VRF_05

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
VRF-системы. Подбор ККБ
Уляшева Вера Михайловна
д. т. н., профессор, профессор

2. Методика подбора компрессорно-конденсаторных блоков (ККБ) для центрального кондиционера и приточной установки

Методика подбора компрессорноконденсаторных блоков (ККБ) для
центрального кондиционера и приточной
установки

3.

Компрессорно-конденсаторные блоки (ККБ) получают все большее
распространение при проектировании систем центрального
охлаждения зданий. Преимущества их очевидны.
Во-первых, это низкая цена одного киловатта холода. По сравнению
с чиллерными системами, ККБ не содержат промежуточного
хладоносителя, т.е. воды или незамерзающих растворов, поэтому
обходятся дешевле.
Во-вторых,
удобство
регулирования.
Один
ККБ
работает на одну приточную
установку,
поэтому
логика
управления едина и реализуется
с
помощью
стандартных
контроллеров
управления
приточных установок.
Стандартные ККБ с ON-OFF компрессором
и схема подключения к приточной
установке
3

4.

В-третьих, простота монтажа. Не нужно дополнительных
воздуховодов, вентиляторов и т.д. Встраивается только
теплообменник испарителя – и все. Даже дополнительная изоляция
приточных воздуховодов часто не требуется.
На фоне таких замечательных преимуществ, на практике
сталкиваемся с множеством объектов реализации ККБ, в которых
они 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 приточной
системы. Поэтому рассмотрим стандартную методику подбора ККБ
и постараемся показать ошибки, которые допускаются при этом.
4

5.

НЕПРАВИЛЬНАЯ, но наиболее часто встречающаяся методика
подбора ККБ и испарителя для прямоточных приточных установок
Пример 1
1. В качестве исходных данных нам необходимо иметь расход
воздуха приточной установки. Зададим, для примера, 4300 м³/час.
2. Приточная установка прямоточная, т.е. без рециркуляции, подает
100 % наружного воздуха.
3. Определим район строительства – например Москва. Расчетные
параметры наружного воздуха для Москвы +28˚С и 45 % влажность.
Эти параметры принимаем за начальные параметры воздуха на
входе в испаритель приточной системы. Иногда параметры воздуха
принимают «с запасом» и задают +30 ˚С или даже +42 ˚С.
4. Зададим необходимые параметры воздуха на выходе из
приточной системы, т.е. на входе в помещение. Часто эти
параметры задают на 5 – 10 ˚С ниже, чем требуемая температура
воздуха в помещении. Например, +15˚С или даже +10˚С.
Остановимся на среднем значении +13˚С.
5

6.

5. Далее с помощью i-d диаграммы строим процесс охлаждения
воздуха в охладителе центрального кондиционера или приточной
установки. Определяем необходимый расход холода в заданных
условиях. В нашем варианте требуемый расход холода 34,5 кВт
(диаграмма на следующем слайде). Qx=4300*1,2*(55,5-31.5)/3,6
Парамет
ры
6. Подбираем ККБ по требуемому
расходу холода 34,5 кВт. Есть в
линейке ККБ ближайшая меньшая
и ближайшая большая модель: на
28 кВт холода и на 35 кВт холода.
7. Принимаем модель с запасом
на 35кВт.
1
2
НВ1
ВВ!
3
4
5
НВ ВВ2
2
Энтальпи
я
h kJ/ 55,5 31,5
kg
s.v.
38,
7
12,
9
Плотност
ь
ρ
1,1
9
1,2
8
7,3
4,4
kg 1,16 1,22
/m
3
Температ
ура
влажного
воздуха
t
°C
10,7
7,3
V
6

7.

Параме
тры
i-d диаграмма работы испарителя
при стандартном (неправильном)
подборе ККБ
1
2
НВ1
Расход VS m3
воздуха
/h
Расход Vh m3
воздуха
/h
*
Мощно
сть
P
kW
3
4
5
ВВ1
НВ2
ВВ2
4493
4246
4350 4063
4300
4300
4300 4300
-34,5
-37
7

8.

Поэтому на контроллере устанавливается температура приточного
воздуха в лучшем случае +20 ˚С, а в худшем еще ниже. ККБ выдает либо
100 % производительности, либо 0 % (за редкими исключениями
плавного регулирования при использовании наружных блоков VRFсистем в качестве ККБ либо многоступенчатых ККБ большой
производительности).
ККБ при понижении температуры наружного 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 +2 ˚С. Но этого
быть не может, т.к. температура кипения фреона в испарителе +5 ˚С.
Следовательно, понижение температуры воздуха на входе в
испаритель до +22 ˚С 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. 8

9.

