Автор: Брух Сергей Викторович.

Группа компаний  «МЭЛ» - оптовый поставщик систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries.

www.mhi-systems.ru       Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Компрессорно-конденсаторные блоки (ККБ) для охлаждения вентиляции получают все большее распространение при проектировании систем центрального охлаждения зданий. Преимущества их очевидны:

Во-первых, это цена одного кВт холода. По сравнению с чиллерными системами охлаждение приточного воздуха с помощью ККБ не содержит промежуточного хладоносителя, т.е. воды или незамерзающих растворов, поэтому обходится дешевле.

Во-вторых, удобство регулирования. Один компрессорно конденсаторный агрегат работает на одну приточную установку, поэтому логика управления едина и реализуется с помощью стандартных контроллеров управления приточных установок.

В-третьих, простота монтажа ККБ для охлаждения системы вентиляции. Не нужно дополнительных воздуховодов, вентиляторов и т.д. Встраивается только теплообменник испарителя и все. Даже дополнительная изоляция приточных воздуховодов часто не требуется.
 

Рис. 1. ККБ LENNOX и схема его подключения к приточной установке.

На фоне таких замечательных преимуществ на практике сталкиваемся с множеством примеров кондиционирования системы вентиляции, в которых ККБ либо вообще не работают, либо в процессе работы очень быстро выходят из строя. Анализ этих фактов показывает, что часто причина в неправильном подборе ККБ и испарителя для охлаждения приточного воздуха. Поэтому рассмотрим стандартную методику подбора компрессорно конденсаторных агрегатов и постараемся показать ошибки, которые допускаются при этом.

НЕПРАВИЛЬНАЯ, но наиболее часто встречающаяся, методика подбора ККБ и испарителя для прямоточных приточных установок

1. В качестве исходных данных нам необходимо знать расход воздуха приточной установки. Зададим для примера 4500 м3/час.
2. Приточная установка прямоточная, т.е. без рециркуляции, работает на 100% наружном воздухе.
3. Определим район строительства – например Москва. Расчетные параметры наружного воздуха для Москвы +28С и 45% влажность. Эти параметры принимаем за начальные параметры воздуха на входе в испаритель приточной системы. Иногда параметры воздуха принимают «с запасом» и задают +30С или даже +32С.
4. Зададим необходимые параметры воздуха на выходе из приточной системы, т.е. на входе в помещение. Часто эти параметры задают на 5-10С ниже, чем требуемая температура приточного воздуха в помещении. Например, +15С или даже +10С. Мы остановимся на среднем значении +13С.
5. Далее с помощью i-d диаграммы (рис. 2) строим процесс охлаждения воздуха в системе охлаждения вентиляции. Определяем необходимый расход холода в заданных условиях. В нашем варианте требуемый расход холода 33,4 кВт.
6. Подбираем ККБ по требуемому расходу холода 33,4 кВт. Есть в линейке ККБ ближайшая большая и ближайшая меньшая модель. Например, для производителя LENNOX это модели: TSA090/380-3 на 28 кВт холода и TSA120/380-3 на 35,3 кВт холода.

Принимаем модель с запасом на 35,3 кВт, т.е. TSA120/380-3.

Рис. 2. I-D диаграмма работы испарителя приточки при стандартном (неправильном) подборе ККБ

А теперь мы расскажем, что будет происходить на объекте, при совместной работе приточной установки и подобранного нами ККБ по вышеописанной методике.

Проблема первая – завышенная производительность ККБ.

Кондиционер вентиляции подобран на параметры наружного воздуха +28С и 45% влажность. Но заказчик планирует его эксплуатировать не только когда на улице +28С, в помещениях зачастую уже жарко за счет внутренних теплоизбытков начиная с +15С на улице. Поэтому на контроллере устанавливается температура приточного воздуха в лучшем случае +20С, а в худшем еще ниже. ККБ выдает либо 100% производительности, либо 0% (за редкими исключениями плавного регулирования при использования наружных блоков VRF в виде ККБ). ККБ при понижении температуры наружного (заборного) воздуха свою производительность не уменьшает (а фактически даже немного увеличивает за счет большего переохлаждения в конденсаторе). Поэтому при понижении температуры воздуха на входе в испаритель ККБ будет стремиться выдавать и меньшую температуру воздуха на выходе из испарителя. При наших данных по расчетам получается температура воздуха на выходе +3С. Но этого быть не может, т.к. температура кипения фреона в испарителе +5С.

Следовательно, понижение температуры воздуха на входе в испаритель до +22С и ниже, в нашем случае приводит к завышенной производительности ККБ.  Далее происходит недокипание фреона в испарителе, возвращение жидкого хладагента на всасывание компрессора и, как следствие, выход компрессора из строя из за механического повреждения.

Но на этом наши проблемы, как ни странно, не кончаются.

Проблема вторая – ЗАНИЖЕННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ.

