым клапаном

В вышеприведенных случаях предполагалось стабильное и точное пропорциональное регулирование. По причинам экономии на стоимости оборудования часто on/off регулирование становится более предпочтительным. Часто бывает и так, что пропорциональное регулирование переходит в режим регулирования on/off из-за неправильной балансировки системы. Поэтому давайте рассмотрим две схемы, с on/off регулированием.

Условием частичной нагрузки схемы с on/off регулированием потребителей является подсчет одновременно работающих фанкойлов. При 50%-ной нагрузке должны быть в среднем 50% фанкойлов в положении «включено» и 50% фанкойлов в положении «выключено».

Если схема состоит из фанкойлов с двухходовыми клапанами, которые имеют on/off регулирование и некоторые фанкойлы находятся в положении «выключено», то общий расход уменьшается. Линейные потери также уменьшаются в квадратичной зависимости от уменьшения расхода. Следовательно, более высокий располагаемый напор во всех точках системы приводит к чрезмерно высокому расходу через фанкойлы, находящиеся в положении «включено». В связи с нелинейной характеристикой мощности фанкойла с увеличением расхода выше расчетной величины мощность увеличивается. Таким образом, перерасход при незначительном росте выдаваемой мощности уменьшает разницу температур на фанкойле с 2-ходовым клапаном с on/off регулированием. Если все фанкойлы имеют схему с трехходовыми клапанами, то, когда некоторые фанкойлы находятся в положении «выключено», расход течет через байпас, так что общий расход не изменяется. Однако, так как расходы проходят через байпас, температура воды в «обратке» линейно уменьшается с уменьшением нагрузки.

Таким образом, очевидно, что среди различных рассмотренных схем двухходовая схема с переменным расходом и с пропорциональным управлением является более предпочтительной, при условии что стабильное и точное управление обеспечивается за счет правильного выбора регулирующего и балансировочного клапанов.

Кроме того хотелось бы отметить, что в настоящий момент на рынке существуют более универсальные устройства позволяющие регулировать проход воды через фанкойлы - динамические самобалансировочные контрольные клапаны с плавным регулированием. Мировым лидером в производстве таких клапанов является датская компания FlowCon.

Совсем недавно компания FlowCon представила новую линейку клапанов под название Green (рис. 2.). Независимый от давления клапан FlowCon Green разработан как «3 в 1 решение», совмещая в себе регулирующий клапан с пропорциональным управлением, использующий полный ход штока, автоматический балансировочный клапан и регулятор перепада давления, независимый от перепадов давления. Новый клапан оборудован инновационной системой автоматического регулирования, которая обеспечивает постоянное саморегулирование клапана. Такая система позволяет получить необходимый расход на каждом потребителе, независимо от колебаний давления в гидравлической системе. Каждый независимый от давления контрольный клапан FlowCon Green позволяет установить определенное значение максимального расхода на каждом контуре без ограничения использования длины штока.

Рис. 2. Независимый от давления регулирующий балансировочный клапан FlowCon Green.

По сравнению с предыдущими 20 мм PICV клапанами, FlowCon Green имеет обновлённую конструкцию, что позволяет снизить параметры расхода. Данный 20-ти мм клапан начинается с расхода 32 л/час для FlowCon Green.0, что делает его идеальным для применения в системах фанкойлов и других систем с низким расходом. Кроме того, улучшена способность закрытия клапана, протечка снижена с 3 л/час до IEC 60534-4 класс IV, что делает его более применимым в 4-трубных системах.

Рис. 3. Пример подключения клапана FlowCon Green.

Все картриджи из серии FlowCon Green могут применяться с линейкой приводов FN в соответствии с техническими характеристиками, привода доступны с разными вариантами сигналов управления: 0(2)-10В с плавным регулированием, 3-х позиционным или 2-х позиционным, кроме того привода, применяемые с FlowCon Green серией, имеют конденсатную степенью защиты IP54.

Правила использования материалов сайта