Проблема вторая – ЗАНИЖЕННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ
Мы не можем отдельно рассматривать подбор ККБ и подбор
испарителя, т. к. эти два элемента холодильной системы будут
работать вместе. При подборе приточной установки или
центрального кондиционера задаются конкретные параметры
работы испарителя. В нашем случае это температура воздуха на
входе +28 ˚С и влажность 45 % и на выходе +13 ˚С. Значит, испаритель
подбирается ИМЕННО на эти параметры. Но что будет происходить,
когда температура воздуха на входе в испаритель будет, например,
не +28 ˚С, а +25 ˚С? Ответить достаточно просто, если посмотреть на
формулу теплопередачи любых поверхностей:
Q=k × F × (Tв-Tф)
Где k × F – коэффициент теплопередачи и площадь теплообмена;
они не изменятся, эти величины постоянные;
Тф– температура кипения фреона; она не изменится, т. к. она также
поддерживается постоянной, +5 ˚С (в нормальном режиме работы).
А вот Тв– средняя температура воздуха – стала меньше на три
градуса.
9

10.

Следовательно, и количество переданного тепла станет меньше
пропорционально температурному перепаду. Но ККБ «про это не
знает»
и
продолжает
выдавать
положенные
100
%
производительности. Жидкий хладагент снова возвращается на
всасывание компрессора и приводит к вышеописанным проблемам.
Т.е. расчетная температура воздуха на входе в испаритель является
МИНИМАЛЬНОЙ рабочей температурой ККБ.
Тут можно возразить: «А как же работа ON-OFF сплит-систем?»
Расчетная температура в сплит-системах +27 ˚С в помещении, а
фактически они могут работать до +18 ˚С. Дело в том, что в сплитсистемах 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.
10

11.

Проблема третья – подбор ККБ «С ЗАПАСОМ»
Запас по производительности при подборе ККБ крайне вреден, т. к.
запас – это снова 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
ККБ не может быть единственным в здании. ККБ может только снять
часть пиковой нагрузки, поступающей в кондиционируемое
помещение с вентиляционным воздухом. А подержание
определенной температуры внутри помещения в любом случае
ложится на местные доводчики (внутренние блоки VRF-систем или
фанкойлы). Поэтому ККБ должен не поддерживать определенную
температуру приточного воздуха (это невозможно по причине ONOFF регулирования), а снижать теплопоступления в помещения
при превышении определенной наружной температуры.
11

12.

Пример 2
Исходные данные: город Москва с расчетными параметрами для
кондиционирования +28 ˚С и 45 % влажность. Расход приточного
воздуха 4300м³/час. Теплоизбытки помещения от компьютеров,
людей, солнечной радиации и т. д. составляют 50 кВт. Расчетная
температура в помещениях +22 ˚С.
Производительность
систем
кондиционирования
должна
подбираться таким образом, чтобы ее хватало при наихудших
условиях (максимальных температурах). Но также системы должны
без проблем работать и при неких промежуточных вариантах.
Причем большую часть времени системы кондиционирования
работают как раз при загрузке 60 – 80 %.
12

13.

1. Задаем расчетную температуру наружного воздуха и расчетную
температуру внутреннего. Т.е. главная задача ККБ – охлаждение
приточного воздуха до требуемой температуры в помещении.
Когда температура наружного воздуха меньше требуемой
температуры воздуха в помещении – ККБ НЕ ВКЛЮЧАЕТСЯ. Для
Москвы от +28 ˚С до требуемой температуры в помещении +22 ˚С
получаем разность температур 6 ˚С. В принципе перепад температур
на испарителе не должен быть больше 10 ˚С, т. к. температура
приточного воздуха не может быть менее температуры кипения
фреона.
2. Определяем требуемую производительность ККБ исходя из
условий охлаждения приточного воздуха от расчетной температуры
+28 ˚С до +22 ˚С. Получилось 13,8 кВт холода
13

14.