Давайте внимательно посмотрим на подбор испарителя. При подборе приточной установки задаются конкретные параметры работы испарителя. В нашем случае это температура воздуха на входе +28С и влажность 45% и на выходе +13С. Значит? испаритель подбирается ИМЕННО на эти параметры. Но что будет происходить, когда температура воздуха на входе в испаритель будет, например не +28С, а +25С? Ответить достаточно просто, если посмотреть на формулу теплопередачи любых поверхностей: Q=k*F*(Tв-Tф). k*F – коэффициент теплопередачи и площадь теплообмена не изменятся, эти величины постоянные. Тф – температура кипения фреона не изменится, т.к. она также поддерживается постоянной +5С (в нормальном режиме работы). А вот Тв – средняя температура воздуха стала меньше на три градуса. Следовательно, и количество переданного тепла станет меньше пропорционально температурному перепаду. Но ККБ «про это не знает» и продолжает выдавать положенные 100% производительности. Жидкий фреон снова возвращается на всасывание компрессора и приводит к вышеописанным проблемам. Т.е. расчетная температура испарителя является МИНИМАЛЬНОЙ рабочей температурой ККБ.

Тут можно возразить – «А как же работа он-офф сплит систем?» расчетная температура в сплитах +27С в помещении, а фактически они могут работать до +18С. Дело в том, что в сплит системах площадь поверхности испарителя подбирается с очень большим запасом, как минимум 30%, как раз для компенсации снижения теплопередачи при понижении температуры в помещении или снижении скорости вентилятора внутреннего блока. Ну и наконец,

Проблема третья – подбор ККБ «С ЗАПАСОМ»…

Запас по производительности при подборе ККБ крайне вреден, т.к. запас – это жидкий фреон на всасывании компрессора. И в финале имеем заклиненный компрессор. В целом максимальная производительность испарителя должна быть всегда больше, чем производительность компрессора.

Постараемся ответить на вопрос – а как же ПРАВИЛЬНО подбирать ККБ для приточных систем?

Во-первых, необходимо понимание того, что источник холода в виде компрессорно-конденсаторный блок не может быть единственным в здании. Кондиционирование системы вентиляции может только снять часть пиковой нагрузки, поступающей в помещение с вентиляционным воздухом. А подержание определенной температуры внутри помещения в любом случае ложится на местные доводчики (внутренние блоки VRF или фанкойлы). Поэтому ККБ должно не поддерживать определенную температуру при охлаждении вентиляции (это и невозможно по причине он-офф регулирования), а снижать теплопоступления в помещения при превышении определенной наружной температуры.

Пример системы вентиляции с кондиционированием:

Исходные данные: город Москва с расчетными параметрами для кондиционирования +28С и 45% влажность. Расход приточного воздуха 4500 м3/час. Теплоизбытки помещения от компьютеров, людей, солнечной радиации и т.д. составляют 50 кВт. Расчетная температура в помещениях +22С.

Производительность кондиционирования должна подбираться таким образом, чтобы ее хватало при наихудших условиях (максимальных температурах). Но также кондиционеры вентиляции должны без проблем работать и при неких промежуточных вариантах. Причем большую часть времени системы кондиционирования вентиляции работают как раз при загрузке 60-80%.

• Задаем расчетную температуру наружного воздуха и расчетную температуру внутреннего.  Т.е. главная задача ККБ – охлаждение приточного воздуха до температуры в помещении. Когда температура наружного воздуха меньше требуемой температуры воздуха в помещении – ККБ НЕ ВКЛЮЧАЕТСЯ. Для Москвы от +28С до требуемой температуры в помещении +22С получаем разность температур 6С. В принципе перепад температур на испарителе не должен быть больше 10С, т.к. температура приточного воздуха не может быть менее температуры кипения фреона.

• Определяем требуемую производительность ККБ исходя из условий охлаждения приточного воздуха от расчетной температуры +28С до +22С. Получилось 13,3 кВт холода (i-d диаграмма).

Рис. 3. I-D диаграмма работы испарителя приточки при правильном подборе ККБ.

• Подбираем по требуемой производительности 13,3 ККБ из линейки популярного производителя LENNOX. Подбираем ближайший МЕНЬШИЙ ККБ TSA036/380-3с производительностью 12,2 кВт.

• Подбираем испаритель приточки из наихудших для него параметров. Это температура наружного воздуха, равная требуемой температуре в помещении – в нашем случае +22С. Производительность испарителя по холоду равна производительности ККБ, т.е. 12.2 кВт. Плюс запас по производительности 10-20% на случай загрязнения испарителя и т.д.

• Определяем температуру приточного воздуха при температуре наружного +22С. получаем 15С. Выше температуры кипения фреона +5С и выше температуры точки росы +10С, значит, изоляцию приточных воздуховодов можно не делать (теоретически).

• Определяем оставшиеся теплоизбытки помещений. Получается 50 квт внутренних теплоизбытков плюс небольшая часть от приточного воздуха 13,3-12,2=1,1 кВт. Итого 51,1 кВт – расчетная производительность для систем местного регулирования.

Выводы: основная идея, на которую хотелось бы обратить внимание – это необходимость расчета компрессорно конденсаторного блока не на максимальную температуру наружного воздуха, а на минимальную в диапазоне эксплуатации кондиционера вентиляции. Расчет ККБ и испарителя, проведенный на максимальную температуру приточного воздуха приводит к тому, что нормальная работа будет только при диапазоне наружных температур от расчетной и выше. А если температура снаружи ниже расчетной – будет неполное кипение фреона в испарителе и возврат жидкого хладагента на всасывание компрессора.