В Украине всё большую популярность завоёвывают многозональные системы кондиционирования воздуха (подразумеваются системы, имеющие один источник холода и некоторое количество внутренних блоков), способные индивидуально регулировать воздушные параметры каждой зоны (помещения), в которой они установлены. Эти системы в основном применяются для общественных зданий, имеющих большое количество помещений с различными тепловыми нагрузками, изменяющимися в течение суток, таких как офисы, гостиницы и т.д. Основное преимущество этих раздельно-агрегатных систем состоит в том, что наружные блоки могут устанавливаться на сравнительно удалённом расстоянии от внутренних блоков (до 100 м), в частности, на крышах зданий, не портят фасад здания, при этом каждый внутренний блок может быть настроен индивидуально по текущим тепловым характеристикам помещения (только на холод или тепло). Эти системы требуют значительных капиталовложений на всех стадиях проектирования, закупки основного оборудования и монтажа.
Анализ таких систем проводился нашими российскими коллегами, в частности, С.В. Брухом. Проведенный им сравнительный анализ на основе теории выбора оптимальных систем кондиционирования воздуха, разработанной А.А. Рымкевичем в 80-х годах прошлого столетия, по некоторым параметрам не совсем удобен с практической точки зрения. Например, уровень шума внутренних блоков систем «чиллер-фэнкойлы» и мультизональной системы различается на 2-4 дБа, что для человеческого уха несущественно. Или сравнение
объёмов внутренних кассетных блоков VRF системы и фэнкойлов кассетного типа. Для блоков такого типа основным параметром по размерам является высота, которая, по приведенным данным, отличается на 5,2-6,8 см, что тоже не всегда является решающим. Также рассматривалась только одна система «чиллер-фэнкойлы», что не даёт объективности анализа в целом. Несмотря на это, проведены довольно объёмные и информативные исследования.
В данной статье сравниваются две различные многозональные системы – «чиллер-фэнкойлы» фирм Lennox, Carrier, York и мультизональная VRF (variable refrigerant flow или переменный расход хладагента) система КХ2 фирмы Mitsubishi Heavy Industries Ltd. на основании методики, описанной в [1].
Известно, что Украина является энергодефицитной страной, то есть государством, которое удовлетворяет свои потребности в топливно-энергитических ресурсах за счёт их собственного производства менее чем на 50 процентов [2], поэтому важнейшим критерием при выборе многозональной системы кондиционирования является фактор энергоресурсоёмкости системы на стадии капитальных затрат, а также стоимостный параметр эксплуатационных затрат.
Для объективного анализа будем сравнивать параметрические ряды чиллеров и наружных блоков VRF системы в диапазоне производительностей по холоду от 10 до 130 кВт.
Технические характеристики оборудования для сравнения чиллеров взяты из каталогов фирм Lennox, Carrier, York, наружных блоков компании Mitsubishi H.I. – из каталога системы КХ2.
При выборе показателей, для оценки систем приняты такие показатели, которые определяют уровень технического совершенства системы: P – масса кондиционера (кг) и V – его объём (дм3). Для наглядности эти показатели отнесены к производительности блока – (Q) или к 1 кВт.
Рассмотрим эксплуатационные затраты систем за сезон, а именно стоимость потреблённой электрической энергии при равных условиях эксплуатации. Этот показатель определяет уровень энергетического совершенства системы и для украинского потребителя является самым важным. Для сравнения возьмём самые теплонапряжённые три летних месяца с 21 рабочим днём в каждом. Учитывая неодновременность тепловых нагрузок в течение дня, примем время работы систем с максимальной производительностью 5 часов в день. В общем виде эксплуатационные затраты вычислим с помощью формулы, предложенной в [2]:
где Э – эксплуатационные затраты многозональной системы за сезон, грн.;
NЭ – значение потребления электрической мощности (характеристика установочной мощности электродвигателей, компрессоров насосов и т.д.), кВт;
CN – стоимостная характеристика потребляемой мощности, грн. Начиная с 01.02.2005 г. стоимость электроэнергии для организаций составляет 17,89 грн. за 100 кВт;
t = t2 - t1 – промежуток (период) времени, в данном расчёте сезон кондиционирования составляет 315 часов.
