Проектирование инженерных систем в BIM

г. Москва, ул. Пятницкая, д. 50/2 стр. 5

+7 (495) 120-20-76
article
Выпуск
№34

34. Основы кондиционирования
105скачали

Архитекторам полезно разбираться в типах систем кондиционирования, знать их преимущества и недостатки, чтобы легче принимать решения, а также понимать, о чем говорят инженеры. Как обычно, будем все сводить к простоте.

Принцип работы всех систем кондиционирования

Потратьте несколько минут на понимание этого принципа, и все встанет на свои места.

Все системы кондиционирования (кроме экзотических) работают на фреоне. Этот газ имеет ценное свойство – он значительно меняет свою температуру в зависимости от давления: при низком давлении он становится ледяным, а при высоком – очень горячим.

Если холодную часть фреонового контура поместить в помещение, а горячую – на улицу, и прогонять с помощью вентиляторов воздух, то мы сможем перекачивать тепло из помещения на улицу, разве нет?

Кстати говоря, поглощенное из помещений тепло можно сбрасывать не только в атмосферу. Наружный теплообменник можно опустить в озеро или зарыть в землю. Такие системы тоже существуют, но редки.

Рис. Схема работы сплит системы

Рассмотрим, как работает сплит система. Компрессор (фактически это насос, сжимающий газ), который установлен в наружном блоке, сжимает фреон, при этом его температура поднимается до +80…+90 градусов и тепло, «выкаченное» из помещения, передается уличному воздуху с помощью вентилятора.

Также в наружном блоке установлено устройство понижения давления (специальный клапан), после которого фреон опускается до температуры +5…+7 градусов и подается во внутренний блок.

Там ледяной фреон охлаждает воздух помещения, при этом нагреваясь до +15…+20 градусов, и возвращается к компрессору. И так по кругу.

В любой системе кондиционирования, как минимум, есть эти четыре устройства:

Рис. Слева направо: уличный теплообменник, компрессор, клапан понижения давления, внутренний теплообменник

Запомним эти компоненты и потренируемся их видеть в разных системах.

 

Сплит система

В наружном блоке установлен компрессор, клапан понижения давления и уличный теплообменник (и, конечно, вентилятор). А во внутреннем – лишь охлаждающий теплообменник (и вентилятор).

Рис. ­ Между наружным и внутренним блоком проложен фреоновый контур, а также сигнальный кабель, по которому происходит обмен информацией между блоками

Главный недостаток сплит систем – жесткие ограничения на длину трассы между блоками, обычно она составляет 15-20 метров. В эту длину входят все подъемы и опуски, а также обход препятствий. Поэтому далеко не всегда наружный блок можно разместить на общем техническом балконе. Лучшее место для него – корзина под окном.

ПреимуществаНедостатки
  • Низкая стоимость
  • Один кондиционер можно включить на тепло, а другой – на холод
  • Низкое электропотребление
  • Малая длина трассы, не позволяющая установить наружный блок на удаленном техбалконе или кровле. Единственный рабочий вариант – корзина под окном

Мульти сплит система

 В наружном блоке этой системы установлен компрессор и столько клапанов снижения давления, сколько внутренних блоков.

Рис. Мульти сплит система – от наружного блока отходит столько контуров, сколько внутренних блоков. По фото видно, что в квартире установлены три внутренних блока

Главный недостаток сплит систем (малая длина трассы) распространяется и на мульти-сплит системы:

Система на 2 внутренних блокаСистема на 3 внутренних блокаСистема на 4 внутренних блока
Длина трассы до самого удаленного блока, мОбщая длина всех трасс, мДлина трассы до самого удаленного блока, мОбщая длина всех трасс, мДлина трассы до самого удаленного блока, мОбщая длина всех трасс, м
153025602575

 

ПреимуществаНедостатки
  • Низкое электропотребление
  • Один наружный блок на несколько внутренних
  • Малая длина трассы накладывает ограничения на размещение наружного блока
  • Нет возможности работать и на тепло и на холод одновременно

 

VRF/VRV система

Проясним термины «VRV» и «VRF».

Это одно и то же, разница между ними не техническая, а юридическая. Оба термина означают «регулируемый расход фреона». Но «VRV» – это торговая марка японской компании Daikin, поэтому аббревиатуру может использовать только этот производитель. Остальные заводы пользуют слово «VRF».

