Решения Emerson Climate Technologies: Установки кондиционирования воздуха с непосредственным кипением хладагента

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.

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.

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

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).

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).

Рис. 2.

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.

Рис. 3.

Контур хладагента, оборудованный компрессором Copeland Digital Scroll, может устранить проблему регулирования и обеспечить простую рекуперацию тепла (Рис. 4).

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).

Рис. 5.

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).

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).

Рис. 7.

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).

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.

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).

Рис. 10. Работа системы кондиционирования при частичной нагрузке

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.

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.

Правила использования материалов сайта