Для начала рассмотрим принципиальные схемы работы этих систем и их конструктивные составляющие (рис. 1, 2).
В данной схеме охлаждение воздуха производится жидкостью, которая циркулирует от источника холода к конечным потребителям. Источником холода является агрегат под названием – чиллер. Он представляет собой законченную холодильную машину, предназначенную для охлаждения жидкости, чаще всего воды, с помощью теплообменника «фреон-вода». Циркуляция воды (охлаждённой жидкости) осуществляется с помощью гидравлического модуля. Это название данного агрегата не совсем корректное, но повсеместно применяется в технических каталогах фирм-производителей. В данном контексте имеется в виду агрегат, который состоит из: насоса, расширительного бака компенсатора и бака аккумулятора. Конечными потребителями являются фэнкойлы, представляющие собой агрегат, состоящий из теплообменника, вентилятора, трёхходового клапана и пульта управления.
В мультизональной системе с переменным расходом хладагента КХ2 охлаждение воздуха осуществляется фреоном, который циркулирует между компрессорно-конденсаторным агрегатом и внутренними блоками (рис. 2).
Источником холода является наружный блок (компрессорно-конденсаторный агрегат), он же является распределителем хладагента. Наружный блок представляет собой агрегат, состоящий из теплообменника, вентилятора, компрессора и блока управления.
Внутренний блок (испарительновентиляторный агрегат) состоит из теплообменника, вентилятора и электронного терморегулирующего вентиля, который не толькорегулирует расход хладагента через него, но и качественно определяет хладагент, идущий на испаритель (различная консистенция парожидкостной смеси хладона).
С помощью электронного терморегулирующего клапана во внутреннем блоке и инверторной системы управления компрессором в наружном достигается требуемое распределение хладагента по системе.
Внутренние блоки присоединяются к основной магистрали с помощью распределителей – рефнетов или коллекторов.
Из описанных схем (рис. 1, 2) выделим некоторые основные характеристики этих систем.
При отношении Q к Р получим металлоёмкость холодильного агрегата. Этот параметр показывает компактность блока в целом.
Анализируя график 1 увидим, что металлоёмкость наружных блоков мультизональной системы значительно ниже. Некоторые колебания возникают вследствие добавления дополнительного блока, но металлоёмкость остаётся практически постоянной, в пределах 9- 11 кг/кВт. Тут сказывается преимущество модульности системы, то есть при увеличении мощности отдельно взятый блок не заменяется на другой, более мощный, как в случае с чиллером, а к блоку (модулю) привязывается ещё один или несколько для набора требуемой мощности, при этом достигается более точный подбор мощности. Рассмотрим это на примере (табл. 2), который показывает принцип модульности для мультизональной системы КХ2. При рассмотрении металлоёмкости чиллеров видим, что она сильно колеблется в пределах 16,5-10 кг/кВт. Это показывает, что компактность чиллеров в диапазоне мощности от 10 до 130 кВт не была главной при их разработке и использование их в качестве источника холода подразумевает заведомо неэффективное использование капитальных затрат, кг/кВт. При более детальном анализе видим, что некоторые модели чиллеров имеют такую же или меньшую металлоёмкость, например чиллер фирмы Lennox (39 кВт) или чиллеры фирмы York производительностью 93,4 и 106,5 кВт. Однако в диапазоне производительности от 14 до 56 кВт система КХ2 превосходит по этому показателю чиллеры рассмотренных фирм производителей.
Для сравнения принята металлоёмкость не отдельно взятого агрегата, что было бы некорректно, а именно колебания массы блоков в параметрическом ряду при равной холодопроизводительности.