Длины трасс у VRF значительно больше, чем у сплит-систем, но ограничения все же есть и меняются от производителя к производителю. Усреднено их можно принять такими:

  • Перепад высот от наружного блока до самого нижнего внутреннего блока – 70 м;
  • Перепад высот от самого нижнего до самого верхнего внутреннего блока – 30 м;
  • Максимальная длина от наружного блока до самого дальнего внутреннего блока – 165 м.

Лучшее использование VRF систем – это горизонтальная разводка, когда наружный блок обслуживает один этаж.

Рис. VRF система отличается от мульти сплит систем тем, что в VRF системе один фреоновый контур вне зависимости от того, сколько установлено внутренних блоков. Клапан понижения давления находится в каждом внутреннем блоке, а не в наружном, как в сплит системах

ПреимуществаНедостатки
  • Большая (по сравнению со сплит-системами) допустимая длина трасс
  • Возможна работа внутренних блоков одновременно и на тепло, и на холод
  • Не требуются технические помещения
  • Цена ниже, чем система чиллер-фанкойлы
  • Низкое электропотребление по сравнению с чиллером-фанкойлами
  • Не портится фасад корзинами
  • Ограничения на длины трасс все же не позволяют их использовать в некоторых случаях
  • Нет возможности использовать наружные и внутренние блоки разных производителей
  • Ограничения на модернизацию систем при перепланировках помещений
  • Требуются мероприятия по борьбе с опасной концентрацией фреона

 

Чиллер-моноблок

 Если фреоновый теплообменник опустить в бак с водой, то фреон будет охлаждать не воздух, а воду. В этом и состоит смысл чиллера.

Рис. Фреоновый теплообменник охлаждает воду

Ледяная вода из «бака» подается к фанкойлам насосом.

Конечно, в настоящем чиллере не используется обычный бак. Передача холода от фреона воде выполняется с помощью так называемых трубчатых теплообменников.

Рис.  Трубчатый теплообменник. Сверху две трубы – подключение воды, с торца – подключение фреоновых контуров

 Получаем такую схему чиллера-моноблока:

В корпусе этого чиллера установлен компрессор, клапан понижения давления, уличный теплообменник с вентилятором, а также трубчатый теплообменник фреон-вода. Отдельно устанавливается насосная станция, которая подает воду к фанкойлам

ПреимуществаНедостатки
  • Неограниченная длина трасс
  • Возможность использовать фанкойлы любых производителей
  • Нет ограничений на модернизацию систем при перепланировках
  • Не требуются технические помещения (почти)
  • Повышенный шум от чиллера на улице
  • Большие габариты чиллера
  • Более высокое потребление электроэнергии, чем VRF системы
  • Требуется квалифицированная служба эксплуатации

 

Чиллер (водяного охлаждения) с драйкулером

Продолжаем усложнять систему. Если чиллер-моноблок разрезать еще на две части, оставив уличный теплообменник с вентилятором на улице, а компрессор и трубчатые теплообменники перенести в помещение, мы получим чиллер и драйкулер.

Если чиллер-моноблок сам находится на улице и сразу передает тепло воздуху, то в нашем варианте тепло от чиллера сначала передается антифризу (обычно это пропиленгликоль), который насосами подается в драйкулер, где и происходит передача тепла уличному воздуху.

В чиллере водяного охлаждения два трубчатых теплообменника: фреон-антифриз для драйкулера и фреон-вода для фанкойлов.

Рис. Чиллер водяного охлаждения. Хорошо видны два трубчатых теплообменника, а также компрессор

Драйкулер (сухой охладитель) – устройство, предназначенное для охлаждения антифриза путем обдува уличным воздухом теплообменника с этой жидкостью. Очевидно, что если на улице +35, то жидкость не охладится ниже этой температуры.

Рис. V образный и плоский драйкулеры. Функционально они ничем не отличаются, оба состоят из теплообменника (ов) и вентиляторов. В плоском – один теплообменник, а в V образном – два, расположенных наклонно. Это и позволяет ему занимать меньше площади кровли

Зачем так усложнять систему? Чиллеры-моноблоки более шумные (из-за наличия компрессора) и габаритные, их не всегда можно расставить на кровле, как это требуется, поэтому для объектов с высокой архитектурой бывает разумнее использовать более дорогой вариант с драйкулерами. В этом случае шумный компрессорный агрегат находится в техническом помещении (чиллер), а на улице расставляются драйкулеры различного внешнего вида и размеров.

