Системы вентиляции и кондиционирования с переменным расходом воздуха
Представьте, что вы хотите установить в квартире систему вентиляции. Расчеты показывают, что для нагрева приточного воздуха в холодное время года потребуется калорифер мощностью 4,5 кВт (он позволит нагревать воздух от -26°С до +18°С при производительности вентиляции равной 300 м³/ч). Подача электроэнергии в квартиру производится через автомат на 32А, поэтому несложно подсчитать, что мощность калорифера составляет около 65% от общей мощности, выделенной для квартиры. Это означает, что такая система вентиляции не только существенно увеличит суммы счетов за электроэнергию, но и перегрузит электросеть. Очевидно, что устанавливать калорифер такой мощности не представляется возможным и его мощность придется уменьшить. Но как это сделать это без снижения уровня комфорта обитателей квартиры?
Система с переменным расходом воздуха или VAV (Variable Air Volume) система позволяет регулировать подачу воздуха в каждом помещении независимо друг от друга. С такой системой вы можете отключать вентиляцию в любой комнате точно так же, как привыкли выключать свет. Действительно, ведь мы не оставляем гореть свет там, где никого нет — это было бы неразумной тратой электроэнергии и денег. Зачем же позволять напрасно тратить энергию системе вентиляции с мощным калорифером? Однако традиционные системы вентиляции именно так и работают: подают нагретый воздух во все помещения, где могли бы находиться люди, независимо от того есть ли они там на самом деле. Если бы мы управляли светом точно так же, как традиционной вентиляцией — он бы горел сразу во всей квартире, даже ночью! Несмотря на очевидное преимущество VAV систем, в России, в отличие от западной Европы, они пока не получили широкого распространения, отчасти потому, что для их создания требуется сложная автоматика, которая существенно увеличивает стоимость всей системы. Однако стремительное удешевление электронных компонентов, которое происходит в последнее время, позволило разработать недорогие готовые решения для построения VAV систем. Но прежде, чем переходить к описанию примеров систем с переменным расходом воздуха, разберемся, как они работают.
На иллюстрации показана VAV-система с максимальной производительностью 300 м³/ч, обслуживающая две зоны: гостиную и спальню. На первом рисунке подача воздуха производится в обе зоны: 200 м³/ч в гостиную и 100 м³/ч в спальню. Допустим, что зимой мощности калорифера будет недостаточно для нагрева такого потока воздуха до комфортной температуры. Если бы мы использовали обычную систему вентиляции, то нам пришлось бы снизить общую производительность, но тогда в обоих помещениях стало бы душно. Однако у нас установлена VAV-система , поэтому днем мы можем подавать воздух только в гостиную, а ночью — только в спальню (как на втором рисунке). Для этого клапаны, регулирующие объем подаваемого в помещения воздуха, оборудуются электроприводами, которые позволяют с помощью обычных выключателей открывать и закрывать заслонки клапанов. Таким образом, нажав на выключатель, пользователь перед сном отключает вентиляцию в гостиной, где ночью никого нет. В этот момент дифференциальный датчик давления, который измеряет давление воздуха на выходе приточной установки, фиксирует увеличение измеряемого параметра (при закрывании клапана сопротивление воздухопроводной сети возрастает, приводя к увеличению давления воздуха в воздуховоде). Эта информация передается в приточную установку, которая автоматически снижает производительность вентилятора ровно на столько, чтобы давление в точке измерения оставалось неизменным. Если же давление в воздуховоде остается постоянным, то и расход воздуха через клапан в спальне не изменится, и по-прежнему будет составлять 100 м³/ч. Общая производительность системы снизится и также будет равна 100 м³/ч, то есть ночью потребляемая системой вентиляции энергия уменьшится в 3 раза без ущерба для комфорта людей! Если включать подачу воздуха попеременно: днем в гостиную, а ночью в спальню, то максимальную мощность калорифера можно будет сократить на треть, а среднюю потребляемую энергию — в два раза. Самое интересное заключается в том, что стоимость такой VAV-системы превышает стоимость обычной системы вентиляции всего на 10–15%, то есть эта переплата будет быстро компенсирована за счет снижения суммы счетов за электроэнергию.
Лучше понять принцип работы VAV-системы поможет небольшая видеопрезентация:
Теперь, разобравшись с принципом работы VAV-системы , посмотрим, как можно собрать такую систему на основе имеющегося на рынке оборудования. За основу мы возьмем российские VAV-совместимые приточные установки Breezart, которые позволяют создавать VAV-системы, обслуживающие от 2 до 20 зон с централизованным управлением с пульта, по таймеру или датчику СО2.
