Газопривідні VRF-системи

За останні роки ринок кліматичного обладнання здійснив значний кількісний і якісний стрибок. Сприяв цьому ряд обставин, пов'язаних з розвитком технологій в області систем кондиціонування, з низкою жорстких вимог і обмежень значного числа країн в галузі енергоефективності інженерного обладнання будинків, причому на законодавчому рівні, а також з істотним збільшенням кількості виробників, що завжди є основою конкурентної боротьби. Наслідком цивілізованої конкуренції часто стає зниження ціни продукту і прогрес у бізнесі.

Вже зараз можна спостерігати деяке переосмислення підходів до формування концепцій інженерних завдань обладнання будівель. Це стосується не тільки систем по створенню клімату, але і систем водопостачання, насамперед гарячого, енергоспоживання, систем обліку та витрат ресурсів. Дуже часто на початковому етапі проектування можна виявити проблеми з ресурсами і, як наслідок, передбачити можливість оптимізації проектного рішення і відійти від стандартних, відпрацьованих схем.

Підходи до оптимізації інженерних систем практично завжди індивідуальні. Зміст їх зводиться до того, що робиться спроба розгляду всіх ресурсів на проектованому об'єкті, їх можливої наявності або відсутності. У це поняття входять вода, тепло, холод, електроенергія, газ і, звичайно, фінансові ресурси. Важливим чинником в оцінці рішення буде не тільки сам енергетичний ресурс, але і оцінка вартості його доставки до точки споживання.

Вищесказане описує підходи більшості серйозних виробників енергоефективного інженерного обладнання, і для правильного розуміння потрібно додати лише, що не завжди розумно відкидати одне рішення та замінювати його іншим. Життя показує доцільність паралельних (взаємозамінних, бівалентних, резервних) рішень. Чому? Головні критерії у таких підходах – нерівномірність навантажень, найширший діапазон вуличних температур, фактор розмитих меж сезонності.

Рис. 1. Конструкція GHP-системи.

GHP-система

Існує цілий ряд цікавих сучасних рішень з області комфорту, які вирішують завдання гарячого водопостачання паралельно чи окремо. Одне з рішень задачі забезпечення комфортного енергоефективного клімату приводиться в даній статті. Мова йде про систему GHP – Gas Heat Pump. Це газопривідна мультизональна кліматична система.

У чому її суть? У якості приводу компресора системи GHP служить двигун внутрішнього згоряння, а не електричний двигун, як у класичному варіанті технології VRF.

Рис. 2. Режим роботи GHP-системи на охолодження.

Що відрізняє і що доповнює існуючу технологію VRF? Привід компресора – двигун, він працює на природному газі, пропані та деяких інших газових сумішах. Відповідно, у порівнянні з електричною системою VRF ми маємо інший вид енергії у якості приводу пристрою. Електрична енергія все ж необхідна даній системі, але її кількість в 10 разів (а для особливого виконання і в 100 разів менше, ніж для системи з електричним приводом. Логічно припустити, що використання системи GHP розумно в умовах обмеженої кількості електричних потужностей на об'єкті і складності (високої вартості) її постачання. Проте навіть у тих випадках, коли електрична енергія не є дефіцитом, використання газопривідної технології буде розумним енергоефективним рішенням.

Приклад – місто Київ. Вартість електричної енергії для організацій 1,4338 грн. за кВт/год, вартість газу 11750,76 грн. за 1000 м3. Умовно можна прийняти, що вартість кіловат-години електроенергії дорівнює вартості 1,28 кубометрів газу. Якщо розглянути систему з номінальною холодопродуктивністю 56 кВт, можна побачити, що споживання електричної енергії зовнішнім блоком VRF у номінальних умовах становитиме 16,8 кВт, а зовнішнім блоком GHP-системи (з генератором) – 3,56 м3 газу і 100 Вт електроенергії. Енерговитрати системи GHP виходять менше у 3,61 рази. До речі, система GHP без генератора буде ефективніше у 3,52 рази. Безумовно, наведені показники є крайніми і будуть залежати від завантаження системи і вуличної температури, але не змінять картину кардинально. Споживання газу також залежить від умов експлуатації і буде зменшуватися у залежності від перерахованих вище умов, але не завжди у прямій залежності.

Розмова про ефективність буде неповна, якщо не розглянути додаткову особливість роботи агрегату GHP. Справа в тому, що при роботі двигуна виділяється теплота, яка утилізується за допомогою радіатора, встановленого разом з конденсатором зовнішнього блоку. Але при позитивній вуличній температурі цією скидною теплотою можна скористатися. Утилізуючи її, можна зменшити навантаження на теплові пункти підготовки гарячої води. Скільки теплоти? Ця величина залежить від типорозміру зовнішнього агрегату і становить від 15 до 30 кВт. Отримуємо джерело теплової енергії температурою +65…+75°C з витратою 2,5–3,9 м3/год

Вищезгаданий приклад роботи стосується режиму охолодження. Більш значні відмінності можна розглянути у іншому режимі – режимі обігріву. В системі GHP реалізовано три алгоритму роботи в даному режимі. Перший реалізований в позитивному діапазоні вуличної температури від +6 °C і вище. У цьому випадку задіюється алгоритм класичного повітряного теплового насоса у режимі опалення. Важливо підкреслити, що у цьому режимі також можна скористатися скидною теплотою від роботи двигуна, одночасно отримуючи повітряне опалення та підготовку гарячої води.

Рис. 3. Режим роботи GHP-системи на опалення.