парамет
ры
i-d диаграмма работы
испарителя приточной
системы при правильном
подборе ККБ
НВ1
ВВ1
НВ2
ВВ2
Температ
ура
t
°C
28
22
22
16,8
Влажност
ь
φ
%
45
56
50
62
Влагосод
ержание
X
g/kg
s.v.
10,7
9,3
8,3
7,4
Энтальпи
я
H
kJ/kg
s.v.
55,5
45,9
43,2
35,7
Плотнос
ть
ρ
kg/m3
1,16
1,19
1,19
1,21
Темп.вла
ж.терм.
tV
°C
19,4
16,3
15,4
12,6
Расход
VS
m3/h
4493
4394
4386
4303
Расход*
Vh
m3/h
4300
4300
4300
4300
Мощност
ь
P
kW
-13,8
-10,8
Влагопр
иток
qW
kg/h
-7
-4,5
14

15.

1. Подбираем по требуемой производительности 13,8 кВт ККБ.
Подбираем ближайший МЕНЬШИЙ ККБ производительностью
10,5кВт холода.
2. Подбираем испаритель приточной установки из наихудших для
него параметров. Это температура наружного воздуха, равная
требуемой температуре в помещении – в нашем случае +22 ˚С.
Производительность
испарителя
по
холоду
равна
производительности ККБ, т.е. 10,8 кВт. Плюс запас по
производительности 10 – 20 % на случай загрязнения испарителя и
т. д.
3. Определяем температуру приточного воздуха при температуре
наружного +22 ˚С, получаем 16,8 ˚С. Выше температуры кипения
фреона +5 ˚С и выше температуры точки росы +11 ˚С, значит,
изоляцию
приточных
воздуховодов
можно
не
делать
(теоретически).
4. Определяем оставшиеся теплоизбытки помещений. Получается
50кВт внутренних теплоизбытков плюс небольшая часть от
приточного воздуха 13,8-10,8=3,0 кВт. Итого 53 кВт – расчетная
производительность для систем местного регулирования.
15

16.

Вывод: Основная идея, на которую хотелось бы обратить внимание –
это необходимость расчета ККБ не на максимальную температуру
наружного воздуха, а на минимальную в диапазоне эксплуатации
ККБ. Расчет ККБ и испарителя, проведенный на максимальную
температуру приточного воздуха, приводит к тому, что нормальная
работа будет только в диапазоне наружных температур от расчетной
температуры и выше. А если температура на входе испарителя ниже
расчетной – будет неполное кипение хладагента в испарителе и
возврат жидкого хладагента на всасывание компрессора, что
приведет к выходу из строя компрессорно-конденсаторного блока.
Подбирать ККБ с одним компрессором на охлаждение воздуха в
испарителе более 8 ˚С – нежелательно.
16

17.

Идея использовать наружные блоки VRF-систем в качестве ККБ
интересна и обладает множеством преимуществ по сравнению с
традиционным вариантом ON-OFF ККБ:
1. Больше возможная длина трубопроводов (до 165 метров у VRFсистем и 30 метров у ON-OFF)
2. Больше возможный перепад высот (до 90 метров у VRF-систем и 15
метров у ON-OFF)
3. Выше энергоэффективность за счет инверторного привода
4. Возможно подключение нескольких потребителей к одному
наружному блоку VRF-систем
5. И главное – возможно поддержание требуемой температуры
приточного воздуха.
За счет плавного регулирования производительности возможен
подбор на большой перепад температур приточного воздуха в
испарителе. Температура кипения фреона всегда поддерживается
одинаковой, +5 ˚С. Диапазон регулирования загрузки наружного
блока
может
быть
от
100
до
10
%.
17

18.

Подбор ККБ с инверторными компрессорами
(наружных блоков VRF-систем)
В состав комплекта подключения испарителя приточной установки
входят:
1. Наружный блок VRF-системы требуемой производительности
2. Клапан регулирования расхода хладагента ЭРВ
3. Шкаф управления с комплектом датчиков
4. Пульт управления системой
Схема подключения приточной
установки к наружному блоку
VRF-системы
18

19.

Пример. Подбор наружного
блока VRF-системы в качестве
ККБ
Исходные данные: г.Москва с
расчетными параметрами для
кондиционирования +28˚С и
45%
влажность.
Расход
приточного воздуха 4300м³/час.
Необходимо
охладить
приточный
воздух
до
температуры
+18˚С
и
ПОДДЕРЖИВАТЬ
ТЕМПЕРАТУРУ
ПРИТОКА
ПОСТОЯННОЙ.
1.
Определяем
по
i-d
диаграмме требуемый расход
холода. Получилось 23,0 кВт.
19

20.