Эта VAV-система собрана на базе приточной установки Breezart 550 Lux производительностью 550 м³/ч, которой достаточно для обслуживания квартиры или небольшого коттеджа (с учетом того, что система с переменным расходом воздуха может иметь меньшую производительность по сравнению с традиционной системой вентиляции). Эту модель, как и все остальные вентустановки Breezart, можно использовать для создания VAV-системы . Дополнительно нам понадобится набор VAV-DP, в который входит датчик JL201DPR, измеряющий давление в канале воздуховода возле точки разветвления.
Вентиляционная система разделена на 2 зоны, причем зоны могут состоять как из одного помещения (зона 1), так и из нескольких (зона 2). Это позволяет использовать подобные 2-х зонные системы не только в квартирах, но также в коттеджах или офисах. Управление клапанами каждой зоны производится независимо друг от друга с помощью обычных выключателей. Чаще всего такая конфигурация используется для переключения ночного (подача воздуха только в зону 1) и дневного (подача воздуха только в зону 2) режимов с возможностью подачи воздуха во все помещения, если, к примеру, к вам пришли гости.
Системы с переменным расходом воздуха (VAV – Variable Air Volume) — это энергоэффективная система вентиляции, позволяющая экономить энергию без снижения уровня комфорта. Система дает возможность независимого, для каждого отдельного помещения, регулирования параметров вентиляции, а также позволяет экономить капитальные и эксплуатационные затраты.
Современная база оборудования и автоматики позволяет создавать такие системы по ценам, почти не превышающих цены обычных систем вентиляции, при этом позволяя эффективно расходовать ресурсы. Все это и есть причины возрастающей популярности VAV-система.
Рассмотрим, что такое VAV-система, как она работает, какие преимущества дает, на примере вентиляционной системы коттеджа, площадью 250 кв.м. (перейти к выбору оборудования в каталоге).
Системы с переменным расходом воздуха (VAV – Variable Air Volume), уже в течение нескольких десятилетий широко используются в Америке и Западной Европе, на Российский рынок они пришли совсем недавно. Пользователи западных стран высоко оценили преимущество независимого, для каждого отдельного помещения, регулирования параметров вентиляции, а также возможность экономии капитальных и эксплуатационных затрат.
Вентиляционные “Variable Air Volume“ системы работают в режиме изменения количества подаваемого воздуха. Изменения тепловой нагрузки помещений компенсируются путем изменения объемов приточного и вытяжного воздуха при его постоянной температуре, поступающего из центральной приточной установки.
Вентиляционная система VAV реагирует на изменение тепловой нагрузки отдельных помещений или зон здания и изменяет фактическое количество воздуха, подаваемого в помещение или зону.
За счет этого вентиляция работает при общем значении расхода воздуха меньшем, чем необходимо при суммарной максимальной тепловой нагрузке всех отдельных помещений.
Это обеспечивает снижение потребления энергии при сохранении заданного качества воздуха внутри помещений. Снижение энергетических затрат может составлять от 25-50% в сравнении с вентиляционными системами с постоянным расходом воздуха.
Рассмотрим эффективность на примере вентиляции загородного дома
площадью 250 м², с тремя спальнями
При традиционной системе вентиляции, для жилого помещения такой площади, требуется расход воздуха около 1000 м³/ч., и зимой для нагрева приточного воздуха до комфортной температуры потребуется около 15 кВтч. При этом заметная часть энергии будет тратиться впустую, ведь люди, для которых работает вентиляция, не могут находиться сразу во всем коттедже: ночь они проводят в спальнях, а день — в других комнатах. Однако выборочно уменьшить производительность традиционной системы вентиляции в нескольких помещениях невозможно, поскольку балансировка воздушных клапанов, с помощью которых можно регулировать подачу воздуха по помещениям, производится на этапе пуско-наладки, а в процессе эксплуатации соотношение расходов изменять нельзя. Пользователь может только уменьшить общий расход воздуха, но тогда в помещениях, где находятся люди, станет душно.
Если к воздушным клапанам подключить электроприводы, которые позволят дистанционно управлять положением заслонки клапана и тем самым регулировать расход воздуха через него, то можно будет включать и отключать вентиляцию раздельно в каждом помещении с помощью обычных выключателей. Проблема в том, что управлять такой системой весьма сложно, т.к. одновременно с закрытием части клапанов придется снижать производительность системы вентиляции на строго определенную величину, чтобы расход воздуха в остальных помещениях оставался неизменным и в результате улучшение превратится в головную боль.
Использовании VAV-системы позволит проводить все эти регулировки в автоматическом режиме. И так устанавливаем простейшую VAV-систему, которая позволяет раздельно включать и отключать подачу воздуха в спальни и остальные помещения. В ночном режиме, воздух подается только в спальни, следовательно расход воздуха составлять около 375 м³/ч (из расчета по 125 м³/ч на каждую спальню, пл. 20 м²), и потребление энергии около 5 кВтч, то есть, в 3 раза меньше, чем в первом варианте.