Щоб зрозуміти два інших алгоритму роботи, краще всього розглянути режим роботи при негативних температурах зовнішнього повітря нижче –2°C. Режим роботи в цій області кардинально відрізняє систему GHP від електричної системи VRF. Справа у тому, що в системі присутний додатковий пластинчастий випарник фреон/антифриз. У цьому випадку функції випарника бере на себе саме він, а не конденсатор зовнішнього блоку, тим самим виключається фактор впливу зовнішнього повітря, а система перестає бути повітряним тепловим насосом. З цього випливає важливий наслідок: з пониженням вуличної температури немає зниження теплопродуктивності системи. Плюс до всього, у зовнішньому блоці не використовуються вентилятори, що призводить до збільшення ефективності.

Даний режим гарантує стабільну теплопродуктивність до температури зовнішнього повітря –20°C. Треба відзначити, що температура –20°C не є граничною. До цієї температури гарантується продуктивність, а функціонування можливо і при більш низькій температурі.

Третій, проміжний режим роботи на опалення, як можна припустити, буде задіювати як конденсатор зовнішнього блоку, так і додатковий випарник. Базовий діапазон роботи у цьому випадку від –2 до +4°C.

Як видно з розглянутих режимів функціонування системи GHP, вона повторює суть електричної системи VRF, але завдяки унікальним особливостям може бути кращим, більш ефективним рішенням.

Рис. 4. Модельний ряд GHP-систем.

Модельний ряд GHP-систем

Модельний ряд зовнішніх блоків систем GHP складається з трьох типів. Перший тип – система тепло/холод (W-multi), другий тип – система тепло/холод з генератором електроенергії (G power). Обидва типи мають однаковий ряд типорозмірів на 16, 20, 25 і 30 л. с. або 45, 56, 71 і 85 кВт. Причому обидва типи дозволяють обв'язувати у єдиний контур до двох блоків, крім блоку на 30НР, в будь-якій комбінації, збільшуючи тим самим продуктивність до 140 кВт. Третій тип – трьохтрубна система з рекуперацією теплоти, у лінійці якої три типорозміри на 16, 20 і 25 л. с. Об'єднувати блоки трьохтрубної системи у єдиний контур не допускається.

Зовнішній блок продуктивністю 56 кВт (20НР) може бути використаний в якості компресорно-конденсаторного блоку для охолодження повітря в центральних кондиціонерах (AHU). У цьому випадку використовується додатковий комплект обв'язки для підключення до випарника центрального кондиціонера.

Що стосується споживачів холоду або тепла, внутрішніх блоків, то на ринку представлений широкий діапазон внутрішніх блоків різної продуктивності, що дозволить вирішити більшість завдань, що пред'являються до кліматичної системи. Прийнятний рівень шуму, дизайн блоків, габаритні розміри, комфортний розподіл повітря – ось неповний список завдань, які цілком можуть бути реалізовані, і найчастіше у сукупності перерахованих вимог.

Рис. 5. Теплообмінний блок фреон-вода.

Системи з теплообмінними блоками фреон – вода

Цікавим рішенням, на наш погляд, можуть бути системи з теплообмінними блоками фреон – вода. На ринку представлені різні типорозміри, наприклад номінальною продуктивністю 25, 50 і 71 кВт у режимі охолодження. Температура води для комфортного кондиціонування може становити від +5 до +15°C, а у режимі технологічного охолодження з використанням антифризу отримувати холодоносій до –15°C. Дані установки реверсивні і, відповідно, дозволяють робити воду температурою від +25 до +55°C для підготовки гарячої води в будинках, а також реалізувати опалення з використанням пристроїв повітряного обігріву або приладів опалення в системах з використанням низькопотенційної теплової енергії.

Габаритні розміри теплообмінних блоків дозволяють розглянути їх встановлення у безпосередній близькості до споживача. Цей показник може бути актуальним при кондиціонуванні висотних будівель, де питання комунікацій – окрема, дуже витратна складова. У цілому сукупність властивостей: стабільність обігріву до температури –20°C, підготовка холодної води для фенкойлів до +5°C (причому фенкойли можуть бути від будь-якого виробника), реверсивність пристрою (робота у режимі підготовки як холодної води, так і гарячої), плюс важливий аспект економії – рекуперація теплоти від роботи двигуна – це аргументи на користь такого рішення.

Приклад реалізації подібного проекту показано на рис. 6. Він демонструє загальний характер реалізації описаної схеми у висотній будівлі. Перевагою водяній схеми є те, що варіантів реалізації подібних рішень безліч і вони залежать від конкретних умов і можливостей.

Рис. 6. Приклад реалізації GHP-системи.

Системи управління

На закінчення варто згадати про системи управління. З цієї точки зору розглянута технологія VRF (GHP) буде найсучаснішою і універсальною: від простих і недорогих пристроїв індивідуального управління, управління за допомогою «сухих» контактів до складних систем центрального управління і моніторингу, у тому числі із застосуванням відкритих технологій. Популярне зараз рішення: управління за допомогою мобільних пристроїв через Інтернет – також можливо, тому в основі вибору на користь тієї або іншої системи диспетчеризації лежить правильно сформульоване завдання, а практично реалізувати можна будь-яку.

У даній статті описаний один із способів вироблення холоду при дефіциті електроенергії на об'єкті. Але вибір варіантів цим не обмежений. Слід придивлятися до нових схемним рішенням, оскільки відхід від звичних схем, таких як «чилер–фенкойл», намітилося кілька років тому за кордоном і мало висвітлюється в наших фахових виданнях. За додатковою інформацією звертайтеся до фахівців в офіси компанії «Планета Клімату».

Правила використання матеріалів сайту