Обоснованный выбор трехтрубных VRF-систем кондиционирования

Наряду с такими преимуществами VRF-систем, как компактность, энергоэффективность, низкие эксплуатационные расходы, мультизональные кондиционеры обладают качественно новым уровнем комфорта — полной функциональной независимостью работы индивидуального внутреннего блока от режима работы системы в целом. Данное качество (рекуперация тепла) реализовано в трехтрубных VRF-системах кондиционирования воздуха и является большим шагом в эволюции климатической техники. Если двухтрубные системы с переменным расходом хладагента позволяют работать внутренним блокам либо «все на охлаждение», либо «все на обогрев», трехтрубные системы не накладывают никаких ограничений на выбор потребителями параметров работы внутреннего блока.

Рассмотрим конструкцию и принципы работы трехтрубных VRF-систем на примере кондиционеров GENERAL (Fujitsu General Ltd., Япония) [1]. Отличительной особенностью трехтрубных VRF-систем от двухтрубных систем является наличие третьей трубы и RB блока, которые позволяют независимо переключать внутренние блоки с одного режима на другой. В режимах охлаждения и обогрева третья труба хлад-агента не используется, поэтому для изучения наиболее интересен режим с рекуперацией тепла (рис. 1). В данной схеме кондиционирования воздуха предусмотрено двойное использование хладагента: сначала хладагент попадает в блоки, работающие на тепло, затем, не используя дополнительную энергию компрессора, является источником холода для блоков, работающих в режиме охлаждения. Поэтому затрачиваемая энергия компрессора на выработку одинакового количества тепла и холода в 1,5–2 раза ниже по сравнению с двухтрубными системами.

Работа трехтрубных систем в режимах «полностью охлаждение» и «полностью обогрев» ничем не отличается от работы двухтрубных систем. Преимущества в энергопотреблении и функциональных возможностях появляются только при работе трехтрубных систем в комбинированном режиме выработки тепла и холода. Насколько необходима комбинированная выработка тепла и холода для систем кондиционирования, попробуем разобраться на примере административных (офисных) зданий.

Широкое внедрение компьютерной техники, проникновение ПК практически во все сферы деятельности людей, привело к возникновению большой группы однотипных помещений, в которых производственный процесс построен на взаимодействии людей и офисной техники. Человек с компьютером стал выполнять различные виды работ: от проектирования и составления документов, до управления технологическими процессами и мониторингом всего предприятия. В таблице приведены параметры офисных помещений административных зданий.

Для анализа теплового режима производственного процесса используется известное уравнение типа:

где: Qn — полные теплопоступления в помещение, Вт; Qвн — внутренние теплопоступления от людей, оргтехники и т.д., Вт; Qогр — кондуктивные теплопоступления через наружные ограждения, Вт; Qинф — теплопоступления с инфильтрующимся воздухом, Вт; Qинс — теплопоступления от солнечной радиации, Вт.

Величины в правой части уравнения (1) являются случайными с различными степенями достоверности. Внешние воздействия логичнее представлять с вероятностно-неопределенными свойствами, т.к. даже при вероятностной форме задания параметров наружного воздуха нет четких корреляционных связей между солнечной радиацией, температурой наружного воздуха, направлением и скоростью ветра. Внутренние возмущения также относятся к классу вероятностно-неопределенных величин. Поэтому искомая величина Qп не обладает свойствами статистической устойчивости и может задаваться вариантами возможных значений без указания вероятностей отдельных значений членов правой части уравнения (1). Такой способ учета определяющих первичных факторов обеспечивает решение задач с выявлением зоны неопределенности решений [2].

Неопределенность решения уравнения означает, что получение однозначного значения невозможно, как правило, необходимо ориентироваться на некоторую зону, внутри которой лежат все возможные значения искомой функции. В качестве характеристик этой зоны необходимо принять минимальные и максимальные значения Qп. С другой стороны, расчетные теплопотери административных зданий зависят от расчетной температуры наружного воздуха и максимально составляют 65– 100 Вт/м2 [3]. Наибольшую наглядность для оценки периодов охлаждения и нагрева помещений дает совмещенный график тепловых нагрузок здания. Для определения параметров совмещенного графика воспользуемся уравнениями (2) и (3):

где: qmin и qmax — усредненные минимальные и максимальное значения удельных тепловых нагрузок здания, Вт/м2; qimin и qimax — минимальные и максимальное значения удельных тепловых нагрузок помещений площадью Si, Вт/м2.

Подставляя значения минимальных и максимальных удельных тепловыделений в уравнения (2) и (3) для административных зданий при различной температуре наружного воздуха получаем значения совмещенного графика тепловых нагрузок здания в режиме охлаждения и в режиме нагрева (рис. 2).

Таким образом, в диапазоне от +30°С до +20°С все помещения административных зданий требуется охлаждать и необходимости в одновременной работе системы как на охлаждение, так и на обогрев нет. Однако во всем остальном диапазоне от +20°С до –30°С необходимо часть помещений административных зданий охлаждать, а другую часть нагревать. Следовательно, большую часть времени года трехтрубные VRF системы кондиционирования административных зданий будут работать в режиме одновременного охлаждения и нагрева, т.е. перераспределения тепловой энергии внутри здания, что соответственно обуславливает необходимость их применения.