Следующий показатель для сравнения – объём блока (в дм3), отнесённый к 1 кВт холода (график 2). При сравнении этот параметр показывает, что также как и металлоёмкость, объём чиллеров при одинаковой мощности значительно превышает показатель для наружных VRF блоков. Здесь также имеет большой приоритет модульность системы. Масса и габариты чиллеров напрямую зависят от наличия дополнительного теплообменника «фреон-вода», а также дополнительного циркуляционного (гидравлического) модуля и, следовательно, на порядок выше. Рассмотрим подробнее данный график. Модели чиллеров Carrier по этому показателю особенно выделяются. Чиллеры производительностью 44 и 56 кВт имеют практически такой же объём, как и наружные блоки системы КХ2, а производительностью 65 и 76 кВт имеют меньший объём по сравнению не только с чиллерами других производителей, но и компрессорно-конденсаторными блоками VRF системы. В тоже время, при холодильной мощности от 18 до 37 кВт по данному показателю не конкурентоспособны даже с аналогичными агрегатами других фирм. Начиная с производительности 84 кВт блоки системы КХ2 имеют меньший объём, чем чиллеры всех рассмотренных фирм производителей. Проанализированные выше параметры позволяют сделать вывод о том, что система «чиллер-фэнкойлы» сама по себе является более энергоёмкой, чем мультизональная система, поэтому ее стоимость предопределяет перерасход капиталовложений уже на стадии закупки.
Рассмотрим ещё одну характеристику – Э. Как упоминалось выше, здесь подразумевается электроэнергия, которую потребляет холодильная машина во время своей работы (график 3). В данном графике наружные блоки мультизональной системы КХ2 фирмы Mitsubishi Heavy Industries Ltd. по эксплуатационным затратам имеют более оптимальные значения, чем чиллеры всех рассмотренных фирм-производителей, особенно начиная с 95,2 кВт.
Анализировать этот график далее не имеет смысла, так как он говорит сам за себя и среди многозональных систем чётко выделяет VRF-систему в линейке лидеров.
В приведенных графиках показатели сравнения не имеют явно выраженных кореляционных зависимостей, то есть наблюдается «взлёт» и «падение» отдельных значений. Это объясняется принятыми в каждой фирме собственными принципами унификации блоков. К примеру, приведенная в таблице комбинаторная система КХ2 строится на базе двух унифицированных блоков мощностью 22,4 и 28 кВт.
В данной оценке мы сравнивали системы кондиционирования воздуха по их энергоэффективности, не затрагивая экономический аспект или стоимость оборудования. Дело в том, что стоимость всегда имеет эмоциональную окраску, а также зависит от многих других составляющих, которые у разных компаний могут очень сильно отличаться. Сейчас большое количество фирм и организаций представляют на рынке Украины технику кондиционирования воздуха, поэтому учитывать при сравнении экономический момент нецелесообразно. Тем более что стоимость не является решающим параметром при выборе систем таких типов, так как по общей стоимости основного оборудования, дополнительного оборудования и монтажа эти системы практически одинаковы. Решающую роль при выборе систем таких типов играют эксплуатационные затраты, которые, как видно из сравнения, существенно различаются.
Данные системы имеют большое количество технических характеристик или, говоря языком исследователей, «Монблан фактов», по которым можно было бы их оценивать – каждая из них имеет свои «плюсы» и «минусы». В данной статье были проанализированы некоторые из них, но довольно важные по своей сути и показателям энергоэффективности. Окончательное решение при выборе остаётся за заказчиком и задача технических специалистов заключается в том, чтобы в каждом отдельном случае объективно показать все недостатки и достоинства каждой из этих многозональных систем.
Литература1. Щекин И.Р. Методические вопросы определения технического уровня изделий (на примере автономных кондиционеров) // Стандарты и качество. – 1971. – Вып. 3. – С. 45-46.2. Щекин И.Р. Повышение энергетической эффективности вентиляционно-отопительных систем (принципы энергоаудита). – Харьков: Форт, 2003. – 164 с.
