Как классифицируются системы и установки кондиционирования воздуха?

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:

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.

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 блока		Система на 3 внутренних блока		Система на 4 внутренних блока
Длина трассы до самого удаленного блока, м	Общая длина всех трасс, м	Длина трассы до самого удаленного блока, м	Общая длина всех трасс, м	Длина трассы до самого удаленного блока, м	Общая длина всех трасс, м
15	30	25	60	25	75

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

Чиллер-моноблок

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

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. Слева – V образный драйкулер, справа – плоский. 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.

Водяная VRF с драйкулером

Эта система довольно продвинутая и приобретает популярность на сложных объектах. Наружный блок традиционной VRFсистемы 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

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.

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.

Кондиционирование воздуха – это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения) воздуха на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса.

Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических средств, называемым системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства забора воздуха, подготовки, то есть придания необходимых кондиций (фильтры, теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) и ео распределения, а также средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.

СКВ больших общественных, административных и производственных зданий обслуживаются, как правило, комплексными автоматизированными системами управления. Автоматизированная система кондиционирования поддерживает заданное состояние воздуха в помещении независимо от колебаний параметров окружающей среды (атмосферных условий). Основное оборудование системы кондиционирования для подготовки и перемещения воздуха агрегатируется (компонуется в едином корпусе) в аппарат, называемый кондиционером.

Во многих случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в одном блоке или двух блоках, и тогда понятия “СКВ” и “кондиционер” однозначны.

Признаки классификации систем кондиционирования

Прежде чем перейти к классификации систем кондиционирования, следует отметить, что общепринятой классификации СКВ до сих пор не существует, и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объекта применения (кондиционируемых помещений). Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:

• по основному назначению (объекту применения):
  • комфортные
  • технологические
  • центральные
  • местные
  • автономные
  • неавтономные
  • однозональные
  • многозональные
  • приточные
  • рециркуляционные
  • комбинированные
  • с качественным (однотрубным )
  • с количественным (двухтрубным ) регулированием
  • первого, второго и третьего классов
  • низкого, среднего и высокого давления.

  Комфортные СКВ

  Комфортные системы кондиционирования воздуха предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений.

  Технологические СКВ

  Технологические системы кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды.

  Центральные СКВ

  

  Снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.

  Центральные системы кондиционирования воздуха расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток).

  Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.

  Центральные системы кондиционирования воздуха обладают следующими преимуществами:

  1. Возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях.
  2. Сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже и т.п.)
  3. Возможностями обеспечения эффективного шумо- и виброгашения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достичь наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телестудии и т.п.

  Несмотря на ряд достоинств центральных СКВ, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях.

  Местные СКВ

  Местные системы кондиционирования воздуха разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях. Достоинством местных СКВ является простота установки и монтажа. Такая система может применяться в большом ряде случаев:

  • В существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах
  • Во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в серверных и других насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции
  • Во вновь строящихся зданиях, если поддержание оптимальных тепловых условий требуется в небольшом числе помещений, например, в ограниченном числе номеров люкс небольшой гостиницы
  • В больших помещениях как существующих, так и вновь строящихся зданий: кафе и ресторанах, магазинах, проектных залах, аудиториях и т.д.

  Автономные СКВ

  Автономные системы кондиционирования воздуха снабжаются извне только электрической энергией, например, кондиционеры сплит-систем, шкафные кондиционеры и т.п. Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие, как правило, на фреоне-22. Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин, а в переходное или зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины по циклу так называемого “теплового насоса”.

  Наиболее простым вариантом, представляющим децентрализованное обеспечение в помещениях температурных условий, можно считать применение кондиционеров сплит-систем.

  Неавтономные СКВ

  Неавтономные системы кондиционирования воздуха подразделяются на:

  • Воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух. (мини-центральные кондиционеры, центральные кондиционеры)
  • Водовоздушные, при использовании которых в обслуживаемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод, либо и то и другое вместе (системы чиллеров-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т.п.)

  Однозональные центральные СКВ

  Однозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла и влаговыделений, например, больших залов кинотеатров, аудиторий и т.п. Такие СКВ, как правило, комплектуются устройствами для утилизации тепла (теплоутилизаторами) или смесительными камерами для использования в обслуживаемых помещениях рециркуляции воздуха.

  Многозональные центральные СКВ

  Многозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяют для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещено неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений. Такие системы более экономичны, чем отдельные системы для каждой зоны или каждого помещения. Однако с их помощью не может быть достигнута такая же степень точности поддержания одного или двух заданных параметров (влажности и температуры), как автономными СКВ (кондиционерами сплит-систем и т.п.)

  Прямоточные СКВ

  Прямоточные системы кондиционирования воздуха полностью работают на наружном воздухе, который обрабатывается в кондиционере, а затем подается в помещение.

  Рециркуляционные СКВ

  Рециркуляционные системы кондиционирования воздуха, работают без притока или с частичной подачей (до 40%) свежего наружного воздуха или на рециркуляционном воздухе (от 60 до 100%), который забирается из помещения и после его обработки в кондиционере вновь подается в это же помещение. Классификация кондиционирования воздуха по принципу действия на прямоточные и рециркуляционные обуславливается, главным образом, требованиями к комфортности, условиями технологического процесса производства либо технико-экономическимим соображениями.

  СКВ с качественным регулированием

  Центральные системы кондиционирования воздуха с качественным регулированием метеорологических параметров представляют собой широкий ряд наиболее распространенных, так называемых одноканальных систем, в которых весь обработанный воздух при заданных кондициях выходит из кондиционера по одному каналу и поступает далее в одно или несколько помещений. При этом регулирующий сигнал от терморегулятора, установленного в обслуживаемом помещении, поступает непосредственно на центральный кондиционер.

  СКВ с количественным регулированием

  Системы кондиционирования воздуха с количественным регулированием подают в одно или несколько помещений холодный или подогретый воздух по двум параллельным каналам. Температура в каждом помещении регулируется комнатным терморегулятором, воздействующим на местные смесители (воздушные клапаны), которые изменяют соотношение расходов холодного и подогретого воздуха в подаваемой смеси.

  Двухканальные системы используются очень редко из-за сложности регулирования, хотя и обладают некоторыми преимуществами, в частности, отсутствием в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло-холодоносителя, возможностью совместной работы с системой отопления, что особенно важно для существующих зданий, системы отопления которых при устройстве двухканальных систем могут быть сохранены. Недостатком таких систем являются повышенные затраты на тепловую изоляцию параллельных воздуховодов, подводимых к каждому обслуживаемому помещению.

  Двухканальные системы так же, как и одноканальные, могут быть прямоточными и рециркуляционными.

  Степень обеспечения метеорологических условий

  Кондиционирование воздуха, согласно СниП 2.04.05-91, по степени обеспечения метеорологических условий, подразделяется на три класса:

  1. Первый класс – обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами.
  2. Второй класс – обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы.
  3. Третий класс – обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.

  Создаваемое вентиляторами давление

  По давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, системы кондиционирования воздуха подразделяются на системы

  • Низкого давления (до 100 кг/кв.м.),
  • Среднего давления (от 100 до 300 кг/кв.м.)
  • Высокого давления (выше 300 кг/кв.м.).

  “Мир Климата – Заказчику”. Спецвыпуск, февраль 2001 года. Ассоциация предприятий индустрии климата – АПИК.