2. Подбираем ближайший больший наружный блок (поскольку
инверторные технологии позволяют с легкостью уменьшить
производительность) – AVWT-96UESRX VRF-системы Hisense серии Х
производительностью 28 кВт холода. Наружный блок может быть
гораздо больше, если испаритель приточной установки является
лишь частью большой системы охлаждения здания. Поскольку
наружный блок находится на расстоянии 50 метров от испарителя, его
производительность станет меньше на величину потерь по длине.
Уменьшение производительности наружных блоков
Согласно
рис.
коэффициент
равен
0,92.
Значит,
фактическая
производительность
наружного блока будет
28 × 0,92=25,7 кВт.
Это больше требуемых
23,0 кВт, значит, этот
наружный
блок
20
подходит.

21.

Подбираем
стандартный
контроллер
по
диапазону
производительности: подходит модель HZX-20.0AEC Hisense с
диапазоном производительности 16 – 56 кВт. В состав контроллера
входит клапан регулирования производительности ЭРВ, плата
управления производительностью и проводной пульт управления.
Вывод
для
ККБ
с
инверторным
приводом
Использование VRF-систем в качестве ККБ обладает многими
преимуществами: большая длина трубопроводов, большой перепад
высот, высокая энергоэффективность. Но главное – способность
поддерживать требуемую температуру приточного воздуха.
Недостаток наружных блоков VRF-систем в качестве ККБ всего
один – цена. Стоимость комплекта: наружный блок, блок
регулированияи пульт – примерно в два раза выше, чем у
стандартных ККБ с ON-OFF компрессором.
Дополним несколькими
трубопроводов.
замечаниями
к
расчету
фреоновых
21

22.

1. Для современных VRF-систем возврат масла в наружный блок
становится менее актуален, т.к. в их конструкцию включают
систему маслоотделения, которая фактически оставляет масло в
единственно нужном месте – в компрессорах.
Система маслоотделения наружного блока
22

23.

2. Общая длина трубопроводов (суммарная длина всех жидкостных
трубопроводов
в
системе)
1000
(300)
метров
Эта величина не зависит от параметров работы компрессорного узла,
т. к. на величину потерь давления в системе влияет только главное
циркуляционное кольцо. Потери давления в более коротких
ответвлениях будут всегда меньше.
Физический
смысл
данного
ограничения
сводится
к объему ресивера (аккумулятора)
наружного блока
Ресивер с контролем уровня
заполнения
23

24.

3. Длина трубопроводов от первого тройника до последнего
внутреннего блока 90 (40) метров
Физический смысл данного ограничения сводится к выравниванию
потерь давления в ответвлениях системы. Если выбор диаметра
трубопроводов производится без учета их длины, тогда длина
ответвлений должна быть примерно одинакова – с целью
обеспечения равных потерь давления на всех ответвлениях. Иногда в
реальных системах требуется сделать ответвление достаточно близко
к наружному блоку и расстояние от первого тройника до последнего
блока может быть больше номинальных величин. Следовательно, для
нормальной циркуляции фреона мы должны увеличить удельные
потери давления на первом (ближайшем к наружному блоку)
ответвлении. Делается это (как один из вариантов) с помощью
уменьшения
на
типоразмер
диаметра
жидкостного
трубопровода между внутренним блоком и тройником.
24

25.

4. Перепад высот между внутренними и наружным блоками 50
(40) метров
Если наружный блок устанавливается ниже внутренних
В этом случае в режиме охлаждения наружный блок подает жидкий
хладагент вверх, а газообразный возвращается вниз к наружному
блоку. Следовательно, компрессору приходится преодолевать
гидростатическое давление жидкого хладагента, плотность которого
значительно выше, чем газообразного, в результате чего
производительность наружного блока снижается. Как правило,
максимальный
перепад
высоты
в
данном
случае составляет 40 метров.
Что произойдет с системой, если увеличить этот перепад, например,
до 100 метров? Произойдет увеличение потерь давления в системе
и, соответственно, снижение максимальной производительности
наружного блока. Потери производительности по мере увеличения
высоты носят линейный характер и составляют около 1 % на каждые
10 метров.
25

26.

Соответственно, на 100 метрах перепада высоты наружный блок
снизит свою производительность примерно на 10 % дополнительно к
потерям мощности по длине.
Теперь определим потери давления. Плотность жидкого фреона
R410A при температуре +5 ˚С составляет около 1151 кг/м³. При
перепаде высоты между внутренним и наружным блоками 100м
гидростатический напор составит 1129 кПа или около 11 атм:
∆