А.В. РЯХОВСКИЙ,
коммерческий директор
компании «СПИНБРЭЙН», Санкт-Петербург

Особенности работы вентиляционных систем

При расчете оборудования для вентиляции и кондиционировании часто возникает ситуация, когда нет возможности заложить достаточную мощность оборудования для обеспечения нормальной работы системы во всем диапазоне изменения температур наружного воздуха.

Основные причины, приводящие к подобной ситуации, можно условно разделить на три группы:
❏ выбор оптимального оборудования из экономических соображений;
❏ ограничение подводимой мощности;
❏ инженерные ошибки в расчетах смежных и основных систем вентиляции и отопления.

Вариант выхода из сложившейся ситуации один — снижение притока наружного воздуха за счет увеличения доли рециркуляционного воздуха или, если система прямоточная, снижение производительности приточного вентилятора. В обоих случаях для сохранения баланса по давлению в помещении необходимо снижать производительность вытяжной системы.

Для примера рассмотрим Северо-Западный регион, для которого характерны колебания температуры в течение года от –26 до +27 °C, при этом среднее значение температуры в зимний период составляет –8 °C, в летнее время +17 °C. Можно сделать вывод, что если систему рассчитать на диапазон средних температур, то мощность оборудования снизится, но при температурах за пределами средних значений она уже справляться не будет. Очевидно, если в ущерб качеству воздуха снизить производительность по воздуху, то появится возможность работы в более широком диапазоне температур при той же мощности.
Попробуем оценить примерный выигрыш мощности, если система будет рассчитана не на полный диапазон, а на значения средних температур. При расчете мощности нагревателя за исходные данные берется объем помещения, обмен воздуха, температура наружного и приточного воздуха.

Формулу для расчета мощности электронагревателей можно представить в следующем виде:

где С — удельная теплоемкость воздуха, ~~1018 кДж/(кг•°C); с — плотность воздуха, ~~1,225 кг/м3; L — производительность, м3/ч; n — КПД электронагревателей, ~~0,7.

Рассмотримсоотношение мощности для средней температуры с минимальной температурой в холодный сезон:


Для вентиляции Tвых ~~20 °C получаем 1,64, т.е. если систему рассчитать на диапазон средних температур, то мощность оборудования упадет минимум в 1,5 раза.

Что же необходимо предпринять для работы оборудования во всем диапазоне температур?
Из формулы для расчета мощности видно, что для сохранения Tвых = 20 °C необходимо линейно снижать производительность по воздуху при температурных значениях ниже –8 °C с таким расчетом, чтобы при –26 °C производительность снизилась в 1,64 раза.

Эту задачу можно решить при помощи комплекта для системы автоматической коррекции производительности вентиляционного оборудования по температуре наружного воздуха. Комплект состоит из двух частей: самого контроллера наружной температуры VFR (SB001A) и трех разновидностей исполнительных устройств регулирования производительности вентилятора. В зависимости от двигателя вентилятора подбирается конечное устройство управления (драйвер). Для вентиляторов существует три варианта драйверов:

1. Симисторный регулятор (только для однофазных вентиляторов)
Минимальная стоимость. Регуляторам присущ характерный «гул» при регулировке оборотов. Этот факт следует учитывать при размещении вентилятора, часто возникает потребность в увеличении звукоизоляции. Диапазон регулировки достаточно узок и требует настройки регулятора (минимальные допустимые обороты) для каждого конкретного двигателя. Допускается, но не приветствуется, включение нескольких вентиляторов на один регулятор, при условии, что суммарная мощность всех вентиляторов меньше максимально допустимой для данного регулятора.

2. Автотрансформаторный регулятор (однофазные и трехфазные вентиляторы)
Высокая стоимость и большие габариты ограничивают применение автотрансформаторных регуляторов. Дискретное переключение пятью ступенями скоростей регулирования сложно назвать линейным и плавным. Допускается включение нескольких вентиляторов на один регулятор, при условии, что суммарная мощность всех вентиляторов меньше максимально допустимой для данного регулятора.

3. Частотный регулятор (однофазные и трехфазные вентиляторы)
Отсутствие «гула» и широкий диапазон регулирования делают регуляторы этого типа лучшими для подобных задач. К минусам можно отнести возможность подключения только одного вентилятора на одно устройство и достаточно высокую стоимость регуляторов для больших мощностей. Для вентиляторов мощностью более 5 кВт альтернативы частотным регуляторам нет.

Привод воздушного клапана
Отдельная группа исполнительных устройств — это приводы для воздушных клапанов. Используются любые унифицированные приводы с сигналом управления 0–10 В (Belimo, Siemens, Honeywell и т.п.). В зависимости от характеристик воздушного клапана подбирается соответствующий привод с необходимым моментом на штоке клапана. На всех приводах есть возможность инвертирования работы для достижения необходимого алгоритма работы конкретного клапана (например, открытие клапана притока и закрытие рециркуляционного канала по одному сигналу управления).

Принцип работы системы корректировки
По датчику наружной температуры контролер VFR (SB001A) выдает сигнал управления стандарта 0–10 В на исполнительные устройства согласно запрограммированной пользователем «кривой» управления. В зависимости от схемы построения системы вентиляции исполнительные устройства корректируют производительность системы по притоку свежего воздухаподмесом рециркуляционного воздуха или снижением производительности приточного вентилятора. Температуры начала и конца корректировки задаются в контроллере на момент пусконаладочных работ. Программирование контроллера не составляет сложности и оптимизировано для использования параметров, полученных при расчете вентиляционной системы по параметрам колебаний наружной температуры. Особенность системы коррекции в том, что регулировка выполняется только по наружной температуре и не вмешивается в алгоритм регулирования температуры, влажности и др. в приточном канале и в помещении. Следствие этого — простой расчет и настройка всей системы вентиляции.

Примеры вентиляционных систем
Для примера рассмотрим стандартные схемы построения приточно-вытяжных вентиляционных систем (рис. 1).

Состав оборудования вентиляции:
❏ воздушный клапан с приводом FMX1;
❏ фильтр с реле давления PD1;
❏ калорифер с контуром обвязки (клапан и насос);
❏ приточный вентилятор П1;
❏ вытяжной вентилятор В1.

Состав оборудования коррекции:
❏ контроллер коррекции по наружной температуре VFR (SB001A);
❏ драйвер для приточного вентилятора VSF (SB001B);
❏ драйвер для вытяжного вентилятора VSF (SB001B).

Не вмешиваясь во внутреннюю схему регулирования, программируем изменение производительности системы по воздуху (рис. 2) для того, чтобы позволить калориферу справиться с прогревом (охлаждением) приточного воздуха. Вытяжной вентилятор, синхронно с приточным вентилятором по тому же сигналу управления, снижает свою производительность, чтобы не нарушать баланс по давлению в помещениях.

Внимание: изменять производительность в подобных системах с помощью входной заслонки нельзя!

Пример расчета:
Система смонтирована и работает. Мощности калорифера при его расчете на полный расход хватает для обработки наружного воздуха температурой до –10 °С. Необходимо расширить рабочий диапазон до –27 °С, учитывая, что температура выходного воздуха +20 °С. По формуле, приведенной в начале статьи, получаем, что при температуре –27 °С необходимо снизить производительность в 1,56 раза.

Также можно рассчитать необходимое снижение производительности, если калорифер не справляется с охлаждением. Подобный расчет можно провести, когда мощности калорифера достаточно, но параметры питающей теплофикационной воды ниже расчетных, или для электрического калорифера при ограничении в электропитании.