ПреимуществаНедостатки
  • Неограниченная длин трасс
  • Возможность использовать фанкойлы любых производителей
  • Нет ограничений на модернизацию систем при перепланировках
  • Низкий уровень шума на улице по сравнению чиллером-моноблоком, т.к. компрессор находится в техническом помещении
  • Возможность использовать драйкулеры любых видов и размеров
  • Требуется большое техническое помещение
  • Высокое потребление электроэнергии
  • Высокая стоимость
  • Требуется квалифицированная служба эксплуатации

 

Водяная VRF с драйкулером

Эта система довольно продвинутая и приобретает популярность на сложных объектах. Наружный блок традиционной VRF системы делится еще на две части – в техническом помещении устанавливается блок с фреоновым компрессором, а также с теплообменником фреон-антифриз, а на улице – драйкулер, в который поступает горячий антифриз. В этом состоит схожесть системы с предыдущим вариантом.

На участке от наружного блока водяной VRF до внутренних блоков эта система ничем не отличается от традиционной VRF – ко всем внутренним блокам подходят медные трубки, по которым циркулирует фреон.

Зачем так усложнять? У традиционной VRF системы есть недостаток – ограничение на длины фреонопроводов от наружных до внутренних блоков.  Поэтому не всегда возможно разместить наружные блоки, скажем, на кровле. В этом случае и помогает водяная VRF, ее наружные блоки устанавливаются в техническом помещении ближе к внутренним блокам, а драйкулер вполне может стоять хоть на кровле небоскреба.

Рис. Наружный блок VRF системы устанавливается в техническом помещении, от него отходит два «комплекта» труб – к драйкулеру и к внутренним блокам. Если традиционный наружный блок VRF охлаждается уличным воздухом напрямую, то водяная VRF использует посредника – контур с антифризом

ПреимуществаНедостатки
  • Возможность разнести друг от друга наружные блоки и драйкулеры на любое расстояние
  • Возможна работа внутренних блоков одновременно и на тепло, и на холод
  • Низкий по сравнению с чиллером-моноблоком шум
  • Возможность использовать драйкулеры любых видов и размеров
  • Требуется большое техническое помещение
  • Ограничения на длины трасс от наружных блоков до внутренних
  • Нет возможности использовать наружные и внутренние блоки разных производителей
  • Ограничения на модернизацию систем при перепланировках помещений
  • Требуются мероприятия по борьбе с опасной концентрации фреона
  • Высокая стоимость
  • Требуется квалифицированная служба эксплуатации

 

 

 Драйкулер или градирня?

В конце хотим внести ясность в два похожих понятиях: драйкулер и градирня. Задача у них одинакова – охладить антифриз, который поступает от чиллера или водяной VRF.

Драйкулер (от англ. drycooler) – это сухой охладитель, в котором охлаждение жидкости (обычно антифриза) в теплообменнике производится только с помощью потоков уличного воздуха, создаваемых вентиляторами.

Градирня (от нем. gradieren) – это «мокрый» охладитель, в котором охлаждение жидкости (антифриза) в теплообменнике производится не только с помощью потока воздуха, но и с помощью разбрызгивания воды на этот теплообменник. Мелкие капли воды ускоряют процесс охлаждения.

Рис. В градирне процессу охлаждения способствует разбрызгиваемая вода

 

Градирня эффективней драйкулера и логично было бы использовать именно ее, если бы не существенные недостатки. Градирня имеет большие габариты (в особенности по высоте), шумит и требует значительного расхода воды. Поэтому градирни используются, преимущественно, для мощных систем кондиционирования и только, если архитектуры найдут им место.

(Closed Circuit Cooling Towers Sweer Co Ltd regarding dimensions 1217 X 825 — Cabinet Ideas)

Рис. Слева – мощные градирни. Справа – множество драйкулеров

Вывод

Не придумана еще система кондиционирования, которая удовлетворила бы всех заказчиков. На каких-то объектах существуют жесткие ограничения по шуму, где-то не хватает электроэнергии, где-то нет возможности разместить технический этаж и т.п.

Искусство архитектора и инженера состоит в том, чтобы найти баланс между преимуществами и недостатками, который позволит выбрать подходящий для конкретного объекта вариант.

Назад
Поделиться
Подписка на новые выпуски
Направим на почту новые бюллетени в PDF и другие полезные материалы