Получив возможность раздельного управления, в разных помещениях можно дополнить систему средствами новейшей автоматизации климатконтроля, так применение клапанов с пропорциональными электроприводами сделает управление плавным и еще более удобным; а если подключить включение/оключение подачи воздуха по сигналу датчика присутствия, мы получаем аналог системы «Умный глаз», используемой в бытовых сплит-системах, но на совершенно новом уровне. Для дальнейшей атоматизации в систему можно встраивать датчики температуры, влажности, концентрации CO2 и др, что в итоге — не только позволит беречь энергию, но и при этом значительно повысит уровень комфорта.
Если все блоки автоматики, которые управляют электроприводами воздушных клапанов, соединить единой шиной управления, то появится возможность централизованного сценарного управления всей системой. Так, можно создать и задавать индивидуальные режимы работы для разных помещений, в разных жизненных ситуациях, так:
ночью — воздух подается только в спальни, а в остальных помещениях клапаны открыты на минимальном уровне; днем — воздух подается в комнаты, кухни, и др помещения, кроме спален. В спальных комнатах клапаны закрыты или открыты на минимальном уровне.
вся семья в сборе — расход воздуха в гостиной увеличиваем; в доме никого — настраивается циклическое проветривание, которое не позволит возникнуть запахам и сырости, но сэкономит ресурсы.
Для независимого управления не только объемом, но и температурой приточного воздуха в каждом из помещений можно установить догреватели (маломощные калориферы), управляемые от индивидуальных регуляторов мощности. Это позволит подавать из вентустановки воздух с минимально допустимой температурой (+18°С), индивидуально нагревая его до требуемого уровня в каждом помещении. Такое техническое решение позволит еще больше снизить потребление энергии, и приблизит нас к системе «Умный дом».
Схема работы такой системы, скорее вопрос профильного специалиста, поэтому здесь мы приведем всего одну, самую простую схему (рабочий и ошибочный варианты) с объяснением как это работает. Но кроме простых систем, сущестуют и более сложные варианты позволяющие создавать любые VAV-системы — от бытовых бюджетных систем с двумя клапанами до многофункциональных вентиляционных систем административных зданий с поэтажным управлением расходом воздуха.
Звоните, специалисты компании «ОВК Инжиниринг» проконсультируют, помогут выбрать оптимальный вариант, спроектируют и установят VAV-систему, идеально подходящую именно Вам.
Проще всего ответить на это вопрос, на примере. Рассмотрим типовую конфигурацию системы с переменным расходом воздуха и ошибки, которые могут быть допущены при ее проектировании. На иллюстрации показан пример корректной конфигурации воздухопроводной сети VAV-системы:
Первой идет ПУ-VAV, далее расположен фильтр тонкой очистки => воздуховоды разной длинны разводят воздух от точки разветвления до VAV-клапанов.
В верхней части расположен управляемый клапан, который обслуживает три помещения (три спальни из нашего примера) => В этих помещениях установлены дроссель-клапаны с ручным управлением для балансировки на этапе пуско-наладки. Сопротивление этих клапанов не будет изменяться* в процессе работы, поэтому не оказывают влияния на точность поддержания расхода воздуха.
К магистральному воздуховоду подключен клапан с ручным управлением, который имеет неизменный расход воздуха P=const. Такой клапан может понадобиться для обеспечения нормальной работы вентустановки в случае, когда все остальные клапаны закрыты. => Воздуховод с этим клапаном выводится в помещение с постоянной подачей воздуха.
Схема простая, рабочая и эффективная.
Теперь рассмотрим ошибки, которые могут быть допущены при проектировании воздухопроводной сети VAV-системы:
Ошибочные ответвления воздуховодов выделены красным цветом. Клапаны №2 и 3 подключены к воздуховоду, идущему от точки разветвления к VAV-клапану №1. При изменении положения заслонки клапана №1 давление в воздуховоде возле клапанов №2 и 3 будет изменяться, поэтому расход воздуха через них не будет постоянным. Управляемый клапан №4 нельзя подключать к магистральному воздуховоду, поскольку изменение расхода воздуха через него приведет к тому, что давление P2 (в точке разветвления) не будет постоянным. А клапан №5 нельзя подключать так, как показано на схеме, по той же причине, что и клапаны №2 и 3.
*Конечно можно настроить управляемый воздушный поток для каждой спальни, но в этом случае будет более сложная схема, которую в рамках данной статьи мы не рассматриваем.
Все интересующие вас детали вы можете узнать, позвонив по телефону: +7 (495) 744-61-96
или в нашем офисе: Москва, ул. 1-я Останкинская, дом 41А, офис 510
Гарантируем высокий уровень качества и доступные цены.
